CN113565811B - 一种具有能量回收功能的自适应电液作动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有能量回收功能的自适应电液作动器，变排量齿轮泵、作动筒组件、蓄能器、液控换向阀、电磁换向阀、变频发电/电动一体机；变排量齿轮泵和和作动筒组件构成闭式回路；本发明中，具有能量回收功能的自适应电液作动器，具有结构简单、自吸性能好的特点，同时齿轮泵具有可正向和反向旋转的特点，从而驱动单活塞杆伸出或者收回，设计的用于电液作动器的齿轮泵具有变排量功能，并且和变频电机联合使用，实现流量的自适应调节，可大幅度减小能耗，另一方面，负值负载时齿轮泵执行马达功能，对能量进行回收，减少对油液冷却及元件散热的成本，降低***复杂性，有效的解决了现有装置中出现的问题和不足。
Description
技术领域
本发明涉及电液作动器技术领域，特别是涉及一种具有能量回收功能的自适应电液作动器。
背景技术
电液作动器集成了电机、泵、阀及液压缸等液压元件，是一体化液压动力单元，具有功重比大、可靠性高、效率高、安装维护性好等优点，在飞机动力***、汽车悬架***及机器人等领域得到了广泛应用。
齿轮泵是一种容积式泵，其优点是结构简单，自吸性能好，高速运行效率高，常常作为电液作动器的动力元件。由于常规齿轮泵排量不可变，电机变频调速动态特性差，会产生泵的供应流量超过需求流量的情况。另一方面，电液作动器工作时，负值负载不可避免，传统电液作动器往往增加散热元件实现能量消耗，使得***功重比减小并增加***成本。这两种情况都造成了能源的浪费。
有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种具有能量回收功能的自适应电液作动器，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有能量回收功能的自适应电液作动器，以解决上述现有技术存在的问题，具有结构简单、自吸性能好的特点，同时齿轮泵具有可正向和反向旋转的特点，从而驱动单活塞杆伸出或者收回，设计的用于电液作动器的齿轮泵具有变排量功能，并且和变频电机联合使用，实现流量的自适应调节，可大幅度减小能耗，另一方面，负值负载时齿轮泵执行马达功能，对能量进行回收，减少对油液冷却及元件散热的成本，降低***复杂性，有效的解决了现有装置中出现的问题和不足。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种具有能量回收功能的自适应电液作动器，包括变排量齿轮泵、作动筒组件、蓄能器、液控换向阀、电磁换向阀、变频发电/电动一体机；
所述变排量齿轮泵与作动筒组件构成闭式回路；
所述作动筒组件包括单出杆活塞、作动筒闷盖、第一作动筒、第二作动筒、第一调节弹簧、第一限位块、第二限位块；所述第一作动筒的内孔设为无杆腔，第二作动筒的内孔设为有杆腔；所述无杆腔与有杆腔分别与变排量齿轮泵的排液油口和进液油口连通；所述第一作动筒套设于所述第二作动筒的外部，且所述第二作动筒与所述第一作动筒滑动配合；所述第一作动筒的左端为筒底，所述第一作动筒的右端设置所述作动筒闷盖，所述单出杆活塞滑动配合在第二作动筒的内部；所述第一限位块设置于所述第一作动筒左端的筒底处，所述第二限位块呈圆环状，且所述第二限位块设置于所述第二作动筒内孔壁上，所述单出杆活塞的右端贯穿作动筒闷盖，所述单出杆活塞的左端杆体上设置的限位部限位在第一限位块与第二限位块之间，且所述单出杆活塞的左端与所述第一调节弹簧的右端套接，所述第一调节弹簧的左端则与所述第一限位块套接；
所述变排量齿轮泵包括泵体；所述泵体内部设有第一啮合齿轮、第二啮合齿轮、传动轴、连接板、第一密封活塞、第二密封活塞、第三密封活塞和第四密封活塞；所述第一啮合齿轮镶嵌在所述传动轴上；所述连接板设置于所述泵体的左端面上；所述第一密封活塞和第二密封活塞分别设置于所述第一啮合齿轮的左右两侧；所述第三密封活塞和第四密封活塞分别设置在所述第二啮合齿轮的左右两侧；所述第二啮合齿轮设置于所述第一啮合轮的下方；所述泵体上开设进出油口，所述进出油口通过油管分别与所述有杆腔和无杆腔连接；
