多模态节能伺服作动器及实现多模态节能的方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910138661.3 (22)申请日 2019.02.25 (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 杨庆俊朱冬朱瑞毛奇 汪俊龙牛振国刘钰栋江磊 蒋云峰许鹏慕林栋 (74)专利代理机构 哈尔滨龙科专利代理有限公 司 23206 代理人 高媛 (51)Int.Cl. F15B 11/00(2006.01) F15B 13/04(2006.01) (54)发明名称 多模态节能伺服作动器及实现多模态节能 的方法 。

2、(57)摘要 多模态节能伺服作动器及实现多模态节能 的方法， 属于液压节能系统技术领域。 以解决现 有技术存在的下述问题： 活塞杆的推力与负载的 不匹配问题； 对液压缸进出油经过伺服阀时产生 的双边节流效进行解耦问题； 处理制动工况下， 油液发热升温以及转化收集外部负载能量的问 题。 油路集成块的前侧面上安装有油源管接头及 油箱管接头， 油路集成块的上端面由前至后可拆 卸固定连接有三位三通比例换向阀一、 三位三通 比例换向阀二及两位三通电磁换向阀， 油路集成 块的后端与单出杆液压缸位于无杆腔一侧的外 壁固定连接， 油路集成块的左侧面安装有液压缸 有杆腔管接头， 液压缸有杆腔管接头通过无缝钢 管。

3、与单出杆液压缸有杆腔连通。 本发明用于液压 设备中。 权利要求书5页 说明书12页 附图18页 CN 109798270 A 2019.05.24 CN 109798270 A 1.一种多模态节能伺服作动器， 其特征在于： 包括单出杆液压缸(4)、 液压缸有杆腔管 接头(7)、 无缝钢管(8)、 油路集成块(9)、 油源管接头(10)、 油箱管接头(11)及组合阀， 所述 组合阀包括两个三位三通比例换向阀及一个两位三通电磁换向阀(3)， 所述两个三位三通 电磁换向阀分别是三位三通比例换向阀一(1)及三位三通电磁换向阀二(2)； 所述油路集成块(9)的前侧面上安装有油源管接头(10)及油箱管接头。

4、(11)， 所述油源 管接头(10)与设置在油路集成块(9)内的进油道(P0)相通， 所述油箱管接头(11)与设置在 油路集成块(9)内的回油道(T0)连通； 油路集成块(9)内设有接单出杆液压缸(4)有杆腔的 孔道十(out)、 控制孔道一(K1)、 控制孔道四(K4)、 接单出杆液压缸(4)无杆腔的孔道十一 (in)、 控制孔道二(K2)及控制孔道三(K3)， 所述孔道十(out)和控制孔道一(K1)通至油路集 成块(9)的左侧面， 所述控制孔道四(K4)通至油路集成块(9)的右侧面， 所述孔道十一(in)、 控制孔道二(K2)及控制孔道三(K3)通至油路集成块(9)的后侧面； 油路集成块。

5、(9)的上端面 由前至后可拆卸固定连接有三位三通比例换向阀一(1)、 三位三通比例换向阀二(2)及两位 三通电磁换向阀(3)， 油路集成块(9)内设有孔道一(P1)、 孔道二(A1)、 孔道三(T1)、 孔道四 (P2)、 孔道五(A2)、 孔道六(T2)、 孔道七(P3)、 孔道八(A3)及孔道九(T3)， 所述孔道一(P1)、 孔道二(A1)及孔道三(T1)通至油路集成块(9)的上端面并位于三位三通比例换向阀一(1) 区域内， 所述孔道一(P1)与三位三通比例换向阀一(1)中位于左侧的P油口对应的孔道相 通， 所述孔道二(A1)与三位三通比例换向阀一(1)中位于中部的A油口对应的孔道相通，。

6、 所 述孔道三(T1)与三位三通比例换向阀一(1)中位于右侧的T油口对应的孔道相通； 所述孔道四(P2)、 孔道五(A2)及孔道六(T2)通至油路集成块(9)的上端面位于三位三 通比例换向阀二(2)的区域内， 所述孔道四(P2)与三位三通比例换向阀二(2)中位于左侧的 P油口对应的孔道相通， 所述孔道五(A2)与三位三通比例换向阀二(2)中位于中部的A油口 对应的孔道相通， 所述孔道六(T2)与三位三通比例换向阀二(2)中位于右侧的T油口对应的 孔道相通； 所述孔道七(P3)、 孔道八(A3)及孔道九(T3)通至油路集成块(9)的上端面并位于 两位三通电磁换向阀三(3)的区域内， 所述孔道七(。

7、P3)与两位三通电磁换向阀三(3)中位于 左侧的(P10)油口对应的孔道相通， 所述孔道八(A3)与两位三通电磁换向阀三(3)中位于中 部的(A10)油口对应的孔道相通， 所述孔道九(T3)与两位三通电磁换向阀三(3)中位于右侧 的(T10)油口对应的孔道相通； 其中： 所述进油道(P0)与孔道一(P1)、 孔道四(P2)相通， 进油道(P0)通过孔道一(P1)、 孔道四(P2)为三位三通比例换向阀一(1)及三位三通比例换向阀二(2)直接供油， 所述回油 道(T0)与孔道三(T1)及孔道六(T2)相通， 三位三通比例换向阀一(1)、 三位三通比例换向阀 二(2)的回油经孔道三(T1)、 孔道六。

