技术领域
[0001] 本
发明属于机械类液压领域，具体涉及一种具备机械锁紧功能的总线式电液缸及其控制方法。
背景技术
[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003] 液压系统因其成熟、低成本、高功率
密度比等优点，广泛应用于各种行走机械中。随着
电池和
电机技术的发展，
电能越来越容易获得，以电动缸为代表的电驱技术在工业领域上得到了越来越广泛的应用，然而电动缸结构复杂、体积重量大、成本高、可靠性不足等缺点限制了其在行走机械上的应用。
[0004] 将电气和液压传动融合的电液缸是行走机械电驱技术的新发展方向，目前电液缸是电机
泵和
液压缸的简单集成，实现了电能转换为液压能、液压能转为机械能的过程，但控制性能较差，主要体现在以下方面：
[0005] 1)采用液压锁实现
位置保持，液压锁
泄漏和油液热胀冷缩倒置无法实现长期精确的位置保持功能，长时间保持容易下沉；
[0006] 2)采用普通异步电机驱动
液压泵，采用液压流量
阀实现液压缸的速度调节；效率不高，装机功率较大，导致电液缸体积重量较大；
[0007] 3)无法实现网络化的控制，无法传递出电液缸状态信息。
发明内容
[0008] 鉴于以上内容，有必要提供一种具备机械锁紧功能的总线式电液缸及其控制方法，可以通过总线接收指令后实现机械锁紧液压缸。
[0009] 一种具备机械锁紧功能的总线式电液缸，包括：
[0010] 液压缸，包括缸筒和
活塞杆，所述
活塞杆包括活塞，所述活塞移动地设于所述缸筒内；
[0011] 电机泵组，包括电机和与所述电机连接的液压泵，所述液压泵与所述液压缸连接；
[0012] 总线式通信器，与总线
电缆连接，用于通过所述总线电缆接收动作指令；
[0013]
控制器，分别与所述电机和所述总线式通信器连接，用于根据所述总线式通信器的动作指令，控制所述电机驱动所述液压泵向所述液压缸输送油液涨开所述缸筒使得所述缸筒与所述活塞处于间隙配合状态以解锁所述液压缸并驱动所述活塞沿所述缸筒移动，或者停止向所述液压缸输送油液使得所述缸筒与所述活塞处于
过盈配合状态以抱紧所述活塞。
[0014] 优选地，所述活塞与所述缸筒之间设有开锁腔，所述开锁腔与所述液压泵连接，所述液压泵向所述开锁腔输入油液涨开所述缸筒使得所述缸筒与所述活塞处于间隙配合状态以解锁所述液压缸。
[0015] 优选地，还包括压
力传感器，所述
压力传感器与所述控制器连接并且与连接所述开锁腔的油管连接以检测涨开所述缸筒的油液的压力值。
[0016] 优选地，还包括阀
开关组件，所述液压泵经所述阀开关组件连接于所述液压缸，用于控制所述液压缸的油液流动方向。
[0017] 优选地，所述阀开关组件包括：
[0018] 伸出阀，油液端分别连接所述液压泵、油箱和所述液压缸的无杆腔，控制端连接所述控制器，用于在控制器的控制下连通所述液压缸的无杆腔和液压泵以伸出所述活塞杆；
[0019] 缩回阀，油液端分别连接所述液压泵、油箱和所述液压缸的有杆腔，控制端连接所述控制器，用于在控制器的控制连通所述液压缸的有杆腔和液压泵以缩回所述活塞杆；
[0020] 开锁阀，油液端分别连接所述液压泵、油箱和所述活塞与所述缸筒之间的开锁腔，控制端连接所述控制器，用于在控制器的控制连通所述液压泵和所述开锁腔以涨开所述缸筒。
[0021] 优选地，所述阀开关组件还包括液压锁，所述液压锁为
单向阀，使得所述液压泵的油液经所述液压锁进入所述开锁阀。
[0022] 优选地，所述阀开关组件还包括溢流阀，所述溢流阀分别连接所述液压泵和油箱。
[0023] 优选地，所述活塞杆内设有：
[0024] 缩回油路，所述有杆腔通过所述缩回油路与所述缩回阀连接；
[0025] 伸出油路，所述无杆腔通过所述伸出油路与所述伸出阀连接；
[0026] 开锁油路，所述开锁腔通过所述开锁油路与所述开锁阀连接。
[0027] 一种具备机械锁紧功能的总线式电液缸控制方法，包括以下步骤：
