带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统

1.本发明属于伺服电机驱动与液压传动技术领域，具体为一种带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统。


背景技术：

2.推杆支撑的摇臂系统是工业上常用的驱动传动机构，常采用液压推杆与平衡蓄能器组成的一体式液压推杆系统实现摇臂的支撑和旋转。不同于液压推杆，电动推杆的动态控制性能优越，且无需泵站等辅助设备，效率远高于液压推杆。
3.然而，如果采用常规电动推杆替代液压推杆，则需要另外采用平衡机构去抵消摇臂的重力矩，否则伺服电机需要长时间持续运行以抵消摇臂重力矩。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了一种带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统。
5.实现本发明目的的技术方案为：一种带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，包括电动推杆和蓄能平衡系统；所述蓄能平衡系统与电动推杆腔体联通，所述蓄能平衡系统包括至少一蓄能器罐，所述蓄能器罐包括蓄能器罐内液腔和蓄能器罐内气囊，当电动推杆内腔体增大，蓄能器罐内液腔中的液压油进入电动推杆内腔体，释放蓄能器罐内气囊；当电动推杆内腔体变小，电动推杆内腔体内的液压油挤出至蓄能器罐内液腔内，压缩蓄能器罐内气囊。
6.优选地，所述电动推杆包括伺服电机、传动机构、丝杠、滑块以及推杆；所述伺服电机经过传动机构驱动丝杠绕丝杠轴做旋转运动，所述丝杠表面设有螺纹，所述滑块螺纹连接在丝杠上，所述推杆套在丝杠上，且与滑块相邻，丝杠旋转时，滑块沿丝杠平动，同时滑块推动相邻的推杆平动，当推杆伸出时，电动推杆内腔体增大，当推杆收回时，电动推杆内腔体减小。
7.优选地，所述传动机构通过传动壳体封装。
8.优选地，所述丝杠、滑块以及推杆通过推杆壳体密封形成腔体作为电动推杆内腔体。
9.优选地，所述蓄能器罐与电动推杆内腔体通过油管连接。
10.优选地，蓄能平衡系统的液压p对摇臂产生的支撑力矩与电动推杆受到的摇臂重力矩m始终平衡，满足：，其中，g为摇臂的重力，h为重力矩，p为液压压强，s为液压对推杆的有效面积，h1为支撑力臂
11.其中，g为摇臂的重力，h为重力矩，p为液压压强，s为液压对推杆的有效面积，h1为支撑力臂。
12.本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明使用电动推杆实现摇臂的转动控制的过程中，摇臂重力矩对电动推杆产生的负载则被蓄能平衡系统抵消，大幅减轻了伺服电机负载，实现了利用伺服电机对大型机构的快速准确驱动；本发明通过将丝杠设计为中
空结构，将推杆内腔与后端腔体连通，作为液压腔室，实现了对空间的充分利用。
附图说明
13.图1是本发明的带有重力矩补偿的电动推杆系统剖面图。
14.图2是本发明的电动推杆示意图。
15.图3是本发明的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统在低角度下的工作原理图。
16.图4是本发明的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统在高角度下的工作原理图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
18.如图1、图2与图3所示，一种带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统包括电动推杆1和蓄能平衡系统2。所述蓄能平衡系统2与电动推杆1腔体联通，所述蓄能平衡系统2包括至少一蓄能器罐21，所述蓄能器罐21包括蓄能器罐内液腔211和蓄能器罐内气囊212，当电动推杆1内腔体增大，蓄能器罐内液腔211中的液压油进入电动推杆内腔体，释放蓄能器罐内气囊212；当电动推杆1内腔体变小，电动推杆内腔体内的液压油挤出至蓄能器罐内液腔211内，压缩蓄能器罐内气囊212。
