一种耐冲击电动缸及其控制方法

1.本发明涉及电动缸技术领域，具体而言，涉及一种耐冲击电动缸及其控制方法。


背景技术：

2.传统机械装备的直线驱动方式主要包括直线电机、电静液作动器以及电动缸，其中直线电机由于功率等级较低，难以应用于大型重载装备的功率驱动需求；电静液作动器能满足大功率驱动需求，但频响有限，难以适应高频负载驱动需求；电动缸具有高效和高控制特性的优势，但由于多采用滚珠丝杆的传动机械，无法直接应对来自负载的强冲击，导致其可靠性低、寿命有限。综合考虑上述原因，本发明采用了电机驱动结构与液驱缓冲结构，复合实现了高能效驱动和耐冲击的新型电动缸驱动方案，打破了传统电动缸纯机械传动构型原理，将电机驱动与液压驱动集成到了一起，使本发明同时具有电机驱动与液驱缓冲的优点。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种耐冲击电动缸，旨在改善上述技术问题。
4.本发明采用了如下方案：
5.一种耐冲击电动缸，包括具有三个液压腔体的三腔液压缸，双向变转速伺服电机和集成所述三腔液压缸和双向变转速伺服电机的电动缸壳体，所述三腔液压缸包括伸出活塞杆、上端盖导向套、三腔缸套、下端盖螺母活塞杆和活塞，所述伸出活塞杆上端穿过所述上端盖导向套，且其下端与所述活塞固定连接，所述上端盖导向套下端与所述三腔缸套和下端盖螺母活塞杆接触连接，且所述下端盖螺母活塞杆位于所述伸出活塞杆的内部，所述活塞位于所述伸出活塞杆外壁和所述三腔缸套内壁之间；所述电动缸壳体连接在三腔液压缸和双向变转速伺服电机之间；所述双向变转速伺服电机包括电机转子、固定有电机定子的电机壳体、固定有上端轴承的电机上端盖和固定有下端轴承的电机下端盖，所述电机上端盖和电机下端盖通过电机转子轴与电机壳体固定连接，且电机上端盖安装在所述电动缸壳体的下端，所述电机转子通过上端轴承和下端轴承固定在所述电机定子内。
6.作为进一步改进，所述电动缸壳体外部通过法兰连接与所述双向变转速伺服电机紧固连接在一起。
7.作为进一步改进，所述电动缸壳体内部布置有用于三腔液压缸能够在其内自由滑动的气孔。
8.作为进一步改进，所述三腔液压缸的外壁上安装有摩擦副。
9.作为进一步改进，包括丝杆，所述丝杆和所述电机转子传动连接，并与电机转子轴同轴插入所述电动缸壳体中。
10.作为进一步改进，所述下端盖螺母活塞杆内部布置有滚珠螺母结构，所述滚珠螺母结构与所述丝杆配合，形成滚珠丝杠螺母副，且所述丝杆伸入下端盖螺母活塞杆的空心缝隙中，并配置为在电机转子的转动下，能够带动滚珠螺母及三腔液压缸在电动缸壳体中
运动。
11.作为进一步改进，所述三腔液压缸还包括紧固螺母，所述活塞通过所述紧固螺母与所述伸出活塞杆固定连接。
12.一种基于上述所述的耐冲击电动缸的控制方法，包括：
13.通过控制双向变转速伺服电机的转向和转速来控制丝杠的转向和转速从而控制三腔液压缸在电动缸壳体中运动的位置和速度；
14.通过控制三腔液压缸三个腔体内部的压力与流量来缓冲电动缸在运行过程中受到的负载冲击；
15.通过控制双向变转速伺服电机的转向、转速以及控制三腔液压缸腔体的压力、流量能够分别同时控制三腔液压缸和伸出活塞杆的综合位移、速度与推拉力，实现电机驱动控制与液驱缓冲。
16.通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
17.本技术的耐冲击电动缸，通过在三腔液压缸和双向变转速伺服电机之间设置电动缸壳体，使其在进行驱动控制时，能够通过控制双向变转速伺服电机的转向和转速来控制丝杠的转向和转速从而控制三腔液压缸在电动缸壳体中运动的位置和速度；通过控制三腔液压缸三个腔体内部的压力与流量来缓冲电动缸在运行过程中受到的负载冲击；通过控制双向变转速伺服电机的转向、转速以及控制三腔液压缸腔体的压力、流量能够分别同时控制三腔液压缸和伸出活塞杆的综合位移、速度与推拉力，进而实现电机驱动控制与液驱缓冲。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1是本发明的耐冲击电动缸的的内部结构示意图。