8、(T2)汇入回油道(T0)， 所述孔道十一(in)与孔道二(A1) 及控制孔道一(K1)相通， 控制孔道一(K1)与孔道七(P3)相通， 三位三通比例换向阀一(1)的 A油口的压力油分成两路， 其中一路经过孔道二(A1)及孔道十一(in)进入单出杆液压缸(4) 无杆腔， 另一路经孔道二(A1)、 控制孔道一(K1)及孔道七(P3)进入两位三通电磁换向阀(3) 中位于右侧的T10油口， 控制孔道四(K4)与孔道九(T3)及控制孔道二(K2)相通， 控制孔道二 (K2)与孔道五(A2)相通， 三位三通比例换向阀二(2)中位于中部的A油口的压力油经孔道五 (A2)、 控制孔道二(K2)、 控制孔道四。

9、(K4)及孔道九(T3)进入两位三通电磁换向阀(3)中位于 右侧的T10油口， 控制孔道三(K3)与孔道八(A3)及孔道十(out)相通， 两位三通电磁换向阀 (3)中位于中部的A10油口的压力油经孔道八(A3)及控制孔道三(K3)及孔道十(out)与单出 权利要求书 1/5 页 2 CN 109798270 A 2 杆液压缸(4)有杆腔相通； 油路集成块(9)的后端与单出杆液压缸(4)位于无杆腔一侧的外 壁固定连接， 油路集成块(9)的左侧面位于孔道十(out)处安装有液压缸有杆腔管接头(7)， 所述液压缸有杆腔管接头(7)通过无缝钢管(8)与单出杆液压缸(4)有杆腔连通。 2.根据权利要求。

10、1所述的多模态节能伺服作动器， 其特征在于： 所述三位三通比例电磁 换向阀一(1)和三位三通比例电磁换向阀二(2)均包括阀芯一(12)、 阀体一(13)、 两个弹簧 座一(14)、 两个平垫圈一(15)、 两个弹簧一(16)、 两个推杆一(17)及两个电磁铁一(18)； 所 述阀体一(13)的下端面沿竖直方向设有三个比例电磁换向阀孔道， 所述三个比例电磁换向 阀孔道由左中右依次设置， 位于左侧的比例电磁换向阀孔道的端口为P油口， 位于中部的比 例电磁阀换向孔道的端口为A油口， 位于右侧的比例电磁阀换向孔道的端口为T油口， 阀体 一(13)的中部设有与三个比例电磁换向阀孔道相通的水平中心孔一， 。

11、阀体一(13)的左右两 侧面分别设有螺纹孔一和台肩孔一， 所述台肩孔一位于螺纹孔一及水平中心孔一之间， 台 肩孔一与螺纹孔一及水平中心孔一同轴且相通设置， 所述两个电磁铁一(18)设置在阀体一 (13)的左右两侧， 每个电磁铁一(18)的连接端与对应的螺纹孔一螺纹连接， 阀体一(13)的 水平中心孔一内滑动设置有阀芯一(12)， 每个电磁铁一(18)的连接端中部设有相通的台肩 孔二和推杆中心孔一， 所述台肩孔二和推杆中心孔一与水平中心孔一同轴设置， 每个推杆 中心孔一内滑动设置有推杆一(17)， 每个推杆一(17)的里端与阀芯一(12)的相邻端相接 触， 每个台肩孔二内均装有弹簧一(16)， 。

12、所述弹簧一(16)套装在推杆一(17)上， 弹簧一(16) 的一端顶靠在台肩孔二的台肩端面上， 弹簧一(16)的另一端顶靠在相邻设置的平垫圈一 (15)上， 所述两个平垫圈一(15)套装在阀芯一(12)上的左右两端， 阀芯一(12)上还套装有 两个弹簧座一(14)， 所述两个弹簧座一(14)分别设置在相应的台肩孔一内。 3.根据权利要求1所述的多模态节能伺服作动器， 其特征在于： 所述两位三通电磁换向 阀(3)包括阀芯二(21)、 阀体二(22)、 弹簧座二(23)、 电磁铁二(24)、 丝堵(25)、 推杆一(28)、 两个平垫圈二(26)及两个弹簧二(27)； 所述阀体二(22)的下端面沿。

13、竖直方向设有三个电磁 换向阀孔道， 所述三个电磁换向阀孔道由左中右依次设置， 位于左侧的电磁换向阀孔道的 端口为P10油口， 位于中部的电磁换向阀孔道的端口为A10油口， 位于右侧的电磁阀换向孔 道的端口为T10油口， 阀体二(22)的中部设有与三个电磁换向阀孔道相通的水平中心孔二， 阀体二(22)的左侧面设有螺纹孔二和台肩孔三， 所述台肩孔三位于螺纹孔二及水平中心孔 二之间， 台肩孔三与螺纹孔二及水平中心孔二同轴且相通设置， 阀体二(22)的右侧面设有 与水平中心孔二相通且同轴的螺纹孔三， 所述电磁铁二(24)设置在阀体二(22)的左侧， 电 磁铁二(24)的连接端与螺纹孔二螺纹连接， 阀体。

