專(zhuān)利名稱(chēng)：獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓執(zhí)行元件，特別是一種獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸。
背景技術(shù)：
擺動(dòng)液壓缸是一種液壓執(zhí)行元件，它能輸出往復(fù)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以也稱(chēng)擺動(dòng)液壓馬達(dá)。這種液壓缸常用于分度機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)位裝置、機(jī)械手以及各種冶金機(jī)械、石化機(jī)械和礦山機(jī)械等。目前國(guó)內(nèi)使用的擺動(dòng)液壓缸主要有兩大類(lèi)葉片式和活塞組合式。葉片式擺動(dòng)液壓缸又分單葉片式和雙葉片式兩種，其最大缺點(diǎn)是液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸大，輸出力矩小，輸出轉(zhuǎn)角小于36(T ，密封性能差，其內(nèi)泄漏的變化會(huì)影響伺服系統(tǒng)的性能?；钊M合式擺動(dòng)液壓缸由活塞液壓缸和其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，主要包括齒輪齒條式、螺旋活塞式、鏈?zhǔn)健⑶B桿式等。這類(lèi)擺動(dòng)液壓缸的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不緊湊，低速性能差，螺旋副泄漏大，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好、低速穩(wěn)定性強(qiáng)的獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸。 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電
液伺服擺動(dòng)液壓缸，其特點(diǎn)是包括液壓缸、螺旋缸和控制系統(tǒng)，液壓缸包括左缸蓋、液壓缸
筒以及活塞，螺旋缸包括螺旋缸筒、右缸蓋以及螺旋活塞，液壓缸筒和螺旋缸筒之間設(shè)有連
接透蓋，在液壓缸和螺旋缸的中部貫穿有一根輸出螺桿，在液壓缸的左側(cè)設(shè)有裝在輸出螺
桿端部的光電編碼器，在螺旋缸的右側(cè)為輸出螺桿的輸出端軸，液壓缸的活塞套裝在輸出
螺桿上并且小端穿過(guò)連接透蓋，螺旋活塞通過(guò)軸向限位裝置套裝在液壓缸活塞的右端，螺
旋缸筒內(nèi)嵌有與螺旋活塞配合的耐磨螺旋襯套，耐磨螺旋襯套與輸出螺桿的旋向相反，在
螺旋缸筒內(nèi)的輸出螺桿上裝有滾珠螺旋母，滾珠螺旋母與螺旋活塞小端固定連接。 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，連接透蓋使液
壓缸的液壓腔完全封閉。 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，滾珠螺旋母與螺旋活塞小端之間設(shè)有間隙調(diào)整墊片。 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，螺旋活塞和滾珠螺旋母的螺旋升角相等。 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，螺旋活塞與液壓缸活塞之間的軸向限位裝置包括設(shè)在螺旋活塞上的環(huán)形槽，在液壓缸活塞上設(shè)有與上述環(huán)形槽配合的軸向定位銷(xiāo)軸。 