一种伺服助力液压缸的制作方法

本发明属于电液伺服控制技术领域，具体涉及一种伺服助力液压缸。

背景技术：

伺服液压缸主要特点在于，伺服缸的输出能够时刻跟随输入控制的运动，目前有2种实现形式，一种为机械杆件作为伺服缸的操控输入，另一种为利用步进电机作为脉冲输入的数字液压缸。

专利申请号cn101074691a公开了一种伺服液压缸，其主要包括油缸体、前端盖、进油口、回油口。油缸体的腔体内设有活塞和与之相连的活塞杆，活塞一侧的腔体为有杆腔，另一侧为无杆腔，活塞内设有阀腔和流道，阀腔内设有可移动的阀芯和控制阀口，阀芯一端连接有操控杆，另一端与腔体相通；进油口与有杆腔相通，回油口与控制阀口相通。将液压伺服系统的控制装置与执行装置合二为一，设计成一个液压伺服装置，以油缸体为固定件，油缸活塞为移动件，将阀芯的位移输入直接转换为油缸活塞和活塞杆的位移输出。

专利cn204512235u公开了一种助力油缸，助力油缸的活塞杆通过连接叉与离合器拉杆连接，当踩下离合器踏板时，首先对活塞杆内的节流阀提供动力，使助力缸内的上腔与下腔产生压力差，推动活塞杆拉动离合器拉杆，使离合器分离。

专利申请号cn106369006a公开了一种数字伺服液压缸,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。活塞杆为中空活塞杆；数字伺服液压缸有杆腔一直通高压油。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；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。

以上机械式伺服液压缸和数字式伺服液压缸虽然能够实现跟随输入动作运动，但是当失掉外部动力时，不能实现伺服液压缸活塞浮动功能，即伺服液压缸活塞杆随着外负载的运动而运动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种伺服助力液压缸，其活塞杆具备跟随伺服助力液压缸操控杆的运动输入功能，同时，该伺服液压缸在失掉外部动力时，能实现伺服液压缸的活塞浮动功能，即伺服液压缸内的活塞杆随着外负载的运动而运动。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种伺服助力液压缸包括伺服缸体、活塞阀套和阀芯组件，阀芯组件滑动连接在活塞阀套内，活塞阀套滑动连接在伺服缸体内并将伺服缸体的内部分隔为液压缸操控杆腔和液压缸活塞杆腔，阀芯组件包括滑阀阀芯和滑阀对中复位装置，滑阀阀芯位于液压缸操控杆腔内的一端连接有用于提供运动输入的操控杆，活塞阀套位于液压缸活塞杆腔内的一端连接有用于与外负载连接的活塞杆；操控杆有操控输入时，活塞杆克服外负载阻力跟随操控杆的运动；当操控杆没有操控输入时，滑阀阀芯在滑阀对中复位装置的作用下回中位，活塞阀套处于浮动状态，即活塞杆随着外负载的运动而运动，在外负载的作用下，活塞阀套能够回到原位。

可选地，活塞阀套内设置有进油口p3、回油口t3、控制油口a3和控制油口b3，所述控制油口a3通过油道与所述液压缸操控杆腔连通，所述控制油口b3与所述液压缸活塞杆腔连通，当滑阀阀芯在活塞阀套内往复移动时，进油口p3、回油口t3、控制油口a3和控制油口b3通过滑阀阀芯与活塞阀套的配合接通或关闭。

可选地，滑阀阀芯与活塞阀套为滑阀式五位四通换向阀结构，滑阀式五位四通换向阀的五个位置分别为中位、左停止位、左换向位、右停止位和右换向位，即：

中位时，进油口p3截止，控制油口a3、控制油口b3、回油口t3连通；

左停止位时，进油口p3截止，控制油口a3截止，控制油口b3和回油口t3相通；

左换向位时，进油口p3和控制油口a3相通，控制油口b3和回油口t3相通；

右停止位时，进油口p3截止，控制油口b3截止，控制油口a3和回油口t3相通；

右换向位时，进油口p3和控制油口b3相通，控制油口a3和回油口t3相通。。

可选地，当滑阀式五位四通换向阀为中位时，进油口p3的遮盖量大于或等于回油口t3的开口量。

可选地，伺服缸体上开设有先导进油口p1和先导回油口t1，活塞阀套与伺服缸体之间沿轴向开设有互不连通的进油槽p2和回油槽t2，活塞阀套的进油口p3通过进油槽p2与先导进油口p1连通，活塞阀套的回油口t3通过回油槽t2与先导回油口t1连通，活塞阀套在伺服缸体内移动过程中，进油槽p2与先导进油口p1始终连通，回油槽t2与先导回油口t1始终连通。

