本实用新型属于机电装备领域,具体涉及一种数字伺服液压缸。
背景技术:
数字伺服液压缸是一种高端智能基础液压元器件,是一种将油缸、数字伺服/比例阀、数字伺服控制器有机结合,集成为一个单体器件的高科技液压传动及控制产品。其特别适用于高精度速度、位置控制、协同运动控制等传动系统,尤其在大流量或超大流量(千升/分钟)、高频或者超高频伺服控制方面,数字液压系统具有无可比拟的竞争优势和高性价比。其应用领域主要有:注塑机液压节能、船舶数字液压舵机系统、船舰的减摇鳍系统、悬臂掘进机行程控制、六自由度振动试验台、机器人等。
与由传统的液压元件组成的液压系统相比,要完成相同的功能,数字伺服液压缸有如下突出优点:结构简单,故障率小;控制过程简单;对油液的清洁度要求低;在外界环境的影响下(如温度、载荷的变化),能根据检测反馈信息实现自动调节,实现精确控制;高抗干扰性。但现有数字伺服液压缸稳定可靠性不强,例如在2010年6月29日,深圳东部华侨城大侠谷游乐项目"太空迷航"发生垮塌安全事故,造成6人死亡,10人受伤,其中重伤5人。
技术实现要素:
本实用新型的目的在于提供一种新型数字伺服液压缸结构,保证其稳定性、快速性和控制精度,使其适用于高精度速度、位置控制、协同运动控制等传动系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
所述的数字伺服液压缸主要由活塞杆、滚珠丝杆、活塞、丝杠螺母、伺服方向控制阀芯、限位块、轴向间隙补偿器和控制电机组成。
所述的活塞杆为中空活塞杆;所述的数字伺服液压缸有杆腔一直通高压油,无杆腔的活塞表面积是有杆腔活塞表面积的两倍,无杆腔的液压油压为有杆腔液压油压的二分之一,初始阶段活塞左右两侧压力一致,数字伺服液压缸处于平衡状态。
所述的伺服方向控制阀芯所在的伺服方向控制阀为三位零开口阀,伺服方向控制阀芯与滚珠丝杆成为整体,滚珠丝杆伸入活塞杆中心孔内,并与该中心孔的丝杠螺母相啮合;所述的伺服方向控制阀芯的另一端与限位块一端连接,限位块的另一端与轴向间隙补偿器一端连接,轴向间隙补偿器的另一端与控制电机的轴相连;当控制电机转动时,带动伺服方向控制阀芯及滚珠丝杆一起转动。
本实用新型具有的性能及优点是:
1、频率响应高,起动频率高,单位功率的成本低,容易达到很大的输出力。
2、具有传动环节少,无游隙,精度高的特点。
3、应用范围广,如注塑机液压节能、船舶数字液压舵机系统、船舰的减摇鳍系统、悬臂掘进机行程控制、六自由度振动试验台、机器人等。
附图说明
图1为数字伺服液压缸的结构图。
图中:1-前端盖,2-缸筒,3-活塞杆,4-滚珠丝杆,5-活塞,6-丝杠螺母,7-伺服方向控制阀芯,8-后端盖,9-限位块,10-轴向间隙补偿器,11-控制电机。
具体实施方式
如图1所示,本实施例数字伺服液压缸主要由前端盖1、缸筒2、活塞杆3、滚珠丝杆4、活塞5、丝杠螺母6、伺服方向控制阀芯7、后端盖8、限位块9、轴向间隙补偿器10、控制电机11等组成。
图1中,活塞杆3为中空活塞杆。液压缸有杆腔一直通高压油Ps,无杆腔的活塞表面积是有杆腔活塞表面积(A1)的2倍,无杆腔的液压油压为有杆腔液压油压(Ps)的0.5倍,初始阶段活塞5的左右两侧压力一致,数字伺服液压缸处于平衡状态。
图1中,伺服方向控制阀为三位零开口阀,伺服方向控制阀芯7与滚珠丝杆4成为整体,滚珠丝杆4伸入活塞杆3中心孔内,并与该中心孔的丝杠螺母6相啮合。伺服方向控制阀芯7的另一端与限位块9连接,限位块9的另一端与轴向间隙补偿器10连接,轴向间隙补偿器10的另一端与控制电机11的轴相连。当控制电机11转动时,可带动伺服方向控制阀芯7及滚珠丝杆4一起转动。
图1中,轴向间隙补偿器10在轴线方向能够伸长和压缩,使活塞5运动的同时能直接驱动伺服方向控制阀芯7。
本实施例液压系统的工作过程为:
高压油液Ps进入阀体后,由伺服方向控制阀芯7上的凸肩密封而处于待分配状态。当控制电机11接收到数字脉冲信号而转动时,带动伺服方向控制阀芯7转过一定的角度,由于伺服方向控制阀芯7和滚珠丝杆4刚性连接,因而在转动的同时还产生轴向的位移。
如果伺服方向控制阀芯7向右移动,则高压油脱离凸肩密封,经过阀口和内部流道进入数字液压缸的无杆腔。此时,无杆腔的压力升高,使无杆腔与有杆腔的压力差为Ps•A1,从而推动数字液压缸活塞杆3向左运动。活塞杆3向左运动的同时,带动丝杠螺母6一起向左运动,和活塞5连成一体的丝杠螺母6带动伺服方向控制阀芯7左移,使伺服方向控制阀芯7的阀口逐渐关闭,数字液压缸又处在一个新的平衡状态,实现了直接的位置负反馈。输入连续的脉冲信号,则控制电机11连续旋转,活塞杆3便随之外伸。
输入反向脉冲时,控制电机11反转,伺服方向控制阀芯7向左移动,数字液压缸无杆腔中的液压油经内部流道从T口排出。数字液压缸有杆腔与无杆腔的压力差为Ps•A1,从而推动数字液压缸活塞杆3向右缩回。滚珠丝杆4转动一周的导程就是数字液压缸活塞杆3移动的距离,此时,控制电机11也旋转了一周。