基于静压支撑的液压放大器的制作方法

1.本实用新型涉及力值测量技术领域，特别涉及一种基于静压支撑的液压放大器。


背景技术：

2.液压放大器基于帕斯卡原理，采用小载荷砝码，通过液压放大实现大载荷力值测量。液压放大器适用于大力值测量领域，其载荷大、精度高等特点被充分利用，但传统的液压放大器采用的液压原理尚存在不足之处，承载容腔内的油液泄漏后，必须立即补充油液，否则帕斯卡原理失效，而承载容腔补充油液时带来的冲击势必引起液压放大器波动，从而影响测量的灵敏度与复现性。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在解决承载容腔油液的持续泄漏与再补充，会引起液压放大器波动的技术问题，提供一种基于静压支撑的液压放大器。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下具体技术方案：
5.本实用新型提供的基于静压支撑的液压放大器，包括按预设比例放大的大油缸和小油缸；其中，大油缸包括大油缸缸筒、大油缸活塞和大油缸安装底板，大油缸活塞插装在大油缸缸筒内且与大油缸缸筒间隙配合，在大油缸缸筒的内部设置有至少两个上下分布的大油缸静压轴承，通过大油缸静压轴承实现缸筒与活塞之间的静压支撑密封，大油缸安装底板固定安装在大油缸缸筒的底部，大油缸安装底板、大油缸缸筒与大油缸活塞围成大油缸承载容腔，在大油缸承载容腔内充入有油液；小油缸包括小油缸缸筒、小油缸活塞和小油缸安装底板，小油缸活塞插装在小油缸缸筒内且与小油缸缸筒间隙配合，在小油缸缸筒的内部设置有至少两个上下分布的小油缸静压轴承，通过小油缸静压轴承实现缸筒与活塞之间的静压支撑密封，小油缸安装底板固定安装在小油缸缸筒的底部，小油缸安装底板、小油缸缸筒与小油缸活塞围成小油缸承载容腔，在小油缸承载容腔内充入有油液，小油缸承载容腔与大油缸承载容腔之间通过高压软管相连通。
6.优选地，每个大油缸静压轴承分别包括开设在大油缸缸筒的内壁上的至少四个呈径向对称分布的大静压腔，在每个大静压腔的入口处分别设置有大静压腔节流器，在大油缸缸筒的内壁上位于每个大静压腔的上下两侧分别开设有大静压腔泄油槽。
7.优选地，大静压腔节流器为固定阻尼式狭缝节流器。
8.优选地，大油缸静压轴承中的至少一个为可变输入静压轴承，剩余的大油缸静压轴承为固定输入静压轴承。
9.优选地，大油缸活塞为中空结构，大油缸活塞的两端采用端盖密封。
10.优选地，每个小油缸静压轴承分别包括开设在小油缸缸筒的内壁上的至少四个呈径向对称分布的小静压腔，在每小大静压腔的入口处分别设置有小静压腔节流器，在小油缸缸筒的内壁上位于每个小静压腔的上下两侧分别开设有小静压腔泄油槽。
11.优选地，小静压腔节流器为狭缝节流器。
12.优选地，小油缸静压轴承中的至少一个为可变输入静压轴承，剩余的小油缸静压轴承为固定输入静压轴承。
13.优选地，在大油缸安装底板上安装有大油缸压力传感器，大油缸压力传感器用于监测大油缸承载容腔内的压力。
14.优选地，在小油缸安装底板上安装有小油缸压力传感器，小油缸压力传感器用于监测小油缸承载容腔内的压力。
15.与现有技术相比，本实用新型借助静压轴承来实现放大器活塞杆与放大器缸体的密封与导向，通过静压支撑间隙节流方式，实现静压腔压力与承载容腔压力实时平衡，保证承载容腔油液无泄漏，在完全不需要补充油液的情况下，实现帕斯卡原理，从而不产生额外扰动，提高灵敏度与复现性，实现灵敏度不大于0.01％，复现性优于0.01％。
附图说明
16.图1是根据本实用新型一个实施例的基于静压支撑的液压放大器的整体结构示意图；
17.图2是根据本实用新型一个实施例的大油缸静压轴承的结构示意图；
18.图3是根据本实用新型一个实施例的小油缸静压轴承的结构示意图。
19.其中的附图标记包括：大油缸缸筒110、大静压腔上泄油槽111、大静压腔下泄油槽112、大油缸活塞120、大油缸安装底板130、大静压腔140、大油缸上静压轴承150、大油缸下静压轴承160、大静压腔节流器170、大油缸压力传感器180、大油缸承载容腔190、小油缸缸筒210、小静压腔上泄油槽211、小静压腔下泄油槽212、小油缸活塞220、小油缸安装底板230、小静压腔240、小油缸上静压轴承250、小油缸下静压轴承260、小静压腔节流器270、小油缸压力传感器280、小油缸承载容腔290、高压软管310。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，而不构成对本实用新型的限制。