可选地，活塞阀套与伺服缸体之间设置四种区域，分别为两端的周向隔离区域、防转槽区域、互不连通的两个油槽区域和将两个油槽区域隔开的轴向隔离区域，两个油槽区域分别作为进油槽和回油槽，进油槽和回油槽的沿轴向尺寸大于活塞阀套的行程。

可选地，活塞阀套和伺服缸体上于防转槽区域分别开设有防转槽，两个防转槽之间安装有平键，活塞阀套和伺服缸体通过平键连接。

可选地，设置在滑阀阀芯的一端的操控杆包括操控杆连接部和阀芯连接部，阀芯连接部与滑阀阀芯的一端可拆卸固定连接。

可选地，活塞阀套的一端可拆卸固定连接有活塞左端盖，活塞阀套的另一端可拆卸固定连接有活塞右端盖，活塞左端盖和活塞右端盖可分别螺纹连接在活塞阀套的两端，伺服缸体的一端可拆卸固定连接有伺服缸前缸盖，伺服缸体的另一端可拆卸固定连接有伺服缸后缸盖，活塞左端盖与伺服缸前缸盖之间形成所述液压缸操控杆腔，活塞右端盖与伺服缸后缸盖之间形成所述液压缸活塞杆腔。

可选地，活塞左端盖上开设有阶梯孔，设置在滑阀阀芯的一端的操控杆的一端滑动连接在阶梯孔内，阶梯孔包括细孔段和粗孔段，阶梯孔的粗孔段安装所述滑阀对中复位装置，滑阀对中复位装置包括滑阀复位弹簧和两个弹簧座，两个弹簧座滑动连接在粗孔段内，滑阀复位弹簧自然状态下，其中一个弹簧座的端面与粗孔段的端面相抵，另一个弹簧座的端面与滑阀阀芯的台肩端面相抵，两个弹簧座之间的距离即为滑阀阀芯相对于伺服助力缸活塞阀套的最大相对位移。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

1、液压缸活塞杆腔中活塞杆的位置只与操控杆位置相关，可实现伺服液压缸活塞杆精确的位置控制。

2、当操控杆无动力输入时，伺服液压缸的活塞阀套处于浮动状态，其位置由活塞杆外负载决定，可在外负载的作用下恢复到原位置。

3、滑阀阀芯置于伺服缸体内，四通滑阀阀体与活塞一体，整个伺服缸结构紧凑，本发明将四通滑阀的设计技术引入到了伺服缸内，扩大了伺服缸的控制功能。

4、本发明伺服助力缸缸体固定，进油口、回油口位置固定，当操控杆无动力输入时，伺服液压缸处于卸荷状态，能够有效地解决减少发热、提高节能效果。

附图说明

图1是本发明的分解结构示意图；

图2是本发明中活塞阀套的立体结构示意图；

图3是图1的剖视结构示意图之一；

图4是图1的剖视结构示意图之二；

图5是本发明的原理示意图；

图6是本发明应用在多路阀时，操控杆向左移动时的伺服控制示意图。

附图标记：

11、阀本体；12、主阀芯；

21、手动操控装置壳体；22、主阀芯复位弹簧；

31、电机；32、滚珠丝杠；33、滚珠螺母；34、滑移外壳；35、移动块；36、轴承盖板；37、电机安装板；

41、伺服缸体；411、液压缸操控杆腔；412、液压缸活塞杆腔；42、活塞阀套；421、平键；43、滑阀阀芯；441、滑阀复位弹簧；442、弹簧座；45、活塞左端盖；46、活塞右端盖；462、活塞杆；47、伺服缸前缸盖；48、伺服缸后缸盖；49、操控杆；491、操控杆连接部；492、阀芯连接部；8、外负载。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图1-6和具体实施例对本发明的技术方案做出进一步的说明，下述实施例中，以滑阀阀芯43朝向操控杆49移动的方向为左向，以滑阀阀芯43朝向活塞杆462移动的方向为右向。

