一种数字液压缸的制作方法

1.本发明涉及数字缸技术领域，具体涉及一种数字液压缸。


背景技术：

2.数字液压缸是指将步进或伺服电机、液压滑阀、闭环位置反馈设计组合在液压缸上，接通液压油源，所有的功能直接通过数字液压缸控制器或计算机或可编程逻辑控制器发出的数字脉冲信号来完成不同速度下的长度矢量控制的新产品，由于其控制精度高、使用方便，因而越来越被广泛地使用。
3.现有的数字液压缸基本上都是由步进或伺服电机直接驱动和控制液压阀的阀芯运动，并配以滚珠丝杠与阀芯直接连接的机械反馈结构。如公开号cn207297964u的专利文献就公开了一种阀套可随动的机械反馈式数字液压缸，其伺服电机主轴与螺杆连接，螺杆另一端与阀芯内螺纹配合，阀芯嵌装于阀套内，螺杆带动阀芯沿阀套轴向滑动，阀套嵌装于阀体内，阀芯外侧壁设有多个凸台，阀套内侧壁设有与阀芯凸台相对应的流量控制窗口，阀芯和阀套配合构成三位四通液压阀，阀体侧壁径向设有与三位四通液压阀相对应的油路通孔，阀套在靠近缸体端设有内螺纹与滚珠丝杠外螺纹配合，阀套在滚珠丝杠带动下可沿阀体轴向滑动，滚珠丝杠另一端嵌装于空心的活塞杆中，丝杠螺母设置在活塞杆的活塞上。虽然该技术可通过阀套的随动实现液压缸的位置动态反馈，改善了阀芯的可控性。但在实际应用中，该技术仍然存在如下技术问题：1、该技术中伺服液压控制阀衬套的上下移动是由安装在液压缸活塞杆内部的丝杠转动带动的，但由于丝杠行程长，直径受限，导致输出的扭矩较小。而衬套的直径较小，其在使用中受阀体和阀芯的内外摩擦力又较大，相应地导致输出流量受限，从而使得该技术只适用于液压缸较小、活塞杆行程较短、活塞杆运动速度较慢等流量较小的场合。反之，若将其应用于液压缸较大、活塞杆行程较长、活塞杆运动速度较快等流量较大的场合，则容易造成丝杠扭断。
4.2、该技术中的伺服液压控制阀仅具备机械反馈而不具备电气反馈，在外部结构受限，不具备电气反馈传感器的安装位置的情况下，导致其不能应用于电气反馈的场合。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述技术问题，提供了一种数字液压缸，本发明通过增大电机的扭矩使得数字缸可应用于液压缸较大、活塞杆行程较长、活塞杆运动速度较快等流量较大的场合，通过为电气反馈传感器的安装提供了位置，使得数字缸既具有机械反馈功能，又具有电气反馈功能；同时阀芯与作为反馈的丝杠直接连接，所需力矩较小，阀芯的通径可选范围较大，不容易造成丝杠扭断。相较于现有电机直接驱动阀芯以及采用衬套作为丝杠反馈的结构来说，有效地解决了现有技术中扭矩较小、丝杠易扭断及信号反馈较难实现的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种数字液压缸，其特征在于：包括数字伺服液压控制阀和液压缸；所述液压缸包括缸体、活塞杆、丝杠和丝杠螺母，活塞杆的一端位于缸体外，另一端位于缸体内用于将缸体分隔成有杆腔和无杆腔，丝杠通过丝杠螺母嵌套在活塞杆中；所述数字伺服液压控制阀包括阀体、数字电机、衬套、阀芯、传感器和传动组件，阀体的上部设有内腔，下部设有与内腔相通的轴心孔，且阀体上开设有分别与有杆腔和无杆腔杆连通的油路通孔；阀芯通过轴承活动设置在轴心孔内，阀芯的上端穿出内腔后与传感器连接，下端穿出阀体后与丝杠连接；衬套螺纹连接在阀芯上，且衬套的上部位于内腔中；数字电机固定在阀体上部的侧面，传动组件的一端与衬套的上部连接，另一端伸出阀体与数字电机连接，数字电机可通过传动组件驱动衬套在阀芯上升降。
