[发明专利]一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法

权利要求书

1.一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，包括：智能材料电-机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；智能材料电-机转换器包括第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）和第二智能材料电-机转换器（Ⅶ），换向阀包括第一换向阀（Ⅴ）和第二换向阀（Ⅳ）；所述的泵腔体（Ⅱ）下方安装第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）及第二智能材料电-机转换器（Ⅶ），所述阀块（9）安装在泵腔体（Ⅱ）上方，第一换向阀（Ⅴ）、第二换向阀（Ⅳ）分别安装在阀块（9）两侧，液压缸（10）安装在阀块（9）上方；

所述第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）及第二智能材料电-机转换器（Ⅶ）结构相同，均包括外壳（4）、安装于外壳（4）内的环形智能材料（2）、安装于外壳（4）下端的底座（1）、安装于外壳（4）上端的预紧端盖（15）、安装于预紧端盖（15）下方的输出防扭杆（17）、安装在输出防扭杆（17）和预紧端盖（15）之间的预压碟簧（16）、安装在环形智能材料（2）上表面的U形套筒（18）、安装于U形套筒（18）和输出防扭杆（17）之间的传感器（3）；

所述泵腔体（Ⅱ）包括泵腔壳体（13），该泵腔壳体（13）内形成相互独立的第一泵腔（27）及第二泵腔（28），第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）与泵腔壳体（13）连接并与第一泵腔（27）及其组件组成泵一（Ⅲ）；第二智能材料电-机转换器（Ⅶ）与泵腔壳体（13）连接并与第二泵腔（28）及其组件组成泵二（Ⅵ）；

所述阀块（9）的左侧端面有一阀孔（33）用于安装第一换向阀（Ⅴ），以用于液压缸（10）的换向，所述阀块（9）的右侧端面有一阀孔（38）用于安装第二换向阀（Ⅳ），以用于双泵工作模式的切换，所述阀块（9）的底部有第一至第四油口（36、29、32、37），其中第一油口（36）与泵一（Ⅲ）排油口（41）相通，第二油口（29）与泵一（Ⅲ）吸油口（42）相通，第三油口（32）与泵二（Ⅵ）排油口（39）相通，第四油口（37）与泵二（Ⅵ）吸油口（40）相通，所述阀块（9）的顶部有第五、第六油口（35、34）用于连接液压缸（10），第五油口（35）与液压缸（10）左腔连通，第六油口（34）与液压缸（10）右腔相通。

2.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述传感器（3）是石英晶体压电材质，传感器（3）一端与套筒（18）接触，传感器（3）另一端与输出防扭杆（17）底面接触，设置两根输出线从套筒（18）底端引出并外接电荷放大和滤波电路，对输出电信号进行监测，实时检测环形智能材料（2）在工作时的输出力变化。

3.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，泵腔体（Ⅱ）还包括安装在第一泵腔（27）中的第一排油单向阀（11）及其压盖（12），第一吸油单向阀（8）及其压盖（7），密封圈（14），第一活塞（6）及其固定螺钉（5），安装在第二泵腔（28）中的第二排油单向阀（21）及其压盖（22），第二吸油单向阀（20）及其压盖（19），密封圈（23），第二活塞（24）及其固定螺钉（25）。

4.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述输出防扭杆（17）上有两个弧形凸起与外壳（4）上的两个弧形凹坑配合，中间环形面与预压碟簧（16）接触，顶端开有螺纹孔，通过螺钉（5）联接活塞（6），所述预紧端盖（15）通过外螺纹与外壳（4）上的内螺纹配合安装，所述预压碟簧（16）在预紧端盖（15）作用下压缩，产生预紧力，挤压传感器（3）并通过U形套筒（18）将力传递至环形智能材料（2）。

5.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述环形智能材料包括压电材料、磁致伸缩材料、和电致伸缩材料。

6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器的工作方法，其特征在于：通过第二换向阀（Ⅳ）实现单泵一、单泵二、双泵串联、双泵并联四种工作模式的切换，通过第一换向阀（Ⅴ）实现液压缸的换向，具体步骤如下：

