本發(fā)明涉及一種液壓伺服油缸，除具有良好的雙向緩沖及高頻伺服作動功能外，雙伺服閥及雙蓄能器的加入也使其具有精確的力控制性能及較高的能效性，屬于液壓伺服傳動技術領域。

背景技術：

液壓伺服油缸具有推力大、質(zhì)量輕、集成度高、動態(tài)響應快、控制精度高等特點，在工程機械、冶金機械、船舶、航空航天、機器人等領域得到廣泛應用。但現(xiàn)有液壓伺服油缸產(chǎn)品中，均不具有彈性緩沖和過壓保護功能，或僅在單腔設置具有微彈簧效應的蓄能器，用來消除單腔的壓力沖擊。類比動物的肌肉肌腱，其優(yōu)越的拉伸和收縮性能對于能量的儲存與沖擊力的被動耗散都起到相當大的作用，而液壓油幾乎是一種不可壓縮性的介質(zhì)，其沖擊性的做功過程耗散大量的能量，且容易造成內(nèi)部壓力瞬間變動巨大，并且對于對稱電液伺服閥控制非對稱液壓缸，其有桿腔和無桿腔油液進、出量是不同的，這勢必也會造成過高的能損。因此，從總體上看，由于缺乏全面有效的壓力峰值彈性緩沖及時時流量控制，在動作頻率高、震動沖擊大的工況下極易造成液壓伺服油缸密封件、電液伺服閥、傳感器或作動對象不同程度的損壞或大大縮短它們的工作壽命，另一方面也降低了系統(tǒng)的作動效率。

現(xiàn)有的伺服油缸大多采用單一伺服閥控制有桿和無桿腔流量，而現(xiàn)有的伺服閥或是比例閥，其帶寬都較低，控制上無法維持一種穩(wěn)定的變剛度效果，造成采用其作為驅(qū)動源的足式或其它運動平臺在與外界交互作用時產(chǎn)生的較大交互沖擊力無法徹底消除，同時作動過程表現(xiàn)為一種“硬性沖擊過程”，力控制精度差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有液壓伺服油缸在吸收沖擊、作動能效、力控制精度等方面的不足，提供一種具有雙向緩沖和精確力控制的高能效液壓伺服油缸。

本發(fā)明的具有雙向緩沖和精確力控制的高能效液壓伺服油缸，采用了下述技術方案：

該液壓伺服油缸，包括缸筒，缸筒內(nèi)設置有活塞桿，活塞桿將缸筒的內(nèi)腔隔成有桿腔和無桿腔，缸筒上安裝有與有桿腔連通的有桿腔端電液伺服閥和有桿腔端蓄能器以及與無桿腔連通的無桿腔端電液伺服閥和無桿腔端蓄能器，缸筒上設置有進出口閥板，無桿腔端電液伺服閥和有桿腔端電液伺服閥的高壓油口與進出口閥板的高壓通道連通，無桿腔端電液伺服閥和有桿腔端電液伺服閥的低壓油口與進出口閥板的低壓通道連通。

所述活塞桿通過前缸蓋安裝在缸筒內(nèi)，活塞桿與前缸蓋之間設置有端蓋端導向環(huán)，活塞桿在缸筒內(nèi)的一端設置有活塞端導向環(huán)，另一端伸出缸筒并連接有關節(jié)軸承。

所述缸筒在無桿腔的一端設置有拉壓力傳感器。

所述缸筒上設置有檢測活塞桿位移的位移傳感器。

所述缸筒中設置有與有桿腔連通的有桿腔補油通道以及與無桿腔連通的無桿腔補油通道，有桿腔補油通道和無桿腔補油通道內(nèi)均設置補油單向閥。所述有桿腔補油通道和無桿腔補油通道均與進出口閥板的低壓通道連通。