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)包括電液壓力流量伺服閥，由單片機(jī)、信號(hào)輸入輸出調(diào)理電路、輸入鍵盤(pán)以及LED顯示組成的控制器，光電編碼器，以及安裝在液壓缸的兩個(gè)工作油口上的壓力傳感器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用兩段螺旋輸出，擺動(dòng)液壓缸為集機(jī)、電、液一體的獨(dú)立產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于整機(jī)布置；密封性好，容積效率高，低速穩(wěn)定性強(qiáng)；輸出扭矩大，輸出轉(zhuǎn)角可大于360。轉(zhuǎn)角大；采用了微機(jī)控制，可以準(zhǔn)確輸出扭矩和擺角；應(yīng)用范圍廣，可直接應(yīng)用于電液力、電液壓力、電液位置以及電液速度伺服系統(tǒng)中。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖3為控制系統(tǒng)原理方框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖所示，l.光電編碼器2.防塵密封裝置3.端蓋4.伺服閥座5、7.壓力傳感器6.電液壓力流量伺服閥8.連接透蓋9.接線(xiàn)柱10.控制器罩11.控制器12.軸承13.輸出螺桿14.螺旋缸筒15.滾珠螺旋母16.墊片17銷(xiāo)軸.18.螺旋活塞19.橡塑組合密封裝置20.液壓缸活塞21.液壓缸筒22、23.橡塑組合密封24.觸摸輸入鍵盤(pán)25. LED顯示26.右缸蓋。 —種獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，包括液壓缸、螺旋缸和控制系統(tǒng)，液壓缸包括左缸蓋、液壓缸筒以及活塞，螺旋缸包括螺旋缸筒、右缸蓋以及螺旋活塞，液壓缸筒和螺旋缸筒之間設(shè)有連接透蓋，連接透蓋使液壓缸的液壓腔完全封閉。在液壓缸和螺旋缸的中部貫穿有一根輸出螺桿，在液壓缸的左側(cè)設(shè)有裝在輸出螺桿端部的光電編碼器，在螺旋缸的右側(cè)為輸出螺桿的輸出端軸，液壓缸的活塞套裝在輸出螺桿上并且小端穿過(guò)連接透蓋，螺旋活塞通過(guò)軸向限位裝置套裝在液壓缸活塞的右端，螺旋缸筒內(nèi)嵌有與螺旋活塞配合的耐磨螺旋襯套，耐磨螺旋襯套與輸出螺桿的旋向相反，在螺旋缸筒內(nèi)的輸出螺桿上裝有滾珠螺旋母，滾珠螺旋母與螺旋活塞小端固定連接。 該結(jié)構(gòu)主要由液壓缸、螺旋缸、控制系統(tǒng)以及密封裝置組成。液壓缸由左缸蓋3、液壓缸筒21、連接透蓋8以及活塞20組成。缸筒21左端與左缸蓋3焊接，右端用螺釘與連接透蓋連接，活塞20套在輸出螺桿13上并穿過(guò)透蓋8。 螺旋缸由螺旋缸筒14、右缸蓋26、透蓋8以及螺旋活塞18組成。螺旋缸筒14右端與右缸蓋26焊接，左端用螺釘與連接透蓋8連接，螺旋缸筒內(nèi)嵌耐磨螺旋襯套，其螺旋方向與輸出螺桿13旋向必須相反。螺旋活塞18套在液壓缸活塞20右端，并用銷(xiāo)軸17軸向定位。由于活塞20右端與銷(xiāo)軸17配合處是一環(huán)形槽，所以允許螺旋活塞18相對(duì)液壓缸活塞20相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠螺旋母15用螺釘與螺旋活塞小端18連接，滾珠螺旋母與螺旋活塞小端之間設(shè)有間隙調(diào)整墊片16，并可通過(guò)墊片16調(diào)整滾珠螺旋母與輸出螺桿13的傳動(dòng)間隙。輸出螺桿13和螺母15之間采用滾珠螺旋方式，提高了擺動(dòng)液壓缸的工作效率和旋轉(zhuǎn)靈活性。 控制系統(tǒng)包括電液壓力流量伺服閥6和由單片機(jī)、信號(hào)輸入輸出調(diào)理電路(濾波、放大、隔離以及A/D轉(zhuǎn)換)、輸入鍵盤(pán)以及LED顯示組成的控制器11，傳感器包括兩個(gè)壓阻式壓力傳感器5和7以及測(cè)量輸出轉(zhuǎn)角的光電編碼器1。壓力傳感器分別安裝在液壓缸的兩個(gè)工作油口上，光電編碼器直接安裝在輸出螺桿的右端。
