自带动力源的数字泵控差动液压缸的制作方法
【专利摘要】本发明公开了自带动力源的数字泵控差动液压缸，它包括液压执行部件液压缸和液压动力部件动力源；动力源的结构为：双作用差动液压缸的有杆腔的进出油口通过依次连接有第一液控单向阀、双向分流液压马达中的一个液压马达、双向定量液压泵以及第二液控单向阀的流体管线与双作用差动液压缸的无杆腔的出进油口相连通，双向分流液压马达中的另一个液压马达的一个液压口与双向分流液压马达中的一个液压马达以及双向定量液压泵之间的流体管线连通并且另一个液压马达的另一个液压口通过连接管线与油箱连通，双向定量液压泵的泵轴与电机的电机轴相连。采用本装置不会发生泄漏、结构紧凑，无节流损失。
【专利说明】自带动力源的数字泵控差动液压缸
【技术领域】
[0001]本发明涉及差动液压缸，本发明尤其涉及一种集成一体化的自带动力源的泵控式液压动力装置，属于电液控制【技术领域】和机械制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电液控制系统有容积控制和节流控制两大类。节流控制电液系统大多采用换向阀，不仅无法承受长期高速换向要求，而且节流损失引起系统发热过大，造成能量浪费。新的发展方向是用液压泵直接控制液压缸。在液压技术中广泛应用的执行器是单出头的差动液压缸。差动液压缸由于有杆腔和无杆腔的面积不等，这样如仍沿用控制等截面缸的回路原理，系统就无法正常工作，使得如何平衡差动液压缸的流量差成为一个重要难题。
[0003]专利“200510020094.X”公开了一种电液比例泵控非对称缸闭环速度系统，通过流量分流溢流阀和补油回路，实现差动液压缸的流量差。专利“200810007666.4”公开了一种泵控式电液执行机构，通过溢流阀节流的方式去平衡差动液压缸的流量差。专利“201310241735.9”公开了一种直驱式伺服泵控电液混合驱动的液压缸控制系统及控制方法，通过差动卸荷阀来平衡掉单出头式油缸的流量差。以上三项发明均采用了溢流阀平衡流量差，在使用过程中溢流阀处于常开状态，因此节流损失较大，系统能量效率低并引起系统发热，而且不适用于高频率的换向情况。专利“200610012476.2”公开了一种闭式电液控制系统，采用3个油口的液压泵实现与差动液压缸相连，通过液压泵的配流盘平衡差动液压缸的流量差。该发明很好的解决了节流损失问题，但是对于不同面积差的差动液压缸都需要重新设计液压泵的配流盘，这在实际应用和结构设计上都比较复杂；此外需要单独配备相应的液压源。专利“201310215195.7”公开了一种液压促动器，油源内置，不需要外部设备的辅助，是一种集成化的产品。但是该发明中的差动液压缸无杆腔始终和油箱相连，液压系统只能控制有杆腔的流量和压力，液压促动器只有在外部拉力的作用下才能双向运动，因此使用条件具有相当大的局限性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种油路简单、不会发生泄漏、结构紧凑、无节流损失、寿命长并且节能的自带动力源的数字泵控差动液压缸。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0006]本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸，它包括液压执行部件液压缸和液压动力部件动力源，动力源的各个部分均安置在保护壳内，所述的保护壳通过固定装置安装在液压缸上，所述的液压缸包括一台双作用差动液压缸和插入双作用差动液压缸无杆腔的内置传感器；所述的动力源的结构为:双作用差动液压缸的有杆腔的进出油口通过依次连接有第一液控单向阀、双向分流液压马达中的一个液压马达、双向定量液压泵以及第二液控单向阀的流体管线与双作用差动液压缸的无杆腔的出进油口相连通，双向分流液压马达中的另一个液压马达的一个液压口与双向分流液压马达中的一个液压马达以及双向定量液压泵之间的流体管线连通并且另一个液压马达的另一个液压口通过连接管线与油箱连通，所述的双向定量液压泵的泵轴与电机的电机轴相连，所述的电机与动力系统控制器相连，所述的双向分流液压马达由两个液压马达通过联轴器机械连接到一起，所述的第一、二液控单向阀构成液压锁，双作用差动液压缸的有杆腔和无杆腔以及双向定量液压泵的两个泵口各自通过一条连接有安全阀的管线与油箱连通，所述的传感器通过控制线与动力系统控制器相连，所述的传感器向控制器输出位移信号或速度信号，所述的动力系统控制器将传感器的反馈信号与给定的信号做比较，然后输出控制信号给电机以控制电机的运行。
