[发明专利]一种电液复合式直线作动器及其节能工作方法

权利要求书

1.一种电液复合式直线作动器，包括编码器(1)、电机(2)、螺母(4)、丝杠(7)、推杆(8)、内筒(5)、外筒(9)、液控口A(6)、液控口B(12)、控制阀A(13)、控制阀B(14)、无泄漏球阀A(15)、无泄漏球阀B(16)、无泄漏球阀C(17)、无泄漏球阀D(18)和回油油箱(19)；其特征在于：内筒(5)、外筒(9)和推杆(8)的中心轴线重合，外筒(9)、内筒(5)和推杆(8)均为中空结构；内筒(5)和外筒(9)通过螺栓紧固在一起，推杆(8)嵌套在内筒(5)与外筒(9)之间，并可沿中心轴线滑动；外筒(9)和推杆(8)之间形成液控腔A(10)，油液通过液控口A(6)进入液控腔A(10)，外筒(9)和推杆(8)之间的移动接触面用密封圈密封；推杆(8)和内筒(5)之间形成液控腔B(11)，油液通过液控口B(12)进入液控腔B(11)，推杆(8)和内筒(5)之间的移动接触面用密封圈密封；电机(2)与编码器(1)同轴安装在推杆(8)的外端，电机轴(3)与丝杠(7)加工为一体化工件或采用联轴器固定在一起；丝杠(7)和螺母(4)构成了一对丝杠副，螺母(4)固定在内筒(5)的外端，丝杠(7)可随着推杆(8)沿中心轴线移动；控制阀A(13)的供油口P、控制阀B(14)的供油口P与高压油相连，控制阀A(13)的回油口T、控制阀B(14)的回油口T与回油油箱(19)相连；控制阀A(13)的控制口A通过无泄漏球阀A(15)、液控口A(6)与液控腔A(10)相连，控制阀A(13)的控制口B堵死；控制阀B(14)的控制口A通过无泄漏球阀B(16)、液控口B(12)与液控腔B(11)相连，控制阀B(14)的控制口B堵死；无泄漏球阀C(17)的一个端口与无泄漏球阀A(15)相连，另一个端口与回油油箱(19)相连；无泄漏球阀D(18)的一个端口与无泄漏球阀B(16)相连，另一个端口与回油油箱(19)相连。

2.如权利要求1所述的一种电液复合式直线作动器，其特征在于：典型的电动缸运动特征实现过程为，电机(2)和推杆(8)通过螺栓固联在一起，电机(2)能够驱动丝杠(7)产生旋转运动，由于内筒(5)、外筒(9)和螺母(4)通过螺栓固联在一起，因此推杆(8)和外筒(9)之间就产生了相对直线运动，通过控制电机(2)的电流信号能够控制直线运动的速度和方向，丝杠(7)的旋转同时也带动了编码器(1)的转动，产生用于位置检测的脉冲信号，即典型的电动缸运动功能；

典型的液压缸运动特征实现过程为，油液能够通过液控口A(6)进入外筒(9)和推杆(8)之间形成的液控腔A(10)，从而驱动推杆(8)缩回外筒(9)；油液能够通过液控口B(12)进入内筒(5)和推杆(8)之间形成的液控腔B(11)，从而驱动推杆(8)伸出外筒(9)；也就是说，通过控制液控腔A(10)和液控腔B(11)的油液压力和流量，能够控制推杆(8)直线运动的速度和方向，即实现典型的液压缸运动功能。

3.基于权利要求1或2所述的一种电液复合式直线作动器的节能工作方法，其特征在于：设向上为正方向，负载质量为m，油液压力为F，考虑平衡方程F＝mg+ma，则通过控制油液压力F即可控制负载的加速度，而油液压力F可以通过对油路的控制实现，具体分为四种工作模式：

工作模式①当v＞0，F＞0时，控制阀B(14)处于直通模式，通过调节控制阀B(14)的控制口A的开口度来控制推杆(8)的位移，打开无泄漏球阀B(16)，高压油通过控制阀B(14)的供油口P、控制阀B(14)的控制口A、无泄漏球阀B(16)、液控口B(12)进入液控腔B(11)；打开无泄漏球阀C(17)，液控腔A(10)中的油液通过液控口A(6)、无泄漏球阀C(17)回到回油油箱(19)；此时，给电机(2)通电，使直线作动器处于电液复合工作模式；

工作模式②当v＞0，F＜0时，打开无泄漏球阀D(18)，通过液控口B(12)、无泄漏球阀D(18)从回油油箱(19)向液控腔B(11)中补油；打开无泄漏球阀C(17)，液控腔A(10)中的油液通过液控口A(6)、无泄漏球阀C(17)回到回油油箱(19)；使电机(2)处于发电工作模式，与储能元件形成闭合回路，将电能储存起来，通过控制电机(2)的扭矩来控制推杆(8)的位移；

工作模式③当v＜0，F＞0时，打开无泄漏球阀C(17)，通过液控口A(6)、无泄漏球阀C(17)从回油油箱(19)向液控腔A(10)中补油；打开无泄漏球阀D(18)，液控腔B(11)中的油液通过液控口B(12)、无泄漏球阀D(18)回到回油油箱(19)；使电机(2)处于发电工作模式，与储能元件形成闭合回路，将电能储存起来，通过控制电机(2)的扭矩来控制推杆(8)的位移；

工作模式④当v＜0，F＜0时，控制阀A(13)处于直通模式，通过调节控制阀A(13)的控制口A的开口度来控制推杆(8)的位移，打开无泄漏球阀A(15)，高压油通过控制阀A(13)的供油口P、控制阀A(13)的控制口A、无泄漏球阀A(15)、液控口A(6)进入液控腔A(10)；打开无泄漏球阀D(18)，液控腔B(11)中的油液通过液控口B(12)、无泄漏球阀D(18)回到回油油箱(19)；此时，给电机(2)通电，使直线作动器处于电液复合工作模式。