上述液壓伺服油缸適用于油缸有桿腔和無桿腔都作為有效工作腔的場合。當活塞桿為壓縮負載時，油缸無桿腔中液壓油受壓壓力劇增，部分油液進入蓄能器內(nèi)部，壓縮內(nèi)部氣囊，從而起到被動緩沖作用，通過調(diào)節(jié)蓄能器中的充氣壓力，可以有效調(diào)節(jié)進入蓄能器的油液量，從而調(diào)節(jié)被動緩沖的程度?；钊郊拥奈灰萍哟罅擞袟U腔的體積，這部分體積所需要的油液由低壓回油端油液經(jīng)過與有桿腔端相連通的補油單向閥來提供。峰值壓力被吸收，有效的保護油缸密封件、電液伺服閥、拉壓力傳感器和作動對象等不受損壞。

當活塞端為拉伸負載時，油缸有桿腔中壓油受壓壓力劇增，同樣部分油液進入蓄能器內(nèi)部，壓縮內(nèi)部氣囊，從而起到被動緩沖作用，通過調(diào)節(jié)蓄能器中的充氣壓力，可以有效調(diào)節(jié)進入蓄能器的油液量，從而調(diào)節(jié)被動緩沖的程度?；钊郊拥奈灰萍哟罅嘶钊麩o桿腔的體積，這部分體積所需要的油液由低壓回油端油液經(jīng)過與無桿腔端相連通的補油單向閥來提供。峰值壓力被吸收，有效的保護油缸密封件、電液伺服閥、拉壓力傳感器和作動對象等不受損壞。

有桿腔和無桿腔兩端的電液伺服閥通過伺服兩腔的流量，加上蓄能器的作用，其效果可以擬比成雙彈簧質(zhì)量塊，使缸體整體表現(xiàn)出良好的可變剛性和彈性性能，從而提高了伺服液壓缸的負載匹配跟隨性及柔性。通過將位移傳感器和拉壓力傳感器的輸出信號引入控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)對液壓伺服油缸位移和輸出力的閉環(huán)伺服控制。

本發(fā)明具有以下特點：

1.有桿腔和無桿腔端同時裝有吸收壓力峰值的蓄能器，工作時具有緩沖、吸震功能，可有效保護油缸密封件、電液伺服閥、拉壓力傳感器和作動對象等不受損壞；

2.由于有桿腔和無桿腔端同時裝有電液伺服閥，可以有效調(diào)節(jié)伺服油缸進出流量，降低油口內(nèi)外壓差，具有較高的能效值；

3.由于有桿腔和無桿腔端同時裝有電液伺服閥和蓄能器，類比加入了較可靠的彈性作動環(huán)節(jié)，作動剛度也可時時調(diào)節(jié)，從而迅速匹配受控負載，使其具有良好的動態(tài)性能，能夠達到精確的力控制。

4.體積小、質(zhì)量輕，可用于動作頻率高、安裝空間狹小的工作場合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具有雙向緩沖和精確力控制的高能效液壓伺服油缸的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明另一側(cè)的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的縱向剖視圖。

圖4是本發(fā)明中補油孔處局部剖視圖。

圖5是本發(fā)明中缸筒上油孔的分布示意圖。

圖6是本發(fā)明的液壓工作原理圖。

圖中:1.有桿腔端電液伺服閥，2.有桿腔端蓄能器，3.固定座，4.缸筒，5.前缸蓋，6.關節(jié)軸承，7.防扭硬性支撐導桿，8.防扭硬性支撐導套，9.位移傳感器，10.閥板，11.無桿腔端電液伺服閥，12.位移傳感器固定板，13.固定座14.無桿腔端蓄能器，15.拉壓力傳感器，16.關節(jié)軸承，17.安裝蓋，18.防塵密封圈，19.組合密封，20.o型圈，21.端蓋端導向環(huán)，22.活塞桿，23.活塞端導向環(huán)，24.組合密封墊，25.堵油脹塞，26.有桿腔端補油單向閥，27.有桿腔，28.無桿腔，29.無桿腔端補油單向閥；

