本發(fā)明涉及數(shù)字液壓缸領(lǐng)域，尤其涉及一種曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸。

背景技術(shù)：

液壓缸是液壓系統(tǒng)的核心件，是液壓執(zhí)行元件，能量轉(zhuǎn)換裝置。隨著社會(huì)工業(yè)的需要對(duì)液壓元件控制的精準(zhǔn)度提出更高的要求，顯然，傳統(tǒng)的液壓技術(shù)不管是精準(zhǔn)度還是控制方面都達(dá)不到現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)要求。

因此，為了克服傳統(tǒng)液壓缸的精確度差的問(wèn)題，數(shù)字液壓缸應(yīng)運(yùn)而生，數(shù)字液壓缸是將步進(jìn)電機(jī)、液壓滑閥、反饋機(jī)構(gòu)集合在液壓缸內(nèi)部，使用時(shí)，接通液壓油源，所有的功能直接通過(guò)可編程邏輯控制器(PLC)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號(hào)來(lái)控制液壓缸中各部件移動(dòng)長(zhǎng)度矢量。通過(guò)將數(shù)字控制技術(shù)與液壓缸結(jié)合使液壓缸的方向控制，速度控制和位置控制更加精確。

目前，數(shù)字液壓缸主要包括步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)、液壓缸、液壓滑閥、傳感器以及反饋機(jī)構(gòu)，通過(guò)數(shù)字技術(shù)控制步進(jìn)電機(jī)的角位移進(jìn)而控制液壓滑閥的開(kāi)度大小，進(jìn)而控制油的油量與流速，最終達(dá)到控制液壓缸的運(yùn)行速度與位移大小，其中，反饋機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)傳感器采集液壓缸的位移速度信息反饋給步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的角位移從而實(shí)現(xiàn)精確控制液壓缸，這一過(guò)程是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制，這種步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制存在復(fù)雜、滯后、非線性以及抗干擾性差等問(wèn)題，而且通常這種反饋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜。為了克服步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制的缺點(diǎn)，出現(xiàn)對(duì)液壓缸位移的閉環(huán)數(shù)字控制，如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(授權(quán)公告日CN103148047 B授權(quán)公告日2016.03.02)公開(kāi)了內(nèi)反饋數(shù)字伺服液壓缸，該發(fā)明的滑閥的閥芯由第一電機(jī)帶動(dòng)控制，滑閥的反饋螺套由第二電機(jī)帶動(dòng)控制，磁滯伸縮位移傳感器將液壓缸位移信號(hào)反饋給第二電機(jī)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器控制第二電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)反饋螺套與閥芯二者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸位移的閉環(huán)數(shù)字控制，該發(fā)明中包括驅(qū)動(dòng)滑閥位移的第一電機(jī)以及執(zhí)行反饋指令的第二電機(jī)，由于第二電機(jī)需要通過(guò)傳感器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器才能執(zhí)行反饋動(dòng)作，因此，這種反饋機(jī)構(gòu)仍然存在反饋?lái)憫?yīng)滯后的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸，該數(shù)字液壓缸不僅能夠精確控制液壓缸的運(yùn)行速度和位移，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反饋?lái)憫?yīng)迅速且連續(xù)的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸，包括滑閥、液壓缸及步進(jìn)電機(jī)，所述液壓缸包括液壓缸腔體以及設(shè)于液壓缸腔體內(nèi)可沿液壓缸內(nèi)壁上下移動(dòng)的活塞，所述活塞將液壓缸腔體分為上腔體與下腔體；所述滑閥包括閥腔以及閥腔內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)的閥芯，所述閥腔上開(kāi)有高壓油進(jìn)口、第一出油口、第二出油口、與液壓缸上腔體連通的第一流通口以及與液壓缸下腔體連通的第二流通口；所述閥芯一端通過(guò)聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接，所述閥芯另一端與絲桿的一端固定，所述絲桿的另一端設(shè)有反饋螺母，所述反饋螺母與絲桿組成絲桿螺母副，其中，所述曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸還包括可帶動(dòng)反饋螺母旋轉(zhuǎn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)包括活塞桿、連桿、曲柄、連接件以及轉(zhuǎn)軸，所述活塞桿下端與活塞固定，所述活塞桿上端從液壓缸上腔體內(nèi)伸出至上腔體上方，所述活塞桿上端通過(guò)連接件與連桿的一端絞接，所述連桿的另一端與曲柄絞接，所述曲柄通過(guò)轉(zhuǎn)軸與反饋螺母連接。