所述变排量齿轮泵的左端设置有变频发电/电动一体机，所述变频发电/电动一体机与所述变排量齿轮泵的传动轴轴接固定；所述蓄能器设置于所述作动筒组件的左端，且连接在所述无杆腔的进口上，且所述蓄能器的内部与作动筒组件的无杆腔连通；
所述液控换向阀设置于所述变排量齿轮泵和作动筒组件之间，所述电磁换向阀设置于所述作动筒组件和液控换向阀之间。
优选地，所述第一作动筒和第二作动筒均呈圆桶状。
优选地，所述连接板通过螺栓固定所述泵体的左端面上。
优选地，所述传动轴与所述第一啮合齿轮键连接。
优选地，所述第二作动筒的外壁上设置有外凸的滑动环，所述第二作动筒通过所述滑动环与所述第一作动筒滑动连接，所述滑动环的外周与所述第一作动筒的内孔壁之间设置有密封圈，且所述密封圈套接在所述滑动环上。
优选地，所述第一作动筒与第二作动筒的筒壁上环绕有多个油孔，且第一作动筒与第二作动筒上的油孔相连通。
优选地，所述第三密封活塞与第四密封活塞设为左右移动，且第三密封活塞与第四密封活塞带动第二啮合齿轮左右移动。
优选地，所述传动轴贯穿所述连接板，且所述连接板与传动轴的配合面设置有旋转密封件。
优选地，所述连接板与所述泵体的连接面上设有密封垫。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的具有能量回收功能的自适应电液作动器，具有结构简单、自吸性能好的特点，同时齿轮泵具有可正向和反向旋转的特点，从而驱动单活塞杆伸出或者收回，设计的用于电液作动器的齿轮泵具有变排量功能，并且和变频电机联合使用，实现流量的自适应调节，可大幅度减小能耗，另一方面，负值负载时齿轮泵执行马达功能，对能量进行回收，减少对油液冷却及元件散热的成本，降低***复杂性，有效的解决了本发明在背景技术一项中提出的问题和不足。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明中具有能量回收功能的自适应电液作动器的结构示意图；
图2为本发明中作动筒组件剖视结构示意图；
图3为本发明中变排量齿轮泵剖视结构示意图；
图4为本发明中作动筒组件结构示意图；
图5为本发明中第二作动筒剖视结构示意图；
图6为本发明实施例中工况1的示意图；
图7为本发明实施例中工况2的示意图；
图8为本发明实施例中工况3的示意图；
图9为本发明实施例中工况4的示意图；
图中：1-变排量齿轮泵、2-作动筒组件、3-蓄能器、4-液控换向阀、5-电磁换向阀、6-变频发电/电动一体机、7-单出杆活塞、8-作动筒闷盖、9-第一作动筒、10-第二作动筒、11-第一调节弹簧、12-第一限位块、13-第二限位块、14-泵体、15-第一啮合齿轮、16-第二啮合齿轮、17-传动轴、18-连接板、19-第一密封活塞、20-第二密封活塞、21-第三密封活塞、22-第四密封活塞、23-滑动环、201-无杆腔、202-有杆腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种具有能量回收功能的自适应电液作动器，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的具有能量回收功能的自适应电液作动器，如图1-5所示，包括变排量齿轮泵1、作动筒组件2、蓄能器3、液控换向阀4、电磁换向阀5、变频发电/电动一体机6；
变排量齿轮泵1与作动筒组件2构成闭式回路；
