[發明專利]一種交流伺服直驅增壓式帶油箱電動液壓缸及其增壓方法

有效

• 申請號: 201310080779.8
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103185046A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 范淑琴;趙升噸;李靖祥;趙永強;徐凡;陳超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F15B15/08
• 分類號: F15B15/08;F15B3/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種交流伺服直驅增壓式帶油箱電動液壓缸，其特征在于：包括交流伺服電動機（1）以及電機轉軸上連接的電機減速器（2），電機減速器（2）的輸出軸上連接一個小帶輪（3），小帶輪（3）通過齒形帶（4）連接一個大帶輪（5），大帶輪（5）通過兩個大圓螺母（6）與滾珠絲杠（7）聯結為一體，大帶輪（5）帶動滾珠絲杠（7）一起旋轉，滾珠絲杠（7）上裝有滾珠絲杠螺母（10），滾珠絲杠螺母（10）與第一層活塞（11）徑向配合聯結為一體，第一層活塞（11）與缸體（16）上端面之間構成A腔（9），第一層活塞（11）的活塞桿與滾珠絲杠（7）之間構成B腔（14），第一層活塞（11）下方的缸體（16）上加工有小活塞腔（15），小活塞腔（15）所在缸體與第一層活塞（11）之間構成C腔（12），小活塞腔（15）下方有第二層活塞（18），第二層活塞（18）的活塞桿能夠穿過缸底（31）在液壓缸工作時對外施力，第二層活塞（18）的面積大于第一層活塞（11）的活塞桿面積，第二層活塞（18）與小活塞腔（15）所在缸體之間為D腔（17），D腔（17）為高壓油腔，第二層活塞（18）與缸底（31）之間的空間為E腔（19），液壓缸工作時A腔（9）、B腔（14）、C腔（12）、D腔（17）、E腔（19）以及小活塞腔（15）內均充滿了液壓油；

在E腔（19）與A腔（9）之間連接有液壓管路（13），液壓缸活塞快速下行和慢速增壓階段E腔（19）內的液壓油通過液壓管路（13）流入A腔（9）和B腔（14），液壓缸活塞回程階段A腔（9）和B腔（14）中的液壓油通過液壓管路（13）流入E腔（19）里；

在缸體（16）的下方裝有第一背壓閥（20），第一背壓閥（20）兩端分別連接E腔（19）和油箱（21），在液壓缸活塞回程階段，第一背壓閥（20）開啟，E腔（19）內所容納不了的液壓油通過第一背壓閥（20）流入到油箱（21），油箱（21）是固定在缸體（16）內的，在缸體（16）的中部裝有第二背壓閥（22）和第一單向閥（23），第二背壓閥（22）兩端分別連接C腔（12）和油箱（21），在液壓缸慢速增壓階段第一層活塞（11）的活塞桿堵住了小活塞腔（15），第一層活塞（11）下行時，第二背壓閥（22）開啟，C腔（12）的液壓油通過第二背壓閥（22）流入油箱（21），第一單向閥（23）兩端也分別連接C腔（12）和油箱（21），在液壓缸活塞回程時，第一層活塞（11）的活塞桿開始上行直到離開小活塞腔（15）的行程中，第一單向閥（23）開啟，油箱（21）通過第一單向閥（23）給C腔（12）補充液壓油；在缸體（16）的上部裝有第二單向閥（24），第二單向閥（24）的兩端分別連接A腔（9）和油箱（21），在液壓缸活塞快速下行階段A腔（9）內油壓不足降低時，第二單向閥（24）開啟，油箱（21）給A腔（9）補充液壓油。

2.根據權利要求1所述的一種交流伺服直驅增壓式帶油箱電動液壓缸，其特征在于：在上述結構的基礎上去掉小帶輪（3）、齒形帶（4）、大帶輪（5），電機減速器（2）的輸出軸通過聯軸器（28）與滾珠絲杠（7）聯結，工作時交流伺服電機（1）通過電機減速器（2）、聯軸器（28）直接驅動滾珠絲杠（7）轉動。

