專利名稱：液壓缸的沖程位置傳感器的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于感測和指示液壓缸的沖程位置的傳感器，也就是，指示液壓缸的桿相對于基準的位置或伸展量的傳感器。傳感器被制造成不需要拆卸液壓缸就可以安裝和移除所述傳感器。傳感器安裝在缸筒的基端，能夠被緊固在適當位置，并且隨著連接至傳感器的傳感器連接線而被移除。
背景技術：
在用于各種用途(諸如在滑移轉向裝載機上)的液壓缸中，希望具有沖程或位置感測和指示能力，以提供關于裝載機提升臂的位置的信息，或者關于被液壓致動器移動的附件上的各種零件的位置的信息。特別地，例如在流體壓力缸伸展裝載機提升臂的位置處可以使用位置傳感器。另一種應用是用于作為轉向系統的一部分的汽缸。在維修、甚至是初裝的過程中，現有傳感器的安裝和拆除存在一定的問題，通常需要多個零件，并且難于定位，存在被損壞的潛在可能。
例如，美國專利No.6,509,733示出了具有內部沖程傳感器的流體缸，并且當流體缸被組裝時，不能從流體缸外部訪問傳感器本身。
專利No.6,509,733示出了如文中披露的可被安裝或設置的一類傳感器，并且能夠用于感測沖程或位置的其它類型的傳感器包括磁致伸縮線性位移裝置、具有發送器和接收器的傳感器、以及LVDT傳感器。
本發明旨在提供一種在缸體被組裝有活塞和活塞桿后，將傳感器安裝在流體缸基端中的方法和結構，其中所述傳感器可被移除而基本上需要不拆卸流體缸。
發明內容
本發明涉及一種用于流體壓力缸組件的位置傳感器組件，所述流體壓力缸組件具有內部活塞和桿，所述桿在流體壓力作用下能夠在活塞兩相對側間伸長和縮回。所述傳感器組件可在缸體被完全組裝后被安裝，并且傳感器組件還可以被移除而不需要拆卸汽缸，即不用移除活塞和活塞桿。缸基座中的可進入的螺紋口或孔容納傳感器組件外殼，所述傳感器組件外殼具有延伸入缸內部和活塞桿中內部通道里的伸長元件。當將傳感器擰入基端孔中而將傳感器緊固時，傳感器的引線或導線可被設在適當位置。用于傳感器的導線或引線被水平延伸通過用于緊固傳感器螺紋的扳手套筒的側壁中的槽，傳感器引線被定位成當傳感器被緊固時，傳感器引線能夠與傳感器一起旋轉，而不在傳感器或扳手上纏繞。當扳手套筒被移除時，引線滑入在缸基座的側面上的開放端槽中，用來連接至讀出電路。
由于傳感器被安裝在缸基座中的縱向孔中，所以傳感器免受環境干擾。傳感器引線(通常一條引線內有多個導線)被連接至遠端電路，因此指示活塞和桿位置的傳感器信號可被用于控制活塞桿的線性軸向位置。所述信號可被用于控制基于活塞桿位置的各種功能。
傳感器的安裝不需要特殊工具，但需利用扳手套筒，其中所述扳手套筒具有允許傳感器導線或引線穿至套筒外界的狹縫。在需要將傳感器螺紋緊固到缸中適當位置而進行旋轉的過程中，引線伸出缸基座中縱向中心孔外。傳感器組件不需要被安裝，直到所有制造和組裝汽缸組件的操作被完成。接著，傳感器組件滑動通過缸基座中的縱向孔，伸長的傳感器元件滑動通過端壁中的孔且進入活塞桿中的孔。
使用流體缸之后，傳感器組件的維修也可容易地進行。當活塞被縮回時，傳感器組件可被移除和替換，同時液壓流體損失非常少或不損失，并且不需要移除通向控制流體缸的閥門的液壓軟管。
圖1是根據本發明所述的利用沖程或桿位置傳感器裝置的典型流體壓力缸組件的透視圖；圖2是安裝有傳感器的流體缸組件的基端、以及用于進行安裝的處于適當位置中的扳手套筒的截面視圖，；圖3是使出被安裝的傳感器的流體缸組件基座的不完整透視圖，其中零件是取截面視圖并且零件是分離的；圖4是本發明所用的扳手套筒的側面視圖，并且示出了緊固或放松操作過程中，用于使傳感器引線從套筒延伸的縫；以及圖5是使出具有傳感器引線的缸組件的基端外部的部分透視圖。
優選實施例的描述在圖1中，以標記10指示的流體壓力缸組件，如液壓或氣壓缸或者執行器，設有外部缸筒12。缸基座塊14封閉了缸筒12的一端，具有桿端部18的可伸長和縮回的活塞桿16通過位于流體壓力缸另一端的桿端帽延伸至缸筒12的外部。
參照圖2，可以看出，活塞桿16被連接至活塞20，而活塞20安裝在缸筒12的內室22上。活塞桿16具有直徑縮小的頸部21，所述頸部21穿過活塞20中的孔。肩部16A被形成在活塞桿16上，活塞桿16壓靠并支撐活塞。隔離件17被顯示在桿16上方、靠著活塞的適當位置處，并且被去掉一塊以示出肩部16A。