作动筒组件2包括单出杆活塞7、作动筒闷盖8、第一作动筒9、第二作动筒10、第一调节弹簧11、第一限位块12、第二限位块13；第一作动筒9和第二作动筒10均呈圆桶状，第一作动筒9的内孔设为无杆腔201，第二作动筒10的内孔设为有杆腔202；无杆腔201与有杆腔202分别与变排量齿轮泵1的排液油口和进液油口连通；第一作动筒9套设于第二作动筒10的外部，且第二作动筒10与第一作动筒9滑动配合；第一作动筒9的左端为筒底，第一作动筒9的右端螺纹连接作动筒闷盖8，单出杆活塞7滑动配合在第二作动筒10的内部；第一限位块12焊接在第一作动筒9左端的筒底的中心处，第二限位块13呈圆环状，且第二限位块13焊接在第二作动筒10内孔壁的中部，单出杆活塞7的右端贯穿作动筒闷盖8，单出杆活塞7的左端杆体上设置的限位部限位在第一限位块12与第二限位块13之间，且单出杆活塞7的左端与第一调节弹簧11的右端套接，第一调节弹簧11的左端则与第一限位块12套接；
变排量齿轮泵1包括泵体14；泵体14内部设有第一啮合齿轮15、第二啮合齿轮16、传动轴17、连接板18、第一密封活塞19、第二密封活塞20、第三密封活塞21和第四密封活塞22；第一啮合齿轮15镶嵌在传动轴17上，且第一啮合齿轮15通过键与传动轴17连接；连接板18通过螺栓固定在泵体14的左端面上；第一密封活塞19和第二密封活塞20分别设置于第一啮合齿轮15的左右两侧；第三密封活塞21和第四密封活塞22分别设置在第二啮合齿轮16的左右两侧；第二啮合齿轮16设置于第一啮合轮的下方；泵体14上开设进出油口，进出油口通过油管分别与有杆腔202和无杆腔201连接；
变排量齿轮泵1的左端通过螺栓固定有变频发电/电动一体机6，变频发电/电动一体机6与变排量齿轮泵1的传动轴17轴接固定；蓄能器3设在作动筒组件2的左端，用于补充作动筒组件2无杆腔201损失的流量，螺纹连接在无杆腔201的进口上，并且蓄能器3的内部与作动筒组件2的无杆腔201连通；液控换向阀4设在变排量齿轮泵1和作动筒组件2之间，电磁换向阀5位于作动筒组件2和液控换向阀4之间，可根据负载变化自适应的增加或者减小齿轮啮合的宽度，实现变流量输出，变排量齿轮泵1在负值负载时具有马达作用，带动变频发电/电动一体机6转动，实现能量回收。
如图2所示，第二作动筒10的外壁上设置有外凸的滑动环23，第二作动筒10通过滑动环23与第一作动筒9滑动连接，滑动环23的外周与第一作动筒9的内孔壁之间设置有密封圈，且密封圈套接在滑动环23上。
如图2、图5所示，第一作动筒9与第二作动筒10侧部环绕有多个油孔，且第一作动筒9与第二作动筒10上的油孔相连通。
如图3所示，第三密封活塞21与第四密封活塞22设为左右移动，且第三密封活塞21与第四密封活塞22带动第二啮合齿轮16左右移动。
于本具体实施例中，连接板18的四周开设螺钉孔，对应于泵体14上相应的位置也开设螺纹孔，用于连接板18与泵体14的连接。
如图3所示，传动轴17贯穿连接板18，且连接板18与传动轴17的配合面设置有旋转密封件。
如图3所示，连接板18与泵体14的连接面上设有密封垫。
本发明中的变量齿轮泵工作原理：变量齿轮泵的控制腔两端分别与液控换向阀4负载口相连，当液控换向阀4的控制口压力大于阀的弹簧设定压力时，密封活塞带动第二啮合齿轮16左移，实现泵的排量增加，当液控换向阀4的控制口压力小于阀的弹簧设定压力时，密封活塞带动第二啮合齿轮16右移，实现泵的排量减小。
能量回收工作原理：
电液作动器工作时存在四种工况：①活塞向右运动，负载方向向左；②活塞向右运动，负载方向向右；③活塞向左运动，负载方向向左；④活塞向左运动，负载方向向右。工况2和工况3都属于负负载的情况，当为负负载工况时，变量齿轮泵变为变量马达，从作动筒出来的高压油液带动马达转动，从而带动电机转动进行能量回收。由于高低压口是互相切换的，因此需要设置电磁换向阀5，将无杆腔201和有杆腔202的压力值通过压力传感器传递给电控***，通过电磁控制选取压力较高的一腔与电控换向阀的进油口相连。能量回收时，马达的变量机构仍然工作，配合变频电机，最大化回收马达传递的能量，提高能量回收效率。