14、二(22)的水平中心孔二内滑动设置有阀芯 二(21)， 电磁铁二(24)的连接端中部设有台肩孔四和推杆中心孔二， 所述台肩孔四和推杆 中心孔二与水平中心孔二同轴设置， 推杆中心孔二内滑动设置有推杆二(28)， 所述推杆二 (28)的里端与阀芯二(21)的相邻端相接触； 所述丝堵(25)的连接端中部设有沉孔， 丝堵 (25)与阀体二(22)右侧面的螺纹孔三螺纹连接， 台肩孔四以及丝堵(25)的沉孔内各装有一 个弹簧二(27)， 装在台肩孔四内的弹簧二(27)套装在推杆二(28)上， 且一端顶靠在台肩孔 四的台肩端面上， 另一端顶靠在其中一个所述平垫圈二(26)上， 所述其中一个平垫圈二 (26)。

15、套装在阀芯二(21)上的左端， 阀芯二(21)上还套装有弹簧座二(23)， 所述弹簧座二 (23)设置在台肩孔三内， 该其中一个平垫圈二(26)与弹簧座二(23)相贴设置； 装在沉孔内 的弹簧二(27)套装在阀芯二(21)上， 套装在阀芯二(21)的弹簧二(27)一端顶靠在沉孔端面 权利要求书 2/5 页 3 CN 109798270 A 3 上， 另一端顶靠在另一个所述平垫圈二(26)上， 所述另一个平垫圈二(26)套装在阀芯二 (21)上并顶靠在阀芯二(21)的右侧台肩端面上。 4.一种利用权利要求1、 2或3所述的作动器实现多模态节能的方法， 其特征在于： 所述 方法包括差动模态； 所述。

16、的差动模态是： 在该模态下， 两位三通电磁换向阀(3)中的电磁铁二(24)得电， 三位三通比例换向阀一 (1)上位于左侧的电磁铁一(18)得电， 油源供应的液压油经油源管接头(10)进入油路集成 块(9)， 依次沿进油道(P0)、 孔道一(P1)进入三位三通比例换向阀一(1)中位于左侧的P油 口， 三位三通比例换向阀一(1)左位工作， 三位三通比例换向阀一(1)中位于左侧的P油口与 位于中部的A油口相通， 三位三通比例换向阀一(1)中位于右侧的T油口封闭， 压力油经三位 三通比例换向阀一(1)中位于中部的A油口沿孔道二(A1)、 孔道十一(in)进入单出杆液压缸 (4)的无杆腔， 同时， 单出。

17、杆液压缸(4)的有杆腔的油液依次经无缝钢管(8)、 液压缸有杆腔 管接头(7)、 油路集成块(9)的孔道十(out)、 控制孔道三(K3)及孔道八(A3)进入两位三通电 磁换向阀(3)中， 两位三通电磁换向阀(3)左位工作， 两位三通电磁换向阀(3)中位于左侧的 P10油口与位于中部的A10油口相通， 两位三通电磁换向阀(3)中位于右侧的(T10)油口封 闭， 压力油经两位三通电磁换向阀(3)中位于左侧的P10油口依次沿孔道七(P3)、 控制孔道 一(K1)及孔道十一(in)也进入单出杆液压缸(4)的无杆腔， 形成差动回路。 5.根据权利要求4所述的利用作动器实现多模态节能的方法， 其特征在于。

18、： 所述方法还 包括正常工作模态； 所述正常工作模态是： 当不需要制动外部负载时， 本作动器作为一般的执行机构进行负载的推动； 当两位三 通电磁换向阀(3)处于右位工作， 三位三通比例换向阀一(1)处于左位工作， 三位三通比例 换向阀二(2)处于右位工作时， 单出杆液压缸(4)的活塞杆伸出， 推动负载向右运动； 当两位 三通电磁换向阀(3)处于右位工作， 三位三通比例换向阀一(1)处于右位工作， 三位三通比 例换向阀二(2)处于左位工作时， 单出杆液压缸(4)的活塞杆缩回， 拉动负载向左运动； 具体 为： 两位三通电磁换向阀(3)的电磁铁二(24)失电， 两位三通电磁换向阀(3)的阀芯二(21。

19、) 在弹簧二(27)的作用下复位到左侧， 两位三通电磁换向阀(3)右位工作； 当三位三通比例换 向阀一(1)中位于左侧的电磁铁一(18)得电， 三位三通比例换向阀二(2)中位于右侧的电磁 铁一(18)得电时， 液压油经油源管接头(10)进入油路集成块(9)内， 并沿进油道(P0)、 孔道 一(P1)进入三位三通比例换向阀一(1)， 再从三位三通比例换向阀一(1)中位于中部的A油 口经孔道二(A1)、 孔道十一(in)进入单出杆液压缸(4)的无杆腔； 同时， 单出杆液压缸(4)的 有杆腔回油依次经无缝钢管(8)、 液压缸有杆腔管接头(7)、 孔道十(out)、 控制孔道三(K3) 及孔道八(A3。