401.無桿腔蓄能連通油孔，402.無桿腔控制連通油孔，403.無桿腔高壓連通油孔，404.閥板高壓連通油孔，405.有桿腔低壓連通油孔，406.有桿腔高壓連通油孔，407.有桿腔控制連通油孔，408.有桿腔蓄能連通油孔，409.有桿腔低壓相連補油孔，410.有桿腔端油孔，411.閥板低壓連通油孔，412.無桿腔端油孔，413.無桿腔低壓相連補油孔，414.無桿腔低壓連通油孔。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的具有雙向緩沖和精確力控制的高能效液壓伺服油缸，包括缸筒4，缸筒4內(nèi)設置有活塞桿22，參見圖3，活塞桿22通過前缸蓋5安裝在缸筒4內(nèi)，前缸蓋5與缸筒4之間設置有o型圈20，活塞桿22與前缸蓋5之間設置有防塵密封圈18、組合密封墊9和端蓋端導向環(huán)21。活塞桿22在缸筒4內(nèi)的一端設置有活塞端導向環(huán)23和組合密封墊24，另一端伸出缸筒4并連接有關節(jié)軸承6?；钊麠U22將缸筒4隔成有桿腔27和無桿腔28兩部分(參見圖6)，缸筒4在無桿腔端設置有關節(jié)軸承16，缸筒4與關節(jié)軸承16之間設置有拉壓力傳感器15。

缸筒4上在有桿腔一側(cè)安裝有桿腔端電液伺服閥1和有桿腔端蓄能器2，蓄能器2通過固定座3安裝在缸筒4上，有桿腔端電液伺服閥1和固定座3均與有桿腔27連通，用于連通的工藝孔通過堵油脹塞25封堵。

缸筒4上在無桿腔一側(cè)安裝有無桿腔端電液伺服閥11和無桿腔端蓄能器14，蓄能器14通過固定座13安裝在缸筒4上，無桿腔端電液伺服閥11和無桿腔端蓄能器14均與無桿腔28連通。固定座3和固定座13與缸筒4之間的油口、蓄能器2與固定座3之間的油口以及蓄能器14與固定座13之間的油口均采用o型圈密封。缸筒4上還設置有位移傳感器固定板12，位移傳感器固定板12與前缸蓋5之間安裝有位移傳感器9及防扭硬性支撐導桿7，防扭硬性支撐導桿7上套裝有防扭硬性支撐導套8。

缸筒4上設置有進出口閥板10，以連通外界液壓源。無桿腔端電液伺服閥11和有桿腔端電液伺服閥14的高壓油口與進出口閥板10的高壓通道連通，無桿腔端電液伺服閥11和有桿腔端電液伺服閥14的低壓油口與進出口閥板10的低壓通道連通。

缸筒4中在有桿腔端設置有與有桿腔27連通的有桿腔補油通道，有桿腔補油通道內(nèi)設置有桿腔端單向補油閥26(參見圖3)，有桿腔端單向補油閥26通過安裝蓋17安裝(參見圖2)。在無桿腔端設置有與無桿腔28連通的補油通道，補油通道內(nèi)安裝無桿腔端單向補油閥29。各連接口處采用o型圈密封。

根據(jù)缸筒4上設置的部件，在缸筒4上分布有與各部件連通的油孔，如圖4所示，包括無桿腔蓄能連通油孔401、無桿腔控制連通油孔402、無桿腔高壓連通油孔403、閥板高壓連通油孔404、有桿腔低壓連通油孔405、有桿腔高壓連通油孔406、有桿腔控制連通油孔407、有桿腔蓄能連通油孔408、有桿腔低壓相連補油孔409、有桿腔端與有桿腔相連油孔410、閥板低壓連通油孔411、無桿腔端與有桿腔相連油孔412、無桿腔低壓補油孔413和無桿腔低壓連通油孔414。無桿腔蓄能連通油孔401用于連接無桿腔端蓄能器14。無桿腔控制連通油孔402、無桿腔高壓連通油孔403和無桿腔低壓連通油孔414用于分別連接無桿腔端電液伺服閥11的控制油口、高壓通道和低壓通道。有桿腔蓄能連通油孔408用于連接有桿腔端蓄能器2。有桿腔控制連通油孔407、有桿腔高壓連通油孔406和有桿腔低壓連通油孔405用于分別連接有桿腔端電液伺服閥1的控制油口、高壓通道和低壓通道。閥板高壓連通油孔404和閥板低壓連通油孔411分別與進出口閥板10的高壓油口和低壓油口連通，作為主油孔連通外界液壓源。無桿腔高壓連通油孔403、閥板高壓連通油孔404和有桿腔高壓連通油孔406相通，有桿腔低壓連通油孔405、閥板低壓連通油孔411和無桿腔低壓連通油孔414相通。有桿腔低壓相連補油孔409和有桿腔端油孔410將進出口閥板10的低壓通道與有桿腔27連通，無桿腔端油孔412和無桿腔低壓相連補油孔413將進出口閥板10的低壓通道與無桿腔28相連通，且在有桿腔端油孔410和無桿腔端油孔412中分別嵌裝有桿腔補油端單向閥26和無桿腔補油端單向閥29，使系統(tǒng)僅能單向補油。

