液壓缸中的位置傳感器組件的製作方法

2023-04-27 07:45:41 1

液壓缸中的位置傳感器組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種液壓缸中的位置傳感器組件，用於具有活塞和活塞杆的液壓缸。該位置傳感器組件包括壓力-電能轉換器、發射器和接收器。壓力-電能轉換器設置在活塞內。壓力-電能轉換器配置為確定活塞兩側的壓力並把確定的壓力差轉化成電流。通過發射器接收電流，並且發射器因此產生信號。信號通過液壓缸無線傳輸至接收器。設置在液壓缸上的接收器通過液壓缸的多個部件接收信號。該信號用於確定活塞的位置。本實用新型提供了一種保護於活塞自身內並使用汽缸內感測的數據的無線傳輸的位置傳感器組件。
【專利說明】液壓缸中的位置傳感器組件

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於感測液壓缸中活塞位置的位置傳感器組件。

【背景技術】
[0002]液壓缸-活塞組件用於一些工業應用場合(例如施工、林業、農業、採礦和挖掘)的不同類型的機器中。不同類型的機器可包括輪式裝載機、挖掘機、履帶式拖拉機、農用拖拉機、起重機、鋪路機、推土機，等等。傳統地，操作者基於目測控制液壓缸-活塞組件。僅僅通過目測可能給不出準確的輸出並可能損害設備。根據預定義的運行周期可以自動控制這種液壓缸-活塞組件。此外，為了實現這種自動控制，需要確定活塞的位置/速度以便實現有效和平穩地運行液壓缸-活塞組件。
[0003]各類傳感器，例如直線位移傳感器(LDT)、磁致伸縮傳感器、電磁傳感器、超音波感測裝置、赫爾效應傳感器以及無線電頻率(RF)傳感器，可用作位置傳感裝置。然而，液壓缸可以暴露於苛刻的環境條件中。例如，在特定運行周期內，汽缸可受到振動的影響。振動可影響傳感器，從而可使傳感器喪失感測絕對位置的能力。


【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種受到保護以免受液壓缸中苛刻的環境條件影響的汽缸位置傳感器組件。
[0005]本實用新型提供了一種用於液壓缸的位置傳感器組件，所述液壓缸包括具有附接至杆的活塞的汽缸體，所述活塞和杆設置在汽缸體內；所述位置傳感器組件包括壓力-電能轉換器，所述壓力-電能轉換器設置在活塞內部；壓力-電能轉換器配置為確定汽缸體內的活塞的相對兩側的工作流體的壓力差；此外，所述壓力-電能轉換器把壓力差轉化成電流；位置傳感器組件還包括發射器和接收器；發射器設置於活塞內並接收來自壓力-電能轉換器的電流；發射器基於所述電流進一步產生信號，並通過液壓缸傳輸所述信號至接收器；所述接收器設置在液壓缸上，並配置為接收發射器傳輸的所述信號；基於接收器接收的信號來確定活塞的位置。
[0006]上述技術方案提供了一種保護於活塞自身內並使用汽缸內感測的數據的無線傳輸的位置傳感器組件，以保護汽缸位置傳感器組件免受液壓缸內苛刻的環境條件影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是實施所公開的位置傳感器組件的液壓挖掘機的示意圖；
[0008]圖2示出了根據一個示例性實施例的具有位置傳感器組件的液壓缸。

