本发明属于液压伺服执行元件领域，更具体地，涉及一种可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸。
背景技术：
双作用液压缸是指能由活塞的两侧输入压力油的液压缸。现有的双作用对称液压缸多为双出杆，在工作时，液压缸两端均有活塞杆伸出，因此所要求的工作空间较大，在仅有单侧有负载时，液压缸另一端的空间被浪费。
当负载为竖直方向时，现有双作用对称液压缸极大提高了安装高度或需在地底打孔，且进行对称控制时需额外配备液压缸平衡重力，极大地浪费了空间资源和财力资源。然而在要求负载在竖直方向进行往复对称运动的场合，由于平衡重力后，对称液压缸便于控制，控制算法简单易行；控制系统的测量和指令不需要进行换算，从而控制精度更高；伺服阀不需要配用非对称定制阀，成本更低等特性，对称液压缸的需求量大。
因此，针对上述需求，设计一种空间体积小、安全、低成本、高精度、便于控制且集驱动和平衡重力为一体的对称液压缸，对于液压系统体积的减小、成本的降低、负载运动的精确控制和控制算法的优化具有十分重要意义和工程应用价值。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其中缸筒与中空活塞杆之间的环形截面面积等于缸内油管的外圆截面面积，从而保证第一工作腔和第二工作腔有效作用面积相等，实现对称往复运动，同时设置第三工作腔用于平衡重力，能够有效提高运动控制的精确性并减小安装空间。
为实现上述目的，本发明提出了一种可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其包括缸筒、顶部端盖、底部端盖、中空活塞杆、活塞和缸内油管，其中：所述缸筒竖直放置，其上方通过所述顶部端盖进行密封，其下方通过所述底部端盖进行密封；所述中空活塞杆穿过所述顶部端盖进入所述缸筒的内部，其下端与所述活塞连接，以带动所述活塞上下运动；所述缸内油管穿过所述活塞进入所述中空活塞杆的内部；
所述中空活塞杆与缸筒之间的空间构成第一工作腔，并与所述顶部端盖上的第一工作口连通；所述缸内油管的内部空间构成第二工作腔，并与所述底部端盖上的第二工作口连通；所述缸筒与中空活塞杆之间的环形截面面积等于所述缸内油管的外圆截面面积，以保证所述活塞运动的对称性；所述缸内油管与缸筒之间的空间构成第三工作腔，并与所述缸筒上的第三工作口连通，用于平衡负载重力。
作为进一步优选地，所述顶部端盖的下端设置有环形凹槽，同时所述活塞的上端设置有环形凸台，两者相互配合形成间隙节流,用于上行行程末端缓冲。
作为进一步优选地，所述底部端盖的上端设置有环形凹槽，同时所述活塞的下端设置有环形凸台，两者相互配合形成间隙节流,用于下行行程末端缓冲。
作为进一步优选地，所述中空活塞杆与顶部端盖之间设置有顶部端盖密封。
作为进一步优选地，所述活塞与缸筒之间设置有活塞密封。
作为进一步优选地，所述缸内油管与活塞之间设置有活塞内密封。
作为进一步优选地，所述缸内油管的顶部设有导向法兰，同时该导向法兰的下部设有补油孔。
作为进一步优选地，所述缸内油管的长度大于所述缸筒的长度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明提供了一种可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其中缸筒与中空活塞杆之间的环形截面面积等于缸内油管的外圆截面面积，从而保证第一工作腔和第二工作腔有效作用面积相等，当第一工作腔和第二工作腔分别输入相同压力和流量的油液，能够在活塞上产生相同的作用力和往返速度，实现对称往复运动，并且与传统双作用双出杆液压缸相比所需安装空间较小，同时本发明在下方设置第三工作腔用于平衡重力，不需要额外配置液压缸，故对于该液压缸运动可采用对称伺服阀进行控制，控制精度更高，适用于需平衡重力且对空间要求严格的对称往复运动液压伺服系统；
2.尤其是，本发明通过在顶部端盖和底部端盖上设置环形凹槽，并在活塞的上下两端设置相配合的环形凸台，以此形成间隙节流，用于减小形成末端的冲击，有效提高双作用单出杆对称液压缸的安全性；
3.此外，本发明通过设置顶部端盖密封、活塞内密封和活塞密封，能够有效提高液压缸的密封性。
附图说明
图1是按照本发明优选实施例构建的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-中空活塞杆，2-顶部端盖密封，3-顶部端盖，4-缸筒，5-活塞内密封，6-活塞，7-活塞密封，8-缸内油管，9-底部端盖，10-第一工作口，11-第一工作腔，12-第二工作腔，13-第三工作腔，14-第三工作口，15-第二工作口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供了一种可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其包括缸筒4、顶部端盖3、底部端盖9、中空活塞杆1、活塞6和缸内油管8，其中：缸筒4呈圆筒状并且竖直放置，其上方通过顶部端盖3进行密封，其下方通过底部端盖9进行密封；底部端盖9为圆柱状结构，其轴线部位有一盲孔，周向有一孔与该盲孔相贯相交，轴线相互垂直，以此构成第二工作口15；中空活塞杆1穿过顶部端盖3进入缸筒4的内部，其下端与活塞6连接，以带动活塞6上下运动；缸内油管8呈圆筒状并穿过活塞6进入中空活塞杆1的内部；