（1）单泵一驱动；

当第一换向阀（Ⅴ）断电时，处于左位，第二换向阀（Ⅳ）得电，处于右位，泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一泵腔（27）中设置的第一活塞（6）向上运动压缩油液，第一泵腔（27）中设置的第一排油单向阀（11）打开，第一吸油单向阀（8）关闭，泵二（Ⅵ）不工作，油液经过泵一（Ⅲ）的第一排油单向阀（11）流入阀块，经过第二换向阀（Ⅳ）进入第一换向阀（Ⅴ），再经液压缸右侧口进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，液压缸左腔油液压缩；泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号T/2-T周期内吸油，此时第一活塞（6）向下运动释放油液，第一排油单向阀（11）关闭，第一吸油单向阀（8）打开，泵二（Ⅵ）不工作，液压缸左腔压缩油液从液压缸左侧口流进第一换向阀，再经过阀块油口（29）进入泵一（Ⅲ）的吸油口（42），经过第一吸油单向阀（8）进入泵一（Ⅲ）泵腔，完成一次液压缸运动；

（2）单泵二驱动；

当第一换向阀（Ⅴ）断电时，处于左位，第二换向阀（Ⅳ）得电时，处于右位，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号0-T/2周期内吸油，此时第二泵腔（28）中设置的第二活塞（24）向下运动释放油液，第二泵腔（28）中设置的第二排油单向阀（21）关闭，第二吸油单向阀（20）打开，泵一（Ⅲ）不工作，油液从液压缸左腔通过第一换向阀进入第二换向阀，再流入阀块和泵二（Ⅵ）后，经过第二吸油单向阀（20）进入泵二（Ⅵ）泵腔；泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号T/2-T周期内排油，此时第二活塞（24）向上运动压缩油液，第二排油单向阀（21）打开，第二吸油单向阀（20）关闭，泵一（Ⅲ）不工作，油液经泵二的第二排油单向阀（21）和阀块进入第一换向阀，再经液压缸右侧口进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，完成一次液压缸运动；

（3）双泵串联驱动；

当第一、第二换向阀（Ⅴ、Ⅳ）断电时，处于左位，泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一活塞（6）向上运动压缩油液，第一排油单向阀（11）打开，第一吸油单向阀（8）关闭，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时第二活塞（24）向下运动释放油液，第二排油单向阀（21）关闭，第二吸油单向阀（20）打开，构成异步驱动，油液经过泵一（Ⅲ）的第一排油单向阀（11）流出，进入阀块（9）并经过第二换向阀（Ⅳ），再从泵二的吸油口（40）进入，经过泵二（Ⅵ）的第二吸油单向阀（20）进入泵二（Ⅵ）泵腔；

泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时第一活塞（6）向下运动释放油液，第一排油单向阀（11）关闭，第一吸油单向阀（8）打开，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时第二活塞（24）向上运动压缩油液，第二排油单向阀（21）打开，第二吸油单向阀（20）关闭，构成异步驱动，油液经过泵二（Ⅵ）的第二排油单向阀（21）进入阀块后，经过第一换向阀（Ⅴ）进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，液压缸左腔油液进入第一换向阀（Ⅴ），再进入泵一（Ⅲ）的吸油口（42），经过第一吸油单向阀（8）进入泵一（Ⅲ）泵腔；

（4）双泵并联驱动；

当第一换向阀（Ⅴ）断电时，处于左位，第二换向阀（Ⅳ）得电，处于右位，泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一活塞（6）向上运动压缩油液，第一排油单向阀（11）打开，第一吸油单向阀（8）关闭，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时第二活塞（24）向下运动释放油液，第二排油单向阀（21）关闭，第二吸油单向阀（20）打开，构成异步驱动，油液经过泵一（Ⅲ）的第一排油单向阀（11）和阀块流入，并经过第二换向阀（Ⅳ）进入第一换向阀（Ⅴ），再进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，液压缸左腔油液进入第一换向阀（Ⅴ），再进入第二换向阀（Ⅳ）、阀块、泵二（Ⅵ）的吸油口（40），经过第二吸油单向阀（20）进入泵二（Ⅵ）泵腔；

泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时第一活塞（6）向下运动释放油液，第一排油单向阀（11）关闭，第一吸油单向阀（8）打开，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时第二活塞（24）向上运动压缩油液，第二排油单向阀（21）打开，第二吸油单向阀（20）关闭，构成异步驱动，油液经过泵二（Ⅵ）的第二排油单向阀（21 ）及阀块，再进入第一换向阀（Ⅴ），再进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，液压缸左腔油液进入第一换向阀，经过阀块进入泵一（Ⅲ），经过第一吸油单向阀（8）进入泵一（Ⅲ）泵腔。