20、)进入两位三通电磁换向阀(3)， 再由两位三通电磁换向阀(3)中位于右侧的 T10油口依次经孔道九(T3)、 控制孔道四(K4)、 控制孔道二(K2)、 孔道五(A2)进入三位三通 比例换向阀二(2)， 由三位三通比例换向阀二(2)中位于右侧的T油口依次经孔道六(T2)、 回 油道(T0)及油箱管接头(11)返回油箱； 单出杆液压缸(4)有杆腔和无杆腔的压差驱动活塞 杆伸出， 推动负载向右运动； 当三位三通比例换向阀一(1)右位工作， 三位三通比例换向阀 二(2)左位工作时， 油液进入油路集成块(9)后流动路径刚好相反， 液压油依次经进油道 (P0)、 孔道四(P2)、 三位三通比例换向阀二(。

21、2)、 孔道五(A2)、 控制孔道二(K2)、 控制孔道四 (K4)、 孔道九(T3)、 两位三通电磁换向阀三(3)、 孔道八(A3)、 控制孔道三(K3)、 孔道十 权利要求书 3/5 页 4 CN 109798270 A 4 (out)、 液压缸有杆腔管接头(7)及无缝钢管(8)进入单出杆液压缸(4)有杆腔， 单出杆液压 缸(4)无杆腔的油液则一侧经孔道十一(in)、 孔道二(A1)、 三位三通比例换向阀一(1)、 孔道 三(T1)、 回油道(T0)及油箱管接头(11)流回油箱， 单出杆液压缸(4)的活塞杆缩回， 带动负 载向左运动。 6.根据权利要求5所述的利用作动器实现多模态节能的方法。

22、， 其特征在于： 所述方法还 包括能量回收模态； 所述能量回收模态是： 当制动向右运动的负载时， 两位三通电磁换向阀(3)的电磁铁二(24)失电， 两位三通电 磁换向阀(3)右位工作， 三位三通比例换向阀一(1)中位于右侧的电磁铁一(18)得电， 三位 三通比例换向阀一(1)右位工作， 三位三通比例换向阀二(2)中位于左侧的电磁铁一(18)得 电， 三位三通比例换向阀二(2)左位工作， 油源系统供应的液压油由油源管接头(10)进入油 路集成块(9)， 并沿进油道(P0)、 孔道四(P2)进入三位三通比例换向阀二(2)， 油液再从三位 三通比例换向阀二(2)的A油口经孔道五(A2)、 控制孔道二。

23、(K2)、 控制孔道四(K4)及孔道九 (T3)进入两位三通电磁换向阀(3)， 最后从两位三通电磁换向阀(3)的A10油口经孔道八 (A3)、 控制孔道三(K3)、 孔道十(out)、 液压缸有杆腔管接头(7)及无缝钢管(8)进入单出杆 液压缸(4)有杆腔； 此时， 涌入所述有杆腔的油液积蓄起压力对单出杆液压缸(4)的活塞杆 形成向左的推力， 开始制动与所述活塞杆连接的负载， 向右的负载因此开始向右减速运动， 一直到负载停止期间， 与负载相连的活塞杆被迫右移， 并将所述有杆腔的油液挤出有杆腔， 被挤出的油液经无缝钢管(8)及液压缸有杆腔管接头(7)进入油路集成块(9)， 并沿着孔道 十(out。

24、)、 控制孔道三(K3)及孔道八(A3)进入两位三通电磁换向阀(3)， 再由两位三通电磁 换向阀(3)的T10油口经孔道九(T3)、 控制孔道四(K4)、 控制孔道二(K2)及孔道五(A2)进入 三位三通比例换向阀二(2)， 再由三位三通比例换向阀二(2)的P油口经孔道四(P2)、 进油道 (P0)及油源管接头(10)， 最后， 流出油路集成块(9)的高压油液被外部的油源系统收集储存 再利用； 同理， 当制动向左运动的负载时， 两位三通电磁换向阀(3)中的电磁铁二(24)失电， 两 位三通电磁换向阀(3)右位工作， 三位三通比例换向阀一(1)中位于左侧的电磁铁一(18)得 电， 三位三通比例换。

25、向阀一(1)左位工作， 三位三通比例换向阀二(2)中位于右侧的电磁铁 二(18)得电， 三位三通比例换向阀二(2)右位工作； 油源系统供应的液压油经油源管接头 (10)进入油路集成块(9)， 并沿进油道(P0)、 孔道一(P1)进入三位三通比例换向阀一(1)， 再 从三位三通比例换向阀一(1)的A油口经孔道二(A1)及孔道十一(in)进入单出杆液压缸(4) 无杆腔， 此时， 涌入所述无杆腔的油液积蓄起压力对单出杆液压缸(4)的活塞杆形成向右的 推力， 开始制动与所述活塞杆连接的负载， 向左的负载因此开始向左减速运动， 一直到负载 停止期间， 与负载相连的活塞杆被迫左移， 并将无杆腔的油液挤出无。