[0028] 接收到移动活塞指令时，控制液压泵驱动油液经开锁阀进入液压缸的活塞与缸筒之间的开锁腔内，使得所述缸筒涨开至所述活塞与所述缸筒之间形成间隙配合；
[0029] 控制所述开锁阀使得所述液压泵经开锁阀与所述开锁腔连通以保持所述开锁腔内的油压；
[0030] 控制伸出阀和缩回阀动作，使得所述液压泵与所述液压缸的无杆腔连通以驱动所述活塞杆伸出，或者使得所述液压泵与所述液压缸的有杆腔连通以驱动所述活塞杆缩回。
[0031] 优选地，收到保持所述活塞位置的指令时，控制所述开锁阀使得所述开锁腔经所述开锁阀与油箱连通以卸载所述开锁腔内的油压，使得所述缸筒与所述活塞之间形成过盈配合以抱紧所述活塞。
[0032] 相较于
现有技术，上述的具备机械锁紧功能的总线式电液缸及其控制方法通过总线式通信器接收到动作指令后，控制器可以根据所述总线式通信器的动作指令，控制所述电机驱动所述液压泵向所述液压缸输送油液涨开所述缸筒使得所述缸筒与所述活塞处于间隙配合状态以解锁所述液压缸并驱动所述活塞沿所述缸筒移动，或者停止向所述液压缸输送油液使得所述缸筒与所述活塞处于过盈配合状态以抱紧所述活塞，实现锁紧液压缸，达到机械锁紧活塞位置保持功能，无需外部动力源、控制器和检测系统的干预。
[0033] 而且，上述的具备机械锁紧功能的总线式电液缸及其控制方法还可以通过总线式通信器与外界通信，实现网络化控制电液缸的功能，并且电液缸可作为网络控制的一个
节点，定期向上位机反馈电液缸的状态信息。
附图说明
[0034] 为了更清楚地说明本发明
实施例技术方案，下面将对实施例描述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。
[0035] 图1是具备机械锁紧功能的总线式电液缸的原理图。
[0036] 图2是具备机械锁紧功能的总线式电液缸的结构示意图。
[0037] 图3是液压缸的剖面结构示意图。
[0038] 主要元件符号说明
[0039]液压缸 10
缸筒 11
开锁腔 111
无杆腔 112
有杆腔 113
活塞杆 12
缩回油路 121
伸出油路 122
开锁油路 123
活塞 124
电机泵组 20
电机 21
液压泵 22
控制器 30
总线式通信器 31
压力传感器 32
阀开关组件 40
伸出阀 41
缩回阀 42
开锁阀 43
液压锁 44
溢流阀 45
油箱 50
[0040] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0041] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本
申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
[0042] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
[0043] 在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明
专利申请说明书以及
权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0044] 图1是具备机械锁紧功能的总线式电液缸的原理图，图2是具备机械锁紧功能的总线式电液缸的结构示意图。如图1和图2所示，该具备机械锁紧功能的总线式电液缸包括液压缸10、电机泵组20、总线式通信器31、控制器30和阀开关组件40。控制器30根据总线式通信器31接收的控制指令，控制电机泵组20驱动高压油液经阀开关组件40后进入液压缸10执行与控制指令对应的动作。本实施方式中，电机泵组20、总线式通信器31、控制器30和阀开关组件40等均可以集中安装于液压缸10，实现电液缸的微型化。