7.所述衬套的上部设有驱动齿，所述传动组件包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，第二锥齿轮与驱动齿相啮合，第一锥齿轮的一端与第一锥齿轮相啮合，另一端伸出阀体与数字电机连接。
8.所述传动组件的数量至少为一套。
9.所述油路通孔包括进出油孔、进油孔和出油孔，所述衬套上设有分别与油路通孔相对应的流量控制窗口，所述阀芯上一体成型有与流量控制窗口相对应的凸台，阀体分别通过进出油孔与有杆腔和无杆腔杆连通。
10.所述阀体的上端固定有用于封堵内腔的上盖板，所述液压缸固定在阀体的下端用于封堵轴心孔。
11.所述上盖板上开设有供阀芯穿过的通孔。
12.采用本发明的优点在于：1、本发明所述数字液压缸的关键点改进在于采用了特定结构的数字伺服液压控制阀控制液压缸，在数字伺服液压控制阀中，本发明将数字电机固定在阀体的侧面，并采用该数字电机直接驱动衬套升降实现阀门的控制，以及采用直径较大的阀芯作为丝杠的反馈，相较于现有电机直接驱动阀芯以及采用衬套作为丝杠反馈的结构来说，一方面通过传动组件可增大数字电机的扭矩，从而使得阀门可应用于液压缸较大、活塞杆行程较长、活塞杆运动速度较快等流量较大的场合，同时还不容易造成丝杠扭断。另一方面则为电气反馈传感器的安装提供了位置，具体可将传感器直接安装在阀体的端面用以测试阀芯的位置，使得阀门既具有机械反馈功能，又具有电气反馈功能，从而有利于适用不同场合。另外，本发明还可满足位置、行程、速度、压力的准确控制，具有控制精度高的优点。
13.2、本发明采用锥齿轮与驱动齿配合实现衬套的驱动，具有增大扭矩、传力稳定、结构简单、控制高效的优点。
14.3、本发明中传动组件的数量至少为一套，在实际使用时可设置为多套，从而可通过传动组件外接其他构件，以实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能。
15.4、本发明通过流量控制窗口、凸台和油路通孔配合可组成三位四通阀实现液压缸的控制，有利于实现液压缸的准确控制和稳定控制。
16.5、本发明分别通过上盖板和液压缸封堵内腔和轴心孔，一是有利于各组成的安装及后期维护，二是直接使用液压缸封堵轴心孔可减少盖板的数量，从而有利于降低生产成本。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图。
18.图中标记为：1、传感器，2、第一锥齿轮，3、上盖板，4、第二锥齿轮，5、数字电机，6、阀体，7、衬套，8、阀芯，9、缸体，10、活塞杆，11、丝杠，12、丝杠螺母。
具体实施方式
19.本发明提供了一种数字液压缸，如图1所示，该数字液压缸包括数字伺服液压控制阀和液压缸，两者的结构分别如下：所述液压缸包括缸体9、活塞杆10、丝杠11和丝杠螺母12，活塞杆10的一端位于缸体9外，另一端位于缸体9内用于将缸体9分隔成有杆腔和无杆腔，活塞杆10上开设有中心沉孔，丝杠螺母12固定在中心沉孔的开口处，丝杠11通过丝杠螺母12嵌套在活塞杆10的中心沉孔中。连接后的丝杠11只能做旋转运动，而活塞杆10在内部摩擦力及外负载的作用下，只能按图示方向上下移动而不可转动。
