专利名称：一种液压助力电动缸及其控制方法
技术领域：
本发明涉及液压控制，具体说是一种液压助力电动缸及其控制方法。
背景技术：
电动缸的特点是定位精度高、控制方便，但由于电动缸依靠滚珠丝杠传动，在负载比较大时，不但要增加滚珠丝杆的尺寸，而且滚珠丝杠长期在大载荷下工作寿命会降低。液压传动的特点是具有足够大的力，但其位置和速度控制非常复杂，目前液压缸主要采用的有阀控和泵控。阀控有节流，损失大、噪声大；泵控却难以达到控制精度。发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对电动缸和液压缸各自的优缺点，提供一种液压助力电动缸及其控制方法，充分利用电动缸的控制优势和液压缸的力量优势，利用滚珠丝杠和液压共同驱动负载，使之具有控制简单、定位精度高、效率高、噪声小等特点。
所述液压助力电动缸，包括带有活塞和活塞杆的缸体、控制端与控制器连接的驱动电机、丝杆、与所述丝杆配套的丝杆螺母，所述驱动电机的输出轴带动所述丝杆转动，所述丝杆嵌套于所述丝杆螺母中，所述丝杆螺母与所述活塞固定一体，所述活塞杆中空且与所述丝杆螺母的螺孔连通，使得所述驱动电机带动所述丝杆向不同方向的旋转推动丝杆螺母、以及与丝杆螺母固定的活塞和活塞杆沿所述缸体的轴向的相应方向往返移动，其特征是:在所述缸体的活塞两侧分别设有活塞杆侧油孔和活塞侧油孔，所述活塞杆侧油孔和活塞侧油孔分别通过管道与压力调节装置连通，用于通过所述油缸的活塞两侧压力差提供液压的压力助力，所述压力调节装置设有控制压力调节的启动控制端以及与控制器连接的换向控制端。
作为一种实施例，所述压力调节装置带有一个截止阀，所述截止阀的两端分别与所述活塞杆侧油孔和活塞侧油孔连通；所述驱动电机的输出轴和所述缸体的丝杆螺母之间的连接装置上串接有一个离合器。
作为一种实施例，所述压力调节装置设有一个由液压泵电机驱动的变量泵，所述变量泵的两输出端分别与所述活塞杆侧油孔和活塞侧油孔连通。
作为优化方案，所述变量泵是斜盘式变量泵。
作为一种实施例，所述压力调节装置包括一个三位四通换向阀、一个由液压泵电机驱动的液压泵，所述液压泵的两输出端分别与所述三位四通换向阀的P、O端连通，所述三位四通换向阀的A、B端分别与所述活塞杆侧油孔和活塞侧油孔连通。
作为另一种实施例，所述压力调节装置包括一个三位四通换向阀和一个减压阀，所述三位四通换向阀的P端口与所述减压阀的A端口连通，三位四通换向阀的A、B端口分别与所述活塞杆侧油孔和活塞侧油孔连通。
一种对上述的液压助力电动缸的控制方法，其特征是:通过所述控制器检测所连接控制的驱动电机的转动方向和驱动电机的驱动电流，当所检测的电流大于液压启动调节上限或者所检测的电流小于液压启动调节下限时，即在所述压力调节装置的启动控制端发送信号启动液压调节，并向所述压力调节装置的换向控制端发送信号，控制进入缸体内液压的压力和方向使得所述驱动电机的驱动电流值控制在规定的范围内；当所检测的电流小于液压启动调节上限并且所检测的电流大于液压启动调节下限时，即通过所述控制器向所述压力调节装置的启动控制端发送信号停止液压压力调节。
作为一种实施例，所述压力值调节通过由所述控制器控制推动装置驱动所述压力调节装置内的变量泵斜盘，调节变量泵的两输出端所连通的所述缸体的活塞两侧压力，以调节斜盘的方向改变进入活塞两侧液压油的方向。
作为另一种实施例，所述压力值调节通过由所述控制器控制变频器驱动所述压力调节装置内的液压泵电机，以变频方式调节进入缸体内液压的压力；由所述液压泵电机驱动液压泵，并连通所述液压泵的两输出端到位于所述压力调节装置内的一个三位四通换向阀的P、0端，将所述三位四通换向阀的A、B端分别与所述活塞杆侧油孔和活塞侧油孔连通，由所述控制器控制所述三位四通换向阀的连通状态，控制进入缸体液压的方向。即由所述活塞杆侧油孔进油或活塞侧油孔进油。
