CN102216750B - 油压致动器和油压振动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备油压泵和油压缸单元的油压致动器。油压泵具有第一吸排口和第二吸排口，能进行反转动作。油压缸单元具备活塞、内部空间被活塞划分为第一压力室和第二压力室的套筒、以及与活塞连结并且前端突出到该套筒外部的活塞杆。此外，油压致动器具备连接第一压力室与第一吸排口的第一配管、以及连接第二压力室与第二吸排口的第二配管，油压泵进行反转动作，由此对第一和第二压力室交替地施加油压，使活塞上下运动。油压致动器还具备连接第一和第二配管的总管、以及设于总管的中途的对第一和第二压力室施加规定压力的蓄压器。此外，依据本发明的实施方式也提供一种具备该油压致动器的振动试验装置。

Description

油压致动器和油压振动试验装置

技术领域

本发明涉及一种能高速反转驱动的油压致动器和油压式振动试验装置。 

背景技术

作为通过油压缸使被检体振动的振动试验装置，例如已知有如日本特开2000-2617所记载的、使用容积式泵(positive displacement pump)和伺服阀的装置。这种振动试验装置能将大负荷施加给被检体，同时以高频率使被检体振动。图5表示使用伺服阀的油压振动试验装置的回路图的一例。 

图5所示的油压振动试验装置101具有泵单元110、作动油槽120、油压缸单元130、伺服阀140、和振动工作台150。在振动工作台150上固定工件W，使振动工作台150往复移动，由此对工件W施加振动。 

泵单元110利用马达112驱动容积式泵主体111，在作动油槽120与伺服阀140之间与油压回路连接。此外，马达112的旋转方向限定于一个方向，即马达112仅能正转。此外，马达112的旋转速度大致保持一定。泵单元110只具有将作动油从作动油槽120送到伺服阀140的功能，且其流量大致保持一定。 

油压缸单元130具有套筒131、在该套筒131内能移动的活塞132以及从活塞132的一侧突出到套筒131外部的活塞杆133。在活塞杆133的前端固定振动工作台150。套筒131的内部被活塞132划分为第一压力室131a和第二压力室131b。第一压力室131a和第二压力室131b中填充作动油。此外，第一压力室131a和第二压力室131b分别透过配管161、162连接到伺服阀140。 

伺服阀140用以切换将从泵单元110送来的作动油送到配管161、162其中之一，并且控制送到配管的作动油的油压。此外，伺服阀140将未传递作动油的配管连接到与作动油槽120连通的配管164。伺服阀 140的切换动作和油压调整动作由控制器102控制。 

当以将作动油从泵单元110送往配管161的方式构成油压回路时，作动油被供给到第一压力室131a，第一压力室131a的内压上升。由此，活塞132向第二压力室131b被推下，振动工作台150下降。此时，第二压力室131b内的作动油经由配管162和伺服阀140返回到作动油槽120。另一方面，当以将作动油从泵单元110送往配管162的方式构成油压回路时，作动油被供给到第二压力室131b，第二压力室131b的内压上升。由此，活塞132向第一压力室131a被推上，振动工作台150上升。此时，第一压力室131a内的作动油经由配管161和伺服阀140返回到作动油槽120。 

此外，如图5所示，从泵单元110到伺服阀140的配管163、与从伺服阀140到作动油槽120的配管164通过总管165而连结。泵单元110所供给的作动油不会全部前往油压缸单元130，有一部分是经由该总管165送回到作动油槽120。此外，为了在配管163和164内防止作动油的逆流，在各配管分别设有单向阀166、167。 

这样，在伺服阀式振动试验装置中，控制器102控制伺服阀140，周期性切换将作动油送到第一压力室131a和第二压力室131b其中之一，使振动工作台150往复移动。伺服阀式油压振动试验装置，由于利用伺服阀140将以高压、大流量循环的作动油的一部分送到油压缸单元130，所以当进行切换将作动油送到第一压力室131a与第二压力室131b其中之一时，送到作动油的压力室的压力瞬间上升到高压，没有时间延迟地切换振动工作台150的移动方向。因此，能以高频率对振动工作台施加振动。 

在振动工作台150设有加速度传感器103，加速度传感器103检测到的表示加速度的信号被供给到控制器102。控制器102能根据加速度传感器103的检测结果，计算振动工作台150的位移、速度或加速度，并控制伺服阀140，使得振动工作台150以所期望的位移、速度或加速度波形进行振动。 