如图5所示，本发明的一种伺服助力液压缸包括伺服缸体41、活塞阀套42和阀芯组件，阀芯组件滑动连接在活塞阀套42内，活塞阀套42滑动连接在伺服缸体41内并将伺服缸体41的内部分隔为液压缸操控杆腔411和液压缸活塞杆腔412。阀芯组件与活塞阀套42组成四通滑阀，活塞阀套42既作为伺服助力液压缸的活塞，又作为四通滑阀的阀套使用。

具体地，活塞阀套42的一端可拆卸固定连接有活塞左端盖45，活塞阀套42的另一端可拆卸固定连接有活塞右端盖46，活塞左端盖45和活塞右端盖46可分别螺纹连接在活塞阀套42的两端，伺服缸体41的一端可拆卸固定连接有伺服缸前缸盖47，伺服缸体41的另一端可拆卸固定连接有伺服缸后缸盖48，活塞左端盖45与伺服缸前缸盖47之间形成所述液压缸操控杆腔411，活塞右端盖46与伺服缸后缸盖48之间形成所述液压缸活塞杆腔412。

阀芯组件包括滑阀阀芯43和滑阀对中复位装置，滑阀阀芯43位于液压缸操控杆腔内的一端通过操控杆49与外部直线运动件传动连接，活塞阀套42位于液压缸活塞杆腔412内的一端与外负载传动连接。

滑阀阀芯43位于液压缸操控杆腔内的一端连接有用于提供运动输入的操控杆，活塞阀套42位于液压缸活塞杆腔内的一端连接有用于与外负载连接的活塞杆；操控杆有操控输入时，活塞杆462克服外负载阻力跟随操控杆的运动；当操控杆没有操控输入时，滑阀阀芯43在滑阀对中复位装置的作用下回中位，活塞阀套42处于浮动状态，即活塞杆462随着外负载的运动而运动。

滑阀对中复位装置可安装在滑阀阀芯43的任意一端或两端，本实施例中，滑阀对中复位装置安装在滑阀阀芯43靠近操控杆的一端，具体地，活塞左端盖45上开设有阶梯孔，操控杆的一端滑动连接在阶梯孔内，阶梯孔包括细孔段和粗孔段，阶梯孔的粗孔段安装所述滑阀对中复位装置，滑阀对中复位装置包括滑阀复位弹簧441和两个弹簧座442，两个弹簧座442滑动连接在粗孔段内，滑阀复位弹簧441自然状态下，其中一个弹簧座442的端面与粗孔段的端面相抵，另一个弹簧座442的端面与滑阀阀芯43的台肩端面相抵，两个弹簧座442之间的距离即为滑阀阀芯43相对于伺服助力缸活塞阀套的最大相对位移。

如图3所示，活塞阀套42内设置有进油口p3、回油口t3、控制油口a3和控制油口b3，所述控制油口a3通过油道与所述液压缸操控杆腔411连通，所述控制油口b3与所述液压缸活塞杆腔412连通，当滑阀阀芯43在活塞阀套42内往复移动时，进油口p3、回油口t3、控制油口a3和控制油口b3通过滑阀阀芯43与活塞阀套42的配合接通或关闭。

具体地，活塞左端盖45上开设有至少一个控制油孔a2，控制油口a3通过控制油孔a2与所述液压缸操控杆腔411连通，活塞右端盖46上开设有至少一个控制油孔b2，控制油口b3通过控制油孔b2与所述液压缸活塞杆腔412连通。

在伺服液压单元4中活塞阀套42与伺服缸体41之间设置四种区域，分别为两端的周向隔离区域、防转槽区域、互不连通的两个油槽区域和将两个油槽区域隔开的轴向隔离区域，两个油槽区域分别作为进油槽和回油槽，设置进油槽和回油槽的沿轴向尺寸大于活塞阀套42的行程，以确保活塞阀套42在伺服缸体41内移动过程中，进油槽始终连通进油油路，回油槽始终连通回油油路。

