基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元制造技术

一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元，它主要由数字驱动控制器（１０）和与之电气连接的液压动力单元本体（１１）组成，其特征是所述的液压动力单元本体（１１）包括缸体（３），缸体（３）至少设有两个柱塞孔（１２），柱塞孔（１２）中安装有柱塞（６），柱塞孔（１２）的一端同时与高压出油口和低压进油口相通，柱塞（６）的一端与复位弹簧（１３）相抵，另一端与磁控形状记忆合金棒（２）的一端相连，磁控形状记忆合金棒（２）的另一端通过铰轴（１４）铰装在前端盖（９）上，在柱塞孔（１２）的周围覆盖有磁场激励装置（１），磁场激励装置（１）与数字驱动控制器（１０）电气连接。本实用新型专利技术直接将电能转化为液压能，具有体积小、重量轻，数控变量、响应快，摩擦副少、密封性能好、噪声低，效率高、可靠性高等优点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种液压装置，尤其是一种能输出高压油的液压动力单元，具体地说是一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元。
技术介绍
众所周知，液压动力单元是液压系统的“心脏”，是决定系统性能的关键元部件。目前液压动力单元主要是由电动机(或内燃机)、联轴器和液压泵组成，电动机将电能转化为机械能，再通过联轴器传递到液压泵，然后由液压泵将机械能转化为液压能输出。因此，传统液压动力单元在不同程度上存在如下问题：(1)体积和重量较大；(2)变量机构响应慢、难于实现数控变量；(3)动密封效果较差；(4)噪声大；(5)组成复杂、效率低、可靠性低。CN1168715A公开了一种运用形状记忆合金的液压泵。该液压泵通过改变形状记忆合金的温度实现形状记忆合金变形，从而推动活塞运动实现活塞腔体的吸排油。但是，该方法由于受温度场驱动，其响应频率很低(1Hz左右)，很难满足工业化要求。公知磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy，MSMA)是一类新型的机敏功能材料，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制的磁性形状记忆效应(Magnetic ShapeMemory Effect，MSME)。因此，兼有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的综合特性，使其可能在大功率水下声呐、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用，有望成为压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材料。目前，已发现的磁控形状记忆合金主要包括：Ni系合金，Ni-Mn-Ga，Ni-Al-Mn，Ni-Co-Al等；Co系合金，Co-Mn，Co-Ni，Co-Ni-Ga等；Fe系合金，Fe-Pd，Fe-Mn-Si，Fe-Ni-Co-Ti，Fe-Pt，Fe-C，Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co等。其中，Ni-Mn-Ga合金是最早发现的MSMA，对它的研究也最为深入和最具代表性，并且已实现初步应用。传统形状记忆合金，如TiNi基，Cu基，Fe基等，虽然具有较大的可逆恢复应变和大的恢复力，但由于受温度场驱动，其响应频率很低(1Hz左右)。与形状记忆合金相比，压电陶瓷和磁致伸缩材料虽然具有很高的响应频率(1000Hz左右)，但所能达到的最大应变也只有0.2％，限制了材料在实际工程中的应用。而MSMA则兼有大应变和高响应频率，目前报道MSMA的最大磁致应变为9.4％，最高响应频率可达5000Hz，在150Hz高频交变磁场中仍能获得高达1％的大磁致应变，弥补了传统形状记忆合金响应频率慢、压电及磁致伸缩材料应变小的不足，是一种较为理想的驱动材料。
技术实现思路
本技术的目的是现有的液压动力单元均采用电动机驱动存在体积大、响应慢等一系列问题，设计一种体积小、重量轻、数控变量、响应快、密封好、噪声低、效率高、可靠性高的基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元。本技术的技术方案是：-->一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元，它主要由数字驱动控制器10和与之电气连接的液压动力单元本体11组成，其特征是所述的液压动力单元本体11包括缸体3和与缸体3相连的后端盖8和前端盖9，缸体3至少设有两个柱塞孔12，柱塞孔12中安装有柱塞6，密封圈7套装在柱塞6上，柱塞孔12的一端同时与高压出油口和低压进油口相通，进油单向阀4安装在所述的低压进油口上，排油单向阀5安装在所述的高压出油口上，柱塞6的一端与安装在柱塞孔12中的复位弹簧13相抵，柱塞6的另一端与磁控形状记忆合金棒2的一端相连，磁控形状记忆合金棒2的另一端与铰轴14相连，铰轴14铰装在前端盖9上，前端后9和后端盖8均与缸体3相连，在柱塞孔12的周围、磁控形状记忆合金棒2整个行程范围内覆盖有磁场激励装置1，磁场激励装置1与数字驱动控制器10电气连接。所述的缸体3设有一个与各低压进油口相通的低压油腔15，该低压油腔15通过油管与油缸或液压马达的输出端相连。