技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種無閥電液作動器，其屬于電靜液動作器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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作動器是目前普遍使用的一種功率電傳的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，就要求機(jī)載作動器逐漸向著小體積、高頻響、大功率密度的方向發(fā)展。電靜液作動器是一種實(shí)現(xiàn)功率電傳的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，智能材料具有體積小、能量密度高、響應(yīng)快等特點(diǎn)，不斷被應(yīng)用于作動器的設(shè)計與制造中。但智能材料的缺點(diǎn)在于位移過小，單次位移僅為微米級。因此，如何實(shí)現(xiàn)智能材料的位移放大，對智能材料驅(qū)動的電靜液作動器的發(fā)展具有重大意義。在電靜液作動器中，大多采用被動式換向閥，例如，采用懸臂梁式閥片，閥片出口直接與液壓缸兩個油口相連，閥片的開合通過兩側(cè)油液的壓差來控制。但被動閥式電靜液作動器會受到被動閥片開關(guān)頻率的限制從而無法做到高頻，輸出流量受到限制。

在智能材料電靜液作動器中，正確認(rèn)識輸入的位移與輸出的流量、壓力之間的關(guān)系可以更好地認(rèn)識作動器的內(nèi)部原理，因此在作動器工作的同時可以同步測得智能材料的位移與力對認(rèn)識作動器的內(nèi)部原理、提高作動器的工作性能具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種無閥電液作動器,能夠提高輸出流量、測試的同步性和錐形管的互換性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案有：一種無閥電液作動器，包括智能材料驅(qū)動電—機(jī)轉(zhuǎn)換器、泵頭、液壓缸、可替換錐形管模塊；

所述智能材料驅(qū)動電—機(jī)轉(zhuǎn)換器包括外殼、安裝于外殼內(nèi)第一智能材料環(huán)形疊堆與第二智能材料環(huán)形疊堆、安裝于外殼上端的預(yù)緊端蓋、安裝于外殼下端的底座、安裝于預(yù)緊端蓋內(nèi)部的輸出桿、安裝于輸出桿下方的導(dǎo)向板、安裝在第一智能材料環(huán)形疊堆與第二智能材料環(huán)形疊堆之間的u型套筒、安裝在預(yù)緊端蓋和輸出桿之間的預(yù)壓碟簧、安裝在輸出桿上的測試伸出桿和測試頭；

所述可替換錐形管模塊包括油路塊、嵌入在油路塊內(nèi)部的第一圓柱形錐管和第二圓柱形錐管、與油路塊相連的第一錐管蓋和第二錐管蓋，所述第一圓柱形錐管與第一錐管蓋、第二圓柱形錐管與第二錐管蓋分別壓緊，所述油路塊下端面與泵頭相連接，上端面與液壓缸相連接。

進(jìn)一步地，所述預(yù)緊端蓋與外殼上端內(nèi)壁面螺紋連接，導(dǎo)向板與外殼內(nèi)壁面螺紋連接，所述底座通過螺栓方式安裝于外殼下端，輸出桿與導(dǎo)向板內(nèi)壁表面面接觸，所述輸出桿下端面與第二智能材料環(huán)形疊堆上端面面接觸，第二智能材料環(huán)形疊堆下端面與u型套筒內(nèi)下端面面接觸，所述u型套筒外上端面與第二智能材料環(huán)形疊堆上面面接觸，第二智能材料環(huán)形疊堆與底座上表面接觸。

進(jìn)一步地，所述預(yù)緊端蓋在旋緊的情況下壓縮預(yù)壓碟簧使其產(chǎn)生預(yù)壓力，壓力傳遞給下端的輸出桿，輸出桿將壓力傳遞給其下端的第二智能材料環(huán)形疊堆，使第二智能材料環(huán)形疊堆具有一定預(yù)壓力，第二智能材料環(huán)形疊堆將剩余壓力傳遞給其下部的u型套筒的內(nèi)部，所述u型套筒通過其外部邊緣與第一智能材料環(huán)形疊堆的上端接觸的部分將壓力傳遞給第一智能材料環(huán)形疊堆，使第一智能材料環(huán)形疊堆具有一定的預(yù)壓力，第一智能材料環(huán)形疊堆下端與底座相接觸，以使第一智能材料環(huán)形疊堆與第二智能材料環(huán)形疊堆同時具有預(yù)壓力。