26、杆腔， 被挤出的油液直 接进入油路集成块(9)， 并沿着孔道十一(in)、 孔道二(A1)进入三位三通比例换向阀一(1)， 再由三位三通比例换向阀一(1)的P油口经孔道四(P2)、 进油道(P0)及油源管接头(10)流出 油路集成块(9)， 流出油路集成块(9)的高压油液被外部的油源系统收集储存再利用。 7.根据权利要求4所述的利用作动器实现多模态节能的方法， 其特征在于： 所述方法还 包括独立节流模态； 所述独立节流模态是： 当作动器处于单出杆液压缸(4)的活塞杆伸出工况时， 两位三通电磁换向阀(3)中的电 磁铁二(24)失电， 阀芯二(21)在弹簧二(27)的作用下复位到左侧， 两位三通电。

27、磁换向阀(3) 权利要求书 4/5 页 5 CN 109798270 A 5 右位工作； 三位三通比例换向阀一(1)中位于左侧的电磁铁一(18)得电， 三位三通比例换向 阀二(2)中位于右侧的电磁铁一得电时， 液压油经油源管接头(10)进入油路集成块(9)， 并 沿进油道(P0)及孔道一(P1)进入三位三通比例换向阀一(1)， 再从三位三通比例换向阀一 (1)的A油口经孔道二(A1)及孔道十一(in)进入单出杆液压缸(4)无杆腔； 同时， 单出杆液压 缸(4)有杆腔回油经无缝钢管(8)、 液压缸有杆腔管接头(7)、 孔道十(out)、 控制孔道三(K3) 及孔道八(A3)进入两位三通电磁换向阀。

28、(3)， 再由两位三通电磁换向阀(3)的T10油口经孔 道九(T3)、 控制孔道四(K4)、 控制孔道二(K2)及孔道五(A2)进入三位三通比例换向阀二 (2)， 由三位三通比例换向阀二(2)的T油口经孔道六(T2)、 回油道(T0)及油箱管接头(11)返 回油箱； 此时， 若要开启独立节流模式， 首先对三位三通比例换向阀一(1)中位于左侧的电磁铁 一(18)加载最大电流信号， 使得三位三通比例换向阀一(1)处于左最大位， 三位三通比例换 向阀一(1)的节流流道的P油口A油口全开， 然后伺服控制系统根据单出杆液压缸(4)活塞 杆的位置， 向三位三通比例换向阀二(2)中位于右侧的电磁铁一(18)。

29、输出反馈电流信号， 三 位三通比例换向阀二(2)中位于右侧的电磁铁一(18)根据反馈电流的大小确定推动三位三 通比例换向阀二(2)的阀芯一(12)左移的距离， 继而确定三位三通比例换向阀二(2)节流流 道的A油口T油口的开度； 同理， 当作动器处于活塞杆缩回工况时， 两位三通电磁换向阀(3)中的电磁铁二(24)失 电， 阀芯二(21)在弹簧二(27)的作用下复位到左侧， 两位三通电磁换向阀(3)右位工作， 三 位三通比例换向阀二(2)中位于左侧的电磁铁一(18)得电， 三位三通比例换向阀一(1)中位 于右侧的电磁铁一(18)得电时， 液压油经油源管接头(10)进入油路集成块(9)， 并沿进油道。

30、 (P0)及孔道四(P2)进入三位三通比例换向阀一(1)， 再从三位三通比例换向阀二(2)的A油 口经孔道五(A2)、 控制孔道二(K2)、 控制孔道四(K4)及孔道九(T3)进入两位三通电磁换向 阀(3)， 再由两位三通电磁换向阀(3)的A10油口经孔道八(A3)、 控制孔道三(K3)、 孔道十 (out)、 液压缸有杆腔管接头(7)及无缝钢管(8)进入单出杆液压缸(4)有杆腔； 同时， 单出杆 液压缸(4)无杆腔回油直接进入油路集成块(9)， 再经孔道十一(in)及孔道二(A1)进入三位 三通比例换向阀一(1)， 再由三位三通比例换向阀一(1)的T油口经孔道三(T1)、 回油道(T0) 及。

31、油箱管接头(11)离开油路集成块(9)， 返回油箱； 开启独立节流模式时， 首先对三位三通比例换向阀二(2)中位于左侧的电磁铁一(18) 加载最大电流信号， 使得三位三通比例换向阀二(2)处于左最大位， 三位三通比例换向阀二 (2)的节流流道的P油口A油口全开， 然后伺服控制系统根据单出杆液压缸(4)活塞杆的位 置， 向三位三通比例换向阀一(1)中位于右侧的电磁铁一(18)输出反馈电流信号， 三位三通 比例换向阀一(1)中位于右侧的电磁铁一(18)根据反馈电流的大小确定推动三位三通比例 换向阀一(1)的阀芯一(12)左移的距离， 继而确定三位三通比例换向阀一(1)节流流道的A 油口T油口的开度。