发明内容

使用伺服阀的油压致动器为了将所期望的压力瞬间且稳定地供给到油压缸，而采用如下结构，即，连续驱动流量充分大的泵，并仅将泵所供给的油压能量的一部分供给到油压缸。因此，使用这种油压致动器的振动试验装置所需的能量消耗量远超过对被检体施加振动所需要的能量，造成能量浪费。此外，为了通过这种泵使作动油循环而需要大容量的作动油槽。

本发明是为了解决上述问题而创作，其目的在于提供一种油压致动器，不需要大型泵或作动油槽，有高输出且能高速反应，还提供一种振动试验装置，能对被检体施加大负荷，同时以高频对被检体施加振动。 

依据本发明的实施方式提供一种致动器，具备能反转作动的油压泵、油压缸单元、第一配管和第二配管，该油压缸单元具备活塞、内部空间被活塞划分为第一压力室和第二压力室的套筒以及和活塞连结并且末端突出到套筒外部的活塞杆，该第一配管将第一压力室连接到第一吸排口，第二配管将第二压力室连接到第二吸排口，油压泵反转动作，由此对于第一和第二压力室交替施加油压，使活塞上下运动。该致动器还具备连结第一和第二配管的总管、以及蓄压器(accumulator)，该蓄压器设于总管中途，对第一和第二压力室施加规定的压力。 

本发明的实施方式的致动器中使用往正反两方向反转动作的油压泵。该油压泵并不经由伺服阀，而是直接与油压缸单元连接，以驱动油压缸单元。本发明实施方式的致动器，由于根据从泵输出的作动油的流量和方向驱动油压缸单元，所以不需要伺服阀式致动器所使用大型泵或作动油槽。此外，依据上述的理由，本发明实施方式的致动器所需的能量消耗量相较于对被检体施加振动所需的能量并不那样大，所以相较于伺服阀式致动器能够大幅抑制能量消耗量。 

反转动作的油压泵的特征之一，是使泵的动作方向反转时，作动油的压力降低，该压力充分上升之前会发生数十毫秒左右的时间延迟。因此，如果单纯只有将泵连接到油压缸单元，则使泵的驱动方向反转以切换振动工作台的移动方向时，上述的时间延迟会发生，在这期间无法移动上述振动工作台。因此，不能以高频率(数十Hz以上)使被检体振动，在该高频率下的时间延迟会造成不能忽视的影响。然而，本 发明实施方式的致动器，由于蓄压器经由总管对油压缸单元的第一压力室和第二压力室施加规定的压力，所以即使使泵的动作方向反转，作动油压力几乎不会降低，上述的时间延迟非常小。因此，本发明实施方式的致动器能够以高频使被检体振动。 

蓄压器对第一压力室和第二压力室施加的规定的压力的大小优选为设定为比油压缸单元的驱动所需要的最低压力更大。在此情况，几乎没有油压***所引起的响应延迟。 

本发明实施方式的油压致动器所使用的典型油压泵是活塞式泵。致动器优选为还具备伺服马达以作为油压泵的驱动源。 

此外，本发明实施方式的油压致动器也可以还具备检测油压致动器可动部(或油压致动器的驱动对象)的动作的传感器、以及控制伺服马达的控制器。在此情况，控制器能够根据传感器的检测结果来控制伺服马达。此外，传感器优选为包括位移传感器、速度传感器、加速度传感器和负荷传感器中的任一个。在此情况，控制器能根据传感器的检测结果控制伺服马达，由以按照规定的位移、速度或加速度的波形驱动活塞。传感器可拆装地安装在油压致动器上。 

传感器也可以包括负荷传感器。在此情况，控制器能根据传感器的检测结果控制伺服马达，使由负荷传感器检测的负荷按照照规定的波形改变。 

此外，依据本发明的实施方式，提供一种振动试验装置，具备上述的油压致动器、以及设于活塞杆前端的振动工作台。 

本发明实施方式的振动试验装置优选为还具备设于振动工作台的传感器、以及控制伺服马达的控制器。 

此外，设于振动工作台的传感器也可以包括测量振动工作台的位移、速度或加速度的传感器。在此情况，控制器能根据传感器的检测结果控制伺服马达，以按照位移、速度或加速度的规定波形驱动振动工作台。 