作为又一种实施例，所述压力值调节通过由所述控制器控制所述压力调节装置内的减压阀，调节进入缸体液压的压力；所述减压阀的A端口与所述压力调节装置内的一个三位四通换向阀的P端口连接，将所述三位四通换向阀的O端口与所述减压阀的Y端口接入回流，将所述活塞杆侧油孔和活塞侧油孔与所述三位四通换向阀的A、B端口分别连通，由所述控制器控制所述三位四通换向阀的连通状态，控制进入缸体液压的方向。即由所述活塞杆侧油孔进油或活塞侧油孔进油)。
该发明的主要优点体现在:如果电流超过设定值的上限，说明丝杠承受的载荷大，增加进入缸内液压压力，使驱动电机驱动电流减小；如果电流小于设定值的下限，说明丝杠承受的载荷小，减少进入缸内液压压力，使驱动电机驱动电流增加。通过调节，使丝杆的出力始终在规定范围内，多余的载荷由液压力承担。当系统需要冗余时，也可以作为单独的电动缸和单独的液压缸使用。
本发明充分利用了电动缸控制精度高、控制方便的特点和液压缸力量大的特点，通过对驱动电机电流的控制，在液压助力下，可以使用比较小的控制电流，实现大负载的控制。这种液压助力电动缸及控制方法使用简便、工作稳定可靠，使用维护方便。有同样尺寸电动缸数十倍的出力。由于没有阀的节流，从而比阀控液压缸的效率大大提高，发热量小，噪声小。
图1是液压助力电动缸的结构示意图，
图2是液压助力电动缸利用变量泵控制的液压原理图，
图3是液压助力电动缸可以单独用作电动缸和液压缸使用的液压原理示意图，
图4是液压助力电动缸利用换向阀控制的液压原理图，
图5是液压助力电动缸利用减压阀控制的液压原理图。
图中:1—控制器,2—驱动电机，3—丝杆,4一丝杆螺母，5—活塞,6—活塞杆，7—缸体，8—活塞杆侧油孔，9 一活塞侧油孔，10—变量泵，11 一液压泵电机，12—变频器，13—离合器，14 一截止阀，15—压力调节装置，16—换向阀，17—液压泵，18—减压阀，19—推动装直，20一换向控制2而，21 一启动控制立而。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明:如图1，所述液压助力电动缸，包括带有活塞5和活塞杆6的缸体7、控制端与控制器I连接的驱动电机2、丝杆3、与所述丝杆配套的丝杆螺母4，所述驱动电机2的输出轴带动所述丝杆3转动，所述丝杆3嵌套于所述丝杆螺母4中，所述丝杆螺母4与所述活塞5固定一体，所述活塞杆6中空且与所述丝杆螺母的螺孔连通，使得所述驱动电机2带动所述丝杆向不同方向的旋转推动丝杆螺母、以及与丝杆螺母固定的活塞和活塞杆沿所述缸体的轴向的相应方向往返移动，在所述缸体7的活塞5两侧分别设有活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9，所述活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9分别通过管道与压力调节装置15连通，用于通过所述油缸的活塞两侧压力差提供液压助力，所述压力调节装置15设有控制压力调节的启动控制端21以及与控制器I连接的换向控制端20。
如图3，作为一种实施例，所述压力调节装置15带有一个截止阀14，所述截止阀14的两端分别与所述活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9连通；所述驱动电机2的输出轴和所述缸体7的丝杆螺母4之间的连接装置上串接有一个离合器13。当系统需要冗余时，也可以作为单独的电动缸和单独的液压缸使用。截止阀14可以关断压力调节装置的作用，使其作为单独的电动缸，离合器13可以隔离驱动电机2，使之成为独立的液压缸。作电动缸使用时，只需要打开截止阀14，此时缸的上下腔连通。作液压缸时，离合器13离开。这种方式可作为可靠性要求高的设备的冗余，提高可靠性。
如图2，实施例一，所述压力调节装置15设有一个由液压泵电机11驱动的变量泵10，所述变量泵10的两输出端分别与所述活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9连通。作为优化方案，所述变量泵10是斜盘式变量泵。
