專利名稱：滑閥伺服、平面連桿機(jī)構(gòu)反饋式電液步進(jìn)缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電液位置及速度伺服系統(tǒng)中的一種數(shù)字控制元件——滑閥伺服、平面連桿機(jī)構(gòu)反饋式電液步進(jìn)缸。
電液位置及速度伺服系統(tǒng)中應(yīng)用的現(xiàn)有電液步進(jìn)缸，由步進(jìn)電機(jī)和液壓力放大器組成。液壓力放大器是一個直接位置反饋式液壓伺服機(jī)構(gòu)，按其結(jié)構(gòu)可分為兩種形式第一種形式由控制閥、活塞缸和螺桿——反饋螺母組成，屬滑閥伺服、螺桿——螺母反饋式；第二種形式由螺紋閥芯和活塞缸組成，其活塞上有控制油口，屬螺紋伺服、活塞(亦可視為閥體)反饋式。瑞士SIG公司的LV系列電液步進(jìn)缸、日本東京計器公司的電液步進(jìn)缸以及北京鋼鐵設(shè)計研究總院研制的電液步進(jìn)缸等，均屬于第一利形式。聯(lián)邦德國力士樂公司的電液步進(jìn)缸和中國專利“步進(jìn)式電液轉(zhuǎn)換器”(專利號ZL92220614.7)等屬于第二種形式。第一種形式因受步進(jìn)電機(jī)啟、制動頻率及螺桿導(dǎo)程的限制，其啟、制動速度較低，難以在要求快速啟、制動的場合下使用；第二種形式則要求螺紋閥芯的加工精度高，制造成本較大。此外，現(xiàn)有電液步進(jìn)缸的液壓伺服機(jī)構(gòu)的反饋系數(shù)為1(直接位置反饋)，受控制閥制造精度及靜態(tài)耗油量指標(biāo)要求的限制，難以得到更高的控制精度。
參考文獻(xiàn)a.“液壓工程手冊”雷天覺主編機(jī)械工業(yè)出版社1990年4月科技新書目210—002ISBN7—111—01724—2/TH.294第1308頁至1311頁；b.“步進(jìn)式電液轉(zhuǎn)換器”中國專利專利號ZL92220614.7
授權(quán)公告號CN2150376Y本實用新型的目的是提供一種啟動制動速度較快或精度較高、加工容易、成本低廉的電液步進(jìn)缸——滑閥伺服、平面連桿機(jī)構(gòu)反饋式電液步進(jìn)缸。
本實用新型由步進(jìn)電機(jī)、伺服滑閥和液壓缸組成，步進(jìn)電機(jī)固定在液壓缸的缸體上，液壓缸由伺服滑閥控制，其特征是設(shè)置有平面連桿機(jī)構(gòu)，平面連桿機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)、液壓缸的活塞及伺服滑閥的閥芯連接，把由步進(jìn)電機(jī)輸入的指令信號和由液壓缸的活塞輸入的反饋信號進(jìn)行合成，并將合成后的信號傳送給伺服滑閥的閥芯。
本實用新型的平面連桿機(jī)構(gòu)由反饋連桿、搖桿、機(jī)架、中間連桿、信號合成連桿和輸出連桿組成，反饋連桿與液壓缸的活塞、搖桿的一端及中間連桿的一端連接；搖桿的另一端與機(jī)架聯(lián)接；機(jī)架固定在液壓缸的缸體上；中間連桿的另一端、輸出連桿的一端及步進(jìn)電機(jī)與信號合成連桿聯(lián)接；輸出連桿的另一端與伺服滑閥的閥芯聯(lián)接。
平面連桿機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)的聯(lián)接方式可以是螺桿螺母副，也可以是凸輪滾子副。一般情況下采用螺桿螺母副(滑動型或滾動型)，螺桿固連在步進(jìn)電機(jī)的軸上，螺母絞接在該平面連桿機(jī)構(gòu)的信號合成連桿上；特殊情況下，如為獲得特定曲線的輸入輸出特性時，采用凸輪滾子副，凸輪固聯(lián)在步進(jìn)電機(jī)的軸上，滾子空套在該平面連桿機(jī)構(gòu)的信號合成連桿的相應(yīng)軸上。
