变比反馈式数字流体缸制造技术

本发明专利技术变比反馈式数字流体缸属于流体缸技术领域，特别是自反馈式数字化驱动液压缸的反馈控制技术领域。为了使流体缸的活塞能高速运动又精确定位，把流体缸中的反馈杆７分为活塞端反馈杆７－１和控制阀端反馈杆７－２，活塞端反馈杆７－１一端设有变速装置６；控制阀端反馈杆７－２一端设有离合器１３；离合器１３设在能与变速装置６接合的位置；数控装置１控制驱动电机２的转动，数控装置１控制离合器１３的不同离合端子１２与变速装置６接合或脱开。数控装置１把活塞行程分为长距离高速运动段和微距离慢速精确运动段，在不同的运动段启动不同的离合端子１２，使控制阀阀芯１４获得不同的反馈变量，控制活塞不同运动速度和定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流体缸
，特别是自反馈式数字化驱动液压缸的反馈控制

技术介绍
数字液压缸技术充分体现了数字液压技术的特点和优势，起源于上世纪六、七十年代，由于德国、日本以及中国等国家在这个领域的不断研究和完善，使数字流体缸技术逐渐达到了实用阶段。现有实际应用的数字缸由数控装置、步进电机和带有控制阀的缸体组成，控制阀的作用是实现对缸体活塞运动的起、停和运动方向的控制。数字式液压缸的基本工作原理是微机发出控制脉冲序列信号，经放大后驱动步进电机运动，开启数字阀，从而驱动液压缸运动。在机械反馈式数字液压缸中，活塞的运动通过与活塞螺纹连接的反馈杆反馈到控制阀，构成了自动调节的内部位置闭环和速度闭环。液压缸的位移与控制脉冲的总数成正比；液压缸的运动速度与控制脉冲的频率成正比；对应于数控装置一个脉冲信号下活塞的行程被称为脉冲当量。在现有数字液压缸技术中采用的是单一反馈杆控制，始终存在运动速度与定位精度的矛盾，由于其反馈采用的是直接连通的反馈杆，反馈信号采集处的反馈速度和反馈信号输出点的速度比只有为1∶1这一种。即在数控信号频率不变情况下，要获得高速度，则需要增大脉冲当量，最直接的方式就是加大活塞螺母与反馈丝杆的螺旋导程，活塞前进速度得以提高，但这种方式降低了定位精度；同样，为得到高的定位精度，需要减小脉冲当量，如果将活塞螺母与反馈丝杆的螺旋导程减小，满足了定位精度的要求，但同时也会使数字缸的工作速度降低。这种速度与精度的矛盾，在现有方案中，从结构本身无法克服，极大地限制了数字液压缸的推广和使用。现有的解决方法是采用复杂的控制系统，增大脉冲频率，提高运动速度，从而间接补偿结构的缺陷。由于受到步进电机直接起动频率和液压缸结构的限制、造成了整个控制系统变得复杂、成本大幅度上升，很难同时做到高精度和高速度的统一，这个问题成为了制约现有数字液压缸工业化应用的瓶颈，使其难以获得广泛的推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用变比反馈机构，将液压缸活塞运动时的行程(速度)变量，转化为不同大小的反馈变量，进而对活塞运动速度、定位精度等参数实现可变控制的流体缸。本专利技术的构思是将现有流体缸中连接活塞9和控制阀4的反馈杆7截分成两段，即活塞端反馈杆7-1和阀芯端反馈杆7-2。活塞端反馈杆7-1和阀芯端反馈杆7-2两者的相临端，分别设变速装置6和离合器13。变速装置6把活塞9传给活塞端反馈杆7-1的一种反馈速度变为多种反馈速度。通过数控装置1控制使离合器13中的某一选定离合端子12与对应变速装置6的速度输出端子11接合，使离合器13可获得所需的不同速度，通过离合器传动阀芯端反馈杆7-2，再由阀芯端反馈杆7-2另一端上的连接套5将反馈速度传递给控制阀阀芯14，从而使控制阀4获得不同的负反馈变量。由此实现对活塞9运动速度、定位精度等运动参数的调节，可以根据需要实现活塞的快速或慢速(精确)运动。本专利技术的结构1.现有的反馈式流体缸，包括数控装置1、缸体8。缸体8中设有控制阀4和活塞9，控制阀4中设有控制阀阀芯14，控制阀阀芯14与驱动电机2通过旋转滑套3连接；控制阀4和活塞9之间设有驱动装置和反馈装置，反馈装置中有一根可旋转的反馈杆7。控制阀4一般是滑阀式换向阀，作用是实现对活塞运动的起、停和运动方向的控制。现有的数字流体缸的活塞9中有固定螺母10和反馈杆7上的螺纹啮合，反馈杆7另一端与控制阀阀芯14有螺旋副相连。这样活塞的运动变量行程量反馈回控制阀，并通过控制阀实现对活塞运动参数的控制，在流体缸内部形成了负反馈控制系统。为了实现对活塞9运动速度的控制，需要对反馈变量进行调控，在同一流体缸需要具有几种不同反馈变量，本专利技术的下述技术改进能够实现选择可控的多种反馈变量，从而实现活塞不同的运动参数。2.