活塞阀套42和伺服缸体41上于防转槽区域分别开设有防转槽，两个防转槽之间安装有平键421，活塞阀套42和伺服缸体41通过平键421连接；安装时，可通过螺钉将平键421固定在活塞阀套42的防转槽内，再将带有平键421的活塞阀套42安装到伺服缸体41内，平键421可对活塞阀套42进行周向约束，活塞阀套42仅能沿伺服缸体41的轴向往复移动，而无法转动。

进一步的，滑阀阀芯43与活塞阀套42为滑阀式五位四通换向阀结构，滑阀式五位四通换向阀的五个位置分别为中位、左停止位、左换向位、右停止位和右换向位，即：

中位时，进油口p3截止，控制油口a3、控制油口b3、回油口t3连通；

左停止位时，进油口p3截止，控制油口a3截止，控制油口b3和回油口t3相通；

左换向位时，进油口p3和控制油口a3相通，控制油口b3和回油口t3相通；

右停止位时，进油口p3截止，控制油口b3截止，控制油口a3和回油口t3相通；

右换向位时，进油口p3和控制油口b3相通，控制油口a3和回油口t3相通。

进一步的，所述活塞阀套42内设置有五个用于沟通油液的沉割槽，进油口p3、回油口t3、控制油口a3和控制油口b3分别开设在不同沉割槽处，所述滑阀阀芯43设置有三个用于开启或封闭油口的台肩，当滑阀阀芯43在活塞阀套42内往复移动时，通过滑阀阀芯43上的台肩开启或封闭沉割槽，从而接通或关闭与沉割槽相通的油口；所述进油口p3为负开口型，所述回油口t3为正开口型，滑阀式五位四通换向阀为中位时，进油口p3截止，控制油口a3、控制油口b3和回油口t3连通，且进油口p3的遮盖量大于或等于回油口t3的开口量，滑阀式五位四通换向阀流量的大小通过各控制边所对应阀口的开口量大小而控制。

进一步的，伺服缸体41上开设有先导进油口p1和先导回油口t1，活塞阀套42与伺服缸体41之间沿轴向开设有互不连通的进油槽p2和回油槽t2，进油槽p2和回油槽t2可开设在活塞阀套42外周上，也可开设在伺服缸体41的内壁上，活塞阀套42的进油口p3通过进油槽p2与先导进油口p1连通，活塞阀套42的回油口t3通过回油槽t2与先导回油口t1连通，活塞阀套42在伺服缸体41内移动过程中，进油槽p2与先导进油口p1始终连通，回油槽t2与先导回油口t1始终连通。

具体地，活塞阀套42内开设有与滑阀阀芯43同轴向的阀套孔，台肩与阀套孔间隙配合，以驱动单元3所在方位为左，滑阀阀芯43上的台肩从左至右依次记为第一台肩、第二台肩和第三台肩，阀套孔内的沉割槽从左至右依次记为第一沉割槽，第二沉割槽，第三沉割槽，第四沉割槽，第五沉割槽，分别对应左侧的回油口t3，控制油口a3、进油口p3、控制油口b3和右侧的回油口t3，第二台肩的宽度大于第三沉割槽的宽度，第一台肩和第二台肩的宽度大于第一沉割槽和第五沉割槽的宽度，左右两侧的回油口t3分别与回油槽t2连通。

具体地，操控杆49包括操控杆连接部491和阀芯连接部492，操控杆连接部491与外部直线运动件可拆卸固定连接，阀芯连接部492与滑阀阀芯43的一端可拆卸固定连接。操控杆连接部491与外部直线运动件可通过螺钉连接，阀芯连接部492与滑阀阀芯43的连接形式可为螺纹连接，也可为销轴连接（即在阀芯连接部492和滑阀阀芯43上沿同一方向开设销孔，通过同时插入两个销孔的定位销轴将阀芯连接部492和滑阀阀芯43连接为一体），该连接方式占用空间小，也可通过联轴器、法兰等进行连接。

本实施例所述伺服助力液压缸工作过程：

当操控杆49有运动输入时，滑阀阀芯43的位置由操控杆决定，当操控杆49无运动输入时，滑阀阀芯43的位置在滑阀对中复位装置的作用下回中位，四通滑阀处于卸荷状态，活塞阀套处于浮动状态。

