CN210531300U - 一种适用于摇臂机构的数字液压缸 - Google Patents

Abstract

一种适用于摇臂机构的数字液压缸，包括液压缸缸体、集成块阀组、反馈机构、指令机构及恒压供油机构；集成块阀组包括机液伺服阀、安全阀、防气蚀单向阀及液控单向阀；机液伺服阀阀芯两端分别连接反馈机构和指令机构；第一安全阀和第一防气蚀单向阀并联连接在液压缸缸体无杆腔与恒压供油机构回油口之间；第二安全阀和第二防气蚀单向阀并联连接在液压缸缸体有杆腔与恒压供油机构回油口之间；第一液控单向阀连接在液压缸缸体无杆腔与机液伺服阀A液口之间，机液伺服阀P液口与恒压供油机构供油口相连；第二液控单向阀连接在液压缸缸体有杆腔与机液伺服阀B液口之间，机液伺服阀T液口与恒压供油机构回油口相连；恒压供油机构分为有压状态和卸荷状态。

Description

一种适用于摇臂机构的数字液压缸

技术领域

本实用新型属于机液伺服控制技术领域，特别是涉及一种适用于摇臂机构的数字液压缸。

背景技术

液压驱动式的摇臂机构广泛应用于工程机械、矿山机械及起重机械等大型机械设备中，并且多以传统液压缸作为摇臂机构的动力元件，而传统液压缸主要与开关型液压控制阀配合实现对摇臂机构的驱动，这种驱动方式已经无法适应自动化、智能化的控制要求，并且存在控制精度低、控制难度高、管路复杂、故障率高、维护成本高及可靠性差的缺点。为此，采用数字液压缸作为动力元件的摇臂机构逐渐发展起来，用以解决采用传统液压缸时存在的种种缺陷。

但是，在一些特殊情况下，采用现有数字液压缸作为动力元件的摇臂机构仍然存在局限性。例如，智能化滚筒采煤机的摇臂，其内的数字液压缸会长时间承受高达几百吨的负载，并且泵卸荷状态下难以通过数字液压缸精确的控制摇臂停留在某一位置，也无法有效抵御顶板塌陷时产生的瞬时冲击，导致爆管或结构损坏的风险增大。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种适用于摇臂机构的数字液压缸，能够在泵卸荷状态下精确的控制摇臂停留在某一位置，同时能够有效抵御顶板塌陷时产生的瞬时冲击，并降低爆管或结构损坏的风险，同时避免液压缸出现吸空现象。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种适用于摇臂机构的数字液压缸，包括液压缸缸体、集成块阀组、反馈机构、指令机构及恒压供油机构；所述液压缸缸体包括缸筒、活塞杆、前缸盖及后缸盖，前缸盖密封固装在缸筒前端筒口，后缸盖密封固装在缸筒后端筒口，活塞杆密封穿过前缸盖；所述集成块阀组安装在缸筒外壁面上，集成块阀组包括机液伺服阀、第一安全阀、第二安全阀、第一防气蚀单向阀、第二防气蚀单向阀、第一液控单向阀及第二液控单向阀；所述机液伺服阀的阀芯一端与指令机构相连，阀芯另一端通过反馈机构与活塞杆相连；所述机液伺服阀采用三位四通阀，机液伺服阀包括四个液口，分别为A液口、B液口、P液口及T液口；所述第一安全阀的排液口与恒压供油机构的回油口相连通，第一安全阀的进液口与液压缸缸体的无杆腔相连通；所述第二安全阀的排液口与恒压供油机构的回油口相连通，第二安全阀的进液口与液压缸缸体的有杆腔相连通；所述第一防气蚀单向阀的排液口与液压缸缸体的无杆腔相连通，第一防气蚀单向阀的进液口与恒压供油机构的回油口相连通；所述第二防气蚀单向阀的排液口与液压缸缸体的有杆腔相连通，第二防气蚀单向阀的进液口与恒压供油机构的回油口相连通；所述第一液控单向阀的排液口与液压缸缸体的无杆腔相连通，第一液控单向阀的进液口与机液伺服阀的A液口相连通，第一液控单向阀的液控口与恒压供油机构的供油口相连通；所述第二液控单向阀的排液口与液压缸缸体的有杆腔相连通，第二液控单向阀的进液口与机液伺服阀的B液口相连通，第二液控单向阀的液控口与恒压供油机构的供油口相连通；所述机液伺服阀的P液口与恒压供油机构的供油口相连通，机液伺服阀的T液口与恒压供油机构的回油口相连通。

