[发明专利]用于盾构机单滚刀更换的双向负载机械臂电液作动器单元

说明书

本发明公开了一种用于盾构机单滚刀更换的双向负载机械臂电液作动器单元。包括电液作动器和液压缸，电液作动器和液压缸连接；电液作动器包括伺服电机、阀块、油箱和双向高压柱塞泵，伺服电机和油箱安装于阀块的两侧，油箱内充满油液并装有双向高压柱塞泵，伺服电机的输出轴穿过阀块的中心孔和油箱内双向高压柱塞泵的输入轴同轴连接。本发明给换刀机械臂提供集成度高、功率密度大、可靠性高、安装维护性好的电液作动器单元。

技术领域

本发明涉及液压机器人领域的一种机械臂电液作动器，尤其涉及一种用于全断面掘进机单滚刀更换的机械臂电液作动器单元。

背景技术

全断面掘进机施工过程中刀具消耗大、更换频繁，换刀作业时间占隧道施工周期的10％以上，现有换刀工作主要依赖人工作业，大埋深、高水压等施工环境下作业安全隐患大，易出现人员伤亡等重大安全事故。据统计，国内近70％的隧道施工安全事故都与人工换刀作业直接相关。随着我国地铁、公路、铁路等隧道建设工程量的增长，全断面掘进机的市场将不断扩大，以高效安全的“机器换人”作业模式实现换刀作业势在必行。全断面掘进机单滚刀更换需要换刀机器人具有耐高压、耐高湿、重载的能力，并且由于全断面掘进机中安装空间有限，要求机器人结构紧凑且具有大范围作业的能力，因此需要高度集成、输出功率大的高功率密度动力单元。传统机器人大多采用电机作为驱动，电机功率密度小，且耐高压、耐高湿能力欠佳，往往需要增设复杂的散热、防护机构，难以应用于全断面掘进机单滚刀更换的机械臂。

掘进机滚刀更换要求作动器具有耐高压、耐高湿、高功率密度、高度集成等特点。

电液驱动执行器(Electro-Hydrostatic Actuator，EHA)是一种将电机、泵、阀、缸、作动器等分立元件高度集成的一体化执行器，相对于传统的电机伺服控制系统具有体积小、液压输出力大、控制灵活等优点，目前在大型客机和先进战机的飞控系统中已得到了充分发展，然而在工业机器人中的应用中较少。执行器是全断面掘进机单滚刀更换机械臂的核心部分，电液作动器由于其集成度高、功重比大、可靠性高、效率高、安装维护性好等优点，十分适合作为换刀机械臂的驱动。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种用于全断面掘进机单滚刀更换的机械臂电液作动器单元，以适应高压、高湿等恶劣工况，并满足结构紧凑、维护性好、功率密度高的特点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括电液作动器和液压缸，电液作动器和液压缸连接；所述电液作动器包括EHA伺服电机、EHA阀块、EHA油箱和EHA双向高压柱塞泵，EHA伺服电机和EHA油箱安装于EHA阀块的两侧，EHA油箱内充满油液并装有EHA双向高压柱塞泵，EHA伺服电机的输出轴穿过EHA阀块的中心孔和EHA油箱内EHA双向高压柱塞泵的输入轴同轴连接。

所述的EHA阀块在中心孔水平的两侧均开设有一个平行于EHA伺服电机输出轴的中油箱流道，EHA阀块在中心孔上方的两侧均开设有一个平行于EHA伺服电机输出轴的上油箱流道，EHA阀块在中心孔下方的两侧开设有一个平行于EHA伺服电机输出轴的下油箱流道；EHA阀块内部沿从EHA油箱到EHA伺服电机方向依次分为第一流通截面、第二流通截面、第三流通截面的三个流通截面。