具体的，如图6所示，工况1：活塞向右运动，负载向左。属于正负载的情况，变量齿轮泵变为变量齿轮泵，第一作动筒9的无杆腔201为高压，第二作动筒10的有杆腔202为低压，变量齿轮泵从作动筒的有杆腔202吸油，并将高压油排到第一作动筒9的无杆腔201。为了适应其余工况高低压口互相切换的情况，因此需要设置电磁换向阀5，将无杆腔201和有杆腔202的压力值通过压力传感器传递给电控***，通过电磁控制选取压力较高的一腔与电控换向阀的进油口相连。泵的变量机构仍然工作：当向左的负载增大时，无杆腔201压力升高，当压力超过液控换向阀4的弹簧设定压力时，阀芯换向，高压油进入第二啮合齿轮16的弹簧腔，推动第四密封活塞22左移，啮合宽度增加，变量齿轮泵的排量增加；当向左的负载减小时，无杆腔201压力降低，弹簧复位，第四密封活塞22右移，啮合宽度减小，变量齿轮泵的排量减小，实现负载自适应的变量功能。
如图7所示，工况2：负载向右，带动活塞向右运动。属于负负载的情况，变量齿轮泵变为变量马达，第一作动筒9的无杆腔201为低压，第二作动筒10的有杆腔202为高压，从第二作动筒10的有杆腔202出来的高压油液带动马达转动，从而带动电机转动进行能量回收。为了适应其余工况高低压口互相切换的情况，因此需要设置电磁换向阀5，将无杆腔201和有杆腔202的压力值通过压力传感器传递给电控***，通过电磁控制选取压力较高的一腔与电控换向阀的进油口相连。马达的变量机构仍然工作：当向右的负载增大时，有杆腔202压力升高，当压力超过液控换向阀4的弹簧设定压力时，阀芯换向，高压油进入第二啮合齿轮16的弹簧腔，推动第四密封活塞22左移，啮合宽度增加，变量马达的排量增加；当向右的负载减小时，有杆腔202压力降低，弹簧复位，第四密封活塞22右移，啮合宽度减小，变量马达的排量减小。马达的变量机构配合变频电机，最大化回收马达传递的能量，提高能量回收效率。
如图8所示，工况3：负载向左，带动活塞向左运动。属于负负载的情况，变量齿轮泵变为变量马达，第一作动筒9的无杆腔201为高压，第二作动筒10的有杆腔202为低压，从第一作动筒9的无杆腔201出来的高压油液带动马达转动，从而带动电机转动进行能量回收。为了适应其余工况高低压口互相切换的情况，因此需要设置电磁换向阀5，将无杆腔201和有杆腔202的压力值通过压力传感器传递给电控***，通过电磁控制选取压力较高的一腔与电控换向阀的进油口相连。马达的变量机构仍然工作：当向左的负载增大时，无杆腔201压力升高，当压力超过液控换向阀4的弹簧设定压力时，阀芯换向，高压油进入第二啮合齿轮16的弹簧腔，推动第四密封活塞22左移，啮合宽度增加，变量马达的排量增加；当向左的负载减小时，无杆腔201压力降低，弹簧复位，第四密封活塞22右移，啮合宽度减小，变量马达的排量减小。马达的变量机构配合变频电机，最大化回收马达传递的能量，提高能量回收效率。
如图9所示，工况4：活塞向左运动，负载向右。属于正负载的情况，变量齿轮泵变为变量齿轮泵，第一作动筒9的无杆腔201为低压，第二作动筒10的有杆腔202为高压，变量齿轮泵从第一作动筒9的无杆腔201吸油，并将高压油排到第二作动筒10的有杆腔202。为了适应其余工况高低压口互相切换的情况，因此需要设置电磁换向阀5，将无杆腔201和有杆腔202的压力值通过压力传感器传递给电控***，通过电磁控制选取压力较高的一腔与电控换向阀的进油口相连。泵的变量机构仍然工作：当向右的负载增大时，有杆腔202压力升高，当压力超过液控换向阀4的弹簧设定压力时，阀芯换向，高压油进入第二啮合齿轮16的弹簧腔，推动第四密封活塞22左移，啮合宽度增加，变量齿轮泵的排量增加；当向右的负载减小时，有杆腔202压力降低，弹簧复位，第四密封活塞22右移，啮合宽度减小，变量齿轮泵的排量减小，实现负载自适应的变量功能。
综上所述：该一种具有能量回收功能的自适应电液作动器具有结构简单、自吸性能好的特点，同时齿轮泵具有可正向和反向旋转的特点，从而驱动单活塞杆伸出或者收回，设计的用于电液作动器的齿轮泵具有变排量功能，并且和变频电机联合使用，实现流量的自适应调节，可大幅度减小能耗，另一方面，负值负载时齿轮泵执行马达功能，对能量进行回收，减少对油液冷却及元件散热的成本，降低***复杂性，有效的解决了现有装置中出现的问题和不足。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：包括变排量齿轮泵、作动筒组件、蓄能器、液控换向阀、电磁换向阀、变频发电/电动一体机；