本實用新型的信號傳遞途徑是指令信號步進(jìn)脈沖→步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動并帶動螺桿(或凸輪)轉(zhuǎn)動→螺母(或滾子)產(chǎn)生位移→信號合成連桿以它與中間連桿的回轉(zhuǎn)副中心為支點搖動，并帶動輸出連桿產(chǎn)生位移→伺服滑閥閥芯移動，控制液壓缸的活塞產(chǎn)生位移。
反饋信號液壓缸活塞位移→反饋連桿、搖桿組件以其與機(jī)架的回轉(zhuǎn)副中心為支點搖動→中間連桿產(chǎn)生位移→信號合成連桿以它與螺母絞接處(或滾子軸)為支點搖動，并帶動輸出連桿產(chǎn)生位移→伺服滑閥閥芯在恢復(fù)方向上移動。
本實用新型中平面連桿機(jī)構(gòu)的連桿，也可以按縮放尺或其他已有型式的的幾何位似關(guān)系聯(lián)接，使其對指令信號的傳遞與對反饋信號的傳遞成比例，以實現(xiàn)所需的線性度要求。
本實用新型中的所有回轉(zhuǎn)副應(yīng)采取消間隙措施。
本實用新型中的伺服滑閥一般采用三通結(jié)構(gòu)，特殊情況下，如為提高電液步進(jìn)缸的輸出力，則可采用四通或五通結(jié)構(gòu)。
本實用新型中的液壓缸一般采用雙活塞桿差動液壓缸，特殊情況下，也可采用現(xiàn)有其他類型的液壓缸如為提高輸出力采用雙活塞桿雙作用缸；為減小軸向尺寸采用單活塞桿雙作用缸；為簡化油路結(jié)構(gòu)采用單作用缸等等。
與現(xiàn)有電液步進(jìn)缸采用直接位置反饋(反饋系數(shù)為1)的伺服方式相比，本實用新型采用平面連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)指令信號和反饋信號的傳遞，其傳動比不必限定為1，當(dāng)液壓缸活塞至伺服滑閥閥芯的傳動比(反饋系數(shù))大于1時，可以獲得較高的控制精度；當(dāng)液壓缸活塞的行程與對應(yīng)的指令信號輸入點(即平面連桿機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)的回轉(zhuǎn)副)所需的位移之比大于1時，則可以用較小的指令信號輸入點的位移控制較大位移輸出的液壓缸，從而獲得較現(xiàn)有第一種形式的電液步進(jìn)缸為高的啟動制動速度。本實用新型中的所有組成部件均易于加工，故比現(xiàn)有第二種形式的電液步進(jìn)缸造價低。此外，本實用新型還可以實現(xiàn)所需曲線關(guān)系的輸入輸出特性，可以制成在某些場合下專用的產(chǎn)品，以期簡化整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。


圖1是本實用新型的原理框圖；圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖；
圖1示出了本實用新型的原理方框，它由步進(jìn)電機(jī)[1]、液壓缸[3]和伺服滑閥[4]組成，液壓缸[3]由伺服滑閥[4]控制，其特征是設(shè)置有平面連桿機(jī)構(gòu)[2]；平面連桿機(jī)構(gòu)[2]與步進(jìn)電機(jī)[1]、液壓缸[3]的活塞及伺服滑閥[4]的閥芯聯(lián)接，把由步進(jìn)電機(jī)[1]輸入的指令信號與由液壓缸[3]的活塞輸入的反饋信號進(jìn)行合成，并將合成后的信號傳遞給伺服滑閥[4]的閥芯。
在
圖1中，X表示驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)[1]的電脈沖，Y表示液壓缸輸出的機(jī)械位移，P和O分別表示液壓的輸入和回流端；指令信號箭頭上方的“+”號和反饋信號箭頭上方的“-”號表示該兩信號的極性相反。
