TWI828487B - 平衡式液壓作動器 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種平衡式液壓作動器，係包括：一油缸，該油缸內部具有一液壓空間；一活塞桿，該活塞桿係為中空桿，係設置於該油缸內，該活塞桿外表面具有一以上密封件、將該液壓空間區分為兩艙室；一電位計，係設置於該活塞桿內、與該活塞桿同軸線及連動。
Description
本發明係與液壓控制技術有關，特別係指一種內建電位計的平衡式液壓作動器。
液壓系統長久以來被廣泛應用在航空、軍事及工業等各個領域的致動器驅動上，該系統具有高出力、高功率密度、動態性能佳，系統剛性大，且能夠自潤滑及液壓迴路空間安裝配置靈活等優點，但如何改善液壓系統之可靠性及能源效率是當前主要的課題。
線性液壓作動器又稱為液壓缸，是液壓傳動系統中常見的一種作動組件，係用來實現工作機構直線往復運動或透過機構轉換成轉動的能量轉換裝置，由於結構簡單及運作可靠，而被廣泛運用在航空、軍事、汽車、鋼鐵或工具機產業等需要大出力及穩定速度運作場合。液壓作動器的基本架構組成包含有活塞、活塞桿、端蓋、缸體、密封環、桿端頭、球軸承、電位計(位置感測器)等元件。作動器的工作原理是將缸體作為固定端，當缸體左油口輸入工作液體，液體壓力升高到足以克服外界負載時(包括活塞摩擦力)，活塞桿就開始向右移動伸長。若連續不斷供給液壓，則活塞桿以連續速度移動，
藉由位置感測器量測移動行程，達到目標位置為止。反之，缸體右油口輸入工作液體，活塞桿向左收縮。所以作動器的液壓力和流量是作動器的輸入的兩個關鍵參數，屬於液壓功率；當作動器的輸出力和速度(或位移)是其輸出參數，屬於機械功率，係為滿足負載規格的主要設計參數。
線性液壓作動器種類繁多，分類也有多種方法，一般按作動器的作用及結構特點分類如下：(1)單向作用作動器，單作用式作動器的活塞在液壓作用下只能向一個方向傳動，然後活塞桿回程需靠彈簧力或外力回復。(2)雙向作用作動器，能利用液體壓力推動活塞作往復運動，作動器內可分為雙向單桿式或雙向雙桿式可以交替作用，可控制活塞在往復兩個方向運動。
雙向單桿式亦稱為非平衡式作動器，活塞左右兩邊受液壓作用的有效面積是不相等的，當液壓力相等時，作動器兩個方向所產生傳動力並不相等，另輸入流量相同時，活塞往返速度亦會不同。如在飛機起落架收放系統，常採用此種形式作動器。起落架在收回過程，受到重力和空氣動力的反力作用，使收回時需要較大傳動力；而在放下時則和重力之作用力同向，傳動力相對的可減少。雙向雙桿式則稱為平衡式作動器，在活塞兩邊設計同樣直徑的活塞桿，使兩腔液壓油有效工作面積相同，當作動器兩端分別輸入相同液壓力及流量時，活塞兩端伸長與收縮時，會呈現相同出力及速度。如運用在飛機
飛操致動系統和前鼻輪轉彎操縱系統。
為改善傳統液壓系統之可靠性及能源效率問題，近年電液靜壓致動器(Electro-hydrostatic Actuator，EHA)又稱為泵控伺服致動器為液壓領域的一項重大創新產品，其以模組化設計方式整合可變轉速馬達、定排量雙向泵、油路傳輸模組及液壓作動器等組件成為一款新型液壓致動器。此款液壓致動器整合一液壓系統所有必要組件於一封閉模組內，僅提供外部電源與訊號即可運作，具有較好的系統能源效率、可靠度及易維修性，故在國外各項酬載的運載火箭推力向量控制系統(TVC)及戰機之飛行操控系統已有所應用。
一完整伺服致動器系統，必須含有位置感測器(電位計)，才能精準控制活塞桿行程及速度。電位計採外掛在作動器缸體，整體結構較易設計，但為使電位計連桿與活塞桿有同動效果，才能量測到桿端頭移動位置，需加裝端板固裝兩支連桿，且為考慮活塞桿移動時平行度，避免有扭轉情形，造成電位計連桿斷裂，需增加第3支導桿及導塊。故組裝時先確認油缸端蓋與導塊平行度後，並用螺絲固定，再將端板上活塞桿、電位計連桿及導桿之螺帽上緊。故此電位計固裝方式，係在活塞桿作動時藉由導塊及導桿進行運行時導正，但相對組件的增加及平行度校正工作，亦會造成機構的複雜度及組裝成本。
在液壓作動器相關專利前案中，EP-0258712A2
為一端點固定之雙向單桿式作動器，一般在工業或航空使用最為普遍；US-20160375991A1為一端點固定且活塞桿收縮時具緩衝機構之雙向單桿式作動器；US-20180142711A1為缸體固定及未含位置感測器之雙向雙桿式作動器；JP-2004301138A為缸體固定及含位置感測器之雙向單桿式作動器，此專利並含有伺服閥與作動器間配置與油路設計為完整閥控系統；US-20110289912A1為一端點固定及未含位置感測器之雙向單桿式作動器，此專利並含有馬達泵與作動器間配置與油路，設計為完整泵控系統