如圖6所示，有桿腔端電液伺服閥1和無桿腔端電液伺服閥11類比為三位三通電磁換向閥，圖中p、t分別代表高壓進油路與低壓回油路。當無桿腔端電液伺服閥11處于右位時，高壓油通過進出口閥板10經(jīng)過閥板高壓連通油孔404進入無桿腔端電液伺服閥11，經(jīng)過電液伺服閥體內(nèi)部的節(jié)流通道流入無桿腔控制連通油孔402，進一步通過無桿腔蓄能連通油孔401，一方面進入無桿腔28，一方面作用在無桿腔端蓄能器14上，比較無桿腔端蓄能器14的內(nèi)部充氣壓力來決定其沖、放油液。通過調(diào)節(jié)作用在無桿腔端電液伺服閥11上的電流或是電壓值，可以調(diào)節(jié)閥芯的開口量，進而調(diào)節(jié)進入無桿腔28的流量和壓力。此時，控制有桿腔端電液伺服閥1應處于左位，使有桿腔27與低壓回油路t連通，從而無桿腔28內(nèi)的高壓油液推動活塞桿22伸出，壓縮有桿腔27的體積，其內(nèi)部的油液通過有桿腔蓄能連通油孔408和有桿腔控制連通油孔407進入到有桿腔端電液伺服閥1的內(nèi)部，進而通過有桿腔低壓連通油孔405和閥板低壓連通油孔411和進出口閥板10流入液壓系統(tǒng)的下級設備，活塞桿22的伸出動作完成。通過調(diào)節(jié)作用在有桿腔端電液伺服閥1上的電流或是電壓值來調(diào)節(jié)閥芯的開口量，進而調(diào)節(jié)流出流量和流出壓力，從而可以實時調(diào)節(jié)伺服液壓缸的作動剛度，實時響應外負載的變化，位移傳感器8時時響應活塞桿22的伸出量，拉壓力傳感器15時時響應伺服液壓缸的作動力，兩者作為反饋信號可以精確的控制伺服液壓缸的位置輸出和力輸出，從而獲得精確的力/位伺服控制。由于雙端電液伺服閥的控制，對于非對稱液壓缸兩端的進、出流量也可以對等，有效的降低了無桿腔端油口端壓力差值，從而提高了做動效率。兩端電液伺服閥位于同以上所述的相反位時，完成活塞桿22的回縮動作，工作過程與上述類似。

當兩端電液伺服閥都位于中位時，有桿腔27和無桿腔28進出口油路封堵住，此時如果作用于活塞桿22上的負載力突變，例如負載壓力突然增大，造成無桿腔28的壓力陡增，有桿腔27的壓力陡降，當壓力超過無桿腔端蓄能器14的充氣壓力時，油液流入無桿腔端蓄能器14中，無桿腔28內(nèi)部油液與無桿腔端蓄能器14內(nèi)部氣體壓力相等時達到動態(tài)平衡，油液不再流入?；钊麠U22在此動態(tài)過程中得以縮進，從而起到緩沖效果，減小了作動壓力峰值，保護了內(nèi)部敏感器件免受沖擊的影響?；钊麠U22的回縮導致的有桿腔27容積增大，此時回補油液通過有桿腔端油孔410、有桿腔端補油單向閥26、有桿腔低壓相連補油孔409進入有桿腔27，避免空穴現(xiàn)象的出現(xiàn)。當活塞桿22受拉力負載時的動態(tài)過程與前者類似。通過改變兩端蓄能器的容積和充氣壓力，能有效調(diào)節(jié)活塞桿22的緩沖量及作動彈性。