21.下面将对本实用新型实施例提供的基于静压支撑的液压放大器进行详细说明。
22.图1示出了根据本实用新型一个实施例的基于静压支撑的液压放大器的整体结构结构。
23.如图1所示，本实用新型实施例提供的基于静压支撑的液压放大器，包括：按预设比例放大的大油缸和小油缸，小油缸作为液压放大器的加载端，大油缸作为液压放大器的测量端，加载端施加砝码，测量端输出载荷，实现大力值精密测量需求。
24.大油缸包括大油缸缸筒110、大油缸活塞120和大油缸安装底板130，大油缸活塞120插装在大油缸缸筒110的内孔中，大油缸活塞120与大油缸缸筒110径向间隙配合，轴向相对运动，大油缸安装底板130通过螺栓固定安装在大油缸缸筒110的底部，大油缸缸筒110、大油缸活塞120和大油缸安装底板130围成的腔体构成大油缸承载容腔190，在大油缸承载容腔190内充入有油液。
25.为了减轻大油缸活塞120的重量，大油缸活塞120采用中空结构，大油缸活塞120在
两端采用端盖密封，大油缸活塞120的外表面采用热喷涂工艺并进行磨光处理，加工精度高，使用寿命长。
26.大油缸缸筒110的内孔采用珩磨加工，在大油缸缸筒110的内部设置有至少两个上下分布的大油缸静压轴承。
27.图2示出了根据本实用新型一个实施例的大油缸静压轴承的结构。
28.如图1和图2所示，大油缸静压轴承采用开设在大油缸缸筒110的内壁上的至少四个呈径向对称分布的大静压腔140，在每个大静压腔140的入口处分别设置有大静压腔节流器170，大静压腔节流器170可以采用毛细管节流器、小孔节流器、狭缝节流器或其他类型的节流器，油液经大静压腔节流器170的节流后流入大静压腔140，在大油缸缸筒110与大油缸活塞120之间形成一层高压油膜，使大油缸缸筒110与大油缸活塞120之间构成静压支撑，实现大油缸缸筒110与大油缸活塞120之间无机械摩擦的相对运动，从而实现超高精度的液压放大功能，并且大油缸缸筒110与大油缸活塞120之间的静压支撑可以抵抗因安装误差导致的侧向载荷，保证安装误差也不会对此液压放大器有任何影响。
29.图1中示出了两个大油缸静压轴承，分别为大油缸上静压轴承150和大油缸下静压轴承160，通过大油缸上静压轴承150和大油缸下静压轴承160实现大油缸缸筒110与大油缸活塞120之间的静压支撑密封与导向。
30.在大油缸缸筒110的内壁上位于大油缸上静压轴承150的上下两侧开设有大静压腔上泄油槽111和大静压腔下泄油槽112，大油缸上静压轴承150的大静压腔内的油液分别从大静压腔上泄油槽111和大静压腔下泄油槽112排出，大油缸下静压轴承160的大静压腔内的油液从大静压腔下泄油槽112排出。
31.在大油缸缸筒110的内壁上还开设有至少一个v型阻尼槽，用于增强大油缸缸筒110与大油缸活塞120之间的密封效果。
32.在大油缸安装底板130的内部开设有与大油缸承载容腔190相连通的油路通道，在大油缸安装底板130的侧壁上还设置有油路接口和测压接口，油路通道分别与测压接口、油路接口相连通，在测压接口安装有大油缸压力传感器180，大油缸压力传感器180用于监测大油缸承载容腔190内的压力。
33.小油缸包括小油缸缸筒210、小油缸活塞220和小油缸安装底板230，小油缸活塞220插装在小油缸缸筒210的内孔中，小油缸活塞220与小油缸缸筒210径向间隙配合，轴向相对运动，小油缸安装底板230通过螺栓固定安装在小油缸缸筒210的底部，小油缸缸筒210、小油缸活塞220与小油缸安装底板230围成的腔体构成小油缸承载容腔290，在小油缸承载容腔290内充入有油液。
34.小油缸缸筒210的内孔采用珩磨加工，在小油缸缸筒210的内部设置有至少两个上下分布的小油缸静压轴承。
35.图3示出了根据本实用新型一个实施例的小油缸静压轴承的结构。
36.如图1和图3所示，小油缸静压轴承采用开设在小油缸缸筒210的内壁上的至少四个呈径向对称分布的小静压腔240，在每个小静压腔240的入口处分别设置有小静压腔节流器270，小静压腔节流器270可以采用毛细管节流器、小孔节流器、狭缝节流器或其他类型的节流器，优选采用固定阻尼式狭缝节流器，油液经小静压腔节流器270的节流后流入小静压腔240，在小油缸缸筒210与小油缸活塞220之间形成一层高压油膜，使小油缸缸筒210与小