進(jìn)一步地，所述第一智能材料環(huán)形疊堆的內(nèi)壁直徑比第二智能材料環(huán)形疊堆的外壁直徑大，所述第一智能材料環(huán)形疊堆與第二智能材料環(huán)形疊堆在同相位正弦偏置電壓的驅(qū)動下，第一智能材料環(huán)形疊堆的伸長帶動u型套筒向上運(yùn)動，處于u型套筒內(nèi)部的第二智能材料環(huán)形疊堆在跟隨u型套筒向上運(yùn)動的同時自身也會伸長，以達(dá)到增大電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的位移。

進(jìn)一步地，在所述u型套筒下端有兩個孔，一個圓弧狀的孔在u型套筒底端的邊緣上，以便于第二智能材料環(huán)形疊堆的導(dǎo)線引出進(jìn)而與電源連接；一個圓孔在中間，一個圓孔在u型套筒底端的中心，使連接在輸出桿上的測試伸出桿從這個圓孔伸出并與外面的測試頭相連

進(jìn)一步地，在所述輸出桿下端面設(shè)有螺紋孔，所述測試伸出桿上下兩端有旋向相同的螺紋，輸出桿下端面的螺紋孔與測試伸出桿上端螺紋相連，所述測試頭上端設(shè)置的螺紋孔與測試伸出桿下端的螺紋相連，所述輸出桿輸出的位移與測試頭的位移相同，以使得在作動器工作的狀態(tài)下同步檢測第一智能材料環(huán)形疊堆與第二智能材料環(huán)形疊堆共同輸出的位移。

進(jìn)一步地，所述外殼上端安裝有泵罩，泵罩上端安裝有泵頭，在泵罩與泵頭之間安裝有彈性膜片，所述彈性膜片上端和下端分別安裝活塞和活塞頭，所述泵頭與活塞之間留有泵腔；

所述泵罩下端內(nèi)壁表面與外殼上端外壁表面螺紋連接，泵罩上端內(nèi)壁表面與泵頭下端外壁表面面接觸并通過螺栓連接，所述彈性膜片在活塞和活塞頭之間，并通過內(nèi)六角螺釘與活塞和活塞頭連接成一體；

所述油路塊的右端接有蓄能器，泵頭與油路塊通過內(nèi)六角螺栓連接，泵頭與油路塊之間相通的油口的接口處設(shè)有密封圈；

所述油路塊下端與泵頭用6個內(nèi)六角頭螺栓緊固，油路塊上端與液壓缸用4個內(nèi)六角頭螺栓相連，所述第一圓柱形錐管和第二圓柱形錐管嵌入在油路塊內(nèi)部，所述第一圓柱形錐管和第二圓柱形錐管的上端與油路塊之間設(shè)有密封圈，所述第一錐管蓋和第二錐管蓋與油路塊的下端通過內(nèi)六角沉頭螺釘連接，并且第一錐管蓋與第一圓柱形錐管、第二錐管蓋與第二圓柱形錐管之間分別形成壓緊力，所述第一錐管蓋與第一圓柱形錐管之間設(shè)有密封圈，第二錐管蓋與第二圓柱形錐管之間設(shè)有密封圈。

進(jìn)一步地，所述第一圓柱形錐管中心的孔分為三段，上段孔是等直徑的孔，中間段孔是從上到下直徑呈線性變小的孔，下段孔是等直徑的孔，第一圓柱形錐管的上段孔的直徑比第一圓柱形錐管的下段孔的直徑小。

進(jìn)一步地，所述第二圓柱形錐管中心的孔分為三段，上段孔是等直徑的孔，中間段孔是從上到下直徑呈線性變大的孔，下段孔是等直徑的孔，第二圓柱形錐管的上段孔的直徑比第二圓柱形錐管的下段孔的直徑大。

進(jìn)一步地，所述輸出桿上面部分為圓柱型結(jié)構(gòu)，并鉆有螺紋孔，中間部分為圓盤形結(jié)構(gòu)，并在周圍鉆有四個圓柱型孔，下面部分為圓柱形結(jié)構(gòu)，并在底部圓柱形中心鉆有螺紋孔，所述導(dǎo)向板上鉆有兩個螺紋孔。