3.根據權利要求1和2所述的一種交流伺服直驅增壓式帶油箱電動液壓缸，其特征在于：為了提高液壓缸的承載能力，將滾珠絲杠（7）和滾珠絲杠螺母（10）分別用行星滾柱絲杠（25）、行星滾柱絲杠螺母（26）替換，行星滾柱絲杠螺母（26）通過滾柱（27）與行星滾柱絲杠（25）徑向配合。

4.根據權利要求1所述的一種交流伺服直驅增壓式帶油箱電動液壓缸，其特征在于：在第二層活塞（18）的活塞桿的輸出端安裝位移傳感器，以及在高壓油腔D腔（17）上安裝壓力傳感器，即可方便地通過對交流伺服電動機（1）的控制來實現位移、輸出力的閉環控制。

5.根據權利要求1所述的一種交流伺服直驅增壓式帶油箱電動液壓缸的增壓方法，其特征在于，液壓缸活塞快速下行階段，交流伺服電動機（1）正轉，通過小帶輪（3）、齒形帶（4）和大帶輪（5）帶動滾珠絲杠（7）旋轉，滾珠絲杠（7）帶動其上的滾珠絲杠螺母（10）下行，進而推動第一層活塞（11）下行，推動C腔（12）的液壓油流向D腔（17），從而推動第二層活塞（18）以與第一層活塞（11）相同的速度快速下行，此時，E腔（19）內的液壓油通過液壓管路（13）排出到A腔（9）和B腔（14），當E腔（19）流入到A腔（9）的液壓油不能滿足A腔（9）的需要，即A腔（9）內油壓不足時，第二單向閥（24）開啟，油箱（21）的液壓油流向A腔（9），給A腔（9）補油；液壓缸慢速增壓階段，此時第一層活塞（11）的活塞桿剛進入小活塞腔（15），堵住了C腔（12）和D腔（17）之間的通路，C腔（12）和D腔（17）之間的液壓油不再相互流通，當第一層活塞（11）繼續下行時，C腔（12）的液壓油通過第二背壓閥（22）流入油箱（21），小活塞腔（15）內的液壓油流向D腔（17），由于第二層活塞（18）的面積大于第一層活塞（11）的活塞桿面積，具有很大的增壓比，因而D腔（17）為高壓油腔，從而實現了增力，E腔（19）的液壓油通過液壓管路（13）也流回A腔（9）和B腔（14）中，A腔（9）內油壓不足時，第二單向閥（24）開啟，油箱（21）的液壓油流向A腔（9），給A腔（9）補油，第一層活塞（11）的活塞桿下行至填滿小活塞腔（15）時，第二層活塞（18）到達液壓缸底（31）達到最大行程，液壓缸工作結束；液壓缸活塞上行回程階段，交流伺服電動機（1）反轉，滾珠絲杠（7）轉動使滾珠絲杠螺母（10）上行，滾珠絲杠螺母（10）帶動第一層活塞（11）上行，A腔（9）和B腔（14）的體積減小，其中的液壓油通過液壓管路（13）流入E腔（19）里，E腔（19）內所容納不了的液壓油則通過第一背壓閥（20）流入到油箱（21），其中第一背壓閥（20）的開啟壓力大于活塞的回程阻力，在第一層活塞（11）的活塞桿開始上行直到離開小活塞腔（15）的行程中，第一單向閥（23）開啟，油箱（21）通過第一單向閥（23）給C腔（12）充液壓油，當第一層活塞（11）的活塞桿完全離開小活塞腔（15）時，C腔（12）和D腔（17）連通，D腔（17）的液壓油流入C腔（12），C腔（12）內壓力增大，第一單向閥（23）關閉，油箱（21）不再給C腔（12）充油，繼續上行時E腔（19）繼續從A腔（9）吸油，E腔（19）的液壓油繼續推動第二層活塞（18）上行，直到其復位。