為改善先前技術之缺點，本發明係提供一種平衡式液壓作動器，作動器活塞兩邊設計相同的作用面積，固裝方式採兩端點固定，一端為固定端，另一端為活動端。位置感測器(電位計)置放於活塞桿內，活塞桿作動時，使其具有同軸線及連動功能。
本發明係為一種平衡式液壓作動器，係包括：一油缸，該油缸內部具有一液壓空間；一活塞桿，該活塞桿係為中空桿，係設置於該油缸內，該活塞桿外表面具有一以上密封件、將該液壓空間區分為兩艙室；一電位計，係設置於該活塞桿內、與該活塞桿同軸線及連動。
本發明之一實施例中，該油缸側邊係具有第一吸排口與第二吸排口，分別連通至該兩艙室液壓空間。
本發明之一實施例中，該油缸之一側具有一端蓋，該端蓋之另一端再與一下支撐件固鎖。
本發明之一實施例中，其中更包括一連結桿，該連結桿與該電位計鎖合、再穿入該下支撐件。
本發明之一實施例中，該連結桿為中空桿，其中心孔係容置該電位計之電源線。
本發明之一實施例中，該活塞桿具有內螺紋，內螺紋與該電位計鎖合，並有調整該平衡式液壓作動器的零點功能。
本發明之一實施例中，該活塞桿之一端係連接至一球軸承接頭。
本發明之一實施例中，該下支撐件外部(不與該端蓋/油缸連結的一端)係設置一球軸承。
本發明之一實施例中，該密封件為O型環、橡膠墊圈或其他種類之密封用工件。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
10:平衡式液壓作動器
11:油缸
12:端蓋
11A:第一吸排口
11B:第二吸排口
13:活塞桿
13A:密封件
14:電位計
14A:電源線
141:連結桿
15:下支撐件
151:球軸承
16:防鬆螺帽
17:球軸承接頭
圖1係為本發明之平衡式液壓作動器第一實施例結構圖。
圖2係為本發明之平衡式液壓作動器第二實施例結構圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。
本發明之平衡式液壓作動器第一實施例結構圖如圖1所示，該平衡式液壓作動器10係包括：一油缸11，該油缸之一側具有一端蓋12，油缸11側邊係具有第一吸排口11A與第二吸排口11B、分別與油缸11內部的液壓空間連通；一活塞桿13，該活塞桿13為中空桿，置放於該油缸11內，活塞桿13外表面具有一以上密封件13A，密封件13A將該油缸11內的液壓空間區分為兩艙室、分別連通至第一吸排口11A與第二吸排口11B；一電位計14，係設置於該活塞桿13內，與該活塞桿13同軸線及連動。
本發明之一實施例中，由於活塞桿13為平衡式，運作時其左端(以圖1為準)亦會突出端蓋12，故端蓋12須設計為中空形式，端蓋12先與油缸11固鎖，活塞桿13之一端再與該端蓋12固鎖，該端蓋12之另一端再與一下支撐件15固鎖，該下支撐件15可設置一球軸承151。
本發明之一實施例中，活塞桿13採中空設計，以便置入電位計14，活塞桿13右端(以圖1為準、相對於該端蓋12之另一端)可含有兩處大、小內螺紋，小內螺紋可與該電位計
14鎖合，並有調整該平衡式液壓作動器10的零點功能，再加以一防鬆螺帽16將該電位計14固鎖於該活塞桿13。大內螺紋則是與活塞桿末端(相對於該端蓋12之另一端)外之一球軸承接頭17鎖合，作為該平衡式液壓作動器10之活動端接合處。
本發明之一實施例中，該電位計14左端(以圖1為準、該端蓋12所在之一端)為固定端，該電位計14需與下支撐件15結合；本發明之平衡式液壓作動器第二實施例結構圖如圖2所示，本發明可增設一連結桿141與電位計14鎖合、再穿入該下支撐件15，該連結桿141為中空桿，可讓該電位計14的電源線14A透過其中心孔穿出(該下支撐件、該端蓋亦需有對應的開孔讓電源線通過)。
本發明之一實施例中，提供一種活塞兩邊設計同樣作用面積之平衡式作動器構型，固裝方式採兩端點插銷固定，一端為固定端，另一端為活動端。位置感測器(電位計)置放於活塞桿內，活塞桿作動時，使其具有同軸線及連動功能。油缸內置放活塞桿，左側與端蓋鎖合後，有4處密封環設計，故油缸內可區分出對稱面積之兩艙室。活塞兩邊設計同樣作用面積的活塞桿，運作時左端亦會突出端蓋，故端蓋須設計為中空形式，且一分為二，端蓋先與油缸固鎖，後再與固定端之下支撐鎖合。活塞桿採中空設計，以便置放電位計，活塞桿右端含有兩處內螺紋，小內螺紋可與電位計連桿鎖合，並有調整作動器零點功能，後以防鬆螺帽固鎖，大內螺紋則是與球軸承