32、。 权利要求书 5/5 页 6 CN 109798270 A 6 多模态节能伺服作动器及实现多模态节能的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种伺服作动器及实现节能的方法， 属于液压节能系统技术领域。 背景技术 0002 目前市面上的作动器， 大多由液压缸和单一的三位四通伺服换向阀组成， 其回路 原理如图1所示。 当三位四通伺服换向阀左位工作时， 油源输出的高压油经三位四通伺服换 向阀的P11油口和A11油口进入液压缸无杆腔， 液压缸有杆腔低压油经三位四通伺服换向阀 B11油口和T11油口回油箱， 活塞杆在两腔压力差的作用下向右运动， 推动负载。 同理， 当三 位四通伺服换向阀在右位工作时， 。

33、高压油经三位四通伺服换向阀P11油口和B11油口进入有 杆腔， 低压油从无杆腔经三位四通伺服换向阀A11油口及T11油口回油箱， 在两腔压力差作 用下， 活塞杆向左运动， 拉动负载。 这种型式的作动器， 结构简易， 控制简单， 但是却有着能 量浪费严重的缺点。 主要表现为以下几个方面： 0003 (1)外部负载通常是变化的， 而该型式作动器驱动负载的推力单一， 时常会出现大 推力驱动小负载的现象， 造成能量浪费； 0004 (2)面对需要制动负载的工况， 负载对作动器的反作用力最终以产热的方式消耗 掉， 既导致液压油温度升高， 又浪费了能量； 0005 (3)液压缸的进出油都经过三位四通伺服阀。

34、(见图1)， 而单个伺服阀的内部节流流 道(P11油口A11油口和B11油口T11油口， 或P11油口B11油口和A11油口T11油口共 四个流道)是固联的， 这就导致节流效应也是双向的， 既存在进油节流又存在回油节流。 因 此在节流流道处不可避免的造成很大的能量损耗； 0006 液压设备属于高耗能设备， 如果能把能耗降下来， 可以带来很高的经济效益。 因 此， 利用合适的手段对作动器进行节能意义重大。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一种多模态节能伺服作动器及实现多模态节能的方法， 以解 决现有技术存在的下述问题： 0008 (1)活塞杆的推力与负载的不匹配问题； 0009 (2)对液。

35、压缸进出油经过伺服阀时产生的双边节流效进行解耦问题； 0010 (3)处理制动工况下， 油液发热升温以及转化收集外部负载能量的问题。 0011 针对以上三个问题， 为本发明的作动器设计了如图2所示的回路， 其中蕴含了四种 工作模态， 分别为差动模态、 能量回收模态、 独立节流模态和正常工作模态。 0012 其中： 差动模态用于解决问题(1)； 0013 能量回收模态用于解决问题(2)； 0014 独立节流模态解决问题(3)。 0015 应该注意的是， 同一时刻这四种模态并不都是唯一存在的， 差动工作模态不能和 其它工作模态同时进行， 能量回收模态不能和正常工作模态同时存在， 而独立节流模态可 。

36、说明书 1/12 页 7 CN 109798270 A 7 以和正常工作模态和回收能量模态同时存在。 这是由所设计的回路决定的。 具体来说， 因为 在差动模态下， 两位三通电磁换向阀左位工作， 此时经过三位三通比例换向阀二流向两位 三通电磁换向阀的油路被封闭了， 也就是说在差动模式下， 三位三通比例换向阀二不起作 用， 而其他模式都需要三位三通比例换向阀二配合工作， 因此差动模式和其它模式不能同 时工作； 能量回收模态只存在于制动负载的情况； 而正常工作模态指的是本发明的作动器 作为一般的执行机构， 驱动负载运动的情况， 因此能量回收模态和正常工作模态因为所处 的外部负载环境不同而不可能同时存。

37、在。 0016 实现上述目的， 本发明采取的技术方案是： 0017 多模态节能伺服作动器， 包括单出杆液压缸、 液压缸有杆腔管接头、 无缝钢管、 油 路集成块、 油源管接头、 油箱管接头及组合阀， 所述组合阀包括两个三位三通比例换向阀及 一个两位三通电磁换向阀， 所述两个三位三通电磁换向阀分别是三位三通比例换向阀一及 三位三通电磁换向阀二； 0018 所述油路集成块的前侧面上安装有油源管接头及油箱管接头， 所述油源管接头与 设置在油路集成块内的进油道相通， 所述油箱管接头与设置在油路集成块内的回油道连 通； 油路集成块内设有接单出杆液压缸有杆腔的孔道十、 控制孔道一、 控制孔道四、 接单出 杆。