[0045] 总线式通信器31分别与总线电缆和控制器30连接，用于通过所述总线电缆接收动作指令。在一些实施方式中，该总线式通信器31可以是CAN总线或者Profibus总线等总线通信器，通过总线接收指令或者通过总线向外界传输电液缸的状态信息。
[0046] 电机泵组20包括电机21和与所述电机21连接的液压泵22，所述液压泵22与所述液压缸10连接，用于驱动油液进入液压缸10内推动活塞124移动。
[0047] 控制器30分别与所述电机21和所述总线式通信器31连接，用于根据所述总线式通信器31的动作指令，控制所述电机21驱动所述液压泵22动作，并且
控制阀开关组件40动作，使得液压缸10能够完成对应的动作，例如活塞124伸出或者缩回。
[0048] 液压缸10包括缸筒11和活塞杆12，所述活塞杆12包括活塞124，所述活塞124移动地设于所述缸筒11内，可在缸筒11内沿其轴向方向来回移动。在一般情况下，活塞124与缸筒11之间为过盈配合状态，缸筒11通过弹性回复力抱紧活塞124使得活塞124不需要高压油液的
支撑即可保持在固
定位置。另外，在所述活塞124与所述缸筒11之间设有开锁腔111，当开锁腔111内充满高压油液时，高压油液可以涨开缸筒11，使得缸筒11和活塞124之间形成间隙配合状态，这样活塞124可以在缸筒11内在油液的推动移动。
[0049] 阀开关组件40用于控制所述液压缸10的油液流动方向，所述液压泵22经所述阀开关组件40连接于所述液压缸10。本实施方式中，所述阀开关组件40包括伸出阀41、缩回阀42、开锁阀43、液压锁44和溢流阀45。
[0050] 本实施方式中，伸出阀41是换向阀，油液端分别连接所述液压泵22、油箱50和所述液压缸10的无杆腔112，控制端与控制器30连接，在控制器30的控制
信号下可切换伸出阀41的工作状态，连通所述液压缸10的无杆腔112和液压泵22以伸出所述活塞杆12。液压泵22的油液可以经伸出阀41流入液压缸10的无杆腔112内，也可以从液压缸10的无杆腔112内经伸出阀41回流至油箱50内。缩回阀42为换向阀，其油液端分别连接所述液压泵22、油箱50和所述液压缸10的有杆腔113，控制端与控制器30连接，在控制器30的
控制信号下可切换缩回阀42的工作状态，连通所述液压缸10的有杆腔113和液压泵22以缩回所述活塞杆12。具体的，液压泵22的油液可以经缩回阀42流入液压缸10的有杆腔113内，或者从液压缸10的有杆腔
113内经缩回阀42回流至油箱50内。开锁阀43是换向阀，油液端分别连接所述液压泵22、油箱50和所述活塞124与所述缸筒11之间的开锁腔111，控制端与控制器30连接，用于在控制器30的控制连通所述液压泵22和所述开锁腔111以涨开所述缸筒11。具体的，液压泵22的油液可以经开锁阀43流入液压缸10的开锁腔111内，或者从液压缸10的开锁腔111内经开锁阀
43回流至油箱50内。
[0051] 液压锁44为单向阀，一端连接液压泵22，另外一端连接开锁阀43，使得所述液压泵22的油液只能经所述液压锁44进入所述开锁阀43，用于在需要开锁的时候通过液压锁44可以保持开锁腔111内的油压，不再需要液压泵22持续运行来保持开锁腔111内的油压，从而当开锁压力足够时，开锁阀43可以复位，液压锁44可以隔离开锁油路123与液压缸10运行油路。所述溢流阀45分别连接所述液压泵22和油箱50，在液压泵22输出的油液压力过大时，油液可以通过溢流阀45回流至油箱50内，从而可以确定整个液压系统的最大的油压值。
[0052] 综上所述，阀开关组件40内形成三条油路：开锁油路123、伸出油路122和缩回油路121，开锁油路123通过开锁阀43控制，伸出油路122通过伸出阀41控制，缩回油路121通过缩回阀42控制，而液压锁44可用于解锁过程中保持开锁腔111内的油液压力，溢流阀45用于控制整个液压系统内的最大油压。