所述反馈机构用于将活塞杆的位移呈比例的反馈传递给机液伺服阀的阀芯，反馈机构采用齿轮传动机构、皮带轮传动机构或链轮传动机构。

所述指令机构采用伺服电机或步进电机，伺服电机或步进电机的电机轴通过滑套与机液伺服阀的阀芯相连，阀芯与滑套采用间隙配合，阀芯与滑套之间设有导向滑键，阀芯相对于滑套仅具有直线移动自由度；所述伺服电机或步进电机的电机轴与滑套固定连接。

所述恒压供油机构设定有两种工作状态，分别为有压状态和卸荷状态；当所述恒压供油机构设定在有压状态时，恒压供油机构供油口输出的液压油的相对压力为既定值；当所述恒压供油机构设定在卸荷状态时，恒压供油机构供油口输出的液压油的相对压力为零。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的适用于摇臂机构的数字液压缸，能够在泵卸荷状态下精确的控制摇臂停留在某一位置，同时能够有效抵御顶板塌陷时产生的瞬时冲击，并降低爆管或结构损坏的风险，同时避免液压缸出现吸空现象。

附图说明

图1为本实用新型的一种适用于摇臂机构的数字液压缸的液压原理图；

图2为本实用新型的一种适用于摇臂机构的数字液压缸的结构示意图；

图中，I—液压缸缸体，II—集成块阀组，III—反馈机构，IV—指令机构，V—恒压供油机构，1—缸筒，2—活塞杆，3—前缸盖，4—后缸盖，5—机液伺服阀，6—第一安全阀，7—第二安全阀，8—第一防气蚀单向阀，9—第二防气蚀单向阀，10—第一液控单向阀，11—第二液控单向阀，12—阀芯，13—输入端齿轮，14—中间过渡齿轮，15—输出端齿轮，16—丝杠，17—丝母，18—丝杠让位穿装孔，19—滑套，20—储油箱，21—定量液压泵，22—液压泵电机，23—电磁溢流阀，24—吸液过滤器，25—排液过滤器，26—伺服电机或步进电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1、2所示，一种适用于摇臂机构的数字液压缸，包括液压缸缸体I、集成块阀组II、反馈机构III、指令机构IV及恒压供油机构V；所述液压缸缸体I包括缸筒1、活塞杆2、前缸盖3及后缸盖4，前缸盖3密封固装在缸筒1前端筒口，后缸盖4密封固装在缸筒1后端筒口，活塞杆2密封穿过前缸盖3；所述集成块阀组II安装在缸筒1外壁面上，集成块阀组B包括机液伺服阀5、第一安全阀6、第二安全阀7、第一防气蚀单向阀8、第二防气蚀单向阀9、第一液控单向阀10及第二液控单向阀11；所述机液伺服阀5的阀芯12一端与指令机构IV相连，阀芯12另一端通过反馈机构III与活塞杆2相连；所述机液伺服阀5采用三位四通阀，机液伺服阀5包括四个液口，分别为A液口、B液口、P液口及T液口；所述第一安全阀6的排液口与恒压供油机构V的回油口相连通，第一安全阀6的进液口与液压缸缸体I的无杆腔相连通；所述第二安全阀7的排液口与恒压供油机构V的回油口相连通，第二安全阀7的进液口与液压缸缸体I的有杆腔相连通；所述第一防气蚀单向阀8的排液口与液压缸缸体I的无杆腔相连通，第一防气蚀单向阀8的进液口与恒压供油机构V的回油口相连通；所述第二防气蚀单向阀9的排液口与液压缸缸体I的有杆腔相连通，第二防气蚀单向阀9的进液口与恒压供油机构V的回油口相连通；所述第一液控单向阀10的排液口与液压缸缸体I的无杆腔相连通，第一液控单向阀10的进液口与机液伺服阀5的A液口相连通，第一液控单向阀10的液控口与恒压供油机构V的供油口相连通；所述第二液控单向阀11的排液口与液压缸缸体I的有杆腔相连通，第二液控单向阀11的进液口与机液伺服阀5的B液口相连通，第二液控单向阀11的液控口与恒压供油机构V的供油口相连通；所述机液伺服阀5的P液口与恒压供油机构V的供油口相连通，机液伺服阀5的T液口与恒压供油机构V的回油口相连通。

