液壓缸中的位置傳感器組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種液壓缸中的位置傳感器組件，用于具有活塞和活塞桿的液壓缸。該位置傳感器組件包括壓力-電能轉(zhuǎn)換器、發(fā)射器和接收器。壓力-電能轉(zhuǎn)換器設(shè)置在活塞內(nèi)。壓力-電能轉(zhuǎn)換器配置為確定活塞兩側(cè)的壓力并把確定的壓力差轉(zhuǎn)化成電流。通過發(fā)射器接收電流，并且發(fā)射器因此產(chǎn)生信號。信號通過液壓缸無線傳輸至接收器。設(shè)置在液壓缸上的接收器通過液壓缸的多個部件接收信號。該信號用于確定活塞的位置。本實(shí)用新型提供了一種保護(hù)于活塞自身內(nèi)并使用汽缸內(nèi)感測的數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)奈恢脗鞲衅鹘M件。
【專利說明】液壓缸中的位置傳感器組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于感測液壓缸中活塞位置的位置傳感器組件。

【背景技術(shù)】
[0002]液壓缸-活塞組件用于一些工業(yè)應(yīng)用場合(例如施工、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦和挖掘)的不同類型的機(jī)器中。不同類型的機(jī)器可包括輪式裝載機(jī)、挖掘機(jī)、履帶式拖拉機(jī)、農(nóng)用拖拉機(jī)、起重機(jī)、鋪路機(jī)、推土機(jī)，等等。傳統(tǒng)地，操作者基于目測控制液壓缸-活塞組件。僅僅通過目測可能給不出準(zhǔn)確的輸出并可能損害設(shè)備。根據(jù)預(yù)定義的運(yùn)行周期可以自動控制這種液壓缸-活塞組件。此外，為了實(shí)現(xiàn)這種自動控制，需要確定活塞的位置/速度以便實(shí)現(xiàn)有效和平穩(wěn)地運(yùn)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(yīng)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，液壓缸可以暴露于苛刻的環(huán)境條件中。例如，在特定運(yùn)行周期內(nèi)，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(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種受到保護(hù)以免受液壓缸中苛刻的環(huán)境條件影響的汽缸位置傳感器組件。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種用于液壓缸的位置傳感器組件，所述液壓缸包括具有附接至桿的活塞的汽缸體，所述活塞和桿設(shè)置在汽缸體內(nèi)；所述位置傳感器組件包括壓力-電能轉(zhuǎn)換器，所述壓力-電能轉(zhuǎn)換器設(shè)置在活塞內(nèi)部；壓力-電能轉(zhuǎn)換器配置為確定汽缸體內(nèi)的活塞的相對兩側(cè)的工作流體的壓力差；此外，所述壓力-電能轉(zhuǎn)換器把壓力差轉(zhuǎn)化成電流；位置傳感器組件還包括發(fā)射器和接收器；發(fā)射器設(shè)置于活塞內(nèi)并接收來自壓力-電能轉(zhuǎn)換器的電流；發(fā)射器基于所述電流進(jìn)一步產(chǎn)生信號，并通過液壓缸傳輸所述信號至接收器；所述接收器設(shè)置在液壓缸上，并配置為接收發(fā)射器傳輸?shù)乃鲂盘枺换诮邮掌鹘邮盏男盘杹泶_定活塞的位置。
[0006]上述技術(shù)方案提供了一種保護(hù)于活塞自身內(nèi)并使用汽缸內(nèi)感測的數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)奈恢脗鞲衅鹘M件，以保護(hù)汽缸位置傳感器組件免受液壓缸內(nèi)苛刻的環(huán)境條件影響。

【專利附圖】

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

【具體實(shí)施方式】
[0009]圖1是液壓挖掘機(jī)100的示意圖。液壓挖掘機(jī)100包括上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和工作元件。上部結(jié)構(gòu)包括可旋轉(zhuǎn)地安裝的本體102和操作室104。操作室104可連接至本體102，并容納一個或多個用于控制液壓挖掘機(jī)100操作的控制裝置。
[0010]下部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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、鏟斗柄114、作業(yè)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(zhuǎn)點(diǎn)118上。動臂112可借助液壓缸120進(jìn)行垂直運(yùn)動。液壓缸120的下端可以在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)122處樞轉(zhuǎn)至本體102的前端，并且液壓缸120的上端可在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)124處可樞轉(zhuǎn)地安裝至動臂112上。