20.附图标识说明：
21.1、伸出活塞杆；2、上端盖导向套；3、三腔缸套；4、电动缸壳体；5、下端盖螺母活塞杆；6、活塞；7、紧固螺母；8、电机上端盖；9、上端轴承；10、电机转子；11、电机定子；12、电机壳体；13、下端轴承；14、电机下端盖。
具体实施方式
22.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本
发明保护的范围。
23.实施例
24.本发明第一实施例提供一种耐冲击电动缸，包括具有三个液压腔体的三腔液压缸，双向变转速伺服电机和集成三腔液压缸和双向变转速伺服电机的电动缸壳体4，三腔液压缸包括伸出活塞杆1、上端盖导向套2、三腔缸套3、下端盖螺母活塞杆5、活塞6和紧固螺母7，伸出活塞杆1上端穿过上端盖导向套2，其下端与活塞6固定连接，活塞6通过紧固螺母7与伸出活塞杆1固定连接；上端盖导向套2下端与三腔缸套3和下端盖螺母活塞杆5接触连接，且下端盖螺母活塞杆5位于伸出活塞杆1的内部，活塞6位于伸出活塞杆1外壁和三腔缸套3内壁之间。电动缸壳体4连接在三腔液压缸和双向变转速伺服电机之间，是集成电机驱动与液压驱动的关键，能够实现三腔液压缸部分与双向变转速伺服电机部分形成一个密不可分精密配合的整体。在电动缸壳体4内部布置有气孔结构方便三腔液压缸部分能够在其内自由滑动，同时电动缸壳体4外部能够通过法兰连接与双向变转速伺服电机部分紧固连接在一起。
25.进一步地，双向变转速伺服电机包括电机转子10、固定有电机定子11的电机壳体12、固定有上端轴承9的电机上端盖8和固定有下端轴承13的电机下端盖14，电机上端盖8安装在电动缸壳体4的下端，电机转子10通过上端轴承9和下端轴承13固定在电机定子11内可自由转动。电机上端盖8和电机下端盖14通过电机转子10轴与电机壳体12固定连接，连同电机壳体12中的电机定子11和电机转子10组成完整的双向变转速伺服电机部分。
26.在另一实施例中，包括丝杆，丝杆和电机转子10传动连接，并与电机转子10轴同轴插入电动缸壳体4中。且下端盖螺母活塞杆5内部布置有滚珠螺母结构，滚珠螺母结构与丝杆配合，形成滚珠丝杠螺母副，且丝杆可伸入下端盖螺母活塞杆5的空心缝隙中，并配置为在电机转子10的转动下，能够带动滚珠螺母及三腔液压缸在电动缸壳体4中运动。
27.本发明的耐冲击电动缸具有通过电机驱动丝杠带动滚珠螺母和三腔液压缸运动的机械传动结构和通过液驱实现缓冲的液压结构，该耐冲击电动缸在工作时能够进行机械传动和液压驱动复合控制，并协同控制伸出活塞杆1的位移与速度，极大程度的提高了电动缸的耐冲击性。该耐冲击电动缸为一体化结构，结构紧凑，拥有更大的行程，极高的速度，响应迅速且耐冲击，能够广泛应用于工业生产领域和机械工程领域。
28.进一步地，双向变转速伺服电机部分集成在电动缸壳体4之中且能够依靠电机转子10轴自由转动，三腔液压缸也被集成在电动缸壳体4之中且可以依靠安装在三腔液压缸外壁上的摩擦副在电动缸壳体4中自由滑动，电机转子10轴穿过电动缸壳体4与丝杠连为一体能够驱动滚珠螺母和三腔液压缸运动，连通三个部分组合成为一个整体。通过驱动电机的正/反转及转速可以控制丝杠的转向和转速从而控制滚珠螺母及三腔液压缸在电动缸壳体4中的位移和速度；可以通过控制三腔液压缸的三个腔体的压力缓冲电动缸收到的负载冲击；同时控制电机的转速和转向以及三腔液压缸各个腔体的压力能够协同控制三腔液压缸和伸出活塞杆1的位移和速度并实现耐冲击的功能。
29.本发明第二实施例提供一种基于上述所述的耐冲击电动缸的控制方法，包括：在进行驱动控制时，可以通过控制双向变转速伺服电机的转向和转速来控制丝杠的转向和转速从而控制三腔液压缸在电动缸壳体4中运动的位置和速度；同时可以通过控制三腔液压缸三个腔体内部的压力与流量来缓冲电动缸在运行过程中受到的负载冲击。通过控制双向