所述反馈机构III用于将活塞杆2的位移呈比例的反馈传递给机液伺服阀5的阀芯12，反馈机构III采用齿轮传动机构、皮带轮传动机构或链轮传动机构。本实施例中，反馈机构III采用的是齿轮传动机构，包括输入端齿轮13、中间过渡齿轮14、输出端齿轮15、丝杠16及丝母17，在所述活塞杆2中心开设有丝杠让位穿装孔18，所述丝母17固装在丝杠让位穿装孔18的孔口处，所述丝杠16一端穿过丝母17延伸至丝杠让位穿装孔18内部，丝杠16另一端穿过后缸盖4延伸至缸筒1外部，丝杠16与后缸盖4的穿装孔之间通过轴承相连，所述输入端齿轮13固定安装在位于缸筒1外部的丝杠16上；所述中间过渡齿轮14的齿轮轴通过轴承连接在后缸盖4外表面，中间过渡齿轮14与输入端齿轮13相啮合；所述输出端齿轮15的齿轮轴通过轴承安装在后缸盖4上，输出端齿轮15的齿轮轴穿过后缸盖4与机液伺服阀5的阀芯12螺纹连接。

所述指令机构IV采用伺服电机或步进电机26，伺服电机或步进电机26的电机轴通过滑套19与机液伺服阀5的阀芯12相连，阀芯12与滑套19采用间隙配合，阀芯12与滑套19之间设有导向滑键，阀芯12相对于滑套19仅具有直线移动自由度；所述伺服电机或步进电机26的电机轴与滑套19固定连接。

所述恒压供油机构V设定有两种工作状态，分别为有压状态和卸荷状态；当所述恒压供油机构V设定在有压状态时，恒压供油机构V供油口输出的液压油的相对压力为既定值；当所述恒压供油机构V设定在卸荷状态时，恒压供油机构V供油口输出的液压油的相对压力为零。本实施例中，所述恒压供油机构V包括储油箱20、定量液压泵21、液压泵电机22、电磁溢流阀23、吸液过滤器24及排液过滤器25；所述定量液压泵21与液压泵电机22相连，定量液压泵21的吸油口通过吸液过滤器24与储油箱20相连通，定量液压泵21的排油口通过排液过滤器25与机液伺服阀5的P液口相连通；所述电磁溢流阀23的进液口与机液伺服阀5的P液口相连通，电磁溢流阀23的排液口与储油箱20相连通。

