一种内驱直接反馈式数字摆动液压缸的制作方法

本发明涉及液压缸技术领域，特别涉及一种内驱直接反馈式数字摆动液压缸。

背景技术：

工业应用中，常需要得到大转矩往复回转运动。目前常用的方式是采用传动装置将直线油缸的往复直线运动转换成往复回转运动，也有应用叶片式液压摆动油缸的。叶片式液压摆动油缸包括定子、转子和转轴；定子和转子间形成油腔，液压油作用在转子上形成转矩驱动转子旋转，通过控制油压方向形成转子的往复摆动。由于可直接将油压转换成摆动运动，无需额外的传动机构，因而具有结构紧凑、机械效率高、转矩输出平稳、操控性好等优点，此外还可避免直线油缸外露部分易将灰尘带入液压系统的问题，可广泛应用于舰用雷达天线稳定平台的驱动，声纳上换能器基阵的摆动，鱼雷发射架的启闭，大型火炮的输弹机，各种冶金机械，石化机械，汽车和冰箱的自动生产线，机器人，以及飞机机翼舵机和船舶操舵机构等。

所谓数字化摆动液压缸是将转轴的旋转量进行数字化，其旋转量可通过转换实现数字化，可以直接通过控制器完成采集，同时也为微机提供转轴的数字化旋转量。

数字化摆动液压缸所能提供的信号为数字化的旋转量，并且该信号可由微机或上位机通过通信接口直接采集。数字化摆动液压缸的可实现机理很多，一般可采用外驱动式的采集方法和内驱动式的采集方法。但是，往往为了实现高精度的采集控制导致系统结构复杂，抗扰动能力差，控制可靠性相应较低。

技术实现要素：

本发明提供一种内驱直接反馈式数字摆动液压缸，解决现有技术中摆动液压油缸系统结构复杂，抗扰动能力差，可靠性低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种内驱直接反馈式数字摆动液压缸，包括：plc可编程控制器、伺服电机、丝杆螺母副、三位四通阀、锥形齿轮组、编码器以及单叶片摆动液压缸；

所述锥形齿轮组包括：第一锥形齿轮、第二锥形齿轮以及第三锥形齿轮；所述第一锥形齿轮和所述第三锥形齿轮分别与所述第二锥形齿轮啮合，所述第一锥形齿轮和所述第三锥形齿轮的转动趋势相反；

所述伺服电机通过所述丝杆螺母副与所述三位四通阀的阀芯的一端相连，所述阀芯的另一端通过所述第一锥形齿轮相连；控制所述阀芯轴向位移；

所述单叶片摆动液压缸的转轴与所述第三锥形齿轮相连；

所述编码器与所述第二锥形齿轮相连；

所述三位四通阀的油口分别对应连接所述单叶片摆动液压缸的油口，控制其摆动。

进一步地，所述伺服电机通过花键与所述丝杆螺母副相连。

进一步地，所述单叶片摆动液压缸的转轴通过联轴器连接所述第三锥形齿轮的转轴。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的内驱直接反馈式数字摆动液压缸，通过伺服电机以及丝杆螺母副拉动三位四通阀的阀芯，开启油口，通过输油通路向单叶片摆动液压缸，驱动液压缸摆动；并通过转轴输出扭矩，依次驱动所述第三锥形齿轮、所述第二锥形齿轮、所述第一锥形齿轮转动，从而输出反向扭矩，从而拉动阀芯复位，逐渐缩小油口直至封闭。从而实现基于机械反馈过程的直接反馈式闭环控制。过程中，通过编码器实时采集第二锥形齿轮转动信息，从而获取丝杆螺母副旋转的角度及摆动液压缸的摆角，此信号传给以plc可编程控制器为核心的控制系统，控制系统根据运行位移和速度要求，对伺服电机进行闭环控制，从而实现高精度的控制操作。同时，与直接反馈式闭环控制配合进一步提升控制精度和和可靠性。也基于此，能够大幅简化反馈控制结构，避免由多个液压元器件所组成的复杂液压系统导致的抗扰动能力差的缺陷。