中空活塞杆1与缸筒4之间的空间构成第一工作腔11，并与顶部端盖3上的第一工作口10连通；缸内油管8的内部空间构成第二工作腔12，并与底部端盖9上的第二工作口15连通；缸筒4与中空活塞杆1之间的环形截面面积等于缸内油管8的外圆截面面积，以保证活塞6运动的对称性；缸内油管8与缸筒4之间的空间构成第三工作腔13，并与缸筒4上靠近底端的第三工作口14连通，用于平衡负载重力。
进一步，顶部端盖3的下端设置有环形凹槽，同时活塞6的上端设置有环形凸台，两者相互配合形成间隙节流；底部端盖9的上端设置有环形凹槽，同时活塞6的下端设置有环形凸台，两者相互配合形成间隙节流。
进一步，中空活塞杆1与顶部端盖3之间设置有顶部端盖密封2；活塞6与缸筒4之间设置有活塞密封7；缸内油管8与活塞6之间设置有活塞内密封5。
进一步，缸内油管8的顶部设有导向法兰，同时该导向法兰的下部设有补油孔。并且缸内油管8的长度大于缸筒4的长度，保证行程能够到达缸筒底部。
本发明提供的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸的工作过程为：
第一工作口10、第二工作口15分别连通伺服阀a、b口，第三工作口14连接恒压源。第二工作口15供油时，第一工作口10接通油箱，中空活塞杆1在液压油压力的作用下向上伸出；反之，第一工作口10供油时，第二工作口15接通油箱，中空活塞杆1在液压油压力的作用下向下缩回。工作时，调定恒压源压力，使得第三工作腔13输出力和重力平衡，且保持台架处于运动的中位；随后根据控制指令开启伺服阀，控制系统运动。由于中空活塞杆1和缸筒4形成的环形面积等于缸内油管8横截面外圆面积，第一工作口10、第二工作口15分别输入相同压力和流量的油液时，中空活塞杆1上产生的推力和往返速度也相等，其运动具有较强的对称性。
本发明设置了第三工作腔13即平衡腔，工作时平衡负载重力，减少了系统平衡重力所需液压缸数量，有效降低了成本；活塞杆为单出杆，有效解决了对称缸双出杆占用空间大的问题；而单出杆缸伸出缩回的对称性解决了单出杆双作用液压缸对称控制必须采用特种伺服阀，从而增加成本的问题；同时，由于液压缸和阀均为对称结构形式，测量的位移数据转换为指令数据时所需的计算步骤减少，可有效减小控制误差。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，该液压缸包括缸筒(4)、顶部端盖(3)、底部端盖(9)、中空活塞杆(1)、活塞(6)和缸内油管(8)，其中：所述缸筒(4)竖直放置，其上方通过所述顶部端盖(3)进行密封，其下方通过所述底部端盖(9)进行密封；所述中空活塞杆(1)穿过所述顶部端盖(3)进入所述缸筒(4)的内部，其下端与所述活塞(6)连接，以带动所述活塞(6)上下运动；所述缸内油管(8)穿过所述活塞(6)进入所述中空活塞杆(1)的内部；
所述中空活塞杆(1)与缸筒(4)之间的空间构成第一工作腔(11)，并与所述顶部端盖(3)上的第一工作口(10)连通；所述缸内油管(8)的内部空间构成第二工作腔(12)，并与所述底部端盖(9)上的第二工作口(15)连通；所述缸筒(4)与中空活塞杆(1)之间的环形截面面积等于所述缸内油管(8)的外圆截面面积，以保证所述活塞(6)运动的对称性；所述缸内油管(8)与缸筒(4)之间的空间构成第三工作腔(13)，并与所述缸筒(4)上的第三工作口(14)连通，用于平衡负载重力。
2.如权利要求1所述的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，所述顶部端盖(3)的下端设置有环形凹槽，同时所述活塞(6)的上端设置有环形凸台，两者相互配合形成间隙节流,用于上行行程末端缓冲。
3.如权利要求1所述的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，所述底部端盖(9)的上端设置有环形凹槽，同时所述活塞(6)的下端设置有环形凸台，两者相互配合形成间隙节流,用于下行行程末端缓冲。
4.如权利要求1所述的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，所述中空活塞杆(1)与顶部端盖(3)之间设置有顶部端盖密封(2)。
5.如权利要求1所述的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，所述活塞(6)与缸筒(4)之间设置有活塞密封(7)。
6.如权利要求1所述的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，所述缸内油管(8)与活塞(6)之间设置有活塞内密封(5)。
7.如权利要求1所述的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，所述缸内油管(8)的顶部设有导向法兰，同时该导向法兰的下部设有补油孔。
8.如权利要求1～7任一项所述的可平衡重力的双作用单出杆对称液压缸，其特征在于，所述缸内油管(8)的长度大于所述缸筒(4)的长度。
技术总结