具体过程如下：滑阀阀芯43在操控杆49带动下向右移动时，操控杆49推动左侧弹簧座442向右移动，滑阀复位弹簧441被压缩，伺服缸五位四通滑阀处于左换向位置，液压缸操控杆腔411不断进油，液压缸活塞杆腔412回油，活塞杆克服外负载阻力跟随操控杆49和滑阀阀芯43向右移动；

当操控杆49停止运动时，即操控杆49带动力停止，活塞阀套42跟随滑阀阀芯43运动，此时五位四通滑阀处于左停止位，液压缸操控杆腔411进油停止，活塞阀套42停止运动；当操控杆49往左退回时，液压缸操控杆腔411回油，活塞阀套在外负载的作用下，跟随操控杆后退；

当操控杆49无运动输入时，在滑阀复位弹簧441作用下，滑阀阀芯43向左移动回到中位，液压缸操控杆腔411、液压缸活塞杆腔412分别连通回油口t3，伺服缸体内的活塞阀套处于浮动状态，在外负载作用下，活塞阀套可回到初始位置；

反之，滑阀阀芯43在操控杆49带动下向左移动时，滑阀阀芯43上的台肩向左推动右侧弹簧座442，滑阀复位弹簧441被压缩，伺服缸五位四通滑阀处于右换向位置，液压缸活塞杆腔412不断进油，液压缸操控杆腔411回油，活塞杆克服外负载阻力跟随操控杆49和滑阀阀芯43向左移动；

当操控杆49停止运动时，即操控杆49带动力停止，活塞阀套42跟随滑阀阀芯43运动，此时五位四通滑阀处于右停止位，液压缸活塞杆腔412进油停止，活塞阀套42停止运动；当操控杆49往左退回时，液压缸活塞杆腔412回油，活塞阀套在外负载的作用下，跟随操控杆后退；

当操控杆49无运动输入时，在滑阀复位弹簧441作用下，滑阀阀芯43向右移动回到中位，液压缸操控杆腔411、液压缸活塞杆腔412分别连通回油口t3，伺服缸体内的活塞阀套处于浮动状态，在外负载作用下，活塞阀套可回到初始位置。

进一步地，作为本发明的另一个实施例，在上述结构的基础上，本发明的伺服助力液压缸可应用在电比例多路阀中，如图6所示，电比例多路阀主要包括具有多个换向单元的阀本体11，每个换向单元均包含一个主阀芯12，每个主阀芯12的一端均安装有一组电比例液压控制装置，主阀芯12的另一端可选择装配手动操控装置2，每个换向单元都可以利用电比例液压控制装置取代手动操控装置。电比例液压控制装置包括用于将电机旋转运动转换为直线运动的驱动单元和上述伺服助力液压缸，伺服助力液压缸可将驱动单元提供的信号（如位移、速度、带电停止、失电等信号）进行功率放大后驱动主阀芯12。

具体地，操控杆49包括操控杆连接部491和阀芯连接部492，操控杆连接部491与外部直线运动件35可拆卸固定连接，阀芯连接部492与滑阀阀芯43的一端可拆卸固定连接。所述驱动单元包括：电机31和运动转换机构，运动转换机构本实施例中采用丝杠传动结构，所述旋转运动件为滚珠丝杠32，所述直线运动件为滚珠螺母33。进一步地，运动转换机构外周设有限制直线运动件转动的滑移外壳34，滑移外壳34的两端分别与电机31和伺服助力液压缸连接，滚珠螺母33通过移动块35与操控杆连接部491可拆卸固定连接，移动块35的截面为方形时，滑移外壳34的内腔截面也为方形，可使移动块35仅在滑移外壳34内往复移动而无法转动。

进一步地，伺服液压助力缸的活塞杆462一侧与多路阀主阀芯机械连接，伺服液压助力缸后缸盖48与多路阀阀本体11固定连接。

本发明不仅能够应用在多路阀中，对多路阀中的主阀芯进行控制，本发明还可应用在其他需要伺服助力的环境，如大型车辆的离合助力、刹车助力等。

本发明中所用到的液压符号（如进油口p3、回油口t3、控制油口a3、控制油口b3等）仅为了区分各控制油口，并非对本发明技术方案的限制，且上述实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。