附图说明

图1为本发明提供的内驱直接反馈式数字摆动液压缸结构示意图；

图2为本发明提供的内驱直接反馈式数字摆动液压缸对滑阀闭环控制的原理图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种内驱直接反馈式数字摆动液压缸，解决现有技术中摆动液压油缸系统结构复杂，抗扰动能力差，可靠性低的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，一种内驱直接反馈式数字摆动液压缸，包括：plc可编程控制器、伺服电机1、丝杆螺母副3、三位四通阀5、锥形齿轮组、编码器10以及单叶片摆动液压缸9。

所述锥形齿轮组包括：第一锥形齿轮6、第二锥形齿轮7以及第三锥形齿轮8；所述第一锥形齿轮6和所述第三锥形齿轮8分别与所述第二锥形齿轮7啮合，所述第一锥形齿轮6和所述第三锥形齿轮8的转动趋势相反。

所述伺服电机1通过所述丝杆螺母副3与所述三位四通阀5的阀芯4的一端相连，所述阀芯4的另一端通过所述第一锥形齿轮6相连；控制所述阀芯4轴向位移。

所述单叶片摆动液压缸9的转轴14与所述第三锥形齿轮8相连；

所述编码器10与所述第二锥形齿轮7相连；

所述三位四通阀5的油口分别对应连接所述单叶片摆动液压缸9的油口，控制其摆动。

所述伺服电机1通过花键2与所述丝杆螺母副3相连。

所述单叶片摆动液压缸9的转轴14通过联轴器11连接所述第三锥形齿轮8的转轴。

一般而言，在所述三位四通阀5上设置一支架，用于固定锥形齿轮组；具体而言，第二锥形齿轮7通过设置在支架上的第一滚珠轴承13固定，第三锥形齿轮8通过设置在支架上的第二滚珠轴承12固定。

参见图2，伺服电机l接到电信号，其输出轴顺时针旋转一定的角度，旋转扭矩通过花键2、丝杆螺母副3传给阀芯4；因锥形齿轮组的右端通过联轴器11与单叶片摆动液压缸9相连，驱动单叶片摆动液压缸9旋转的驱动力比驱动系杆螺母副3旋转的力大得多，因此在旋转作用下丝杆螺母副3带动阀芯4发生轴向的移动。

本实施例采用负开口三位四通阀控流，控流存在一定的死区，开始的几个脉冲产生的一小段位移并不能将p口处的高压油和a口或b口接通。死区过后，伺服电机再旋转一定角度，在旋转作用下阀芯4又发生一定的轴向的位移。如果阀芯4向左移动，p口和b口连通，a口和t口连通。p口处的高压油，通过b口和c口流入油缸的下腔。下腔增压，驱动液压缸的转轴14逆时针旋转，液压缸的转轴14通过联轴器带动锥形齿轮组旋转，上腔的油经过a口、t口流回油箱。锥形齿轮组逆时针旋转时，带动阀芯4和阀芯5左端的螺母(位置相对固定)发生与步进电机旋向相反的旋转，在丝杆螺母副3的作用下带动阀芯4向右运动，阀口关闭，一个步进过程结束。

丝杆螺母副3旋转的角度被锥形齿轮组上的编码器10检测到，此旋转角度和单叶片摆动液压缸9的摆角相对应，此信号传给以plc可编程控制器为核心的控制系统，控制系统根据运行位移和速度要求，对伺服电机1进行闭环控制。本实施例涉及的液压缸在运动的同时不断关闭阀口，形成一个伺服控制系统。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的内驱直接反馈式数字摆动液压缸，通过伺服电机以及丝杆螺母副拉动三位四通阀的阀芯，开启油口，通过输油通路向单叶片摆动液压缸，驱动液压缸摆动；并通过转轴输出扭矩，依次驱动所述第三锥形齿轮、所述第二锥形齿轮、所述第一锥形齿轮转动，从而输出反向扭矩，从而拉动阀芯复位，逐渐缩小油口直至封闭。从而实现基于机械反馈过程的直接反馈式闭环控制。过程中，通过编码器实时采集第二锥形齿轮转动信息，从而获取丝杆螺母副旋转的角度及摆动液压缸的摆角，此信号传给以plc可编程控制器为核心的控制系统，控制系统根据运行位移和速度要求，对伺服电机进行闭环控制，从而实现高精度的控制操作。同时，与直接反馈式闭环控制配合进一步提升控制精度和和可靠性。也基于此，能够大幅简化反馈控制结构，避免由多个液压元器件所组成的复杂液压系统导致的抗扰动能力差的缺陷。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。