[0007]本发明的有益效果是:本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸，它自带动力源，不仅客服了液压动力装置需要外置油源、油路铺设复杂的缺点；而且集成嵌入式控制系统，省去了电气控制的外部设备，只要接上电源并输入指令信号即可正常使用。
[0008]本发明通过油箱将油液密封于动力源的内部，降低了液压系统的泄漏现象，减少了外界对液压油的影响。
[0009]本发明通过液压阀组中的双向分流液压马达的容积分流作用，很好地解决了对于双作用差动液压缸两腔不对称流量的补偿控制问题；安全阀在系统正常工作时不会工作，只有在系统过载的时候才会打开，因此很好地解决了节流损失问题，并且安全阀在结构上均采用插装式，更好地缩减了动力源的体积；系统没有采用电磁换向阀，使系统结构紧凑，重量减轻，也减少了系统的节流损失。
[0010]本发明通过电机带动双向定量液压泵来控制液压动力装置的换向，这种泵控缸的形式能够承受长期换向要求，使用寿命长；相比于阀控缸节流损失造成的系统发热过大现象，泵控缸能大幅节约能量，符合绿色低能耗的发展思路。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸原理图；
[0012]图2为本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如附图所示的本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸，它包括液压执行部件液压缸和液压动力部件动力源，动力源的各个部分均安置在保护壳内，所述的保护壳通过固定装置安装在液压缸上，所述的液压缸包括一台双作用差动液压缸I和插入双作用差动液压缸I无杆腔的内置传感器9 ;所述的动力源的结构为:双作用差动液压缸I的有杆腔的进出油口通过依次连接有第一液控单向阀、双向分流液压马达5中的一个液压马达、双向定量液压泵6以及第二液控单向阀的流体管线与双作用差动液压缸I的无杆腔的出进油口相连通，双向分流液压马达5中的另一个液压马达的一个液压口与双向分流液压马达5中的一个液压马达以及双向定量液压泵6之间的流体管线连通并且另一个液压马达的另一个液压口通过连接管线与油箱连通，所述的双向定量液压泵6的泵轴与电机的电机轴相连，所述的电机与动力系统控制器相连，所述的双向分流液压马达5由两个液压马达通过联轴器机械连接到一起，所述的第一、二液控单向阀构成液压锁，双作用差动液压缸I的有杆腔和无杆腔以及双向定量液压泵6的两个泵口各自通过一条连接有安全阀的管线与油箱连通，所述的传感器通过控制线与动力系统控制器11相连，所述的传感器向控制器输出位移信号或速度信号，所述的动力系统控制器将传感器的反馈信号与给定的信号做比较，然后输出控制信号给电机以控制电机的运行。
[0014]所述的传感器是位移传感器或者速度传感器。
[0015]本装置中的第一液控单向阀3.1、第二液控单向阀3.2、双向分流液压马达5、第一、二、三、四安全阀4.1、4.2、4.3、4.4组成了液压阀组12。所述的双向分流液压马达5是由两个液压马达通过联轴器机械连接到一起的，起到容积分流的作用，所述的液压马达可以是齿轮式或者柱塞式等体积较小的液压马达。所述的第一、二、三、四安全阀4.1、4.2、4.3、
4.4优选的均采用插装式。所述的电机7 —般是伺服电机或步进电机，电机7上设置有动力系统控制器支架，动力系统控制器11安装在动力系统控制器支架上。所述的动力系统控制器11市场有售，一般使用的是ARM芯片，控制器的组成一般也都是通用形式。控制过程为:控制器将整个装置联接成一个闭环控制系统，所述的传感器通过控制线与动力系统控制器相连，通过传感器实时地将信号传送到控制器，控制器将传感器的反馈信号与给定的信号做比较，再控制电机的运行，从而对液压缸进行位置控制或速度控制。
[0016]本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸在使用时，分为两种工作状况:活塞杆伸出和活塞杆缩回。假设活塞杆伸出时电机7的转动方向为正向。在系统正常工作的过程中，第一、二、三、四安全阀4.1,4.2,4.3,4.4并不参与工作，只有过载的时候对系统起到保护作用。其中，第一、二安全阀4.1和4.4分别对差动液压缸I的有杆腔和无杆腔在工作或超载时起保护作用，第三、四安全阀4.2和4.3对双向定量液压泵6的泵口压力起保护作用。
