具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸制造技术

一种具有缓冲和过载保护功能的高度集成液压伺服油缸，包括缸筒，缸筒内设置有活塞杆，活塞杆将缸筒的内腔隔成有杆腔和无杆腔，缸筒上安装有与有杆腔连通的有杆腔端电液伺服阀和有杆腔端蓄能器以及与无杆腔连通的无杆腔端电液伺服阀和无杆腔端蓄能器，缸筒上设置有进出口阀板。上述液压伺服油缸适用于油缸有杆腔和无杆腔都作为有效工作腔的场合。该油缸工作时具有缓冲、吸震功能，可有效保护油缸密封件、电液伺服阀、拉压力传感器和作动对象等不受损坏；可以有效调节伺服油缸进出流量，降低油口内外压差，具有较高的能效值；作动刚度也可实时调节，从而迅速匹配受控负载，使其具有良好的动态性能，能够达到精确的力控制。

High efficiency hydraulic servo cylinder with bidirectional buffering and accurate force control

A highly integrated hydraulic servo cylinder with buffer and overload protection function, comprising a cylinder, a cylinder is provided with a piston rod, the piston rod of the cylinder cavity is partitioned into a rod cavity and a non rod cavity, the cylinder is provided with a rod cavity communicated with the rod cavity end and electro-hydraulic servo valve rod end accumulator and rodless cavity rodless cavity communicated with the end of the electro-hydraulic servo valve and the rod free cavity end of the accumulator, the cylinder is arranged on the import and export of valve plate. The hydraulic servo cylinder is suitable for an oil cylinder with a rod chamber and a rodless chamber as an effective working cavity. The cylinder when working with buffer and shock-absorbing function, can effectively protect the cylinder seal, electro-hydraulic servo valve, pressure sensor and pull actuating object is not damaged; can effectively adjust the servo cylinder flow, reduce the oil pressure difference between inside and outside, with high efficiency; actuator stiffness can be adjusted in real time thus, rapid, controlled load, so that it has good dynamic performance, can achieve precise control of force.

【技术实现步骤摘要】
具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸
本专利技术涉及一种液压伺服油缸，除具有良好的双向缓冲及高频伺服作动功能外，双伺服阀及双蓄能器的加入也使其具有精确的力控制性能及较高的能效性，属于液压伺服传动