【具體實施方式】
[0009]圖1是液壓挖掘機100的示意圖。液壓挖掘機100包括上部結構、下部結構和工作元件。上部結構包括可旋轉地安裝的本體102和操作室104。操作室104可連接至本體102，並容納一個或多個用於控制液壓挖掘機100操作的控制裝置。
[0010]下部結構包括由一對軌道108和鏈輪110支撐的起落架106。上述的作為上部結構中的一部分的本體102安裝在起落架106上。
[0011]工作元件包括動臂112、鏟鬥柄114、作業工具116和多個液壓缸。動臂112可安裝在本體102的前端的樞轉點118上。動臂112可藉助液壓缸120進行垂直運動。液壓缸120的下端可以在樞轉點122處樞轉至本體102的前端，並且液壓缸120的上端可在樞轉點124處可樞轉地安裝至動臂112上。
[0012]鏟鬥柄114可以在樞轉點126處可樞轉地連接到動臂112的前端。作業工具116可以可樞轉地安裝在鏟鬥柄114的下端。液壓缸128可具有通過樞轉點130安裝在動臂112上的第一端部和在樞轉點132處安裝在鏟鬥柄114的上端上的第二端部。同樣，液壓缸134具有通過樞轉點136可樞轉連接至鏟鬥柄114的上端的第一端部，和通過樞轉點140可樞轉連接至連接件138的第二端部。作業工具116可為鏟鬥、刮板、鬆土機、抓斗及破碎機，等等。
[0013]本實用新型可以通過示例的方式應用到液壓挖掘機100中的液壓缸120、128和134。液壓缸120、128和134可包括位置傳感器組件(未在圖中示出)。位置傳感器組件可以配置為感測液壓缸120、128和134內的活塞的位置。圖2進一步描述了位置傳感器組件。雖然結合液壓挖掘機100描述了本實用新型，但是應當理解的是，在其他機器如裝載器、刮刀、分級器、農用機器等等中也可以實現本實用新型，而不脫離本實用新型的範圍。
[0014]圖2示出根據一個示例性實施例的具有位置傳感器組件202的液壓缸200。液壓缸200可包括汽缸體204、活塞206以及杆208。汽缸體204為具有活塞206的中空汽缸，該活塞206設置於中空汽缸內部。活塞206的一側可與杆208連接。因此，活塞206將汽缸體204分為兩個腔室。可以說汽缸體204具有杆端和頭端。汽缸體204可通過蓋子或蓋板(例如蓋子210)封閉兩端。汽缸體204也可包括與汽缸體204連接的對應的埠(未示出)，該埠用於上腔室和下腔室中的工作流體的進出。活塞206配置為當工作流體通過流體埠供給到兩個腔室的時候，在杆端和頭端之間的汽缸體204內來回滑動。在一個實施例中，汽缸體204中的工作流體可為液壓機液體、壓縮空氣或本領域所知的任意其它適合的介質。
[0015]位置傳感器組件202可包括壓力-電能轉換器212、發射器214以及接收器216。壓力-電能轉換器212，以下簡稱為轉換器212，可設置在活塞206內。轉換器212可設置在活塞206體內，從而保護轉換器212免受環境條件的影響。在一個實施例中，活塞206可設有流體埠 218和流體埠 220。流體埠 218和流體埠 220可為活塞206相對兩側的孔或空腔。可預期該轉換器212可容納於活塞206內，以便轉換器212嵌入到流體埠218和流體埠 220之間的活塞206的內部。因此，轉換器212可通過流體埠 218和流體埠 220分別感測頭端腔室和杆端腔室內工作流體作用於活塞206上的壓力。根據一個實施例，流體埠 218和流體埠 220可以連接在一起，以形成活塞206內的通孔，使一些工作流體可流過轉換器212。
[0016]在一個實施例中，轉換器212可以是配置為將壓力差轉化為電流的變換器。因此，通過轉換器212可將工作流體施加在活塞206上的壓力轉換成電流。例如，在液壓缸200的延伸期間，工作流體可以從活塞206的杆端側上的腔室流出，同時進入活塞206的頭端側上的腔室。活塞206兩側上的腔室中的壓力可以有差別，轉換器212可以配置為確定壓力差並通過埠 218和埠 220將兩個腔室內的工作流體的壓力轉換為電流。從而，轉換器212可確定經過活塞206的壓力差並基於兩個腔室間的壓力差產生電流。換言之，轉換器212可把工作流體的機械能/壓力轉化成電流。在一個實施例中，通過使用電容器、充電電池，能將一些電流暫時存儲在轉換器212內。