此外，传感器也可以包括测量施加于被检体的负荷的负荷传感器。在此情况，控制器能根据传感器的检测结果控制伺服马达，以按照规定的波形对被检体施加负荷。 

附图说明

图1是本发明实施方式的振动试验装置的概略回路图。 

图2是表示本发明实施方式的振动试验装置的用以对被检体施加静负荷的概略结构的图。 

图3是本发明实施例的振动工作台的加速度和位移的曲线图。 

图4是比较例的振动工作台的加速度和位移的曲线图。 

图5是使用伺服阀的现有的油压式振动试验装置的概略回路图。 

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的实施方式。图1是本实施方式的振动试验装置的回路图。如图1所示，本实施方式的振动试验装置1具有泵单元10、作动油槽20、油压缸单元30、振动工作台50和蓄压器70。通过油压缸单元30供给的油压使得振动工作台50上下移动，由此固定于振动工作台50上的被检体W被施加振动。 

泵单元10具有泵主体11和伺服马达12。伺服马达12通过从伺服放大器4输出的交流电流被驱动。伺服马达12构成味，能使其驱动轴12a向正反两方向旋转，且能精密调整驱动轴12a的旋转速度。此外，伺服马达12是低惯性AC伺服马达，这种马达有高输出，能进行高重复率的反转驱动。 

此外，泵主体11是活塞式泵，能将作动油从第一吸排口11a送往第二吸排口11b，或是将作动油从第二吸排口11b送往第一吸排口11a。通过伺服马达12驱动泵主体11，由此能改变泵主体11所供给的作动油的流量和方向。例如：当以一定的周期反转驱动伺服马达12时，流过第一吸排口11a与第二吸排口11b之间的作动油的流量和方向会周期性地改变化。 

油压缸单元30具有套筒31、在套筒31内能够移动的活塞32、以及从活塞32的一面突出到套筒31外部的活塞杆33在活塞杆33的前端固定着振动工作台50。套筒31的内部被活塞32划分为第一压力室31a和第二压力室31b。在第一压力室31a和第二压力室31b填充有作动油。此外，第一压力室31a和第二压力室31b分别经由配管61、62与泵主体11的第一吸排口11a和第二吸排口11b连接。此外，使用高 压软管等作为配管61、62，该高压软管等能够抵抗在使振动工作台50移动时发生的作动油的压力上升(约数十MPa)(不引起弹性变形)。 

作动油槽20分别经由单向阀63、64与第一压力室31a和第二压力室31b连接。各单向阀63、64分别在第一压力室31a和第二压力室31b的内压比作动油槽20内的油压(例如大气压)小的情况打开，将作动油从作动油槽20供给到配管61、62。本实施方式中，对第一压力室31a(或第二压力室31b)填充作动油时，单向阀63(或单向阀64)打开，作动油从作动油槽20移动到压力室31a(或压力室31b)。 

具体而言，作动油对各压力室31a、31b的填充是以如下方式进行。在第一压力室31a和第二压力室31b设有抽空气用的未图示的阀。首先，打开第一压力室31a的阀且关闭第二压力室31b的阀，在此状态下，驱动泵单元10以使作动油和空气从第二吸排口11b送到第一吸排口11a。于是，第二压力室31b和配管62内的空气经由配管61从第一压力室31a的阀逸出。不久，第二压力室31b和配管62的压力变得比作动油槽20内的压力更低，所以单向阀64打开，作动油槽20内的作动油经由配管62、61填充到第一压力室31a。 

作动油填充到第一压力室31a后，关闭第一压力室31a的阀，打开第二压力室31b的阀，驱动泵单元10以使作动油从第一吸排口11a送到第二吸排口11b。于是，第二压力室31b和配管62内的空气从第二压力室31b的阀逸出，此外，活塞32上升，填充于第一压力室31a侧的作动油被推出到配管61。活塞32上升到上死点时，第一压力室31a和配管61内的作动油的压力变得比作动油槽20内的压力更低，所以单向阀63打开，作动油槽20内的作动油经由配管61、62移动到第二压力室31b。作动油填充于第二压力室31b后，关闭第二压力室31b的阀。 

下面，说明本实施方式的振动试验装置1中使振动工作台50振动的机构。在使振动工作台50上升时，驱动泵单元10以使作动油从第一吸排口11a移动到第二吸排口11b。于是，作动油经由配管62供给到第二压力室31b，活塞32被推到第一压力室31a侧，活塞杆33和振动工作台50上升。第一压力室31a内的作动油随着活塞32的移动经由配管61移动到泵单元10，从泵单元10经由配管62送到第二压力室 31b。 

使振动工作台50下降时，驱动泵单元10以使作动油从第二吸排口11b往第一吸排口11a移动。此时，作动油经由配管61供给到第一压力室31a，所以活塞32被推到第二压力室31b侧，活塞杆33和振动工作台50下降。第二压力室31b内的作动油随着活塞32的移动透过配管62往泵单元10移动，再从泵单元10透过配管61送往第一压力室31a。 