當(dāng)壓力油由A 口 ，通入液壓缸左腔，而液壓缸右腔的油，由B 口回油，則在壓力作用 下，活塞20以及螺旋活塞18 —起向右運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楹凸潭ǖ穆菪淄?4螺旋嚙合，所以螺 旋活塞18在向右直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)滾珠螺旋母15—起轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)， 與滾珠螺旋母相嚙合的輸出螺桿因軸向固定，所以也只能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成了把輸入液壓缸 活塞20的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵雎輻U13的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 如果螺旋活塞18右移正好一個(gè)導(dǎo)程時(shí)，同時(shí)它也將正好轉(zhuǎn)過(guò)360° 。螺旋活塞18 和滾珠螺旋母15的螺旋升角相等，但由于兩處的直徑不同，所以輸出螺桿軸13旋轉(zhuǎn)的角度 將大于360° 。 當(dāng)擺動(dòng)液壓缸通過(guò)輸出螺桿驅(qū)動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞20只做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。由于角速度 比較小，所以密封裝置23和19處只需滿(mǎn)足直線(xiàn)往復(fù)密封要求即可，而密封裝置22處還有 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，但通常擺動(dòng)液壓缸的旋轉(zhuǎn)角速度比較小，所以該處的密封還是以滿(mǎn)足直線(xiàn)往復(fù) 為主。密封性能的好壞，直接影響伺服擺動(dòng)液壓缸的工作穩(wěn)定性，所以本發(fā)明所有密封裝置 均采用了新型橡塑組合密封方式。 本發(fā)明的計(jì)算機(jī)伺服電液控制系統(tǒng)如圖所示。當(dāng)需要準(zhǔn)確控制擺動(dòng)液壓缸的輸出 轉(zhuǎn)角和扭矩時(shí)，可通過(guò)鍵盤(pán)24輸入期望轉(zhuǎn)角和扭矩，單片機(jī)輸出相應(yīng)的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò) 輸出調(diào)理電路的D/A轉(zhuǎn)換和放大，驅(qū)動(dòng)電液伺服壓力流量閥6 。伺服閥將向液壓缸輸入相應(yīng) 輸入信號(hào)的壓力和流量，使液壓缸輸出對(duì)應(yīng)的扭矩和轉(zhuǎn)角，同時(shí)編碼器1和壓力傳感器5、7 將檢測(cè)到的實(shí)際輸出扭矩和轉(zhuǎn)角反饋至單片機(jī)，與輸入的期望值進(jìn)行比較。如果有誤差，單 片機(jī)將輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服閥再次工作，液壓缸進(jìn)一步動(dòng)作，使其輸出的實(shí)際扭矩和轉(zhuǎn)角與 期望值完全相符，控制系統(tǒng)停止工作，LED顯示器顯示準(zhǔn)確的扭矩和轉(zhuǎn)角值。另外，利用單 片機(jī)的時(shí)鐘，記錄液壓缸的工作時(shí)間，依據(jù)已測(cè)轉(zhuǎn)角值，能夠計(jì)算出擺動(dòng)液壓缸的平均回轉(zhuǎn) 角速度。 在大多數(shù)情況下，伺服擺動(dòng)液壓缸的輸出扭矩和轉(zhuǎn)角并不需要同時(shí)控制，所以本 發(fā)明采用了既能控制壓力又能控制流量的復(fù)合式電液伺服閥，它可通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)分別選擇 控制系統(tǒng)壓力和流量。如果需要同時(shí)控制壓力和流量，那只需更換伺服閥座4，并同時(shí)安裝 伺服壓力閥和伺服流量閥即可。 本發(fā)明即可作為獨(dú)立可控的動(dòng)力裝置，也可作為分布式控制系統(tǒng)中的單元，通過(guò) 單片機(jī)上的接口和系統(tǒng)控制中心計(jì)算機(jī)通訊，以發(fā)送信息或接受指令。