38、液压缸无杆腔的孔道十一、 控制孔道二及控制孔道三， 所述孔道十和控制孔道一通至油 路集成块的左侧面， 所述控制孔道四通至油路集成块的右侧面， 所述孔道十一、 控制孔道二 及控制孔道三通至油路集成块的后侧面； 油路集成块的上端面由前至后可拆卸固定连接有 三位三通比例换向阀一、 三位三通比例换向阀二及两位三通电磁换向阀， 油路集成块内设 有孔道一、 孔道二、 孔道三、 孔道四、 孔道五、 孔道六、 孔道七、 孔道八及孔道九， 所述孔道一、 孔道二及孔道三通至油路集成块的上端面并位于三位三通比例换向阀一区域内， 所述孔道 一与三位三通比例换向阀一中位于左侧的P油口对应的孔道相通， 所述孔道二与三位三。

39、通 比例换向阀一中位于中部的A油口对应的孔道相通， 所述孔道三与三位三通比例换向阀一 中位于右侧的T油口对应的孔道相通； 0019 所述孔道四、 孔道五及孔道六通至油路集成块的上端面位于三位三通比例换向阀 二的区域内， 所述孔道四与三位三通比例换向阀二中位于左侧的P油口对应的孔道相通， 所 述孔道五与三位三通比例换向阀二中位于中部的A油口对应的孔道相通， 所述孔道六与三 位三通比例换向阀二中位于右侧的T油口对应的孔道相通； 所述孔道七、 孔道八及孔道九通 至油路集成块的上端面并位于两位三通电磁换向阀三的区域内， 所述孔道七与两位三通电 磁换向阀三中位于左侧的油口对应的孔道相通， 所述孔道八与两。

40、位三通电磁换向阀三中位 于中部的油口对应的孔道相通， 所述孔道九与两位三通电磁换向阀三中位于右侧的油口对 应的孔道相通； 0020 其中： 所述进油道与孔道一、 孔道四相通， 进油道通过孔道一、 孔道四为三位三通 比例换向阀一及三位三通比例换向阀二直接供油， 所述回油道与孔道三及孔道六相通， 三 位三通比例换向阀一、 三位三通比例换向阀二的回油经孔道三、 孔道六汇入回油道， 所述孔 道十一与孔道二及控制孔道一相通， 控制孔道一与孔道七相通， 三位三通比例换向阀一的A 油口的压力油分成两路， 其中一路经过孔道二及孔道十一进入单出杆液压缸无杆腔， 另一 路经孔道二、 控制孔道一及孔道七进入两位三通。

41、电磁换向阀中位于右侧的T10油口， 控制孔 道四与孔道九及控制孔道二相通， 控制孔道二与孔道五相通， 三位三通比例换向阀二中位 说明书 2/12 页 8 CN 109798270 A 8 于中部的A油口的压力油经孔道五、 控制孔道二、 控制孔道四及孔道九进入两位三通电磁换 向阀中位于右侧的T10油口， 控制孔道三与孔道八及孔道十相通， 两位三通电磁换向阀中位 于中部的A10油口的压力油经孔道八及控制孔道三及孔道十与单出杆液压缸有杆腔相通； 油路集成块的后端与单出杆液压缸位于无杆腔一侧的外壁固定连接， 油路集成块的左侧面 位于孔道十处安装有液压缸有杆腔管接头， 所述液压缸有杆腔管接头通过无缝钢管。

42、与单出 杆液压缸有杆腔连通。 0021 利用多模态节能伺服作动器作动器实现多模态节能的方法， 所述方法包括差动模 态； 所述的差动模态是： 0022 在该模态下， 两位三通电磁换向阀中的电磁铁二得电， 三位三通比例换向阀一上 位于左侧的电磁铁一得电， 油源供应的液压油经油源管接头进入油路集成块， 依次沿进油 道、 孔道一进入三位三通比例换向阀一中位于左侧的P油口， 三位三通比例换向阀一左位工 作， 三位三通比例换向阀一中位于左侧的P油口与位于中部的A油口相通， 三位三通比例换 向阀一中位于右侧的T油口封闭， 压力油经三位三通比例换向阀一中位于中部的A油口沿孔 道二、 孔道十一进入单出杆液压缸的。

43、无杆腔， 同时， 单出杆液压缸的有杆腔的油液依次经无 缝钢管、 液压缸有杆腔管接头、 油路集成块的孔道十、 控制孔道三及孔道八进入两位三通电 磁换向阀中， 两位三通电磁换向阀左位工作， 两位三通电磁换向阀中位于左侧的P10油口与 位于中部的A10油口相通， 两位三通电磁换向阀中位于右侧的油口封闭， 压力油经两位三通 电磁换向阀中位于左侧的P10油口依次沿孔道七、 控制孔道一及孔道十一也进入单出杆液 压缸的无杆腔， 形成差动回路。 0023 本发明相对于现有技术的有益效果是： 0024 本发明为多模态节能伺服作动器， 其组成主要包括两位三通电磁换向阀、 单出杆 液压缸、 油路集成块及两个三位三通。