如图2，通过所述控制器I检测所连接控制的驱动电机2的转动方向和驱动电机2的电流，当所检测的电流大于液压启动调节上限或者所检测的电流小于液压启动调节下限时，当所检测的电流大于液压启动调节上限或者所检测的电流小于液压启动调节下限时，即在所述压力调节装置15的启动控制端21发送信号启动液压调节，并向所述压力调节装置15的换向控制端20发送信号，控制进入缸体内的液压压力和方向活塞杆侧油孔8进油或活塞侧油孔9进油使得所述驱动电机2的驱动电流值控制在规定的范围内；当所检测的电流小于液压启动调节上限并且所检测的电流大于液压启动调节下限时，即通过所述控制器I向所述压力调节装置15的启动控制端21发送信号停止液压压力调节。
所述压力值调节通过由所述控制器I控制推动装置19驱动所述压力调节装置15内的变量泵10斜盘，以变量的方式调节变量泵10的两输出端所连通的所述缸体的活塞两侧压力，以调节斜盘的方向改变进入活塞两侧液压油的方向。
参照图2，于本实施实例中，所述的驱动电机2驱动丝杆3转动，丝杠转动时，所述的螺母4沿丝杠移动，由于螺母4与活塞5和活塞杆6连接为一体，活塞杆6也跟随螺母一起移动，从而推动负载。
所述的缸体7有两个油孔，活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9，分别连接于变量泵10的两个油口，当活塞杆侧油孔8进油活塞侧油孔9回油时，活塞受缩回的力；当活塞侧油孔9进油活塞杆侧油孔8回油时，活塞受伸出的力。
检测所述驱动电机2的电流，如果驱动电机2电流大，说明丝杠承受的载荷大，控制器I将增大变量泵10的排量，增加液压所负担的载荷；如果驱动电机2电流小，说明丝杠承受的载荷小，控制器I将减小变量泵的排量，减少液压所负担的载荷。
根据所述驱动电机2载荷的方向，调节变量泵10的斜盘控制进入缸体的液压油方向，从而控制液压助力方向。这样可以使丝杆承受的载荷控制在一定范围内，大部分载荷由液压承担。
实施例二,所述压力调节装置15包括一个三位四通换向阀16、一个由液压泵电机11驱动的液压泵17，所述液压泵17的两输出端分别与所述三位四通换向阀的P、0端连通，所述三位四通换向阀的A、B端分别与所述活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9连通。如图4，所述压力值调节通过由所述控制器I控制变频器12驱动所述压力调节装置15内的液压泵电机11，以变频方式调节进入缸体内液压的压力；由所述液压泵电机11驱动液压泵17，并连通所述液压泵17的两输出端到位于所述压力调节装置15内的一个三位四通换向阀16的P、0端，将所述三位四通换向阀的A、B端分别与所述活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9连通，由所述控制器I控制所述三位四通换向阀16的连通状态，控制进入缸体液压的方向所述活塞杆侧油孔8进油或活塞侧油孔9进油。
请参照图4，于本实施实例中，所述的驱动电机2驱动丝杆3转动，丝杠转动时，所述的螺母4沿丝杠移动，由于螺母4与活塞5和活塞杆6连接为一体，活塞杆6也跟随螺母一起移动，从而推动负载。
所述的缸体7有两个油孔:活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9，分别连接于换向阀16的两个油口 A、B，当活塞杆侧油孔8进油活塞侧油孔9回油时，活塞受缩回的力；当活塞侧油孔9进油活塞杆侧油孔8回油时，活塞受伸出的力。
检测所述驱动电机2的电流，如果驱动电机2电流大，说明丝杠承受的载荷大，变频器12将提高液压泵电机11的转速，增加液压泵17的排量，增加液压所负担的载荷；如果驱动电机2电流小，说明丝杠承受的载荷小，变频器12将降低液压泵电机11的转速，减小液压泵17的排量，减少液压所负担的载荷。
根据所述驱动电机2载荷的方向，通过换向阀16控制进入缸体的液压油方向，从而控制液压助力方向。这样可以使丝杆承受的载荷控制在一定范围内，大部分载荷由液压承担。