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明無閥電液作動器中第一智能材料環(huán)形疊堆與德瑞智能材料環(huán)形疊堆在同時伸長時，第一智能材料環(huán)形疊堆的伸長會帶動u型套筒向上運(yùn)動，處于u型套筒內(nèi)部的第二智能材料環(huán)形疊堆在跟隨u型套筒向上運(yùn)動的同時自身也會伸長，第二智能材料環(huán)形疊堆通過輸出桿帶動活塞往復(fù)運(yùn)動，從而達(dá)到增大電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的位移的目的；本發(fā)明提供的無閥電液作動器，在輸出桿的下端通過螺紋連接的測試伸出桿以及與測試伸出桿下端用螺紋連接的測試頭可以在作動器工作的同時同步測得輸出桿的位移，從而準(zhǔn)確了解作動器的工作狀態(tài)，即提高了測試的同步性。

附圖說明：

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的無閥電液作動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的輸出桿與活塞連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的可替換錐形管模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的油路塊的三維示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一錐形管和第二錐形管的三維示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的套筒的三維示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的泵頭的三維示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種無閥電液作動器，包括：智能材料驅(qū)動電—機(jī)轉(zhuǎn)換器、泵頭19、液壓缸18、可替換錐形管模塊。

智能材料驅(qū)動電—機(jī)轉(zhuǎn)換器包括外殼5、安裝于外殼5內(nèi)第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3、安裝于外殼5上端的預(yù)緊端蓋9、安裝于外殼5下端的底座1、安裝于預(yù)緊端蓋9內(nèi)部的輸出桿7、安裝于輸出桿7下方的導(dǎo)向板6、安裝在第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3之間的u型套筒4、安裝在預(yù)緊端蓋9和輸出桿7之間的預(yù)壓碟簧8、安裝在輸出桿7上的測試伸出桿21和測試頭22。

可替換錐形管模塊包括油路塊17、嵌入在油路塊17內(nèi)部的第一圓柱形錐管14和第二圓柱形錐管16、與油路塊17相連的第一錐管蓋13和第二錐管蓋15，第一圓柱形錐管14與第一錐管蓋13、第二圓柱形錐管16與第二錐管蓋15分別壓緊。油路塊17的下端面與泵頭19相連接，上端面與液壓缸18相連接。

預(yù)緊端蓋9與外殼5上端內(nèi)壁面螺紋連接，導(dǎo)向板6與外殼5內(nèi)壁面螺紋連接，底座1通過螺栓方式安裝于外殼5下端，輸出桿7與導(dǎo)向板6內(nèi)壁表面面接觸，輸出桿7下端面與第二智能材料環(huán)形疊堆3上端面面接觸，第二智能材料環(huán)形疊堆3下端面與u型套筒4內(nèi)下端面面接觸，u型套筒4外上端面與第二智能材料環(huán)形疊堆3上面面接觸，第二智能材料環(huán)形疊堆3與底座1上表面接觸。

預(yù)緊端蓋9在旋緊的情況下壓縮預(yù)壓碟簧8使其產(chǎn)生預(yù)壓力，壓力傳遞給下端的輸出桿7，輸出桿7將壓力傳遞給其下端的第二智能材料環(huán)形疊堆3，使第二智能材料環(huán)形疊堆3具有一定預(yù)壓力，第二智能材料環(huán)形疊堆3將剩余壓力傳遞給其下部的u型套筒4的內(nèi)部，u型套筒4通過其外部邊緣與第一智能材料環(huán)形疊堆2的上端接觸的部分將壓力傳遞給第一智能材料環(huán)形疊堆2，使第一智能材料環(huán)形疊堆2具有一定的預(yù)壓力，第一智能材料環(huán)形疊堆2下端與底座1相接觸，從而使第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3同時具有預(yù)壓力。

在輸出桿7下端面設(shè)有螺紋孔，測試伸出桿21上下兩端有旋向相同的螺紋，輸出桿7下端面有螺紋孔與測試伸出桿21上端螺紋相連，測試頭22上端的螺紋孔與測試伸出桿21下端的螺紋相連，輸出桿7輸出的位移與測試頭22的位移相同，可以在作動器工作的狀態(tài)下同步檢測第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3共同輸出的位移。

外殼5上端安裝有泵罩20，泵罩20上端安裝有泵頭19，在泵罩20與泵頭19之間安裝有彈性膜片10，彈性膜片10上端和下端分別安裝活塞11和活塞頭12，泵頭19與活塞11之間留有泵腔。

泵罩20下端內(nèi)壁表面與外殼5上端外壁表面螺紋連接，泵罩20上端內(nèi)壁表面與泵頭19下端外壁表面面接觸并通過螺栓連接，彈性膜片10在活塞11和活塞頭12之間，并通過內(nèi)六角螺釘與活塞11和活塞頭12連接成一體。