由
圖1可見，本實用新型是將現(xiàn)有電液步進(jìn)缸中的直接位置反饋式液壓伺服機(jī)構(gòu)更換為間接位置反饋式液壓伺服機(jī)構(gòu)而實現(xiàn)的。
實施例圖2示出了本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)簡圖。圖中，[1]為步進(jìn)電機(jī)，[5]為液壓缸的缸體，[6]為液壓缸的活塞，[13]為伺服滑閥的閥芯，[14]為螺母，[15]為螺桿，[16]為消間隙彈簧，[17]為彈簧蓋，步進(jìn)電機(jī)[1]固定在液壓缸[3]的缸體[5]的上端，其特征是設(shè)置有平面連桿機(jī)構(gòu)，該平面連桿機(jī)構(gòu)由反饋連桿[9]、搖桿[8]、機(jī)架[7]、中間連桿[10]、輸出連桿[12]和信號合成連桿[11]組成，反饋連桿[9]的左端與活塞6絞接，右端與搖桿[8]的上端絞接，中段某處與中間連桿[10]的下端絞接；搖桿[8]的下端與機(jī)架[7]絞接；機(jī)架[7]固定在缸體[5]上；中間連桿[10]的上端與信號合成連桿[11]的右端絞接；信號合成連桿[11]的左端與輸出連桿[12]的上端絞接；輸出連桿[12]的下端與伺服滑閥的閥芯[13]絞接；步進(jìn)電機(jī)[1]與信號合成連桿[11]通過螺桿[15]和螺母[14]聯(lián)接，螺桿[15]固聯(lián)在步進(jìn)電機(jī)[1]的軸上，螺母[14]絞接在信號合成連桿[11]的中部。
在該實施例中，伺服滑閥采用三通式，液壓缸采用雙活塞桿差動式；彈簧蓋[17]把彈簧[16]壓緊，使閥芯[13]受到一向下的作用力，以消除連桿機(jī)構(gòu)的傳動間隙。
該實施例的工作過程如下當(dāng)伺服滑閥閥芯[13]的下臺肩把控制窗口A關(guān)閉時，液壓缸活塞[6]靜止不動，此時若步進(jìn)電機(jī)[1]未動，伺服滑閥則保持在關(guān)閉狀態(tài)，從而使電液步進(jìn)缸處于靜止?fàn)顟B(tài)。
當(dāng)步進(jìn)脈沖使步進(jìn)電機(jī)[1]正轉(zhuǎn)時，螺桿[15]隨之正轉(zhuǎn)，螺母[14]下移，帶動信號合成連桿[11]以它與中間連桿[10]的回轉(zhuǎn)副中心為支點，朝逆時針方向擺動，信號合成連桿[11]的左端下移，并通過輸出連桿[12]帶動伺服滑閥閥芯[13]下移，將控制窗口A的上沿開啟，壓力油即由P口經(jīng)伺服閥的壓力腔和窗口A進(jìn)入液壓缸的上腔；由于液壓缸的上腔面積比下腔面積大，活塞[6]將受到向下合力的作用而向下移動，并帶動反饋連桿[9]逆時針擺動，反饋連桿[9]帶動中間連桿[10]向下移動，使信號合成連桿[11]以它與螺母[14]的回轉(zhuǎn)副中心為支點順時針擺動，并通過輸出連桿[12]使閥芯[13]向上恢復(fù)，從而使控制窗口A的開啟量減小。若步進(jìn)機(jī)[1]在正轉(zhuǎn)一定角度后停止，則液壓缸活塞[6]在向下移動對應(yīng)位移后使控制窗口A關(guān)閉，從而使電液步進(jìn)缸的活塞[6]在新的位置上穩(wěn)定不動。
當(dāng)步進(jìn)脈沖使步進(jìn)電機(jī)[1]反轉(zhuǎn)時本實施例的工作過程與使步進(jìn)電機(jī)[1]正轉(zhuǎn)時的工作過程相似，下面簡述之步進(jìn)電機(jī)[1]反轉(zhuǎn)→閥芯[13]向上移動，窗口A的下沿開啟，液壓缸上控的油經(jīng)窗口A、伺服滑閥的排油控和排油口O排出，活塞[6]在液壓缸下腔的壓力油作用下向上移動→閥芯[13]向下恢復(fù)，使窗口A的開啟量減小。若步進(jìn)電機(jī)[1]在反轉(zhuǎn)一定角度后停止，則液壓缸活塞[6]在向上移動對應(yīng)位移后使窗口A關(guān)閉，從而使電液步進(jìn)缸的活塞[6]在新的位置上穩(wěn)定不動。