如图1所示，在本实施方式的振动试验装置1的振动工作台50安装有加速度传感器3。加速度传感器3与控制器2连接，加速度传感器3所检测出表示加速度的信号供给到控制器2。控制器2根据加速度传感器3的检测结果来计算振动工作台50的位移、速度或加速度，根据该计算结果来设定提供给伺服放大器4的目标值，将此目标值送到伺服放大器4。伺服放大器4从电源5所供给的电力生成具有根据控制器2指定的目标值所设定的周期和振幅的交流电流，将此交流电流输出到伺服马达12。根据上述的处理能够以例如规定的位移、速度或加速度振幅对振动工作台50施加振动。此外，也可以使用位移传感器或速度传感器来代替加速度传感器3。 

这样，本实施方式的振动试验装置1构成为，通过能够向正反两方向驱动的泵单元10将作动油供给到油压缸单元30的第一压力室31a或第二压力室31b，由此使振动工作台50沿上下方向移动，使固定于该振动工作台50上的被检体W振动。 

另外，本实施方式的振动试验装置1具备使配管61和62汇总的总管65、以及设于总管65中途的蓄压器70。蓄压器70是压力容器，其内部形成有规定压力的气体(干燥氮气等)层，蓄压器70经由配管61和62以一定的压力对油压缸单元30的第一压力室31a或第二压力室31b加压。 

有关不具备总管65和蓄压器70的结构，不供给作动油的这一侧的配管(振动工作台50上升时是配管61，下降时是配管62)成为接近大气压程度的低压力。因此，振动工作台50的上升和下降刚切换后之后，使供给作动油的这一侧的配管和压力室的压力从该低压力上升到足以移动活塞32的高压力(十～数十MPa)，需要数十毫秒左右的时间。此期间为振动工作台50不移动的时间延迟。该时间延迟成为相对于振动周期来说无法忽视的大小，所以在这样结构的油压***，无法以数十Hz以上的高频率对振动工作台50施加振动。

本实施方式的振动试验装置1中，蓄压器70进行加压，以使配管61、62和压力室31a、31b的压力始终维持在高压力，在该高压力下，作动油能将足够的驱动力传递给活塞32。换言之，蓄压器70对第一压力室31a和第二压力室31b提供高的规定压力，由此使压力室31a、31b和配管61、62内的作动始终常保持在可传递必要负荷的状态。因此，几乎不发生无蓄压器70的结构时的时间延迟，能以数十Hz以上的频率对振动工作台50施加振动。此外，为了尽可能缩短时间延迟，将蓄压器70的气体层的压力亦即蓄压器70对作动油施加的压力的大小设定成比活塞32的移动所需的最低压力更大。此外，使用高压软管等作为总管65，该高压软管等能充分抵抗蓄压器70对作动油施加的压力。 

此外，泵单元10的泵主体11所使用的活塞式泵在驱动时容易发生脉动。本实施方式中，通过设于泵单元10与油压缸单元30之间的蓄压器70来吸收脉动。这个特征在进行图2(a)所示的压缩试验时是有用的，在该压缩试验中，在支架52与振动工作台50之间夹着被检体W使振动工作台50上升，对被检体W施加上下方向的压缩静负荷。上述特征同样地在图2(b)所示的拉伸试验时也是有用的，该拉伸试验中，将安装于振动工作台50和支架52’的夹具53、54固定于被检体W，使振动工作台50下降，对被检体W施加上下方向的拉伸静负荷。 

此外，也可以进行如下振动试验，即，如图2(a)和(b)的结构，在支架与振动工作台之间配置被检体W，使振动工作台往复移动，周期性地改变对被检体W施加的负荷。在此情况，也可以在支架或振动工作台设置测力器(load cell)等负荷传感器，控制器2根据该负荷传感器的测量结果来控制泵单元。例如：可以进行疲劳试验，以对被检体W施加的负荷的振幅为一定的方式，对被检体W反复施加周期性负荷。 

[实施例] 

下面，对于使用以上说明的本实施方式的振动试验装置1进行振动试验得到的结果、以及使用不具备蓄压器的振动试验装置进行振动试验得到的结果进行说明。图3是测量到的振动工作台的加速度和位移的曲线图，该测量是在对本实施方式的振动试验装置1(实施例)提供频率50Hz的正弦波的目标波形，使被检体W振动时进行的。此外，图4是测量到的振动工作台的加速度和位移的曲线图，该测量是在对不具备蓄压器的振动试验装置(比较例)提供频率50Hz的正弦波的目标波形，使被检体W振动时进行的。此外，实施例的振动试验装置与比较例的振动试验装置，除了蓄压器的有无以外在结构上并没有差异。此外，从伺服放大器4送到伺服马达12的交流电流的振幅和频率在实施例与比较例之间也没有差异。 