[0012]鏟斗柄114可以在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)126處可樞轉(zhuǎn)地連接到動臂112的前端。作業(yè)工具116可以可樞轉(zhuǎn)地安裝在鏟斗柄114的下端。液壓缸128可具有通過樞轉(zhuǎn)點(diǎn)130安裝在動臂112上的第一端部和在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)132處安裝在鏟斗柄114的上端上的第二端部。同樣，液壓缸134具有通過樞轉(zhuǎn)點(diǎn)136可樞轉(zhuǎn)連接至鏟斗柄114的上端的第一端部，和通過樞轉(zhuǎn)點(diǎn)140可樞轉(zhuǎn)連接至連接件138的第二端部。作業(yè)工具116可為鏟斗、刮板、松土機(jī)、抓斗及破碎機(jī)，等等。
[0013]本實(shí)用新型可以通過示例的方式應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)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(nèi)的活塞的位置。圖2進(jìn)一步描述了位置傳感器組件。雖然結(jié)合液壓挖掘機(jī)100描述了本實(shí)用新型，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他機(jī)器如裝載器、刮刀、分級器、農(nóng)用機(jī)器等等中也可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，而不脫離本實(shí)用新型的范圍。
[0014]圖2示出根據(jù)一個示例性實(shí)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以及桿208。汽缸體204為具有活塞206的中空汽缸，該活塞206設(shè)置于中空汽缸內(nèi)部?；钊?06的一側(cè)可與桿208連接。因此，活塞206將汽缸體204分為兩個腔室?？梢哉f汽缸體204具有桿端和頭端。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(yīng)的端口(未示出)，該端口用于上腔室和下腔室中的工作流體的進(jìn)出?；钊?06配置為當(dāng)工作流體通過流體端口供給到兩個腔室的時候，在桿端和頭端之間的汽缸體204內(nèi)來回滑動。在一個實(shí)施例中，汽缸體204中的工作流體可為液壓機(jī)液體、壓縮空氣或本領(lǐng)域所知的任意其它適合的介質(zhì)。
[0015]位置傳感器組件202可包括壓力-電能轉(zhuǎn)換器212、發(fā)射器214以及接收器216。壓力-電能轉(zhuǎn)換器212，以下簡稱為轉(zhuǎn)換器212，可設(shè)置在活塞206內(nèi)。轉(zhuǎn)換器212可設(shè)置在活塞206體內(nèi)，從而保護(hù)轉(zhuǎn)換器212免受環(huán)境條件的影響。在一個實(shí)施例中，活塞206可設(shè)有流體端口 218和流體端口 220。流體端口 218和流體端口 220可為活塞206相對兩側(cè)的孔或空腔?？深A(yù)期該轉(zhuǎn)換器212可容納于活塞206內(nèi)，以便轉(zhuǎn)換器212嵌入到流體端口218和流體端口 220之間的活塞206的內(nèi)部。因此，轉(zhuǎn)換器212可通過流體端口 218和流體端口 220分別感測頭端腔室和桿端腔室內(nèi)工作流體作用于活塞206上的壓力。根據(jù)一個實(shí)施例，流體端口 218和流體端口 220可以連接在一起，以形成活塞206內(nèi)的通孔，使一些工作流體可流過轉(zhuǎn)換器212。
[0016]在一個實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器212可以是配置為將壓力差轉(zhuǎn)化為電流的變換器。因此，通過轉(zhuǎn)換器212可將工作流體施加在活塞206上的壓力轉(zhuǎn)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的桿端側(cè)上的腔室流出，同時進(jìn)入活塞206的頭端側(cè)上的腔室?；钊?06兩側(cè)上的腔室中的壓力可以有差別，轉(zhuǎn)換器212可以配置為確定壓力差并通過端口 218和端口 220將兩個腔室內(nèi)的工作流體的壓力轉(zhuǎn)換為電流。從而，轉(zhuǎn)換器212可確定經(jīng)過活塞206的壓力差并基于兩個腔室間的壓力差產(chǎn)生電流。換言之，轉(zhuǎn)換器212可把工作流體的機(jī)械能/壓力轉(zhuǎn)化成電流。在一個實(shí)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(zhuǎn)換器212內(nèi)。
[0017]來自轉(zhuǎn)換器212的電流可轉(zhuǎn)移至發(fā)射器214。發(fā)射器214可設(shè)置于活塞206的本體內(nèi)。發(fā)射器214可以配置為接收由轉(zhuǎn)換器212根據(jù)壓力差產(chǎn)生的電流，以便基于電流產(chǎn)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)的類似脈沖波。信號222可通過液壓缸200的多個部件從發(fā)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然后單向通過桿208。在另一實(shí)施例中，信號222可穿過活塞206，通過桿208，然后通過桿密封部或磨損帶(未在圖中不出)、蓋子210，然后從汽缸體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)，然后以相對于活塞206位置的兩個方向從汽缸體204輸出。在另一實(shí)施例中，信號222可穿過工作流體。信號222可以載送由轉(zhuǎn)換器212確定的活塞206的位置信息。換言之，轉(zhuǎn)換器212可確定壓力差并把壓力差轉(zhuǎn)化為電流。發(fā)射器214可接收電流而且產(chǎn)生與電流相對應(yīng)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(fā)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(cè)的不同位置處。如圖2所示，接收器216可安裝在桿208附近，這樣接收器216接收通過桿208、通過汽缸體204或通過兩者傳輸?shù)男盘?22。在另一個實(shí)施例中，接收器216可安裝在汽缸體204的頭端和桿端附近。