44、比例换向阀， 各部件集成为一个模块， 结构紧凑， 占据 空间小， 便于安装拆卸， 适用于足式机器人、 车辆制动、 重物起吊等多种场合。 0025 本发明的主要效果体现在节能上， 对于导致一般作动器能耗高的三个具体问题， 分别设计了三种特殊的模态予以解决。 针对活塞杆的推力与负载的大小不匹配的问题， 利 用一个两位三通电磁换向阀控制作动器回路在差动回路与非差动回路之间切换， 负载大时 使用非差动回路， 负载小时使用差动回路(关于回路切换的判断条件， 参见下文给出的具体 公式)， 使动力需求和动力供应之间相互匹配。 这是通过能源的高效利用， 达到节能的目的。 针对制动工况下， 油液发热升温、 浪费。

45、负载的能量的问题， 提出利用作动器将外部负载的机 械能转化为内部油液的液压能， 然后通过油源系统对所得的高压油进行收集、 储存并再利 用的方法， 既有效缓解了油液发热的问题， 又达到了节能的目的。 针对一般作动器， 因单出 杆液压缸进出油经过三位四通比例换向阀(见图1)时产生双边节流效应， 造成大量能量损 耗的问题， 设计了双比例阀(即两个三位三通比例换向阀)独立为单出杆液压缸供油、 排油 的回路， 使双边节流变为单边节流， 通过减小能量损耗实现了节能。 0026 这三种特殊的模态， 差动模态应用于小负载工况， 能量回收模态应用于制动负载 的工况， 独立节流模态应用于正常工作和制动负载工况中。。

46、 回路上， 将这些模态融为一体， 模态之间的切换， 通过组合各阀不同的工作位来实现。 结构上， 将各部件集成为一个整体， 尽量缩减液压管道和液压容腔。 实际应用结果表明， 采用新型回路结构、 集成方式的多模态 伺服作动器具有明显的节能效应， 相比于一般的作动器可以节约30的能耗。 说明书 3/12 页 9 CN 109798270 A 9 附图说明 0027 图1是背景技术中提及的作动器的原理图； 0028 图2是本发明的多模态节能伺服作动器的原理图； 0029 图3是本发明的多模态节能伺服作动器的轴测图； 0030 图4是图3的C处局部放大图； 0031 图5是三位三通比例换向阀一左位工作的。

47、主剖视图； 0032 图6是三位三通比例换向阀一右位工作的主剖视图； 0033 图7是三位三通比例换向阀二左位工作的主剖视图； 0034 图8是三位三通比例换向阀二右位工作的主剖视图； 0035 图9是两位三通电磁换向阀左位工作的主剖视图； 0036 图10是两位三通电磁换向阀右位工作的主剖视图； 0037 图11是油路集成块的俯视图； 0038 图12是图11的D向视图； 0039 图13是图11的C向视图； 0040 图14是图11的A向视图； 0041 图15是图11的B向视图； 0042 图16是图5中M1处的局部放大图； 0043 图17是图5中M2处的局部放大图； 0044 图18。

48、是图9中E1处的局部放大图； 0045 图19是图9中E2处的局部放大图。 0046 图中零部件名称及标号如下： 0047 三位三通比例换向阀一1、 三位三通电磁换向阀二2、 两位三通电磁换向阀3、 单出 杆液压缸4、 液压缸有杆腔管接头7、 无缝钢管8、 油路集成块9、 油源管接头10、 油箱管接头 11、 阀芯一12、 阀体一13、 弹簧座一14、 平垫圈一15、 弹簧一16、 推杆一17、 电磁铁一18、 密封 圈一19、 密封圈二20、 阀芯二21、 阀体二22、 弹簧座二23、 电磁铁二24、 丝堵25、 平垫圈二26、 弹簧二27、 推杆一28、 密封圈三29、 密封圈四30。 具。

49、体实施方式 0048 具体实施方式一： 如图2、 图3、 图10-图14所示， 本实施方式记载了一种多模态节能 伺服作动器， 包括单出杆液压缸4、 液压缸有杆腔管接头7、 无缝钢管8、 油路集成块9、 油源管 接头10、 油箱管接头11及组合阀， 所述组合阀包括两个三位三通比例换向阀及一个两位三 通电磁换向阀3， 所述两个三位三通电磁换向阀分别是三位三通比例换向阀一1及三位三通 电磁换向阀二2； 0049 所述油路集成块9的前侧面上安装有油源管接头10及油箱管接头11， 所述油源管 接头10与设置在油路集成块9内的进油道P0相通， 所述油箱管接头11与设置在油路集成块9 内的回油道T0连通； 。

50、油路集成块9内设有接单出杆液压缸4有杆腔的孔道十out、 控制孔道一 K1、 控制孔道四K4、 接单出杆液压缸4无杆腔的孔道十一in、 控制孔道二K2及控制孔道三K3， 所述孔道十out和控制孔道一K1通至油路集成块9的左侧面， 所述控制孔道四K4通至油路集 成块9的右侧面， 所述孔道十一in、 控制孔道二K2及控制孔道三K3通至油路集成块9的后侧 说明书 4/12 页 10 CN 109798270 A 10 面； 油路集成块9的上端面由前至后(通过螺栓)可拆卸固定连接有三位三通比例换向阀一 1、 三位三通比例换向阀二2及两位三通电磁换向阀3， 油路集成块9内设有孔道一P1、 孔道二 A1、。