[发明专利]适应狭窄弯曲空间的机电液复合传动机构及控制系统与方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种适应狭窄弯曲空间的机电液复合传动机构及控制系统与方法，属于有流体传动装置技术领域。

背景技术

在一些机械设备或武器装备（例如导弹上的舵机）中，由于空间、重量或工艺的限制，执行器与动力源无法安装在一起，必须将两者分离，并安放在不同的位置。这时如何将来自动力源上的动力有效传递到执行器上是一个需要解决的技术问题。通常有齿轮传动、转轴传动、皮带传动、连杆传动等等机械传动方式，这些机械传动传动方式的缺点是传动介质是刚性的，而且传动装置占据较大的空间，当传递路径是一个狭窄而且弯曲的空间时，就无能为力了。此时利用液体的柔性和流动性进行液压传动是实现动力在狭窄弯曲空间中传动的有效途径。然而，一般液压传动系统都带有液压泵、油箱、节流阀、滤油器等元件，导致结构臃肿、体积庞大、传输不便、响应慢和能耗高等缺点，无法应用于空间受限的场合。在这种情况下，需要借助机械和电子技术改进和简化原有的液压系统，研制一种结构紧凑、体积小巧、易于传输、刚度大、响应快、能耗低的传动与控制新技术。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是研制一种适应狭窄弯曲空间的机电液复合传动机构及控制系统与方法。

一种适应狭窄弯曲空间的机电液复合传动机构，其特征在于：包括伺服电机和传动液压缸，还包括安装于传动液压缸内的通过连轴器与伺服电机相连的丝杠，还包括安装于丝杠上的丝杠螺母，套于丝杠上并与丝杠螺母固定连接的活塞；上述活塞将传动液压缸分成左油腔和右油腔；左油腔和右油腔分别与执行液压缸的进油口与出油口相连。

该机构动力源为伺服电机，执行器为摆动式液压缸或活塞式液压缸，统称执行液压缸。伺服电机通过一个特别设计的活塞式液压缸及控制油路驱动执行液压缸。这个起到传动作用的活塞式液压缸的缸筒的截面形状可以根据使用空间要求而改变，除可以是通常的圆形外，还可以是椭圆形、正六边形、矩形、圆角矩形、带凸边矩形或带凹边矩形等等，液压缸内活塞的轮廓形状与缸筒的截面形状一致，并与缸筒内壁紧密配合。传动液压缸的内腔直径及长度可以根据使用环境和动力参数而改变。传动液压缸的推杆为一根普通丝杠或滚珠丝杠，活塞固定在丝杠螺母上，丝杠通过联轴器与电机转轴相连。当需要提高伺服电机的输出力矩时，可以在上述伺服电机与连轴器之间增加集成式减速机。为防止漏油的发生，在丝杠螺母与活塞的接触面上设计了密封槽，并在密封槽中安装了与丝杠外表面紧密贴合的轴向密封圈，还在活塞外环面开设了密封槽并安装了密封圈。

针对所发明的机电液复合传动机构，提出了相应的控制方法：伺服电机通过联轴器带动丝杠旋转，丝杠螺母将旋转运动转变成与之通过螺钉固定连接的活塞的直线移动，移动的方向由电机的转向决定，移动的距离由丝杠节距决定。活塞的移动造成传动液压缸的左右油腔容积的变化，被挤压的液压油经由输油管或进入执行液压缸推动其内部的活塞或叶片运动并带动负载做功，从执行液压缸中排出的液压油通过输油管回流到传动液压缸内，使得两个液压缸内油的体积保持不变。当伺服电机反向旋转时，带动执行液压缸的活塞或叶片跟着反向运动，其运动速度由伺服电机的转动速度决定，从而实现了方向和速度连续可控的往复传动。

    为提高输出力矩，在上述伺服电机与连轴器之间安装集成式减速机或者减小所设计的传动液压缸的内腔直径并延长液压缸的长度。

    在上述机电液复合传动机构的基础上，本发明于传动液压缸和执行液压缸之间增加了一套油路控制装置，组成了一个控制系统。其中油路控制装置包括一号双向安全阀、二号双向安全阀、二位四通阀、一号单向阀、二号单向阀、三号单向阀、四号单向阀与蓄能油罐等液压元件。其中，二位四通阀具有4个油口，当阀门得电时处于左位，此时A、B油口分别与P、T油口连通，当阀门掉电时在弹簧作用力下处于右位，此时A、B、P、T油口相互都不连通；传动液压缸的左、右油腔的油口分别通过输油管与二位四通阀的P、T油口相连；执行液压缸的左、右油口分别与二位四通阀的A、B油口相连；一号双向安全阀的两个进油口分别与二位四通阀的B、T油口相连；二号双向安全阀的两个进油口分别与二位四通阀的A、P油口相连；一号双向安全阀和二号双向安全阀的出油口都与蓄能油罐的出油口相连；蓄能油罐的出油口同时与一号单向阀、二号单向阀、三号单向阀、四号单向阀的进油口相连；一号单向阀、二号单向阀、三号单向阀、四号单向阀的出油口分别与二位四通阀的T、B、A、P油口相连。