20.所述数字伺服液压控制阀包括阀体6、数字电机5、衬套7、阀芯8、传感器1、传动组件和上盖板3。其中，阀体6的上部设有内腔，该内腔可为圆形结构或方形结构，具体可由阀体6上端的端面向下开设。
21.阀体6的下部设有圆柱形的轴心孔，该轴心孔与内腔相通。
22.此外，阀体6上还开设有多个油路通孔，具体可包括进出油孔ab、进油孔p和出油孔t，阀体6可通过进出油孔a与有杆腔相通，通过进出油孔b与无杆腔相通。
23.上盖板3固定在阀体6的上端并封堵内腔，液压缸固定在阀体6的下端可作为下盖板封堵轴心孔，以此减少盖量的用量并降低成本。另外，上盖板3上和液压缸的上端均开设有供阀芯8穿过的通孔。
24.阀芯8通过轴承活动设置在轴心孔内，阀芯8的上端依次穿过内腔和上盖板3后与传感器1连接，传感器1可采集阀芯8的旋转角度，从而为控制系统提供电气反馈信号。阀芯8的下端穿过液压缸的上端后伸出阀体6并伸入缸体9内与丝杠11连接，且该阀芯8仅可在阀体6内旋转而不能上下移动。
25.衬套7螺纹连接在阀芯8上，衬套7的上部位于内腔中，且衬套7的上部外表面设有与传动组件配合的驱动齿。
26.数字电机5固定在阀体6上部的侧面，传动组件的一端与驱动齿啮合连接，另一端伸出阀体6与数字电机5连接，传动组件通过驱动齿驱动衬套7，数字电机5可通过传动组件驱动衬套7在阀芯8上升降。
27.另外，本发明衬套7上设有分别与油路通孔相对应的流量控制窗口，阀芯8上一体成型有与流量控制窗口相对应的凸台，阀芯8、衬套7和阀体6三者配合可构成旋转式滑阀结构的三位四通阀（具有油路通孔p\a\b\t）。图1示出了本发明构成具有油路通孔p\a\b\t的三位四通阀，在实际应用时，通过改变衬套7与阀芯8的相对位置，可以改变进出油孔的压力方向及流量大小，从而可控制液压缸的运动方向、速度及位置。
28.需要说明的是，阀芯8、衬套7和阀体6三者配合构成三位四通阀的结构为现有常规技术，在此不再赘述。
29.优选的，传动组件包括第一锥齿轮2和第二锥齿轮4，第二锥齿轮4与驱动齿相啮合，第一锥齿轮2的一端与第一锥齿轮2相啮合，另一端伸出阀体6与数字电机5连接。本发明采用第一锥齿轮2和第二锥齿轮4作为传动组件，不仅可增大数字电机5的传动扭矩，还能够将数字电机5设置在阀体6侧面，从而为传感器1提供安装位置。实际使用时，数字电机5可通过第一锥齿轮2和第二锥齿轮4带动衬套7在阀芯8上旋转，打开衬套7与阀芯8间的流量控制窗口，进出油孔a/b分别输出压力油/回油或回油/压力油，控制液压缸动作，液压缸动作后，通过设置的丝杠11闭环反馈连接至阀芯8，带动阀芯8旋转，减少衬套7与阀芯8间的窗口，当衬套7与阀芯8间的窗口完全关闭合，液压缸停止运动，可以准确控制液压缸的位置。
30.另外，本发明可通过传感器1采集阀芯8的旋转角度为控制系统提供电气反馈信号。具体的，通过电气反馈控制数字电机5反向旋转，通过控制电机旋转的速度、开启/关闭窗口的时间差来控制输出油的压力方向和流量，从而控制液压缸的位置、运动方向和速度。
31.优选的，由于本发明采用了特定的侧面数字电机5直接驱动衬套7升降实现阀门的控制，因此还可根据需要将传动组件的数量设置至少为一套，例如，可根据需要将传动组件的数量设置为两套或三套，从而外接其它结构以实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能。