技术介绍
液压伺服油缸具有推力大、质量轻、集成度高、动态响应快、控制精度高等特点，在工程机械、冶金机械、船舶、航空航天、机器人等领域得到广泛应用。但现有液压伺服油缸产品中，均不具有弹性缓冲和过压保护功能，或仅在单腔设置具有微弹簧效应的蓄能器，用来消除单腔的压力冲击。类比动物的肌肉肌腱，其优越的拉伸和收缩性能对于能量的储存与冲击力的被动耗散都起到相当大的作用，而液压油几乎是一种不可压缩性的介质，其冲击性的做功过程耗散大量的能量，且容易造成内部压力瞬间变动巨大，并且对于对称电液伺服阀控制非对称液压缸，其有杆腔和无杆腔油液进、出量是不同的，这势必也会造成过高的能损。因此，从总体上看，由于缺乏全面有效的压力峰值弹性缓冲及时时流量控制，在动作频率高、震动冲击大的工况下极易造成液压伺服油缸密封件、电液伺服阀、传感器或作动对象不同程度的损坏或大大缩短它们的工作寿命，另一方面也降低了系统的作动效率。现有的伺服油缸大多采用单一伺服阀控制有杆和无杆腔流量，而现有的伺服阀或是比例阀，其带宽都较低，控制上无法维持一种稳定的变刚度效果，造成采用其作为驱动源的足式或其它运动平台在与外界交互作用时产生的较大交互冲击力无法彻底消除，同时作动过程表现为一种“硬性冲击过程”，力控制精度差。
技术实现思路
本专利技术针对现有液压伺服油缸在吸收冲击、作动能效、力控制精度等方面的不足，提供一种具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸。本专利技术的具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸，采用了下述技术方案：该液压伺服油缸，包括缸筒，缸筒内设置有活塞杆，活塞杆将缸筒的内腔隔成有杆腔和无杆腔，缸筒上安装有与有杆腔连通的有杆腔端电液伺服阀和有杆腔端蓄能器以及与无杆腔连通的无杆腔端电液伺服阀和无杆腔端蓄能器，缸筒上设置有进出口阀板，无杆腔端电液伺服阀和有杆腔端电液伺服阀的高压油口与进出口阀板的高压通道连通，无杆腔端电液伺服阀和有杆腔端电液伺服阀的低压油口与进出口阀板的低压通道连通。所述活塞杆通过前缸盖安装在缸筒内，活塞杆与前缸盖之间设置有端盖端导向环，活塞杆在缸筒内的一端设置有活塞端导向环，另一端伸出缸筒并连接有关节轴承。所述缸筒在无杆腔的一端设置有拉压力传感器。所述缸筒上设置有检测活塞杆位移的位移传感器。所述缸筒中设置有与有杆腔连通的有杆腔补油通道以及与无杆腔连通的无杆腔补油通道，有杆腔补油通道和无杆腔补油通道内均设置补油单向阀。所述有杆腔补油通道和无杆腔补油通道均与进出口阀板的低压通道连通。上述液压伺服油缸适用于油缸有杆腔和无杆腔都作为有效工作腔的场合。当活塞杆为压缩负载时，油缸无杆腔中液压油受压压力剧增，部分油液进入蓄能器内部，压缩内部气囊，从而起到被动缓冲作用，通过调节蓄能器中的充气压力，可以有效调节进入蓄能器的油液量，从而调节被动缓冲的程度。活塞附加的位移加大了有杆腔的体积，这部分体积所需要的油液由低压回油端油液经过与有杆腔端相连通的补油单向阀来提供。峰值压力被吸收，有效的保护油缸密封件、电液伺服阀、拉压力传感器和作动对象等不受损坏。当活塞端为拉伸负载时，油缸有杆腔中压油受压压力剧增，同样部分油液进入蓄能器内部，压缩内部气囊，从而起到被动缓冲作用，通过调节蓄能器中的充气压力，可以有效调节进入蓄能器的油液量，从而调节被动缓冲的程度。活塞附加的位移加大了活塞无杆腔的体积，这部分体积所需要的油液由低压回油端油液经过与无杆腔端相连通的补油单向阀来提供。峰值压力被吸收，有效的保护油缸密封件、电液伺服阀、拉压力传感器和作动对象等不受损坏。有杆腔和无杆腔两端的电液伺服阀通过伺服两腔的流量，加上蓄能器的作用，其效果可以拟比成双弹簧质量块，使缸体整体表现出良好的可变刚性和弹性性能，从而提高了伺服液压缸的负载匹配跟随性及柔性。通过将位移传感器和拉压力传感器的输出信号引入控制系统中，可实现对液压伺服油缸位移和输出力的闭环伺服控制。本专利技术具有以下特点：1.有杆腔和无杆腔端同时装有吸收压力峰值的蓄能器，工作时具有缓冲、吸震功能，可有效保护油缸密封件、电液伺服阀、拉压力传感器和作动对象等不受损坏；2.由于有杆腔和无杆腔端同时装有电液伺服阀，可以有效调节伺服油缸进出流量，降低油口内外压差，具有较高的能效值；3.由于有杆腔和无杆腔端同时装有电液伺服阀和蓄能器，类比加入了较可靠的弹性作动环节，作动刚度也可时时调节，从而迅速匹配受控负载，使其具有良好的动态性能，能够达到精确的力控制。