[發明專利]一種交流伺服直驅增壓式三層活塞電動液壓缸及增壓方法

有效

• 申請號: 201310080624.4
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103148046A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 趙升噸;范淑琴;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三層活塞電動液壓缸，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）的活塞桿上套著彈簧（12），彈簧（12）的上端和下端分別與第一層活塞（11）和第二次活塞（13）相接觸，第二層活塞（13）與第一層活塞（11）的活塞桿徑向配合，在第一層活塞（11）與第二層活塞（13）之間的空腔與大氣相通，第一層活塞（11）與缸體（18）的上端面之間的空間為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（16），第二層活塞（13）下方的缸體（18）上加工有小活塞腔（19），小活塞腔（19）所在的缸體、第一層活塞（11）的活塞桿、第二層活塞（13）之間構成C腔（17），小活塞腔（19）下方有第三層活塞（21），第三層活塞（21）的活塞桿能夠穿過與缸體（18）固定聯結的缸底（30），在液壓缸工作時對外施力，第三層活塞（21）的面積大于第一層活塞（11）的活塞桿面積，第三層活塞（21）與小活塞腔（19）所在缸體之間為D腔（20），小活塞腔（19）連通了C腔（17）和D腔（20），第三層活塞（21）與缸底（30）之間的空間為E腔（22），液壓缸工作時A腔（9）、B腔（16）、C腔（17）、D腔（20）、E腔（22）以及小活塞腔（19）內均充滿了液壓油；

在E腔（22）與A腔（9）之間連接有液壓管路（23），在液壓缸活塞快速下行和慢速增壓階段，E腔（22）內的液壓油通過液壓管路（23）排出到A腔（9）和B腔（16），在液壓缸活塞回程階段，A腔（9）和B腔（16）內的液壓油通過液壓管路（23）流入E腔（22）里；

在缸體（18）的上方裝有背壓閥（14）和單向閥（15），背壓閥（14）的兩端分別連接A腔（9）和C腔（17），在液壓缸活塞快速下行階段，當A腔（9）內油壓不足時，背壓閥（14）開啟，C腔（17）內的液壓油在彈簧（12）的彈力作用給A腔（9）補充液壓油；在液壓缸慢速增壓階段，第一層活塞（11）的活塞桿堵小活塞腔（19），第一層活塞（11）下行時，背壓閥（14）開啟，C腔（17）的液壓油通過背壓閥（14）流入A腔（9）和B腔（16）；單向閥（15）的兩端分別接A腔（9）和C腔（17），在液壓缸活塞回程階段，單向閥（15）開啟，C腔（17）從A腔（9）中吸油。

2.根據權利要求1所述的液壓缸，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（27）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（27）直接驅動滾珠絲杠（7）轉動。

3.根據權利要求1和2所述的液壓缸，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（9）分別用行星滾柱絲杠（24）、行星滾柱絲杠螺母（25）替換，行星滾柱絲杠螺母（25）通過滾柱（26）與行星滾柱絲杠（24）徑向配合。

4.根據權利要求1所述的液壓缸，其特征在于：在第三層活塞（21）的活塞桿的輸出端安裝位移傳感器，以及在高壓油腔D腔（20）內安裝壓力傳感器，即可方便地通過對交流伺服電機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（9）下行，進而推動第一層活塞（11）、彈簧（12）、第二層活塞（13）下行，推動C腔（17）內的液壓油流向D腔（20），從而推動第三層活塞（21）以與第一層活塞（11）和第二層活塞（13）相同的速度快速下行，此時，E腔（22）內的液壓油通過液壓管路（23）流入A腔（9）和B腔（16），此時如果A腔（9）內油壓仍不足，則背壓閥（14）開啟，C腔（17）內的液壓油在彈簧（12）的彈力作用下流入A腔（9）一部分，而C腔（17）內剩余部分的液壓油繼續推動第三層活塞（21）向下運動；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（19），堵住了C腔（17）和D腔（20）之間的通路，C腔（17）和D腔（20）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（17）的液壓油通過背壓閥（14）流回入A腔（9）和B腔（16）中，小活塞腔（19）內的液壓油流入D腔（20），由于第三層活塞（21）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（20）為高壓油腔，從而實現了增力；E腔（22）的液壓油通過液壓管路（23）也流入A腔（9）和B腔（16）中，第一層活塞（11）的活塞桿下行至填滿小活塞腔（19）時，第三層活塞（21）到達液壓缸底達到最大行程，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（9）上行，滾珠絲杠螺母（9）帶動第一層活塞（11）、第二層活塞（13）上行，A腔（9）和B腔（16）的體積減小，其中的液壓油通過液壓管路（23）流入E腔（22），在第一層活塞（11）的活塞桿開始上行直到離開小活塞腔（19）的行程中，單向閥（15）開啟，A腔（9）中的液壓油通過單向閥（15）流入C腔（17），當第一層活塞（11）的活塞桿完全離開小活塞腔（19）時，C腔（17）和D腔（20）連通，D腔（20）的液壓油流入C腔（17），C腔內壓力增大，單向閥（15）關閉，A腔（9）不再給C腔（17）補充液壓油，繼續上行時E腔（22）繼續從A腔（9）吸油，E腔的液壓油繼續推動第三層活塞（21）上行，直到其復位。