油路塊17的右端接有蓄能器，泵頭19與油路塊17通過內(nèi)六角螺栓連接，泵頭19與油路塊17之間相通的油口的接口處設(shè)有密封圈。

油路塊17下端與泵頭19用6個內(nèi)六角頭螺栓緊固，油路塊17上端與液壓缸18用4個內(nèi)六角頭螺栓相連，第一圓柱形錐管14和第二圓柱形錐管16嵌入在油路塊17內(nèi)部，第一圓柱形錐管14和第二圓柱形錐管16的上端與油路塊17之間設(shè)有密封圈，第一錐管蓋13和第二錐管蓋15與油路塊17的下端通過內(nèi)六角沉頭螺釘連接，并且第一錐管蓋13與第一圓柱形錐管14、第二錐管蓋15與第二圓柱形錐管16之間分別形成壓緊力，第一錐管蓋13與第一圓柱形錐管14之間設(shè)有密封圈，第二錐管蓋15與第二圓柱形錐管16之間設(shè)有密封圈。

第一圓柱形錐管14中心的孔分為三段，上段孔是等直徑的孔，中間段孔是從上到下直徑呈線性變小的孔，下段孔是等直徑的孔，第一圓柱形錐管14的上段孔的直徑比第一圓柱形錐管14的下段孔的直徑小。

第二圓柱形錐管16中心的孔分為三段，上段孔是等直徑的孔，中間段孔是從上到下直徑呈線性變大的孔，下段孔是等直徑的孔，第二圓柱形錐管16的上段孔的直徑比第二圓柱形錐管16的下段孔的直徑大。

輸出桿7上面部分為圓柱型結(jié)構(gòu)，并鉆有螺紋孔，中間部分為圓盤形結(jié)構(gòu)，并在周圍鉆有四個圓柱型孔，下面部分為圓柱形結(jié)構(gòu)，并在底部圓柱形中心鉆有螺紋孔，導(dǎo)向板6上鉆有兩個螺紋孔。

本發(fā)明無閥電液作動器，的大致工作原理包括：第一智能材料環(huán)形疊堆2的內(nèi)壁直徑比第二智能材料環(huán)形疊堆3的外壁直徑大，第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3安裝于外殼5內(nèi)，二者之間由u型套筒4連接，第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3在同相位正弦偏置電壓的驅(qū)動下，使第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3產(chǎn)生以預(yù)伸長量為初始位置的變化伸縮。當(dāng)?shù)谝恢悄懿牧檄h(huán)形疊堆2伸長時，會帶動u型套筒4向上運(yùn)動，處于u型套筒4內(nèi)部的第二智能材料環(huán)形疊堆3在跟隨u型套筒4向上運(yùn)動的同時自身也會伸長，從而達(dá)到位移放大的目的，此時第二智能材料環(huán)形疊堆3推動輸出桿7上移，活塞11壓縮泵腔，推動油液運(yùn)動，第一圓柱形錐管14與第二圓柱形錐管16同時出油，但二者由于流動阻力不同從而使進(jìn)入液壓缸18入口一側(cè)比進(jìn)入液壓缸18出口一側(cè)的流量多，液壓缸18往一側(cè)運(yùn)動，多余的油會儲存在與油路塊17相連的蓄能器中，當(dāng)?shù)谝恢悄懿牧檄h(huán)形疊堆2的縮短時，由于預(yù)壓碟簧8的壓力使u型套筒4向下運(yùn)動，處于u型套筒4內(nèi)部的第二智能材料環(huán)形疊堆3在預(yù)壓碟簧8的壓力下跟隨u型套筒4向下運(yùn)動的同時自身也會縮短，達(dá)到位移放大的目的，此時輸出桿7與活塞11向下運(yùn)動，泵腔容積擴(kuò)大，產(chǎn)生局部真空，使油液流回泵腔，第一圓柱形錐管14與第二圓柱形錐管16同時回油，但二者由于流動阻力不同從而液壓缸18入口一側(cè)比液壓缸18出口一側(cè)回到泵腔的流量少，從而在泵腔回油時液壓缸18的運(yùn)動方向與泵腔壓油時液壓缸18的運(yùn)動方向相同，儲存在蓄能器中的油同時也釋放回到泵腔，從而液壓缸18一直向同一側(cè)運(yùn)動。