19.进一步的实施例中，所述电动推杆1包括伺服电机11、传动机构12、丝杠13、滑块14以及推杆15；所述伺服电机11经过传动机构12驱动丝杠13绕丝杠轴做旋转运动，所述丝杠13表面设有螺纹，所述滑块14螺纹连接在丝杠13上，所述推杆15套在丝杠13上，且与滑块相邻，丝杠13旋转时，滑块14沿丝杠13平动，同时滑块14推动相邻的推杆15平动，当推杆15伸出时，电动推杆1内腔体增大，当推杆15收回时，电动推杆1内腔体减小。所述电动推杆内腔体23是电动推杆1与蓄能平衡系统2之间联接的“桥梁”。伺服电机起动后，通过传动机构驱动丝杠旋转，由螺纹联接驱动滑块平动，同时滑块推动推杆平动，实现推杆的伸缩运动，进而带动摇臂围绕其旋转中心在推杆伸缩长度约束的角度范围内旋转，同时在推杆伸缩时，电动推杆内腔体随之产生变化，进而影响对推杆的液压大小。
20.进一步的实施例中，所述传动机构12通过传动壳体17封装形成腔体。
21.进一步的实施例中，所述丝杠13、滑块14以及推杆15通过推杆壳体16密封形成腔体作为电动推杆内腔体。
22.进一步的实施例中，电动推杆内腔体与传动壳体17封装形成的腔体联通。当电动推杆内腔体与传动壳体17封装形成的腔体联通时，蓄能平衡系统2可以通过油管与电动推杆内腔体或者传动壳体17封装形成的腔体联通。当电动推杆内腔体与传动壳体17封装形成的腔体不联通时，蓄能平衡系统2通过油管只能与电动推杆内腔体联通。
23.进一步的实施例中，所述蓄能器罐21与电动推杆1内腔体通过油管连接。
24.进一步的实施例中，所述丝杠13为中空结构。电动推杆内腔体23可以分为推杆内腔231、丝杠腔体232和后端腔体233三个部分；推杆内腔231指代丝杠13与推杆15之间的空腔部分，丝杠腔体232指代丝杠13周边或内部的油液通道，后端腔体233指代支撑系统丝杠13与传动机构12的连接端与推杆壳体16或传动壳体17之间的密封空腔部分。通过将丝杠设
计为中空结构，将推杆内腔与后端腔体连通，作为液压腔室，实现了对空间的充分利用。
25.进一步的实施例中，蓄能平衡系统2的液压p对摇臂产生的支撑力矩与电动推杆1受到的摇臂重力矩m始终平衡，满足：，其中，g为摇臂的重力，h为重力矩，p为液压压强，s为液压对推杆的有效面积，h1为支撑力臂
26.其中，g为摇臂的重力，h为重力矩，p为液压压强，s为液压对推杆的有效面积，h1为支撑力臂。
27.利用本发明对摇臂进行支撑时，摇臂一端铰接在某固定物体上，即为摇臂旋转中心，摇臂另一端与电动推杆1中推杆15的一端铰接，即为摇臂支撑点，同时，电动推杆1另一端的传动壳体17铰接在某固定物体上，即为支撑系统旋转中心。
28.具体如图3和图4所示，伺服电机11起动后，通过传动机构12驱动丝杠13旋转，由螺纹联接驱动滑块14平动，同时滑块14推动推杆15平动，实现推杆15的伸缩运动，进而带动摇臂围绕其旋转中心在推杆伸缩长度约束的角度范围内旋转，同时在推杆15伸缩时，电动推杆内腔体23随之产生变化，进而影响对推杆15的液压大小。
29.具体如图3和图4所示，在推杆15伸长时，摇臂由低角姿态向高角姿态转变，电动推杆内腔体23容积增大，有产生真空区域的趋势，液压油通过液压油管22进入电动推杆内腔体23，从而释放压缩蓄能器罐内气囊212，使之体积增大，气压减小，则蓄能平衡系统2内的压力减小，推杆15受到的压力减小；在推杆15缩短时，摇臂由高角姿态向低角姿态转变，推杆15将电动推杆内腔体23内的液压油挤出至蓄能器罐内液腔211内，从而压缩蓄能器罐内气囊212，气囊体积减小，气压增大，则蓄能平衡系统2内的压力增大，对推杆15的压力增大。
30.摇臂的旋转造成了重力臂长度h的变化，从而导致重力矩发生变化。在推杆15伸长时，摇臂由低角姿态向高角姿态转变，重力臂h缩短，重力矩减小，在推杆15缩短时，摇臂由高角姿态向低角姿态转变，重力臂h增大，重力矩减小。综合来说，摇臂位于低角度姿态时，电动推杆1受到摇臂的作用力较大，摇臂位于高角度姿态时，电动推杆1受到摇臂的作用力较小。
31.摇臂位于低角度姿态时，蓄能平衡系统2的液压较大，平衡了此时电动推杆1由于摇臂重力矩所受到的较大作用力；摇臂位于高角度姿态时，蓄能平衡系统2的液压较小，平衡了此时电动推杆1由于摇臂重力矩所受到的较小作用力；通过设计蓄能器罐21内结构，或者设计多个蓄能器罐21并联，以及对摇臂工作姿态进行合理设计，可以平衡摇臂在各个角度下的重力矩，达到自平衡效果，即伺服电机11只需要驱动摇臂的姿态变化，而不需要克服摇臂的重力矩，大大减小了伺服电机11的负载。
32.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换。