作為優(yōu)選，所述連桿包括一根豎桿與一根橫桿，所述豎桿的下端與橫桿的一端固定組成“L”形桿，所述豎桿的上端與連接件鉸接，所述橫桿的另一端與曲柄鉸接。其中連桿為“L”形桿，使曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡平面與活塞推力或拉力所在平面垂直，使螺母轉(zhuǎn)動(dòng)更加平穩(wěn)。

作為優(yōu)選，所述滑閥為四凸肩四邊滑閥。采用四凸肩四邊滑閥相比于兩凸肩四邊滑閥，三凸肩四邊滑閥具有更好的流體線性關(guān)系。

作為優(yōu)選，所述曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸還包括可編程控制器，所述可編程控制器將輸出脈沖信號(hào)直接傳輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)作。通過(guò)可編程控制器直接將輸出脈沖信號(hào)傳輸給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)需數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“數(shù)字”控制而且解決了模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中的干擾問(wèn)題，使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

作為優(yōu)選，所述可編程控制器的輸出脈沖信號(hào)根據(jù)液壓缸運(yùn)行的位移、速度以及方向進(jìn)行設(shè)定。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1，本發(fā)明中利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)反饋螺母轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成數(shù)字液壓缸的反饋過(guò)程，這種反饋相比于傳統(tǒng)的傳感反饋，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)響應(yīng)更加迅速而且不受信號(hào)干擾的影響，相比于齒輪齒條機(jī)構(gòu)這種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)反饋更加連續(xù)從而使液壓缸的運(yùn)行速度與位移更加精確。

2，傳統(tǒng)的數(shù)字液壓缸采用的是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制(如圖4)，本發(fā)明中通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)直接對(duì)滑閥進(jìn)行閉環(huán)控制(如圖5)，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)則是開(kāi)環(huán)控制，克服了步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制存在復(fù)雜、滯后、非線性以及抗干擾性差等問(wèn)題。

3，現(xiàn)有的數(shù)字液壓缸中可編程控制器的輸出脈沖信號(hào)是根據(jù)滑閥中閥口開(kāi)度大小進(jìn)行設(shè)定，并且通過(guò)傳感器采集液壓缸的位置與速度信號(hào)反饋給步進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)閥口開(kāi)度大小，相比于這種控制方法，直接根據(jù)液壓缸運(yùn)行的位移、速度以及方向進(jìn)行設(shè)定輸出脈沖信號(hào)更加直接，簡(jiǎn)單，而且避免了傳感器易受干擾的缺陷。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖(曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸處于靜止?fàn)顟B(tài))；

圖2為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為傳統(tǒng)數(shù)字液壓缸對(duì)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制的原理圖；

圖5為本發(fā)明曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸對(duì)滑閥閉環(huán)控制的原理圖；

圖中各部件標(biāo)號(hào)如下：滑閥1、液壓缸2(其中，包括液壓缸腔體21、上腔體21a、下腔體21b、活塞22)、步進(jìn)電機(jī)3、閥腔4(其中，包括高壓油進(jìn)口4a、第一出油口4b、第二出油口4c、第一流通口4d、第二流通口4e)、閥芯5、聯(lián)軸器6、絲桿7、反饋螺母8、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9(其中，包括活塞桿9a、連桿9b、曲柄9c、連接件9d、轉(zhuǎn)軸9e)、豎桿10、橫桿11、可編程控制器12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器13。