实施例三，如图5，所述压力调节装置15包括一个三位四通换向阀16和一个减压阀18，所述三位四通换向阀的P端口与所述减压阀18的A端口连通，三位四通换向阀的A、B端口分别与所述活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9连通。如图5，所述压力值调节通过由所述控制器控制所述压力调节装置15内的减压阀18，调节进入缸体液压的压力；所述减压阀18的A端口与所述压力调节装置15内的一个三位四通换向阀16的P端口连接，将所述三位四通换向阀的O端口与所述减压阀18的Y端口接入回流，将所述活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9与所述三位四通换向阀的A、B端口分别连通，由所述控制器I控制所述三位四通换向阀16的连通状态，控制进入缸体液压的方向所述活塞杆侧油孔8进油或活塞侧油孔9进油。
请参照图5，于本实施实例中，所述的驱动电机2驱动丝杆3转动，丝杠转动时，所述的螺母4沿丝杠移动，由于螺母4与活塞5和活塞杆6连接为一体，活塞杆6也跟随螺母一起移动，从而推动负载。
所述的缸体7有两个油孔:活塞杆侧油孔8和活塞侧油孔9，分别连接于换向阀16的两个油口，当活塞杆侧油孔8进油活塞侧油孔9回油时，活塞受缩回的力；当活塞侧油孔9进油活塞杆侧油孔8回油时，活塞受伸出的力。
检测所述驱动电机2的电流，如果驱动电机2电流大，说明丝杠承受的载荷大，控制器I调节减压阀18增大进入缸体的压力，增加液压所负担的载荷；如果驱动电机2电流小，说明丝杠承受的载荷小，控制器I调节减压阀18减小进入缸体的压力，减小液压所负担的载荷；根据所述驱动电机2载荷的方向，通过换向阀16控制进入缸体的液压油方向，从而控制液压助力方向。这样可以使丝杆承受的载荷控制在一定范围内，大部分载荷由液压承担。
权利要求
1.一种液压助力电动缸，包括带有活塞(5)和活塞杆(6)的缸体(7)、控制端与控制器(I)连接的驱动电机(2)、丝杆(3)、与所述丝杆配套的丝杆螺母(4)，所述驱动电机(2)的输出轴带动所述丝杆(3)转动，所述丝杆(3)嵌套于所述丝杆螺母(4)中，所述丝杆螺母(4)与所述活塞(5)固定一体，所述活塞杆(6)中空且与所述丝杆螺母的螺孔连通，使得所述驱动电机(2)带动所述丝杆向不同方向的旋转推动丝杆螺母、以及与丝杆螺母固定的活塞和活塞杆沿所述缸体的轴向的相应方向往返移动，其特征是: 在所述缸体(7)的活塞(5)两侧分别设有活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)，所述活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)分别通过管道与压力调节装置(15)连通，用于通过所述油缸的活塞两侧压力差提供液压的压力助力，所述压力调节装置(15)设有控制压力调节的启动控制％5 (21)以及与控制器(I)连接的换向控制纟而(20)。
2.根据权利要求1所述的液压助力电动缸，其特征是:所述压力调节装置(15)带有一个截止阀(14)，所述截止阀(14)的两端分别与所述活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)连通；所述驱动电机(2)的输出轴和所述缸体(7)的丝杆螺母(4)之间的连接装置上串接有一个离合器(13)。
3.根据权利要求1所述的液压助力电动缸，其特征是:所述压力调节装置(15)设有一个由液压泵电机(11)驱动的变量泵(10)，所述变量泵(10)的两输出端分别与所述活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)连通。
4.根据权利要求3所述的液压助力电动缸，其特征是:所述变量泵(10)是斜盘式变量栗。