主要性能參數(shù)計(jì)算
1.輸出理論扭矩Tr =丄必灘(a - / ) N m 式中d——螺旋活塞的平均直徑，m ; S——液壓缸活塞面積，m2 ; p——液壓缸輸入壓力，Pa ; a——螺旋活塞的螺旋升角，(° ); |3——螺旋副的摩擦角，(° )。 2.輸出角速度" =兀丄1^ rad/s 60
式中L——螺旋活塞的導(dǎo)程，m ;
S——液壓缸活塞面積，m2 ; q——液壓缸輸入流量，m3/s 3.工作總效率n ri = ri j r[ 2 r[ 3 式中l(wèi)——液壓缸的容積效率，通常取0.98 ; n 2——螺旋活塞與螺旋缸筒螺旋副的機(jī)械效率，"2 = / n3——輸出螺桿與滾珠螺旋母滾動(dòng)螺旋副的機(jī)械效率，通常取0. 93。
權(quán)利要求
一種獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，其特征在于包括液壓缸、螺旋缸和控制系統(tǒng)，液壓缸包括左缸蓋、液壓缸筒以及活塞，螺旋缸包括螺旋缸筒、右缸蓋以及螺旋活塞，液壓缸筒和螺旋缸筒之間設(shè)有連接透蓋，在液壓缸和螺旋缸的中部貫穿有一根輸出螺桿，在液壓缸的左側(cè)設(shè)有裝在輸出螺桿端部的光電編碼器，在螺旋缸的右側(cè)為輸出螺桿的輸出端軸，液壓缸的活塞套裝在輸出螺桿上并且其小端穿過(guò)連接透蓋，螺旋活塞通過(guò)軸向限位裝置套裝在液壓缸活塞的右端，螺旋缸筒內(nèi)嵌有與螺旋活塞配合的耐磨螺旋襯套，耐磨螺旋襯套與輸出螺桿的旋向相反，在螺旋缸筒內(nèi)的輸出螺桿上裝有滾珠螺旋母，滾珠螺旋母與螺旋活塞小端固定連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，其特征在于連接透蓋使液壓缸的液壓腔完全封閉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，其特征在于滾珠螺旋母與螺旋活塞小端之間設(shè)有間隙調(diào)整墊片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，其特征在于螺旋活塞和滾珠螺旋母的螺旋升角相等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，其特征在于螺旋活塞與液壓缸活塞之間的軸向限位裝置包括設(shè)在螺旋活塞上的環(huán)形槽，在液壓缸活塞上設(shè)有與上述環(huán)形槽配合的軸向定位銷(xiāo)軸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，其特征在于控制系統(tǒng)包括電液壓力流量伺服閥，由單片機(jī)、信號(hào)輸入輸出調(diào)理電路、輸入鍵盤(pán)以及LED顯示組成的控制器，光電編碼器，以及安裝在液壓缸的兩個(gè)工作油口上的壓力傳感器。
全文摘要
一種獨(dú)立可控大轉(zhuǎn)角電液伺服擺動(dòng)液壓缸，包括液壓缸、螺旋缸和控制系統(tǒng)，液壓缸包括左缸蓋、液壓缸筒以及活塞，螺旋缸包括螺旋缸筒、右缸蓋以及螺旋活塞，液壓缸筒和螺旋缸筒之間設(shè)有連接透蓋，在液壓缸和螺旋缸的中部貫穿有一根輸出螺桿，在液壓缸的左側(cè)設(shè)有裝在輸出螺桿端部的光電編碼器，在螺旋缸的右側(cè)為輸出螺桿的輸出端軸，液壓缸的活塞套裝在輸出螺桿上并且小端穿過(guò)連接透蓋，螺旋活塞通過(guò)軸向限位裝置套裝在液壓缸活塞的右端，螺旋缸筒內(nèi)嵌有耐磨螺旋襯套，耐磨螺旋襯套與輸出螺桿的旋向相反，在螺旋缸筒內(nèi)的輸出螺桿上裝有滾珠螺旋母，滾珠螺旋母與螺旋活塞小端固定連接。采用兩段螺旋輸出，其結(jié)構(gòu)緊湊、低速穩(wěn)定性強(qiáng)、輸出扭矩大。
文檔編號(hào)F15B15/12GK101701594SQ200910233340
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者石延平 申請(qǐng)人:淮海工學(xué)院