变转速伺服电机的转向、转速以及控制三腔液压缸腔体的压力、流量能够分别同时控制三腔液压缸和伸出活塞杆1的综合位移、速度与推拉力，实现电机驱动控制与液驱缓冲。同时本发明集成度高，便于设备的安装与使用。
30.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种耐冲击电动缸，其特征在于，包括具有三个液压腔体的三腔液压缸，双向变转速伺服电机和集成所述三腔液压缸和双向变转速伺服电机的电动缸壳体，所述三腔液压缸包括伸出活塞杆、上端盖导向套、三腔缸套、下端盖螺母活塞杆和活塞，所述伸出活塞杆上端穿过所述上端盖导向套，且其下端与所述活塞固定连接，所述上端盖导向套下端与所述三腔缸套和下端盖螺母活塞杆接触连接，且所述下端盖螺母活塞杆位于所述伸出活塞杆的内部，所述活塞位于所述伸出活塞杆外壁和所述三腔缸套内壁之间；所述电动缸壳体连接在三腔液压缸和双向变转速伺服电机之间；所述双向变转速伺服电机包括电机转子、固定有电机定子的电机壳体、固定有上端轴承的电机上端盖和固定有下端轴承的电机下端盖，所述电机上端盖和电机下端盖通过电机转子轴与电机壳体固定连接，且电机上端盖安装在所述电动缸壳体的下端，所述电机转子通过上端轴承和下端轴承固定在所述电机定子内。2.根据权利要求1所述的耐冲击电动缸，其特征在于，所述电动缸壳体外部通过法兰连接与所述双向变转速伺服电机紧固连接在一起。3.根据权利要求1所述的耐冲击电动缸，其特征在于，所述电动缸壳体内部布置有用于三腔液压缸能够在其内自由滑动的气孔。4.根据权利要求3所述的耐冲击电动缸，其特征在于，所述三腔液压缸的外壁上安装有摩擦副。5.根据权利要求1所述的耐冲击电动缸，其特征在于，包括丝杆，所述丝杆和所述电机转子传动连接，并与电机转子轴同轴插入所述电动缸壳体中。6.根据权利要求5所述的耐冲击电动缸，其特征在于，所述下端盖螺母活塞杆内部布置有滚珠螺母结构，所述滚珠螺母结构与所述丝杆配合，形成滚珠丝杠螺母副，且所述丝杆伸入下端盖螺母活塞杆的空心缝隙中，并配置为在电机转子的转动下，能够带动滚珠螺母及三腔液压缸在电动缸壳体中运动。7.根据权利要求1所述的耐冲击电动缸，其特征在于，所述三腔液压缸还包括紧固螺母，所述活塞通过所述紧固螺母与所述伸出活塞杆固定连接。8.一种基于权利要求1-7任一项所述的耐冲击电动缸的控制方法，其特征在于，包括：通过控制双向变转速伺服电机的转向和转速来控制丝杠的转向和转速从而控制三腔液压缸在电动缸壳体中运动的位置和速度；通过控制三腔液压缸三个腔体内部的压力与流量来缓冲电动缸在运行过程中受到的负载冲击；通过控制双向变转速伺服电机的转向、转速以及控制三腔液压缸腔体的压力、流量能够分别同时控制三腔液压缸和伸出活塞杆的综合位移、速度与推拉力，实现电机驱动控制与液驱缓冲。

技术总结
本发明提供一种耐冲击电动缸，涉及电动缸领域，包括具有三个液压腔体的三腔液压缸，双向变转速伺服电机和集成所述三腔液压缸和双向变转速伺服电机的电动缸壳体。本发明通过控制双向变转速伺服电机的转向和转速来控制丝杠的转向和转速从而控制三腔液压缸在电动缸壳体中运动的位置和速度；通过控制三腔液压缸三个腔体内部的压力与流量来缓冲电动缸在运行过程中受到的负载冲击；通过控制双向变转速伺服电机的转向、转速以及控制三腔液压缸腔体的压力、流量能够分别同时控制三腔液压缸和伸出活塞杆的综合位移、速度与推拉力，进而实现电机驱动控制与液驱缓冲。电机驱动控制与液驱缓冲。电机驱动控制与液驱缓冲。


技术研发人员：陈其怀 张辉雨 林添良 缪骋 林元正 石家榕 庄榕榕 纪长喜 任好玲 付胜杰
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/21