油缸活塞220之间构成静压支撑，实现小油缸缸筒210与小油缸活塞220之间无机械摩擦的相对运动，从而实现超高精度的液压放大功能，并且小油缸缸筒210与小油缸活塞220之间的静压支撑可以抵抗因安装误差导致的侧向载荷，保证安装误差也不会对此液压放大器有任何影响。
37.图1中示出了两个小油缸静压轴承，分别为小油缸上静压轴承250和小油缸下静压轴承260，通过小油缸上静压轴承250和小油缸下静压轴承260实现小油缸缸筒210与小油缸活塞220之间的静压支撑密封。
38.在小油缸缸筒210的内壁上位于大油缸上静压轴承150的上下两侧开设有小静压腔上泄油槽211和小静压腔下泄油槽212，小油缸上静压轴承250的大静压腔内的油液分别从小静压腔上泄油槽211和小静压腔下泄油槽212排出，小油缸下静压轴承260的小静压腔内的油液从小静压腔下泄油槽212排出。
39.在小油缸缸筒210的内壁上还开设有v型阻尼槽，用于增强小油缸缸筒210与小油缸活塞220之间的密封效果。
40.在小油缸安装底板230的内部开设有与小油缸承载容腔290相连通的油路通道，在小油缸安装底板230的侧壁上还设置有油路接口和测压接口，油路通道分别与测压接口、油路接口相连通，在测压接口安装有小油缸压力传感器280，小油缸压力传感器280用于监测小油缸承载容腔290内的压力。小油缸的油路接口与大油缸的油路接口之间通过高压软管310连接，实现小油缸承载容腔290与大油缸承载容腔190的连通。
41.上述内容详细说明了本实用新型实施例提供的基于静压支撑的液压放大器的整体，基于静压支撑的液压放大器的工作过程如下：
42.选用两个放大比例为100:1的油缸，将大油缸承载容腔190、小油缸承载容腔290及高压软管310充入油液，并关闭保持。将作为加载端的小油缸施加砝码，小油缸活塞220将向下运动，由帕斯卡原理可知，小油缸承载容腔290内的油液将通过高压软管310流向大油缸承载容腔190并加载到大油缸活塞120的底面，推动大油缸活塞120向上运动，此时作为测量端的大油缸输出的载荷为加载端砝码载荷的100倍，即通过小载荷砝码进行大载荷力值测量，从而提高分辨率及测量精度。
43.大油缸的工作过程如下：向大油缸上静压轴承150输入固定压力的油液，该固定压力的油液经大静压腔节流器170的节流后进入大静压腔140，大静压腔140内的油液经过双向节流边(缸筒对应于泄油槽的周边区域为节流边)分别从大静压腔上泄油槽111和大静压腔下泄油槽112排出，从而产生固定压力降，实现大油缸上静压轴承150的稳定运行。向大油缸下静压轴承160输入压力可变的油液，压力可变的油液经大静压腔节流器170节流后进入大静压腔140，大静压腔140内的油液经过单向节流边从大静压腔下泄油槽112排出，从而产生固定压力降。通过大油缸压力传感器180实时采集大油缸承载容腔190内的压力，根据大油缸承载容腔190内的压力调整大油缸上静压轴承150的输入压力，由于节流器的压降可以通过计算得到，所以可根据输入油液的压力，计算出节流后的油液的压力，并与大油缸承载容腔190内的压力对比，当两个压力值相等时，经大静压腔节流器170节流后的油液变成为大油缸承载容腔190的密封油，从而实现大油缸承载容腔190内无油液泄漏。通过大油缸上静压轴承150与大油缸下静压轴承160的正常运行，保证大油缸缸筒110与大油缸活塞120之间的导向与密封，实现两者之间的无任何机械摩擦的相对运动。小油缸的工作过程与大油
缸的工作过程相同，在此不再赘述。
44.本实用新型通过静压支撑间隙节流方式，实现静压腔压力与承载容腔压力实时平衡，保证承载容腔油液无泄漏，在完全不需要补充油液的情况下，实现帕斯卡原理，从而不产生额外扰动，提高灵敏度与复现性，实现灵敏度不大于0.01％，复现性优于0.01％。并且因静压轴承使大油缸与小油缸拥有抵抗侧向载荷的能力，保证安装误差也不会对此液压放大器有任何影响。
45.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
46.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
47.以上本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。