[0053] 图3是液压缸10的剖面结构示意图。如图3所示，液压缸10的活塞杆12内设有三条管道：开锁油路123、伸出油路122和缩回油路121。所述开锁腔111通过所述开锁油路123与所述开锁阀43连接。本实施方式中，开锁腔111设置于活塞124的旋转面与缸筒11之间的间隙，所述开锁腔111通过活塞杆12内的开锁油路123与所述液压泵22连接，所述液压泵22向所述开锁腔111输入油液涨开所述缸筒11使得所述缸筒11与所述活塞124处于间隙配合状态以开锁所述液压缸10。在一些实施方式中，该电液缸还包括一压力传感器32，所述压力传感器32与所述控制器30连接并且与连接所述开锁腔111的油管连接以检测涨开所述缸筒11的油液的压力值(即开锁压力)，并实时将检测的压力信号传递至控制器30。在一些优选的实施方式中，液压缸10为倒置型结构，即缸筒11随负载移动而活塞杆12固定，这样油管连接于活塞杆12而不需要跟随活塞124移动。
[0054] 活塞杆12的缩回油路121一端连接所述有杆腔113，另外一端与所述缩回阀42连接，液压泵22输出的油液经缩回油路121进入到有杆腔113内推动活塞124缩回动作。活塞杆12的伸出油路122的一端连接所述无杆腔112，另外一端连接所述伸出阀41，液压泵22输出的油液伸出油路122进入无杆腔112内推动活塞124伸出动作。
[0055] 下面详细介绍上述具备机械锁紧功能的总线式电液缸的工作过程。
[0056] 总线式通信器31实时接收上位机的控制指令或者实时向上位机传输电液缸的状态信息。
[0057] 如果总线式通信器31通过总线接收到移动活塞124指令(伸出活塞124或者缩回活塞124)时，控制器30执行以下步骤：
[0058] 首先，控制液压泵22驱动油液经开锁阀43进入液压缸10的活塞124与缸筒11之间的开锁腔111内，使得所述缸筒11涨开至所述活塞124与所述缸筒11之间形成间隙配合；
[0059] 然后，控制所述开锁阀43使得所述液压泵22经开锁阀43与所述开锁腔111连通以保持所述开锁腔111内的油压；
[0060] 最后，控制伸出阀41和缩回阀42动作，使得所述液压泵22与所述液压缸10的无杆腔112连通以驱动所述活塞杆12伸出，或者使得所述液压泵22与所述液压缸10的有杆腔113连通以驱动所述活塞杆12缩回。
[0061] 在活塞杆12完成移动指令后，控制器30控制所述开锁阀43动作，使得所述开锁腔111经所述开锁阀43与油箱50连通以卸载所述开锁腔111内的油压，这样，所述缸筒11与所述活塞124之间形成过盈配合以抱紧所述活塞124。
[0062] 上述的具备机械锁紧功能的总线式电液缸及其控制方法通过总线式通信器31接收到动作指令后，控制器30可以根据所述总线式通信器31的动作指令，控制所述电机21驱动所述液压泵22向所述液压缸10输送油液涨开所述缸筒11使得所述缸筒11与所述活塞124处于间隙配合状态以开锁所述液压缸10并驱动所述活塞124沿所述缸筒11移动，或者停止向所述液压缸10输送油液使得所述缸筒11与所述活塞124处于过盈配合状态以抱紧所述活塞124，实现锁紧液压缸10，达到机械锁紧活塞124位置保持功能，无需外部动力源、控制器30和检测系统的干预。
[0063] 而且，上述的具备机械锁紧功能的总线式电液缸及其控制方法还可以通过总线式通信器31与外界通信，实现网络化控制电液缸的功能，并且电液缸可作为网络控制的一个节点，定期向上位机反馈电液缸的状态信息。
[0064] 在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的系统和部件，可以通过其它的方式实现。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由同一个单元或装置通过
软件或者
硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
[0065] 以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。