[0017]來自轉換器212的電流可轉移至發射器214。發射器214可設置於活塞206的本體內。發射器214可以配置為接收由轉換器212根據壓力差產生的電流，以便基於電流產生和傳輸信號222。信號222可以為方波、正弦波、三角波，或一個或多個不同頻率或振幅(例如超聲頻率、無線電頻率等等)的類似脈衝波。信號222可通過液壓缸200的多個部件從發射器222傳播至接收器216。如圖2所示，例如，信號222可穿過活塞206然後單向通過杆208。在另一實施例中，信號222可穿過活塞206，通過杆208，然後通過杆密封部或磨損帶(未在圖中不出)、蓋子210，然後從汽缸體204輸出。另一種方式可以為:通過活塞206、活塞密封部(未在圖中不出)，然後以相對於活塞206位置的兩個方向從汽缸體204輸出。在另一實施例中，信號222可穿過工作流體。信號222可以載送由轉換器212確定的活塞206的位置信息。換言之，轉換器212可確定壓力差並把壓力差轉化為電流。發射器214可接收電流而且產生與電流相對應的信號222，以指示活塞206的位置。指示活塞206位置的信號222，可從發射器214傳遞至接收器216。
[0018]接收器216可接收信號222。接收器216可安裝在汽缸體204的外側的不同位置處。如圖2所示，接收器216可安裝在杆208附近，這樣接收器216接收通過杆208、通過汽缸體204或通過兩者傳輸的信號222。在另一個實施例中，接收器216可安裝在汽缸體204的頭端和杆端附近。
[0019]在本公開的一個方面中，接收器216可從信號222確定活塞206的位置信息並將該信息傳遞至控制模塊(未示出)。在本構思的一個方面，信號222通過使用算法或公式可被解碼，以通過控制模塊確定出活塞206的位置。在本構思的另一個方面，控制模塊訪問含有信號的預定值的預存儲表。通過接收器216接收的信號222可與預存儲表中的信號的預定值進行比較。預存儲表中的每個信號可對應一個壓力差，每個壓力差依次可對應活塞206的一個特殊位置，由此便可確定出汽缸體204內的活塞206的位置。依賴於應用和環境因素，接收器216與控制模塊的連接可以是有線的，也可以是無線的。
[0020]工業實用性
[0021]本公開所述的液壓缸200的位置傳感器組件202可用於施工和採礦設備，例如挖掘機、輪式裝載機、反鏟裝載機、推土機、叉式裝載機、分類機、刮運機等等。在公開的特定的實施例中，活塞206中的位置傳感器組件202用於確定活塞206的位置。位置傳感器組件202可用於實施自動控制系統，該自動控制系統用於升降或傾斜某一工作元件如動臂112、鏟鬥柄114和作業工具116。自動控制系統提高了效率並提高了定位作業工具116時的操作的準確度，並且可以通過簡化作業工具116的操作來減少操作者疲勞。
[0022]在典型的挖掘操作中，操作者必須監視作業工具116的深度以控制挖掘操作。為了挖掘到特定的深度，操作者需要作業工具116的當前位置數據。基於當前位置數據，可計算活塞206或杆208的當前位移。如果操作者不得不再挖掘深一些，需要延伸杆208。在延伸之前，可先確定活塞206的位置，然後發出所需的延伸指令。在液壓缸-活塞組件伸展期間，工作流體流過埠流入汽缸體204的頭端腔室，朝向汽缸體204的杆端腔室推動活塞206，同時杆端腔室中的工作流體流出汽缸體204。設置在活塞206內部的轉換器212檢測兩個腔室間的壓力差並將壓力差轉化為供給到發射器214的電流。發射器214接收電流並基於電流產生信號222。此信號222可通過發射器214傳輸至接收器216。信號222可被進一步通過接收器216傳遞至控制模塊。使用無線傳輸通道，通過汽缸體204、活塞206以及杆208將信號222從發射器214傳輸至接收器216可為本實用新型的優點。傳輸可為超聲波等等，該傳輸具有提供流線型的數據傳輸，不受典型的工地的振動和極端環境條件影響的優點。控制模塊基於信號222確定活塞206的位置，並監督作業工具在機器操作時的運動。根據本實用新型的一個方面，轉換器212也可配置為確定汽缸體204中的環境溫度和汽缸204中的活塞206的速度。如上所述，這種環境溫度和速度的輸入可轉換為信號222並且傳輸至控制模塊。
[0023]根據本實用新型所述附圖、說明書、及權利要求書可獲得其它的特徵、優點及目的。
【權利要求】
1.一種液壓缸中的位置傳感器組件，所述液壓缸具有附接至設置在汽缸體內部的杆的活塞的汽缸體，其特徵在於，所述位置傳感器組件包括: 壓力-電能轉換器，其設置在所述活塞的內部，配置為確定所述汽缸體內部活塞相對兩側上工作流體的壓力差，並把所述壓力差轉化成電流； 發射器，其設置在所述活塞內，配置為: 接收來自所述壓力-電能轉換器的電流； 基於所述電流產生信號；和 通過所述液壓缸傳輸所述信號；以及 接收器，其設置在所述液壓缸上，配置為接收來自所述發射器的所述信號，其中所述信號用於確定所述活塞的位置。
【文檔編號】F15B15/20GK204140543SQ201420562851
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2013年10月3日
【發明者】M·C·蘇博特 申請人:卡特彼勒公司