在本實施例的行程范圍內(nèi)，若步進(jìn)電機(jī)[1]以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則液壓缸活塞[6]以對應(yīng)的速度作直線移動。故本實施例與現(xiàn)有電液步進(jìn)缸一樣具備位置伺服和速度伺服功能。
在本實施例中，借助平面連桿機(jī)構(gòu)對傳遞位移的變換作用，使螺母[14]能以較小的位移對應(yīng)活塞[6]的較大位移，從而獲得較高的啟動、制動速度。同樣，借助平面連桿機(jī)構(gòu)對傳遞位移的變換作用，能使活塞[6]反饋至閥芯[13]的位移傳動比大于1，從而獲得較高的控制精度。
由以上實施例可以看出，其組成部件均系易加工件，故本實用新型制造容易，成本低廉。
權(quán)利要求1.一種滑閥伺服、平面連桿機(jī)構(gòu)反饋式電液步進(jìn)缸，由步進(jìn)電機(jī)[1]、液壓缸[3]和伺服滑閥[4]組成，步進(jìn)電機(jī)[1]固定于液壓缸[3]的缸體[5]上，液壓缸[3]由伺服滑閥[4]控制，其特征是設(shè)置有平面連桿機(jī)構(gòu)[2]；平面連桿機(jī)構(gòu)[2]與步進(jìn)電機(jī)[1]、液壓缸[3]的活塞[6]及伺服滑閥[4]的閥芯[13]聯(lián)接，把由步進(jìn)電機(jī)[1]輸入的指令信號與由液壓缸[3]的活塞[6]輸入的反饋信號進(jìn)行合成，并將合成后的信號傳送給伺服滑閥[4]的閥芯[13]。
2.按權(quán)利要求1所述的滑閥伺服、平面連桿機(jī)構(gòu)反饋式電液步進(jìn)缸，其特征是平面連桿機(jī)構(gòu)[2]由反饋連桿[9]、搖桿[8]、機(jī)架[7]、中間連桿[10]、輸出連桿[12]和信號合成連桿[11]組成，反饋連桿[9]與液壓缸[3]的活塞[6]、搖桿[8]的一端及中間連桿[10]的一端聯(lián)接；搖桿[8]的另一端與機(jī)架[7]聯(lián)接；機(jī)架[7]固定在液壓缸[3]的缸體[5]上；中間連桿[10]的另一端、輸出連桿[12]的一端及步進(jìn)電機(jī)[1]與信號合成連桿[11]聯(lián)接；輸出連桿[12]的另一端與伺服滑閥[4]的閥芯[13]聯(lián)接。
3.按權(quán)利要求2所述的滑閥伺服、平面連桿機(jī)構(gòu)反饋式電液步進(jìn)缸，其特征是步進(jìn)電機(jī)[1]與信號合成連桿[11]采用螺桿[15]和螺母[14]聯(lián)接，螺桿[15]固聯(lián)在步進(jìn)電機(jī)[1]的軸上，螺母[14]絞接在信號合成連桿[11]的中部。
專利摘要滑閥伺服、平面連桿機(jī)構(gòu)反饋式電液步進(jìn)缸屬于電液控制系統(tǒng)中的數(shù)字控制元件。借助在結(jié)構(gòu)上增設(shè)的平面連桿機(jī)構(gòu)對位移的變換作用，使其具有比現(xiàn)有電液步進(jìn)缸啟動制動速度較快或精度較高，并且制造容易、成本低廉等優(yōu)點。本實用新型適用于電液位置伺服及速度伺服控制系統(tǒng)，對于提高整個系統(tǒng)的動態(tài)性能或精度、降低造價等具有顯著作用。
文檔編號F15B15/00GK2234005SQ9520676
公開日1996年8月28日 申請日期1995年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月26日
發(fā)明者雷踐仁, 王志玉 申請人:雷踐仁, 王志玉