[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的位置信息并將該信息傳遞至控制模塊(未示出)。在本構(gòu)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(gòu)思的另一個方面，控制模塊訪問含有信號的預(yù)定值的預(yù)存儲表。通過接收器216接收的信號222可與預(yù)存儲表中的信號的預(yù)定值進(jìn)行比較。預(yù)存儲表中的每個信號可對應(yīng)一個壓力差，每個壓力差依次可對應(yīng)活塞206的一個特殊位置，由此便可確定出汽缸體204內(nèi)的活塞206的位置。依賴于應(yīng)用和環(huán)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(yè)實(shí)用性
[0021]本公開所述的液壓缸200的位置傳感器組件202可用于施工和采礦設(shè)備，例如挖掘機(jī)、輪式裝載機(jī)、反鏟裝載機(jī)、推土機(jī)、叉式裝載機(jī)、分類機(jī)、刮運(yùn)機(jī)等等。在公開的特定的實(shí)施例中，活塞206中的位置傳感器組件202用于確定活塞206的位置。位置傳感器組件202可用于實(shí)施自動控制系統(tǒng)，該自動控制系統(tǒng)用于升降或傾斜某一工作元件如動臂112、鏟斗柄114和作業(yè)工具116。自動控制系統(tǒng)提高了效率并提高了定位作業(yè)工具116時的操作的準(zhǔn)確度，并且可以通過簡化作業(yè)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(jiān)視作業(yè)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(yè)工具116的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)?；诋?dāng)前位置數(shù)據(jù)，可計(jì)算活塞206或桿208的當(dāng)前位移。如果操作者不得不再挖掘深一些，需要延伸桿208。在延伸之前，可先確定活塞206的位置，然后發(fā)出所需的延伸指令。在液壓缸-活塞組件伸展期間，工作流體流過端口流入汽缸體204的頭端腔室，朝向汽缸體204的桿端腔室推動活塞206，同時桿端腔室中的工作流體流出汽缸體204。設(shè)置在活塞206內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器212檢測兩個腔室間的壓力差并將壓力差轉(zhuǎn)化為供給到發(fā)射器214的電流。發(fā)射器214接收電流并基于電流產(chǎn)生信號222。此信號222可通過發(fā)射器214傳輸至接收器216。信號222可被進(jìn)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以及桿208將信號222從發(fā)射器214傳輸至接收器216可為本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。傳輸可為超聲波等等，該傳輸具有提供流線型的數(shù)據(jù)傳輸，不受典型的工地的振動和極端環(huán)境條件影響的優(yōu)點(diǎn)?？刂颇K基于信號222確定活塞206的位置，并監(jiān)督作業(yè)工具在機(jī)器操作時的運(yùn)動。根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，轉(zhuǎn)換器212也可配置為確定汽缸體204中的環(huán)境溫度和汽缸204中的活塞206的速度。如上所述，這種環(huán)境溫度和速度的輸入可轉(zhuǎn)換為信號222并且傳輸至控制模塊。
[0023]根據(jù)本實(shí)用新型所述附圖、說明書、及權(quán)利要求書可獲得其它的特征、優(yōu)點(diǎn)及目的。
【權(quán)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(shè)置在汽缸體內(nèi)部的桿的活塞的汽缸體，其特征在于，所述位置傳感器組件包括: 壓力-電能轉(zhuǎn)換器，其設(shè)置在所述活塞的內(nèi)部，配置為確定所述汽缸體內(nèi)部活塞相對兩側(cè)上工作流體的壓力差，并把所述壓力差轉(zhuǎn)化成電流； 發(fā)射器，其設(shè)置在所述活塞內(nèi)，配置為: 接收來自所述壓力-電能轉(zhuǎn)換器的電流； 基于所述電流產(chǎn)生信號；和 通過所述液壓缸傳輸所述信號；以及 接收器，其設(shè)置在所述液壓缸上，配置為接收來自所述發(fā)射器的所述信號，其中所述信號用于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(yōu)先權(quán)日:2013年10月3日
【發(fā)明者】M·C·蘇博特 申請人:卡特彼勒公司