接頭鎖合，作為活動端接合處。電位計左端須為固定端，為與下支撐結合，設計一連結桿與電位計鎖合，且為中空形式，可讓電位計之電源線透過中心孔穿出於該平衡式液壓作動器外部，接著連結桿穿過下支撐件，與底部螺牙鎖合。
藉此，本發明係提供一種平衡式液壓作動器，本發明將電位計(位置感測器)設置於作動器內部，與活塞桿同軸連動，作動器伸長與收縮時具有相同之出力及速度，有利液壓系統控制性。本發明之電位計設計為內置式、位於活塞桿內，使其能與活塞桿同軸線及連動功能，減少外掛式電位計所需要配合的元件及組裝工法程序。本發明之平衡式液壓作動器可作為閥控或泵控液壓致動器系統之關鍵組件，應用於航空、軍事、汽車、鋼鐵或工具機產業等需要大出力及穩定速度運作場合。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
10:平衡式液壓作動器
11:油缸
12:端蓋
11A:第一吸排口
11B:第二吸排口
13:活塞桿
13A:密封件
14:電位計
15:下支撐件
151:球軸承
16:防鬆螺帽
17:球軸承接頭
Claims (6)
- 一種平衡式液壓作動器，係包括：一油缸，該油缸內部具有一液壓空間，該油缸之一側具有一端蓋，該端蓋之另一端再與一下支撐件固鎖；一活塞桿，該活塞桿係為中空桿，係設置於該油缸內，該活塞桿外表面具有一以上密封件、將該液壓空間區分為兩艙室；一電位計，係設置於該活塞桿內、與該活塞桿同軸線及連動；一連結桿，該連結桿與該電位計鎖合、再穿入該下支撐件；其中該油缸側邊係具有第一吸排口與第二吸排口，分別連通至該兩艙室液壓空間。
- 如請求項1所述之平衡式液壓作動器，其中該連結桿為中空桿，其中心孔係容置該電位計之電源線。
- 如請求項1所述之平衡式液壓作動器，其中該活塞桿具有內螺紋，內螺紋與該電位計鎖合，並有調整該平衡式液壓作動器的零點功能。
- 如請求項1所述之平衡式液壓作動器，其中該活塞桿之一端係連接至一球軸承接頭。
- 如請求項1所述之平衡式液壓作動器，其中該下支撐件係設置一球軸承。
- 如請求項1所述之平衡式液壓作動器，其中該密封件為O型環、橡膠墊圈或其他種類之密封用工件。
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| TW111149458A TWI828487B (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 平衡式液壓作動器 |
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| WO2009047132A1 (de) * | 2007-10-05 | 2009-04-16 | Zf Friedrichshafen Ag | Hydraulischer aktuator für einen oberflächenantrieb eiines wasserfahrzeugs |
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2022
- 2022-12-22 TW TW111149458A patent/TWI828487B/zh active
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|---|---|---|---|---|
| US5014603A (en) * | 1989-11-02 | 1991-05-14 | Allied-Signal Inc. | Hydraulic actuator having frangible or deformable components |
| WO2009047132A1 (de) * | 2007-10-05 | 2009-04-16 | Zf Friedrichshafen Ag | Hydraulischer aktuator für einen oberflächenantrieb eiines wasserfahrzeugs |
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