所述的数字驱动控制器2包括一个控制芯片、与柱塞个数对应的功率驱动管、光耦隔离电路和稳压电路及辅助电路，每个功率驱动管对应控制一个磁场激励线圈电源的通断，控制芯片根据控制指令与反馈信号解算出液压动力单元流量、压力需求，控制各个功率驱动管按照一定的频率轮流导通使液压动力单元输出所需流量、压力的液体；根据控制指令与反馈信号控制高速换向阀4的方向切换；高速换向阀4、传感器、磁场激励线圈引线与数字驱动控制器2之间通过电缆连接；控制芯片、传感器、功率驱动管由直流电源或地面交流变直流电源供电。所述的数字驱动控制器将系统的压力、压差、位移、速度、加速度信号引入闭环控制，提高系统控制精度。所述的液压动力单元本体11和数字驱动控制器10可以一体化设计，也可以分体设计。本技术的有益效果：本技术直接将电能转化为液压能，具有体积小、重量轻，数控变量、响应快，摩擦副少、密封性能好、噪声低，效率高、可靠性高等优点。本技术取消了传统液压动力单元的电动机(或内燃机)，而电动机(或内燃机)重量占据整个液压动力单元的绝大部分，本技术的液压动力单元的体积重量大大减小；传统液压动力单元的液压泵有外伸泵轴，且泵轴随原动机轴一起高速旋转，因此存在外部泄漏途径，本技术的液压动力单元没有旋转运动，动密封处数少，密封效果好；传统液压动力单元的液压泵的变量机构较复杂、数控变量的动态特性较差难以满足实际使用要求，本技术的液压动力单元采用数字控制调节功率驱动管的开关频率控制输出流量，响应快；传统液压动力单元原动机为旋转机械、传动系摩擦副较多且一般存在冷却风扇，使得整个动力单元噪声很大，本技术的液压动力单元不存在旋转运动从原理上克服了噪声大的缺点；传统液压动力单元一般需要联轴器、运动转换机构、泵架等辅助机构及装置，多处连接及配合降低了能量转化效率和可靠性、增加了动力单元的复杂性，本技术的液压动力单元结构简单，效率高、可靠性高。附图说明图1是本技术的原理图。-->图2是本技术的液压动力单元本体的结构示意图。图3是本技术的数字驱动控制器的电原理示意图。图中1为磁场激励装置 2为磁控形状记忆合金棒 3为缸体 4为进油单向阀 5为排油单向阀 6为柱塞 7为聚酰亚胺密封圈 8为后端盖 9为前端盖 10为数控驱动控制器 11为液压动力单元本体 12为柱塞孔 13为复位弹簧 14为铰轴 15为低压油腔。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。如图1、2、3所示。一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元，它主要由数字驱动控制器10和与之电气连接的液压动力单元本体11组成，所述的液压动力单元本体11包括缸体3、后端盖8和前端盖9，缸体3设有一个与各低压进油口相通的低压油腔15，该低压油腔15通过油管与油缸或液压马达的输出端相连，每个缸体3上至少安装设有二个以上柱塞孔12，所述的柱塞6安装在缸体3上的柱塞孔12中，密封圈7套装在柱塞6上，柱塞孔12的一端同时与高压出油口和低压进油口相通，进油单向阀4安装在所述的低压进油口上，排油单向阀5安装在所述的高压出油口上，柱塞6的一端与安装在柱塞孔12中的复位弹簧13相抵，柱塞6的另一端与磁控形状记忆合金棒2的一端相连，磁控形状记忆合金棒2的另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元，它主要由数字驱动控制器（１０）和与之电气连接的液压动力单元本体（１１）组成，其特征是所述的液压动力单元本体（１１）包括缸体（３）和与缸体（３）相连的后端盖（８）和前端盖（９），缸体（３）至少设有两个柱塞孔（１２），柱塞孔（１２）中安装有柱塞（６），密封圈（７）套装在柱塞（６）上，柱塞孔（１２）的一端同时与高压出油口和低压进油口相通，进油单向阀（４）安装在所述的低压进油口上，排油单向阀（５）安装在所述的高压出油口上，柱塞（６）的一端与安装在柱塞孔（１２）中的复位弹簧（１３）相抵，柱塞（６）的另一端与磁控形状记忆合金棒（２）的一端相连，磁控形状记忆合金棒（２）的另一端与铰轴（１４）相连，铰轴（１４）铰装在前端盖（９）上，在柱塞孔（１２）的周围、磁控形状记忆合金棒（２）整个行程范围内覆盖有磁场激励装置（１），磁场激励装置（１）与数字驱动控制器（１０）电气连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元，它主要由数字驱动控制器(10)和与之电气连接的液压动力单元本体(11)组成，其特征是所述的液压动力单元本体(11)包括缸体(3)和与缸体(3)相连的后端盖(8)和前端盖(9)，缸体(3)至少设有两个柱塞孔(12)，柱塞孔(12)中安装有柱塞(6)，密封圈(7)套装在柱塞(6)上，柱塞孔(12)的一端同时与高压出油口和低压进油口相通，进油单向阀(4)安装在所述的低压进油口上，排油单向阀(5)安装在所述的高压出油口上，柱塞(6)的一端与安装在柱塞孔(12)中的复位弹簧(13)相抵，柱塞(6)的另一端与磁控形状记忆合金棒(2)的一端相连，磁控形状记忆合金棒(2)的另一端与铰轴(14)相连，铰轴(14)铰装在前端盖(9)上，在柱塞孔(12)的周围、磁控形状记忆合金棒(2)整个行程范围内覆盖有磁场激励装置(1)，磁场激励装置(1)与数字驱动控制器(10)电气连接。2.根据权利要求1所述的基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元，其特征是所述的缸体(3)设有一个与各低压进油口相通的低压油腔(15)，该低压油...

【专利技术属性】
技术研发人员：李侃，
申请(专利权)人：南京晨光集团有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]