下面结合附图说明本实用新型的一次使用过程：

当需要活塞杆2执行伸出动作时，首先启动指令机构IV的伺服电机或步进电机26，使电机轴转动设定的角度，通过电机轴的转动依次带动滑套19和机液伺服阀5的阀芯12同步转动相同的角度，阀芯12在转动过程的初始阶段，由于活塞杆2仍处于静止状态，此时反馈机构III的所有齿轮均处于静止状态，而阀芯12与输出端齿轮15的齿轮轴在螺纹连接结构作用下，会使阀芯12在转动的同时产生轴向位移，进而使阀芯12逐渐移向右位，且A液口和P液口逐渐导通，同时使B液口和T液口逐渐导通，恒压供油机构V输出的高压油液将通过导通的A液口和P液口以及第一液控单向阀10进入液压缸缸体I的无杆腔，当无杆腔充入高压油液后，就将推动活塞杆2向外伸出，此时反馈机构III的丝母17将与活塞杆2同步移动，通过丝母17可将活塞杆2的直线运动转换为丝杠16的旋转运动，进而依次带动输入端齿轮13、中间过渡齿轮14及输出端齿轮15同步转动，随着输出端齿轮15的转动，阀芯12与输出端齿轮15的齿轮轴在螺纹连接结构作用下，会使阀芯12反向转动的同时进行反向轴向位移，直到阀芯12退回到中位，高压油液的一次脉冲供给结束，此时活塞杆2则实现了一次脉冲步进伸出，当指令机构IV的伺服电机或步进电机持续获得脉冲信号时，则活塞杆2将在宏观状态下实现连续伸出，且活塞杆2伸出量的控制精度可以得到有效保证。

同理，当需要活塞杆2执行回缩动作时，只需反向启动指令机构IV的伺服电机或步进电机26即可，使电机轴转动设定的角度，通过电机轴的转动依次带动滑套19和机液伺服阀5的阀芯12同步转动相同的角度，阀芯12在转动过程的初始阶段，由于活塞杆2仍处于静止状态，此时反馈机构III的所有齿轮均处于静止状态，而阀芯12与输出端齿轮15的齿轮轴在螺纹连接结构作用下，会使阀芯12在转动的同时产生轴向位移，进而使阀芯12逐渐移向左位，且A液口和T液口逐渐导通，同时使B液口和P液口逐渐导通，恒压供油机构V输出的高压油液将通过导通的B液口和P液口以及第二液控单向阀11进入液压缸缸体I的有杆腔，当有无杆腔充入高压油液后，就将推动活塞杆2向内回缩，此时反馈机构III的丝母17将与活塞杆2同步移动，通过丝母17可将活塞杆2的直线运动转换为丝杠16的旋转运动，进而依次带动输入端齿轮13、中间过渡齿轮14及输出端齿轮15同步转动，随着输出端齿轮15的转动，阀芯12与输出端齿轮15的齿轮轴在螺纹连接结构作用下，会使阀芯12反向转动的同时进行反向轴向位移，直到阀芯12退回到中位，高压油液的一次脉冲供给结束，此时活塞杆2则实现了一次脉冲步进回缩，当指令机构IV的伺服电机或步进电机持续获得脉冲信号时，则活塞杆2将在宏观状态下实现连续回缩，且活塞杆2回缩量的控制精度可以得到有效保证。

当需要摇臂精确停留在某一位置时，首先将恒压供油机构V中的电磁溢流阀23开启，使恒压供油机构V处于卸荷状态时，此时恒压供油机构V供油口输出的液压油的相对压力为零，由于第一液控单向阀10和第二液控单向阀11的液控口均与恒压供油机构V的供油口相连通，导致第一液控单向阀10和第二液控单向阀11的液控口压力也变为为零，此时第一液控单向阀10和第二液控单向阀11将立即反向密封截止，液压缸缸体I的有杆腔和无杆腔中的液压油则被完全封锁住，缸筒1中活塞杆2的位置也被锁定，最终使摇臂精确的停留在某一位置。

当突发顶板塌陷时，所产生的瞬时冲击力将超过液压缸缸体I的负载能力，导致活塞杆2所承受的压力过大，液压缸缸体I无杆腔内的液压油的压力将达到限定值，此时第一安全阀6将打开，从而把液压缸缸体I无杆腔内的液压油的压力限制在安全范围内，无杆腔内的液压油将直接通过第一安全阀6回到储油箱20中，同时，活塞杆2会在巨大的压力下回缩，导致液压缸缸体I有杆腔中的压力骤降，此时储油箱20中的液压油在大气压力的作用下将顶开第二防气蚀单向阀9并流入液压缸缸体I有杆腔中，从而避免了液压缸缸体I有杆腔出现吸空现象。