所述变排量齿轮泵与作动筒组件构成闭式回路；
所述作动筒组件包括单出杆活塞、作动筒闷盖、第一作动筒、第二作动筒、第一调节弹簧、第一限位块和第二限位块；所述第一作动筒的内孔设为无杆腔，第二作动筒的内孔设为有杆腔；所述无杆腔与有杆腔分别与变排量齿轮泵的排液油口和进液油口连通；所述第一作动筒套设于所述第二作动筒的外部，且所述第二作动筒与所述第一作动筒滑动配合；所述第一作动筒的左端为筒底，所述第一作动筒的右端设置所述作动筒闷盖，所述单出杆活塞滑动配合在第二作动筒的内部；所述第一限位块设置于所述第一作动筒左端的筒底处，所述第二限位块呈圆环状，且所述第二限位块设置于所述第二作动筒内孔壁上，所述单出杆活塞的右端贯穿作动筒闷盖，所述单出杆活塞的左端杆体上设置的限位部限位在第一限位块与第二限位块之间，且所述单出杆活塞的左端与所述第一调节弹簧的右端套接，所述第一调节弹簧的左端则与所述第一限位块套接；
所述变排量齿轮泵包括泵体；所述泵体内部设有第一啮合齿轮、第二啮合齿轮、传动轴、连接板、第一密封活塞、第二密封活塞、第三密封活塞和第四密封活塞；所述第一啮合齿轮镶嵌在所述传动轴上；所述连接板设置于所述泵体的左端面上；所述第一密封活塞和第二密封活塞分别设置于所述第一啮合齿轮的左右两侧；所述第三密封活塞和第四密封活塞分别设置在所述第二啮合齿轮的左右两侧；所述第二啮合齿轮设置于所述第一啮合齿轮的下方；所述泵体上开设进出油口，所述进出油口通过油管分别与所述有杆腔和无杆腔连接；
所述变排量齿轮泵的左端设置有变频发电/电动一体机，所述变频发电/电动一体机与所述变排量齿轮泵的传动轴轴接固定；所述蓄能器设置于所述作动筒组件的左端，且连接在所述无杆腔的进口上，且所述蓄能器的内部与作动筒组件的无杆腔连通；
所述变排量齿轮泵的控制腔两端分别与所述液控换向阀负载口相连；所述电磁换向阀将所述无杆腔和有杆腔的压力值通过压力传感器传递给电控***，通过电磁控制选取压力较高的一腔与所述电磁换向阀的进油口相连。
2.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述第一作动筒和第二作动筒均呈圆桶状。
3.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述连接板通过螺栓固定在所述泵体的左端面上。
4.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述传动轴与所述第一啮合齿轮键连接。
5.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述第二作动筒的外壁上设置有外凸的滑动环，所述第二作动筒通过所述滑动环与所述第一作动筒滑动连接，所述滑动环的外周与所述第一作动筒的内孔壁之间设置有密封圈，且所述密封圈套接在所述滑动环上。
6.根据权利要求 1 所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述第一作动筒与第二作动筒的筒壁上环绕有多个油孔，且第一作动筒与第二作动筒上的油孔相连通。
7.根据权利要求 1 所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述第三密封活塞与第四密封活塞设为左右移动，且第三密封活塞与第四密封活塞带动第二啮合齿轮左右移动。
8.根据权利要求 1 所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述传动轴贯穿所述连接板，且所述连接板与传动轴的配合面设置有旋转密封件。
9.根据权利要求 1 所述的具有能量回收功能的自适应电液作动器，其特征在于：所述连接板与所述泵体的连接面上设有密封垫。
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