具體實(shí)施方式

為更好地理解本發(fā)明，以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸，包括四凸肩四邊滑閥1、液壓缸2及步進(jìn)電機(jī)3，液壓缸2包括液壓缸腔體21以及設(shè)于液壓缸腔體21內(nèi)可沿液壓缸內(nèi)壁上下移動(dòng)的活塞22，所述活塞22將液壓缸腔體21分為上腔體21a與下腔體21b；所述四凸肩四邊滑閥1包括閥腔4以及閥腔4內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)的閥芯5，所述閥腔4上開(kāi)有高壓油進(jìn)口4a、第一出油口4b、第二出油口4c、與液壓缸2上腔體21a連通的第一流通口4d以及與液壓缸2下腔體21b連通的第二流通口4e；閥芯5一端通過(guò)聯(lián)軸器6與步進(jìn)電機(jī)3連接，閥芯5另一端與絲桿7的一端固定，絲桿7另一端設(shè)有反饋螺母8，反饋螺母8與絲桿7組成絲桿螺母副，其中，曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸還包括可帶動(dòng)反饋螺母8旋轉(zhuǎn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9包括活塞桿9a、連桿9b、曲柄9c、連接件9d以及轉(zhuǎn)軸9e，活塞桿9a下端與活塞22固定，活塞桿9a上端從液壓缸2上腔體21a內(nèi)伸出至上腔體21a上方，活塞桿9a上端通過(guò)連接件9d與連桿9b的一端絞接，連桿9b另一端與曲柄9c絞接，曲柄9c通過(guò)轉(zhuǎn)軸9e與反饋螺母8連接，其中，連桿9b包括一根豎桿10與一根橫桿11，豎桿10的下端與橫桿11的一端固定組成“L”形桿，所述豎桿10的上端與連接件9d鉸接，所述橫桿11另一端與曲柄9c鉸接。

曲柄滑塊式反饋數(shù)字液壓缸還包括可編程控制器12，可編程控制器12將輸出的脈沖信號(hào)直接傳輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器13，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器13帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)3運(yùn)作，其中，可編程控制器12輸出的脈沖信號(hào)根據(jù)液壓缸2運(yùn)行的位移、速度以及方向進(jìn)行設(shè)定。

滑閥1、液壓缸2(其中，包括液壓缸腔體21、上腔體21a、下腔體21b、活塞22)、步進(jìn)電機(jī)3、閥腔4(其中，包括高壓油進(jìn)口4a、第一出油口4b、第二出油口4c、第一流通口4d、第二流通口4e)、閥芯5、聯(lián)軸器6、絲桿7、反饋螺母8、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9(其中，包括活塞桿9a、連桿9b、曲柄9c、連接件9d、轉(zhuǎn)軸9e)、豎桿10、橫桿11、可編程控制器12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器13。

本發(fā)明的工作原理：結(jié)合圖1與圖5所示，可編程控制器12將輸出的脈沖信號(hào)傳輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器13，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器13帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角，由于步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器6與閥芯5的一端連接，因此步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)閥芯5轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯5轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)與閥芯固定連接的絲桿7轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿7上配合有反饋螺母8，由于反饋螺母8與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9連接，而且液壓缸2運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力要比轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯5所需要的驅(qū)動(dòng)力大得多，所以，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)閥芯5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反饋螺母8不轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，迫使絲桿7帶動(dòng)閥芯5軸向位移，進(jìn)而打開(kāi)第一流通口4d與第二流通口4e，閥芯5位移的方向決定第一流通口4d與第二流通口4e為進(jìn)油方向還是出油方向，如圖1所示，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯5堵住第一流通口4d與第二流通口4e，高壓油Ps不流通，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖2所示，電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閥芯5向右移動(dòng)，高壓油從高壓油進(jìn)口4a流入，經(jīng)第二流通口4e流入液壓缸2的下腔體21b，推動(dòng)活塞22向上運(yùn)動(dòng)，上腔體21a內(nèi)的低壓油Po依次經(jīng)第一流通4d口與第一出油口4b流出，在活塞22向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，啟動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9帶動(dòng)反饋螺母8轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋螺母8轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，反饋螺母8與絲桿7組成絲桿螺母副，反饋螺母8轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿7向左產(chǎn)生位移，從而給閥芯5一個(gè)向左的反饋力，這種反饋使液壓缸2運(yùn)行地更加平穩(wěn)，而且通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9相比于其他的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比如齒輪齒條傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)，這種反饋更加連續(xù)從而使液壓缸的運(yùn)行位移與速度更加精確，相比于傳感反饋，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)響應(yīng)更加迅速而且不受信號(hào)干擾的影響。電機(jī)反轉(zhuǎn)如圖3所示，其原理與上述電機(jī)正轉(zhuǎn)相同，這里不再贅述。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。