[0017]当控制活塞杆伸出时，外界脉冲信号控制电机7正转，带动双向定量液压泵6转动，此时第一液控单向阀3.1的遥控口压力升高，第一液控单向阀3.1打开，液压油从差动液压缸I的有杆腔经过流体管线的管路2、第一液控单向阀3.1、双向分流液压马达5、双向定量液压泵6、第二液控单向阀3.2流入差动液压缸I的无杆腔，活塞杆伸出。由于从有杆腔流出来的液压油小于流入到无杆腔的液压油，因此双向分流液压马达5会从油箱8中补偿差额进入无杆腔，实现流量补偿。
[0018]当控制活塞杆缩回时，外界脉冲信号控制电机7反转，带动双向定量液压泵6转动，此时第二液控单向阀3.2的遥控口压力升高，第二液控单向阀3.2打开，液压油从差动液压缸I的无杆腔经过流体管线的管路10、第二液控单向阀3.2、双向定量液压泵6、双向分流液压马达5、第一液控单向阀3.1流入差动液压缸I的有杆腔，活塞杆缩回。由于从无杆腔流出来的液压油大于流入到有杆腔的液压油，因此双向分流液压马达5会将多余的液压油排进油箱8中，实现流量补偿。
[0019]当活塞杆运动到一定位置后，可以使电机7停转，第一、第二液控单向阀3.1和3.2构成液压锁，因此本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸可以实现很好的定位支撑功能。本发明的自带动力源的数字泵控差动液压缸在使用工程中，始终通过传感器向动力系统控制器11发送信号，形成闭环控制。
[0020]当外负载是作用在活塞杆上的很大的压力时，差动液压缸的无杆腔压力很高，电机带动液压泵正转所得到的最大泵口压力仍然小于无杆腔的压力，第二液控单向阀3.2无法打开，此时第三安全阀4.3将会打开为液压泵溢流，从而对液压泵和电机起到过载保护的作用。如若外负载超过某一极限值，差动液压缸的无杆腔将会有爆破的危险，第四安全阀4.4将会打开为差动液压缸的无杆腔泄压，从而对液压缸起到过载保护的作用。
[0021]当外负载是作用在活塞杆上的很大的拉力时，差动液压缸的有杆腔压力很高，电机带动液压泵反转所得到的最大泵口压力仍然小于有杆腔的压力，第一液控单向阀3.1无法打开，此时第二安全阀4.2将会打开为液压泵溢流，从而对液压泵和电机起到过载保护的作用。如若外负载超过某一极限值，差动液压缸的有杆腔将会有爆破的危险，第一安全阀
4.1将会打开为差动液压缸的有杆腔泄压，从而对液压缸起到过载保护的作用。
【权利要求】
1.自带动力源的数字泵控差动液压缸，它包括液压执行部件液压缸和液压动力部件动力源，其特征在于:动力源的各个部分均安置在保护壳内，所述的保护壳通过固定装置安装在液压缸上，所述的液压缸包括一台双作用差动液压缸和插入双作用差动液压缸无杆腔的内置传感器；所述的动力源的结构为:双作用差动液压缸的有杆腔的进出油口通过依次连接有第一液控单向阀、双向分流液压马达中的一个液压马达、双向定量液压泵以及第二液控单向阀的流体管线与双作用差动液压缸的无杆腔的出进油口相连通，双向分流液压马达中的另一个液压马达的一个液压口与双向分流液压马达中的一个液压马达以及双向定量液压泵之间的流体管线连通并且另一个液压马达的另一个液压口通过连接管线与油箱连通，所述的双向定量液压泵的泵轴与电机的电机轴相连，所述的电机与动力系统控制器相连，所述的双向分流液压马达由两个液压马达通过联轴器机械连接到一起，所述的第一、二液控单向阀构成液压锁，双作用差动液压缸的有杆腔和无杆腔以及双向定量液压泵的两个泵口各自通过一条连接有安全阀的管线与油箱连通，所述的传感器通过控制线与动力系统控制器相连，所述的传感器向控制器输出位移信号或速度信号，所述的动力系统控制器将传感器的反馈信号与给定的信号做比较，然后输出控制信号给电机以控制电机的运行。
2.根据权利要求1所述的液压摆动缸驱动式夹持手抓，其特征在于:所述的第一、二、三、四安全阀均采用插装式。
3.根据权利要求1或2所述的自带动力源的数字泵控差动液压缸，其特征在于:所述的传感器是位移传感器或者速度传感器。
4.根据权利要求3所述的自带动力源的数字泵控差动液压缸，其特征在于:所述的液压马达是齿轮式液压马达或者柱塞式液压马达。
5.根据权利要求4所述的自带动力源的数字泵控差动液压缸，其特征在于:所述的电机是伺服电机或步进电机。
【文档编号】F15B15/20GK104047912SQ201410293460
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】肖聚亮, 楫骏, 姚永胜, 韦炳旭 申请人:天津大学