5.根据权利要求1所述的液压助力电动缸，其特征是:所述压力调节装置(15)包括一个三位四通换向阀(16 )、一个由液压泵电机(11)驱动的液压泵(17)，所述液压泵(17 )的两输出端分别与所述三位四通换向阀的P、O端连通，所述三位四通换向阀的A、B端分别与所述活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)连通。
6.根据权利要求3所述的液压助力电动缸，其特征是:所述压力调节装置(15)包括一个三位四通换向阀(16)和一个减压阀(18)，所述三位四通换向阀的P端口与所述减压阀(18)的A端口连通，三位四通换向阀的A、B端口分别与所述活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)连通。
7.一种对权利要求1所述的液压助力电动缸的控制方法，其特征是:通过所述控制器(I)检测所连接控制的驱动电机(2 )的转动方向和驱动电机(2 )的驱动电流，当所检测的电流大于液压启动调节上限或者所检测的电流小于液压启动调节下限时，即在所述压力调节装置(15)的启动控制端(21)发送信号启动液压调节，并向所述压力调节装置(15)的换向控制端(20)发送信号，控制进入缸体内液压的压力和方向，使得所述驱动电机(2)的驱动电流值控制在规定的范围内； 当所检测的电流小于液压启动调节上限并且所检测的电流大于液压启动调节下限时，即通过所述控制器(I)向所述压力调节装置(15)的启动控制端(21)发送信号停止液压压力调节。
8.根据权利要求7所述的液压助力电动缸及其控制方法，其特征是:所述压力值调节通过由所述控制器(I)控制推动装置(19)驱动所述压力调节装置(15)内的变量泵(10)斜盘，调节变量泵(10)的两输出端所连通的所述缸体的活塞两侧压力，以调节斜盘的方向改变进入活塞两侧液压油的方向。
9.根据权利要求7所述的液压助力电动缸及其控制方法，其特征是:所述压力值调节通过由所述控制器(I)控制变频器(12)驱动所述压力调节装置(15)内的液压泵电机(11)，以变频方式调节进入缸体内液压的压力；由所述液压泵电机(11)驱动液压泵(17)，并连通所述液压泵(17)的两输出端到位于所述压力调节装置(15)内的一个三位四通换向阀(16)的P、0端，将所述三位四通换向阀的A、B端分别与所述活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)连通，由所述控制器(I)控制所述三位四通换向阀(16)的连通状态，控制进入缸体液压的方向。
10.根据权利要求7所述的液压助力电动缸及其控制方法，其特征是:所述压力值调节通过由所述控制器(I)控制所述压力调节装置(15)内的减压阀(18)，调节进入缸体液压的压力；所述减压阀(18)的A端口与所述压力调节装置(15)内的一个三位四通换向阀(16)的P端口连接，将所述三位四通换向阀的O端口与所述减压阀(18)的Y端口接入回流，将所述活塞杆侧油孔(8)和活塞侧油孔(9)与所述三位四通换向阀的A、B端口分别连通，由所述控制器(1)控制所述三位四通换 向阀(16 )的连通状态，控制进入缸体液压的方向。
全文摘要
一种液压助力电动缸及控制方法，包括缸体、驱动电机、丝杆、丝杆螺母、活塞、活塞杆和两个液压油孔，缸体上的两个油孔通入受控制的液压油，为电动缸液压助力。这种液压助力电动缸的控制方法为控制器检测驱动电机的电流，并调节进入缸体的液压压力，使驱动电机电流控制在规定范围内。液压压力的调节可以采用变量、变频和调压等多种方法。本发明通过对驱动电机电流的控制，在液压助力下，可以使用比较小的控制电流，实现大负载的控制。这种液压助力电动缸及控制方法使用简便、工作稳定可靠，使用维护方便。有同样尺寸电动缸数十倍的出力。由于没有阀的节流，从而比阀控液压缸的效率大大提高，发热量小，噪声小。
文档编号F15B15/18GK103148045SQ201310079918
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者邢朔 申请人:武汉海力威机电科技有限公司