[实用新型]一种变截面液压缸及其液压控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种变截面液压缸及其液压控制系统。

背景技术

近年来，随着控制技术、感知技术、新材料技术的飞速发展和深入交叉融合，步行机器人性能不断提升。主要代表有：ASIMO、Justin、Packbot等。然而，由于其以机电系统驱动为主，负载力小，制约了机器人的实用化进程。负载能力有限已成为制约移动机器人实用化的“瓶颈”问题之一。目前，研究人员开始尝试将液压系统运用于移动机器人，其中最具代表性的是波斯顿公司研发的Bigdog、AlphaDog和Cheetah等。该类机器人具有一个共同特点，利用直线液压缸作为执行器，驱动各关节运动。其中所采用的直线液压缸内腔的有效作用面积固定，不能根据关节负载力的变化而改变，当负载变小时，只能通过增大控制阀口的压力损失来实现液压缸稳定的控制。然而，步行机器人行走时各关节负载力变化比较大，在机器人运动的过程中，将存在大量的阀口压力损失，最终导致液压动力系统效率比较低。因此，研究高效的直线液压缸对于提高步行机器人液压系统的效率有着非常重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种可提高变负载液压系统效率，可通过选择不同小腔与高压油路和低压油路的导通来实现与负载的匹配，最终达到提高液压系统效率的目的变截面液压缸及其液压控制系统，本实用新型适用于工作于负载变化较大场合的设备上，具有较好的经济效益。

本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：

一种变截面液压缸，包括活塞杆、缸筒和密封所述缸筒的左、右端盖，所述活塞杆包括主活塞杆和柱塞杆，所述主活塞杆通过端盖密封安装在所述缸筒上，所述主活塞杆的端部设有主活塞，所述主活塞上安装有多个所述柱塞杆，所述柱塞杆的端部设有次活塞，所述主活塞和所述次活塞分别安装在所述缸筒内与所述主活塞和所述次活塞对应的主活塞腔和柱塞腔内。

所述柱塞杆采用球铰的方式连接在所述主活塞上。

所述主活塞上安装有四个所述柱塞杆。

一种变截面液压缸的液压控制系统，用于控制所述的变截面液压缸，包括一个伺服控制阀和与所述柱塞腔数量对应的两位三通插装阀，所述主活塞腔以所述主活塞为分界分为第一腔和第二腔，所述第一腔上设有主活塞腔A_e1口，所述第二腔上设有主活塞腔A_e2口，所述两位三通插装阀的P口分别与所述伺服控制阀的A口和所述主活塞腔的A_e1口连通，所述两位三通插装阀的T口分别与所述伺服控制阀的B口和所述主柱塞腔的A_e2口连通，所述两位三通插装阀的T口、所述伺服控制阀的B口和主柱塞腔的A_e2口还通过单向阀与油箱连接，所述两位三通插装阀A口与所述柱塞腔的无杆腔连通，所述伺服控制阀P口与泵源的高压油口连通，所述伺服控制阀的T口与油箱连通。

由于采用上述结构，本装置主活塞腔中的第一腔（也就是通常液压杆中的无杆腔）的作用端面不是单一的一个面，而是被化分为五个不同的面，由四个柱塞腔和主活塞腔的第一腔共同组成，由于在制作本装置时柱塞腔的大小和次活塞的面积就已经确定，因此可以确定每个柱塞腔的具体的输出力，而且每个柱塞腔的通过一个两位三通开关阀独立控制，四个柱塞腔的大小可以在制作时根据需要合理设计，四个柱塞腔的大小可以相同也可以不同，在主活塞杆上设有一个负载力传感器，从而测量实时负载力，当执行变负载工况时，该变截面液压缸可以根据负载大小，来选择柱塞腔的组合，使得柱塞腔的组合最接近实际负载，综合实现减少系统供给的高压油流量而达到减少伺服阀处的节流压力损失导致的能量损耗，达到减少系统供油量、提高液压系统效率的特点，而其余腔则通过回油导通，同时将主活塞腔的第一腔和第二腔内的油还作为补充油，从而减少高压供油量，最终提高液压系统效率。

所述柱塞杆采用球铰的方式连接在所述主活塞上，便于加工和装配。

综上所述，本实用新型具有一定负载匹配能力，可提高变负载液压系统效率的直线液压缸。在执行变载荷工况时，可通过选择不同柱塞腔组合与高压油路和低压油路的导通来实现与负载的匹配，最终达到提高液压系统效率的目的，本实用新型可用在工作于负载变化较大场合的设备上，如足式机器人、外骨骼装备、挖掘机等设备，由于该变截面液压缸具有一定的负载匹配能力和减少系统供油量的特点，能够提高液压系统效率，具有较好的经济效益。

附图说明

图1（a）是本实用新型的立体图；

图1（b）是本实用新型的内部结构图；

图1（c）是本实用新型的分解结构图；