32.综合来说，本发明采用齿轮及螺纹等机构，可以有效放大数字电机5的输出力矩，只需一级液压放大，流量适用范围广。另外，传统的伺服阀需要电气反馈，本发明既可采用电气反馈，也可以采用机械闭环反馈，控制精度较高，并且可以方便设置保护功能，在控制电源消失的情况下也可精确保持被控对象的位置。
33.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

技术特征：
1.一种数字液压缸，其特征在于：包括数字伺服液压控制阀和液压缸；所述液压缸包括缸体（9）、活塞杆（10）、丝杠（11）和丝杠螺母（12），活塞杆（10）的一端位于缸体（9）外，另一端位于缸体（9）内用于将缸体（9）分隔成有杆腔和无杆腔，丝杠（11）通过丝杠螺母（12）嵌套在活塞杆（10）中；所述数字伺服液压控制阀包括阀体（6）、数字电机（5）、衬套（7）、阀芯（8）、传感器（1）和传动组件，阀体（6）的上部设有内腔，下部设有与内腔相通的轴心孔，且阀体（6）上开设有分别与有杆腔和无杆腔杆连通的油路通孔；阀芯（8）通过轴承活动设置在轴心孔内，阀芯（8）的上端穿出内腔后与传感器（1）连接，下端穿出阀体（6）后与丝杠（11）连接；衬套（7）螺纹连接在阀芯（8）上，且衬套（7）的上部位于内腔中；数字电机（5）固定在阀体（6）上部的侧面，传动组件的一端与衬套（7）的上部连接，另一端伸出阀体（6）与数字电机（5）连接，数字电机（5）可通过传动组件驱动衬套（7）在阀芯（8）上升降。2.根据权利要求1所述的一种数字液压缸，其特征在于：所述衬套（7）的上部设有驱动齿，所述传动组件包括第一锥齿轮（2）和第二锥齿轮（4），第二锥齿轮（4）与驱动齿相啮合，第一锥齿轮（2）的一端与第一锥齿轮（2）相啮合，另一端伸出阀体（6）与数字电机（5）连接。3.根据权利要求1或2所述的一种数字液压缸，其特征在于：所述传动组件的数量至少为一套。4.根据权利要求1所述的一种数字液压缸，其特征在于：所述油路通孔包括进出油孔、进油孔和出油孔，所述衬套（7）上设有分别与油路通孔相对应的流量控制窗口，所述阀芯（8）上一体成型有与流量控制窗口相对应的凸台，阀体（6）分别通过进出油孔与有杆腔和无杆腔杆连通。5.根据权利要求1所述的一种数字液压缸，其特征在于：所述阀体（6）的上端固定有用于封堵内腔的上盖板（3），所述液压缸固定在阀体（6）的下端用于封堵轴心孔。6.根据权利要求5所述的一种数字液压缸，其特征在于：所述上盖板（3）上开设有供阀芯（8）穿过的通孔。

技术总结
本发明公开了一种数字液压缸，包括数字伺服液压控制阀和液压缸，所述数字伺服液压控制阀包括阀体、数字电机、衬套、阀芯、传感器和传动组件，阀体的上部设有内腔，下部设有与内腔相通的轴心孔，且阀体上开设有分别与有杆腔和无杆腔杆连通的油路通孔；阀芯通过轴承活动设置在轴心孔内，阀芯的上端穿出内腔后与传感器连接，下端穿出阀体后与丝杠连接；衬套螺纹连接在阀芯上，且衬套的上部位于内腔中；数字电机固定在阀体上部的侧面，传动组件的一端与衬套的上部连接，另一端伸出阀体与数字电机连接，数字电机可通过传动组件驱动衬套在阀芯上升降。本发明有效地解决了现有技术中扭矩较小、丝杠易扭断及信号反馈较难实现的技术问题。题。题。


技术研发人员：贾小平 彭博 邓芳辉 王健 席波
受保护的技术使用者：东方电气自动控制工程有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/9/6