4.体积小、质量轻，可用于动作频率高、安装空间狭小的工作场合。附图说明图1是本专利技术具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸的外部结构示意图。图2是本专利技术另一侧的外部结构示意图。图3是本专利技术的纵向剖视图。图4是本专利技术中补油孔处局部剖视图。图5是本专利技术中缸筒上油孔的分布示意图。图6是本专利技术的液压工作原理图。图中:1.有杆腔端电液伺服阀，2.有杆腔端蓄能器，3.固定座，4.缸筒，5.前缸盖，6.关节轴承，7.防扭硬性支撑导杆，8.防扭硬性支撑导套，9.位移传感器，10.阀板，11.无杆腔端电液伺服阀，12.位移传感器固定板，13.固定座14.无杆腔端蓄能器，15.拉压力传感器，16.关节轴承，17.安装盖，18.防尘密封圈，19.组合密封，20.O型圈，21.端盖端导向环，22.活塞杆，23.活塞端导向环，24.组合密封垫，25.堵油胀塞，26.有杆腔端补油单向阀，27.有杆腔，28.无杆腔，29.无杆腔端补油单向阀；401.无杆腔蓄能连通油孔，402.无杆腔控制连通油孔，403.无杆腔高压连通油孔，404.阀板高压连通油孔，405.有杆腔低压连通油孔，406.有杆腔高压连通油孔，407.有杆腔控制连通油孔，408.有杆腔蓄能连通油孔，409.有杆腔低压相连补油孔，410.有杆腔端油孔，411.阀板低压连通油孔，412.无杆腔端油孔，413.无杆腔低压相连补油孔，414.无杆腔低压连通油孔。具体实施方式如图1、图2和图3所示，本专利技术的具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸，包括缸筒4，缸筒4内设置有活塞杆22，参见图3，活塞杆22通过前缸盖5安装在缸筒4内，前缸盖5与缸筒4之间设置有O型圈20，活塞杆22与前缸盖5之间设置有防尘密封圈18、组合密封垫9和端盖端导向环21。活塞杆22在缸筒4内的一端设置有活塞端导向环23和组合密封垫24，另一端伸出缸筒4并连接有关节轴承6。活塞杆22将缸筒4隔成有杆腔27和无杆腔28两部分(参见图6)，缸筒4在无杆腔端设置有关节轴承16，缸筒4与关节轴承16之间设置有拉压力传感器15。缸筒4上在有杆腔一侧安装有杆腔端电液伺服阀1和有杆腔端蓄能器2，蓄能器2通过固定座3安装在缸筒4上，有杆腔端电液伺服阀1和固定座3均与有杆腔27连通，用于连通的工艺孔通过堵油胀塞25封堵。缸筒4上在无杆腔一侧安装有无杆腔端电液伺服阀11和无杆腔端蓄能器14，蓄能器14通过固定座13安装在缸筒4上，无杆腔端电液伺服阀11和无杆腔端蓄能器14均与无杆腔28连通。固定座3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸，包括缸筒，缸筒内设置有活塞杆，活塞杆将缸筒的内腔隔成有杆腔和无杆腔，其特征是：缸筒上安装有与有杆腔连通的有杆腔端电液伺服阀和有杆腔端蓄能器以及与无杆腔连通的无杆腔端电液伺服阀和无杆腔端蓄能器，缸筒上设置有进出口阀板，无杆腔端电液伺服阀和有杆腔端电液伺服阀的高压油口与进出口阀板的高压通道连通，无杆腔端电液伺服阀和有杆腔端电液伺服阀的低压油口与进出口阀板的低压通道连通。

【技术特征摘要】
1.一种具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸，包括缸筒，缸筒内设置有活塞杆，活塞杆将缸筒的内腔隔成有杆腔和无杆腔，其特征是：缸筒上安装有与有杆腔连通的有杆腔端电液伺服阀和有杆腔端蓄能器以及与无杆腔连通的无杆腔端电液伺服阀和无杆腔端蓄能器，缸筒上设置有进出口阀板，无杆腔端电液伺服阀和有杆腔端电液伺服阀的高压油口与进出口阀板的高压通道连通，无杆腔端电液伺服阀和有杆腔端电液伺服阀的低压油口与进出口阀板的低压通道连通。2.如权利要求1所述的具有双向缓冲和精确力控制的高能效液压伺服油缸，其特征是：所述活塞杆通过前缸盖安装在缸筒内，活塞杆与前缸盖之间设置有端盖端导向环，活塞杆在缸筒内的一端设置有活...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣学文，华子森，刘俊奇，马昕，李贻斌，田国会，李彬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37