[发明专利]一种自驱动气缸

说明书

本发明属气动技术领域，具体涉及一种自驱动气缸。带进出口阀的端盖装在壳体的左右两端并与缸腔及活塞构成左右缸腔；壳体上下两侧装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的泵腔内并与壳体和盖板分别构成内外泵腔；盖板将密封环压接在壳体的两个沉腔内形成进出孔腔；进孔腔与各内泵腔及出孔腔依次串联构成内泵，进孔腔与各外泵腔及出孔腔依次串联构成外泵；壳体上下两侧的内外泵经分别并联成上下供气单元，上下供气单元串联；下供气单元的出孔与左右进口阀连接；换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片构成；换能器的驱动单元受直流驱动电压作用变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器实现自激驱动。

技术领域

本发明属于气动技术领域，具体涉及一种自驱动气缸。

背景技术

液压及气压传动与控制系统具有高能量密度、低噪音、无冲击等优势，在国民经济和国防工业的各个行业已成功应用多年。传统的气压动力系统通常都是由尺寸较大的电动机和机械式气泵进行驱动的，并通过换向阀、减压阀及调速阀等多类型阀的联合作业实现输出力、速度及位置等的有效控制，故体积庞大、结构连接及控制比较复杂，应用上具有很大的局限性：无法用于航空航天、行走机器人等微小系统及远程控制系统；同时，由于现有气压动力系统采用种类繁多的气阀进行联合控制，难以实现驱动力、速度及位置的精确控制与调节，无法用于精密机械加工与装配、精密测量、精密光学驱动等要求驱动、定位及控制精度高的领域。因此人们相继提出了多种类型的微小型液压及气动系统，如中国专利201510843026.7、201310132556.1、201410611173.7等，因现有微小型液压或气动系统均由固定频率驱动的，实际工作中其驱动力及速度受工作负载影响较大，当具体工况下的驱动元件谐振频率与所设定的激励频率偏差较大时，气体输出量和压力都将大幅度下降，且根据设定驱动电压及频率计算所得的驱动力及速度精确度也较低。

发明内容

本发明提出一种自驱动气缸，本发明的实施方案是：左右端盖经螺钉安装在壳体的左右两端并与缸腔及置于缸腔内的活塞共同构成左右缸腔，左端盖上设有左进出口阀，右端盖上设有右进出口阀；壳体上下两侧都经螺钉装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的泵腔内，密封圈位于换能器上下两侧，换能器及密封圈与壳体形成内泵腔、与盖板形成外泵腔；盖板将小密封环压接在壳体的小沉腔内形成进孔腔、将大密封环压接在壳体的大沉腔内形成出孔腔，进出孔腔分别与进出孔连通；进孔腔与各内泵腔及出孔腔依次串联构成内泵，即：进孔腔与其相邻的内泵腔之间、两相邻内泵腔之间、以及内泵腔与出孔腔之间都经内通孔和带阀片的内阀腔连通并依次串联构成内泵；进孔腔与各外泵腔及出孔腔依次串联构成外泵，即：进孔腔与其相邻的外泵腔之间、两相邻外泵腔之间、以及外泵腔与出孔腔之间都经外通孔和带阀片的外阀腔连通并依次串联构外泵；壳体上方的内外泵经进出孔腔并联成上供气单元，壳体下方的内外泵经进出孔腔并联成下供气单元；上下供气单元串联、即上供气单元的出孔和下供气单元的入孔经管路连通，下供气单元的出孔经管路与左右进口阀连接，左右进口阀并联。

换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片粘接而成，压电片靠近垫圈安装；至少一个换能器中的两个驱动器含有驱动单元和传感单元，即压电片表面电极被分割成两部分并分别与基板构成驱动单元和传感单元；驱动器及驱动单元的驱动电压为直流电压或交流电压；工作中，同一换能器中两个驱动器的变形方向相同且代表换能器的变形方向，左右相邻的同一个供气单元中的两个换能器的变形方向相反；驱动电压为直流电压时，驱动器中驱动单元受驱动电压作用变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器实现自激驱动；传感单元的输出电压还用于表征活塞的运动速度和驱动力。

本发明中，左出口阀和右进出口阀均为常闭开关阀，工作中未提及开启时均处截止状态；气缸的驱动过程包括：

1)蓄能阶段：左右进口阀开启、左右出口阀关闭，上供气单元的入孔吸入气体、下供气单元的出孔排出气体，所排出气体进入左右缸腔和蓄能器；蓄能过程结束后，左右进口阀关闭；