本专利技术将现有的反馈杆7分为活塞端反馈杆7-1和控制阀端反馈杆7-2，活塞端反馈杆7-1一端与活塞9以螺旋副方式连接，活塞端反馈杆7-1另一端设有变速装置6；控制阀端反馈杆7-2一端与控制阀阀芯14以运动副方式连接，控制阀端反馈杆7-2另一端设有离合器13；离合器13设在能与变速装置6接合的位置；数控装置1控制驱动电机2的转动，数控装置1控制离合器13的不同离合端子12与变速装置6接合或脱开。一般是根据活塞9的位移精确度的需要，数控装置1在活塞9位移到设定位置时发出相应的控制指命，驱动不同的离合端子12与不同转速的离合器13速度输出端11接合或脱开，使控制阀4获得速度不同的反馈信号，从而修正、调整控制阀4对活塞9输出驱动能量的大小，或开关驱动能量。控制阀端反馈杆7-2经连接套5与控制阀阀芯14以运动副方式连接。这是控制阀端反馈杆7-2向控制阀4传递转动变量的优选方案。当然也可用速度合成机构来传递反馈变量。变速装置6设有一个或多个速度输出端11，能将活塞9的一种速度状态变为输出端的另一种或多种转速，根据需要变速装置6与活塞端反馈杆7-1的连接结构有多种，速度输出端11的转速可以高于或者低于活塞端反馈杆7-1的转速。离合器13设有一个或多个离合端子12，变速装置6的每个速度输出端11都配有一个能相接合的离合端子12。离合器13应设计成在某一状态时，多个离合端子12中只有一个离合端子12与多个速度输出端11中的一个速度输出端11接合，在不同的时段，可以是不同的离合端子12与不同的速度输出端11接合。什么状态、什么时间、哪一个离合端子12与速度输出端11接合，由数控装置1控制。数控装置1根据预定程序，在活塞运动到适当位置时发出相应的指令。为了使反馈结构简单、可靠性好、反馈变量准确，将反馈杆7、速度输出端11、离合端子12、连接套5设计在同一旋转轴线。变速装置6是齿轮变速装置、滚珠轴承变速装置、摩擦轮变速装置的某一种。只要能将一种输入转速变为另一种或多种输出转速的装置都可以作为本专利技术的变速装置6。本专利技术的控制驱动电机2是步进电机、伺服电机的某一种。本专利技术中连接套5与控制阀4之间的连接运动副包括螺旋副或凸轮副，即可用螺旋副，也可用凸轮副。上述结构实现反馈控制的过程如下1、数字流体缸的三种工作状态(1)静止状态如图1、2，高压流体由控制阀4的进油口P通入控制阀，由于控制阀阀芯14上的轴肩的密封作用，流体未通入缸体8的油腔内，这时活塞停止不动。(2)前进状态如图3、图4所示，当步进电机2受数控装置1的脉冲数字信号驱动，通过滑套3的键带动控制阀阀芯14转动，由于控制阀阀芯14端头有运动副与连接套5连接，因而控制阀阀芯14在转动的同时还产生远离步进电机2方向的轴向移动。高压流体经控制阀阀芯14移动后所形成的轴肩与阀体孔道间的缝隙及缸体中的流道进入缸体的无杆腔，有杆腔的流体经流道从T口排出流体。流动方向见图3、图4，从而无杆腔的高压流体推动活塞9向前运动。(3)后退状态如图5，改变步进电机的转向，使控制阀阀芯14向靠近步进电机方向移动，高压流体经控制阀阀芯14移动后所形成的轴肩与阀体孔道间的缝隙及缸体中的流道进入缸体的有杆腔，无杆腔的流体经流道从T口排出流体。流动方向见图5，从而有杆腔的高压流体推动活塞9向后退回。2、实现变比反馈的控制过程在活塞9前进或后退时，其运动会通过反馈杆7-1和7-2反馈到控制阀4，其反馈过程是这样的活塞9运动时带动其中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
变比反馈式数字流体缸，包括数控装置（１）、缸体（８），缸体（８）中设有控制阀（４）和活塞（９），控制阀（４）中设有控制阀阀芯（１４），控制阀阀芯（１４）与驱动电机（２）通过旋转滑套（３）连接；控制阀（４）和活塞（９）之间设有驱动装置和反馈装置，反馈装置中有一根可旋转的反馈杆（７），其特征在于：反馈杆（７）分为活塞端反馈杆（７－１）和控制阀端反馈杆（７－２），活塞端反馈杆（７－１）一端与活塞（９）通过固定螺母（１０），以螺旋副方式连接，活塞端反馈杆（７－１）另一端设有变速装置（６）；控制阀端反馈杆（７－２）一端与控制阀阀芯（１４）以运动副方式连接，控制阀端反馈杆（７－２）另一端设有离合器（１３）；离合器（１３）设在能与变速装置（６）接合的位置；数控装置（１）控制驱动电机（２）的转动，数控装置（１）控制离合器（１３）的不同离合端子（１２）与变速装置（６）接合或脱开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪明，宋鸣，
申请(专利权)人：成都电子机械高等专科学校，洪明，宋鸣，
类型：发明
国别省市：90[]