同理，当活塞杆2所承受的拉力过大，也超过液压缸缸体I的负载能力时，液压缸缸体I有杆腔内的液压油的压力将达到限定值，此时第二安全阀7将打开，从而把液压缸缸体I有杆腔内的液压油的压力限制在安全范围内，有杆腔内的液压油将直接通过第二安全阀7回到储油箱20中，同时，活塞杆2会在巨大的拉力下外伸，导致液压缸缸体I无杆腔中的压力骤降，此时储油箱20中的液压油在大气压力的作用下将顶开第一防气蚀单向阀8并流入液压缸缸体I无杆腔中，从而避免了液压缸缸体I无杆腔出现吸空现象。

实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种适用于摇臂机构的数字液压缸，其特征在于：包括液压缸缸体、集成块阀组、反馈机构、指令机构及恒压供油机构；所述液压缸缸体包括缸筒、活塞杆、前缸盖及后缸盖，前缸盖密封固装在缸筒前端筒口，后缸盖密封固装在缸筒后端筒口，活塞杆密封穿过前缸盖；所述集成块阀组安装在缸筒外壁面上，集成块阀组包括机液伺服阀、第一安全阀、第二安全阀、第一防气蚀单向阀、第二防气蚀单向阀、第一液控单向阀及第二液控单向阀；所述机液伺服阀的阀芯一端与指令机构相连，阀芯另一端通过反馈机构与活塞杆相连；所述机液伺服阀采用三位四通阀，机液伺服阀包括四个液口，分别为A液口、B液口、P液口及T液口；所述第一安全阀的排液口与恒压供油机构的回油口相连通，第一安全阀的进液口与液压缸缸体的无杆腔相连通；所述第二安全阀的排液口与恒压供油机构的回油口相连通，第二安全阀的进液口与液压缸缸体的有杆腔相连通；所述第一防气蚀单向阀的排液口与液压缸缸体的无杆腔相连通，第一防气蚀单向阀的进液口与恒压供油机构的回油口相连通；所述第二防气蚀单向阀的排液口与液压缸缸体的有杆腔相连通，第二防气蚀单向阀的进液口与恒压供油机构的回油口相连通；所述第一液控单向阀的排液口与液压缸缸体的无杆腔相连通，第一液控单向阀的进液口与机液伺服阀的A液口相连通，第一液控单向阀的液控口与恒压供油机构的供油口相连通；所述第二液控单向阀的排液口与液压缸缸体的有杆腔相连通，第二液控单向阀的进液口与机液伺服阀的B液口相连通，第二液控单向阀的液控口与恒压供油机构的供油口相连通；所述机液伺服阀的P液口与恒压供油机构的供油口相连通，机液伺服阀的T液口与恒压供油机构的回油口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种适用于摇臂机构的数字液压缸，其特征在于：所述反馈机构用于将活塞杆的位移呈比例的反馈传递给机液伺服阀的阀芯，反馈机构采用齿轮传动机构、皮带轮传动机构或链轮传动机构。

3.根据权利要求1所述的一种适用于摇臂机构的数字液压缸，其特征在于：所述指令机构采用伺服电机或步进电机，伺服电机或步进电机的电机轴通过滑套与机液伺服阀的阀芯相连，阀芯与滑套采用间隙配合，阀芯与滑套之间设有导向滑键，阀芯相对于滑套仅具有直线移动自由度；所述伺服电机或步进电机的电机轴与滑套固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于摇臂机构的数字液压缸，其特征在于：所述恒压供油机构设定有两种工作状态，分别为有压状态和卸荷状态；当所述恒压供油机构设定在有压状态时，恒压供油机构供油口输出的液压油的相对压力为既定值；当所述恒压供油机构设定在卸荷状态时，恒压供油机构供油口输出的液压油的相对压力为零。

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