技术特征：
1.一种带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，包括电动推杆（1）和蓄能平衡系统（2）；所述蓄能平衡系统（2）与电动推杆（1）腔体联通，所述蓄能平衡系统（2）包括至少一蓄能器罐（21），所述蓄能器罐（21）包括蓄能器罐内液腔（211）和蓄能器罐内气囊（212），当电动推杆（1）内腔体增大，蓄能器罐内液腔（211）中的液压油进入电动推杆内腔体，释放蓄能器罐内气囊（212）；当电动推杆（1）内腔体变小，电动推杆内腔体内的液压油挤出至蓄能器罐内液腔（211）内，压缩蓄能器罐内气囊（212）。2.根据权利要求1所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，所述电动推杆（1）包括伺服电机（11）、传动机构（12）、丝杠（13）、滑块（14）以及推杆（15）；所述伺服电机（11）经过传动机构（12）驱动丝杠（13）绕丝杠轴做旋转运动，所述丝杠（13）表面设有螺纹，所述滑块（14）螺纹连接在丝杠（13）上，所述推杆（15）套在丝杠（13）上，且与滑块相邻，丝杠（13）旋转时，滑块（14）沿丝杠（13）平动，同时滑块（14）推动相邻的推杆（15）平动，当推杆（15）伸出时，电动推杆（1）内腔体增大，当推杆（15）收回时，电动推杆（1）内腔体减小。3.根据权利要求2所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，所述传动机构（12）通过传动壳体（17）封装形成腔体。4.根据权利要求3所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，所述丝杠（13）、滑块（14）以及推杆（15）通过推杆壳体（16）密封形成腔体作为电动推杆内腔体。5.根据权利要求4所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，电动推杆内腔体与传动壳体（17）封装形成的腔体联通。6.根据权利要求4所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，电动推杆内腔体与传动壳体（17）封装形成的腔体隔离开。7.根据权利要求4所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，所述蓄能器罐（21）与电动推杆（1）内腔体通过油管连接。8.根据权利要求2所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，所述丝杠（13）为中空结构。9.根据权利要求1所述的带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，其特征在于，蓄能平衡系统（2）的液压p对摇臂产生的支撑力矩与电动推杆（1）受到的摇臂重力矩m始终平衡，满足：，其中，g为摇臂的重力，h为重力矩，p为液压压强，s为液压对推杆的有效面积，h1为支撑力臂。

技术总结
本发明提出了一种带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统一种带有重力矩补偿的电动推杆摇臂支撑系统，包括电动推杆和蓄能平衡系统；所述蓄能平衡系统与电动推杆腔体联通，所述蓄能平衡系统包括至少一蓄能器罐，所述蓄能器罐包括蓄能器罐内液腔和蓄能器罐内气囊，当电动推杆内腔体增大，蓄能器罐内液腔中的液压油进入电动推杆内腔体，释放蓄能器罐内气囊；当电动推杆内腔体变小，电动推杆内腔体内的液压油挤出至蓄能器罐内液腔内，压缩蓄能器罐内气囊。本发明使用液压蓄能平衡系统自动补偿了摇臂重力矩，因此大幅减轻了伺服电机负载，由于油腔内置于电动推杆，全系统空间得到充分利用。用。用。


技术研发人员：孙乐 徐亚栋 佟明昊 陈龙淼
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/8/24