預(yù)壓力施加與調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)：如圖2所示，機(jī)械調(diào)節(jié)時，旋轉(zhuǎn)預(yù)緊端蓋9，端蓋通過壓縮預(yù)壓碟簧8產(chǎn)生預(yù)壓力，壓力傳遞給下端的輸出桿7，輸出桿7將壓力傳遞給其下端的第二智能材料環(huán)形疊堆3，使第二智能材料環(huán)形疊堆3具有一定預(yù)壓力，第二智能材料環(huán)形疊堆3將剩余壓力傳遞給其下部的u型套筒4的內(nèi)部，u型套筒4通過其外部邊緣與第一智能材料環(huán)形疊堆2的上端接觸的部分將壓力傳遞給第一智能材料環(huán)形疊堆2，使第一智能材料環(huán)形疊堆2具有一定的預(yù)壓力，第一智能材料環(huán)形疊堆2下端與底座1相接觸，從而使第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3同時具有預(yù)壓力。

增大電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的位移結(jié)構(gòu)：如圖2所示，第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3安裝于外殼5內(nèi)，二者之間由u型套筒4連接，第一智能材料環(huán)形疊堆2與第二智能材料環(huán)形疊堆3在同相位正弦偏置電壓的驅(qū)動下，第一智能材料環(huán)形疊堆2的伸長會帶動u型套筒4向上運(yùn)動，處于u型套筒4內(nèi)部的第二智能材料環(huán)形疊堆3在跟隨u型套筒4向上運(yùn)動的同時自身也會伸長，從而達(dá)到增大電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的位移的目的。

輸出桿與活塞連接結(jié)構(gòu)：如圖2所示，通過輸出桿7上鉆有螺紋孔，活塞頭12下端有定位凹槽，通過螺栓連接能夠有效的保證活塞11的定位精度。并且，現(xiàn)有的超磁致伸縮電靜液作動器其輸出桿與活塞采用螺紋連接，不能保證活塞的定位精度，本發(fā)明在輸出桿7上鉆有螺紋孔，活塞11下端有定位凹槽，通過螺栓連接能夠有效的保證活塞11的定位精度。

同步測試結(jié)構(gòu)：如圖2和圖6所示，在u型套筒4下端有兩個孔，一個圓弧狀的孔在u型套筒底端的邊緣上，是為了方便第二智能材料環(huán)形疊堆3的導(dǎo)線引出進(jìn)而與電源連接；一個圓孔在u型套筒底端的中心，使連接在輸出桿7上的測試伸出桿21從這個圓孔伸出并與外面的測試頭22相連，在輸出桿7下方安裝了測試伸出桿21和測試頭22，實(shí)現(xiàn)了通過測試頭22可以在作動器工作的同時獲知輸出桿7和活塞11輸出位移的大小，從而準(zhǔn)確了解動作器的工作性能。

可替換錐形管結(jié)構(gòu)：如圖3～5所示，圖4所示油路塊17內(nèi)部有可放置圖5所示第一圓柱形錐管14和第二圓柱形錐管16的方形槽，圖5所示的第一圓柱形錐管14和第二圓柱形錐管16的底部分別有4個四分之一圓形的凹槽，這是為了方便將第一圓柱形錐管14和第二圓柱形錐管16從油路塊17上拆卸下來。第一圓柱形錐管14和第二圓柱形錐管16的上端與油路塊17之間設(shè)有密封圈，所述第一錐管蓋13和第二錐管蓋15與油路塊17的下端通過內(nèi)六角沉頭螺釘連接，并且第一錐管蓋13與第一圓柱形錐管14、第二錐管蓋15與第二圓柱形錐管16之間分別形成壓緊力，第一錐管蓋13與第一圓柱形錐管14之間設(shè)有密封圈，第二錐管蓋15與第二圓柱形錐管16之間設(shè)有密封圈，第一圓柱形錐管14和第一圓柱形錐管16有多個，其角度、長度和開口直徑有多個，可以在將第一錐管蓋13和第二錐管蓋15拆下時替換成其他尺寸的錐形管，從而提高了圓柱形錐管互換性。

在電靜液作動器中，大多采用被動式換向閥，例如，采用懸臂梁式閥片，閥片出口直接與液壓缸兩個油口相連，閥片的開合通過兩側(cè)油液的壓差來控制。但被動閥式電靜液作動器會受到被動閥片開關(guān)頻率的限制從而無法做到高頻，輸出流量受到限制。而錐形管無閥的結(jié)構(gòu)可以有效避開閥片固有頻率的限制，提高作動器整體的工作頻率。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。