[实用新型]一种压电晶片驱动的精密步进式液压缸

说明书

技术领域

本实用新型属于机电液一体化技术领域，具体涉及一种压电晶片驱动的精密步进式液压缸，用于大行程的精密步进驱动、定位及振动控制。

背景技术

随着精密机械加工、精密测量、显微医学、精密光学工程以及航空航天等领域发展，大行程的精密步进驱动、定位及振动控制技术研究受到世界各国学者的广泛关注。目前用于构造精密位移驱动器的主要是电磁、磁致伸缩、记忆合金及压电陶瓷等功能材料，其中压电陶瓷因具有高能量密度、高功率、输出力大、高响应频响、高分辨率及无电磁干扰等优势，被广泛应用。常见的压电精密驱动器可简单地归纳为4类：1)直接利用压电叠堆伸缩变形输出力和位移的直推式压电驱动器；2)采用杠杆或柔性铰链等放大机构的压电驱动器；3)采用多压电叠堆构造的嵌位式步进驱动器；4)利用超声波原理形成的超声型直线驱动器。前两类压电驱动器的结构简单、输出力大，但因运动行程或控制范围过小，实际应用受到了一定的制约；后两类压电驱动器虽可获得较大的运动行程，但结构及控制复杂、要求部件的加工精度高，且依靠摩擦力传递力和位移，故进给精度及刚度低、输出力远低于压电体自身的驱动力，只有几到几十牛顿，无法满足驱动力和位移都较大的使用场合，且当摩擦副表面磨损严重时会导致精度降低甚至无法使用。

鉴于传统压电驱动器自身的局限性以及相关领域对结构紧凑、高输出力、大位移、高精度、高能效精密步进驱动器的需求，人们先后提出了几种基于压电与流体耦合驱动的新型步进式压电液压驱动器，即利用压电泵循环流体实现液压缸的驱动，如中国专利200810051156.7、200920093242.4、201020180067.5等。由于压电振子的变形极其微小、实际流体具有可压缩性，因此为提高系统刚度、避免液压缸活塞爬行，压电液压驱动器必须采用蓄能器提供背压。但现有压电液压驱动器中压电振子都是单侧驱动的，即压电振子仅一侧直接或间接地与流体接触，因此系统背压会成为压电振子的负载、严重地降低了驱动器总体的有效功率输出，过大的系统背压还会导致晶片型压电振子破损，故现有压电液压驱动器的能量效率及可靠性都很低。

发明内容

针对现有压电驱动器及压电液压驱动器应用上的局限性，以及航空航天、机器人、精密加工等领域对高精度、大行程精密驱动器的需求现状，本实用新型提出一种压电晶片驱动的精密步进式液压缸。

本实用新型采用的技术方案是：缸体两端通过螺钉安装有缸盖；缸体中安装有双头活塞，所述活塞将所述缸体内腔分成第一缸腔和第二缸腔；缸体外壁上通过螺钉安装有第一泵盖和第二泵盖；所述缸体外壁上设有两组数量为2-20个的泵腔、以及两个阀腔，所述同一组泵腔中两相邻泵腔之间、以及相邻的泵腔与阀腔之间分别通过所述缸体上的两个腔间流道串联；第一和第二泵盖上各设有一组数量为2-20个的泵腔，所述同一泵盖上相邻两泵腔之间分别通过其所在泵盖上的腔间流道串联；在所述各个泵腔内、以及缸体上的两个阀腔内均设有阀片；缸体上的第一组串联泵腔和第一泵盖上的串联泵腔之间通过密封圈压接有压电振子，缸体上的第一组串联泵腔的进口和第一泵盖上的串联泵腔的出口连通，构成串联泵I；缸体上的第二组串联泵腔和第二泵盖上的串联泵腔之间通过密封圈压接有压电振子，缸体上的第二组串联泵腔的进口和第二泵盖上的串联泵腔的出口连通，构成串联泵II；串联泵I的出口与缸体上的第一缸腔连通，进口经管路与第一蓄能器连通、再经第一开关阀以及缸体上的第一通孔与第二缸腔连接；同样地，所述串联泵I I的出口与缸体的第二缸腔连通，进口经管路与第二蓄能器连通、再经第二开关阀以及缸体上的第二通孔与第一缸腔连接。

本实用新型所述的串联泵I、II不同时工作；工作时同一个串联泵中相邻两个泵腔中压电振子驱动电压的相位差为180度，压电振子弯曲变形方向相反。

本实用新型中，两个串联泵的作用是提供流体驱动力，实现流体的循环及活塞的驱动与控制；开关阀的作用是控制两个串联泵的进口与两个缸腔之间的通断；蓄能器的作用是提高流体的刚度和活塞的响应速度。

在非工作状态下，第一开关阀和第二开关阀均处于关闭状态，第一蓄能器和第二蓄能器的预置压力相等，压电振子两侧流体压力相等、不产生弯曲变形，活塞静止不动。

串联泵I工作时，第一开关阀开启，串联泵I的进口经第一开关阀及缸体上的第一通孔与第二缸腔连通；当压电振子受电压作用产生往复弯曲变形时，泵腔内的流体压力交替地增加或减小，从而推动活塞向左运动。