如图3所示，实施例中，测量得到的振动工作台的加速度和位移的波形呈现正弦波状，因而得知己忠实依照50Hz的目标波形对工件W施加振动。另一方面，如图4所示，比较例中，测量得到的振动工作台的加速度波形和正弦波大不相同，此外，其振幅也不到实施例的十分之一。此外，比较例中，振动工作台的位移几乎未改变。 

如此，本实施方式的振动试验装置能以高频率对被检体施加振动。 

本发明的技术范围不限定于上述的例示的实施方式和实施例的具体形式。上述实施方式中是使用活塞式泵作为致动器的油压泵，但是能够使用活塞式泵以外的各种方式的油压泵来实施本发明。本发明的几个实施方式中，例如使用齿轮泵或叶片泵等旋转式泵。 

此外，上述例示的实施方式是一个例子，其中将在本发明具有特征结构的将致动器搭载于振动试验装置，但是这种致动器可以搭载于各种油压装置和***，该各种油压装置和***要求高频率反应性或低振动和低噪音。例如：可以将本发明的结构使用于材料试验装置、机械臂等。 

符号说明 

1振动试验装置 

2控制器 

3加速度传感器 

4伺服放大器 

5电源 

10泵单元 

11泵主体 

11a第一吸排口 

11b第二吸排口 

12伺服马达 

20作动油槽 

30油压缸单元 

31套筒 

31a第一压力室 

31b第二压力室 

32活塞 

33活塞杆 

50振动工作台 

65总管 

70蓄压器 

Claims (12)

1.一种油压致动器，包括：

具有第一吸排口和第二吸排口的能够反转动作的油压泵；

具备活塞、内部空间被该活塞划分为第一压力室和第二压力室的套筒、和与该活塞连结并且前端突出到该套筒外部的活塞杆的油压缸单元；

连接所述第一压力室和所述第一吸排口的第一配管；和

连接所述第二压力室和所述第二吸排口的第二配管；

所述油压致动器通过使所述油压泵反转动作，对所述第一压力室和第二压力室交替施加油压，使所述活塞上下运动，

该油压致动器的特征在于，

所述油压泵直接与所述油压缸单元连接，

该油压致动器还包括：

连接所述第一配管和第二配管的总管；和

设于所述总管的中途，并对所述第一压力室和第二压力室施加规定的压力的蓄压器，

所述蓄压器对所述第一压力室和第二压力室施加的规定的压力的大小设定为比所述油压缸单元的缸驱动所需的最低压力更大。

2.如权利要求1所述的油压致动器，其特征在于：

所述油压泵是活塞式泵。

3.如权利要求1或2所述的油压致动器，其特征在于：

还具备驱动所述油压泵的伺服马达。

4.如权利要求3所述的油压致动器，其特征在于：

还具备设于油压致动器的可动部的传感器、和控制所述伺服马达的控制器，

所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述伺服马达。

5.如权利要求4所述的油压致动器，其特征在于：

所述传感器包括位移传感器、速度传感器、加速度传感器中的任一个，

所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述伺服马达，以按照规定的位移、速度或加速度的波形驱动所述活塞。

6.如权利要求4所述的油压致动器，其特征在于：

所述传感器包括负荷传感器，

所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述伺服马达，以使由所述负荷传感器检测的负荷按照规定的波形改变。

7.一种振动试验装置，其特征在于，包括：

权利要求1所述的油压致动器；和

设于所述活塞杆的前端的振动工作台。

8.如权利要求7所述的振动试验装置，其特征在于：

所述油压泵是活塞式泵。

9.如权利要求8所述的振动试验装置，其特征在于：

还具备驱动所述油压泵的伺服马达。

10.如权利要求9所述的振动试验装置，其特征在于：

还具备设于所述振动工作台的传感器、和控制所述伺服马达的控制器，

所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述伺服马达。

11.如权利要求10所述的振动试验装置，其特征在于：

所述传感器包括测量振动工作台的位移、速度或加速度的传感器，

所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述伺服马达，以按照位移、速度或加速度的规定波形驱动所述振动工作台。

12.如权利要求10所述的振动试验装置，其特征在于：

所述传感器包括测量施加于被检体的负荷的负荷传感器，

所述控制器根据所述传感器的检测结果控制所述伺服马达，以按照规定的波形对所述被检体施加负荷。