活塞20可通過螺母42被保持在桿16的頸部21的螺紋端。螺母42具有內孔45，所述內孔45在鄰近所述孔的外端部分是沒有螺紋的。螺母42的端部向外延伸超出活塞桿頸部的端部。螺母42被牢牢地緊固，以將活塞20保持在適當位置處。當活塞和活塞桿被縮回時，螺母42的端部將鄰接在基座塊的內表面上。
活塞20在不同的壓力下是可移動的，因此桿16在流體壓力下是可伸長和縮回的。如圖所示，泵或壓力源24通過閥門26被連接，以在壓力下引導流體至基端配件28和桿端部配件30或離開基端配件28和桿端部配件30，用于伸長和縮回活塞桿16。控制器32被示出用于控制桿端部18的位置或伸長量，并且控制器接收反饋信號，用于確定活塞桿16和桿端部18沿引線或線34的伸長量，所述引線或線從圖2中示出的活塞沖程位置傳感器組件36處開始。
傳感器組件36包括伸長的第一傳送器元件或桿38，其安裝在傳感器基座或外殼40上。活塞桿16具有縱向孔46，用來容納傳送器元件或桿38，所述傳送器元件或桿38可縱向滑動進入孔46。所述孔46延伸穿過頸部21。傳送器元件或桿38從活塞桿16的基端延伸通過頸部21，占活塞桿16長度的大半。
可以看出，流體缸組件10的基塊14是具有基座或內壁41的擋塊，所述基座或內壁形成缸筒12的腔室或孔22的基端。所述端壁41封閉缸筒12的端部。擰到頸部21上的螺母42具有外端表面，所述外端表面鄰接基座壁41，以在活塞被縮回時，形成活塞20的止動件。
基座14的內部或基座壁41具有中心螺紋孔43，所述中心螺紋孔43容納并形成傳感器外殼40在基座14的端壁41中的支撐。孔43設有螺紋，以保持傳感器組件36，包括被伸長的傳送器桿38。傳感器外殼可用O形圈44相對壁41繞其外周被密封。被伸長的傳送器桿38和傳感器外殼40是可作為一個單元從活塞桿16的內部孔46中被去除的。
傳感器組件36可以是任何所需的感測單元，所述感測單元可被致動并加電，這將提供指示活塞和活塞桿位置的信號，其中所述信號沿引線34被傳送。引線34可根據需要包括多于一條的導線，但如果需要，引線34可承載信號以激勵傳感器，還將提供反饋信號，以指示活塞桿(和活塞)相對參考位置的位置，如圖所示，如在活塞和活塞桿處于圖2中示出的縮回位置的情況下的基座。面對基塊14的活塞桿頸部21中的孔46的端部具有埋頭孔45A，所述埋頭孔45A用于安裝第二傳送器元件47，如圖所示，所述第二傳送器元件47的形式為環形，并且隨著活塞20和活塞桿16沿第一傳送器元件或桿38移動(滑動)。此第二元件47與第一元件38合作，在傳感器外殼處提供信號，所述信號指示第二元件47沿傳送器元件或桿38的位置，由此提供活塞桿16和活塞桿端部18的伸長位置。如果變電阻傳感器被使用，那么第二傳感器元件可以是沿桿38滑動的觸點。傳感器的電路被設在控制器32處。
桿端部18被連接至負載或由標記50表示的可移動構件，并且缸體基座14被連接至框架支撐件52上。因此，負載或工作構件50的移動距離或位置可由指示可移動的第二傳送器元件47相對固定傳送器桿38的位置的信號確定。
傳感器外殼40使用獨特的方法安裝在孔44中。傳感器外殼40的外端具有六邊形結構或六角螺母56，并且引線34(在其中具有幾條導線)從傳感器外殼40的中心延伸。缸基座14具有在基端開口、并延伸至端壁41的軸向進入孔58。基座14還具有十字形孔60，所述十字形孔用來安裝銷62(圖1)，用來依次安裝基座14至框架支撐件52。另外，基座14具有形成在其中的徑向槽或縫64，所述徑向槽或縫64連接軸向孔58，并沿徑向延伸至一側面，例如包括圖5中所示的基端液壓線配件28的側面。所述槽或縫64具有沿進入孔58側面延伸的縱向長度開口，并與孔58相交。
為了傳感器的安裝和拆除，其中具有縱向延伸槽72的扳手套筒70被使用了，它以傳統方式連接至適當的套筒驅動件74。所述套筒驅動件74具有設在驅動件74上的伸長柄76，所述伸長柄具有驅動套筒70的驅動端部。
基座14中的進入孔58的內徑相對套筒的外表面足夠大，使得扳手套筒70圍繞外周以某一間隙滑入孔58，并套在外殼40的端部。當安裝傳感器組件36時，扳手套筒70被滑入六邊形外部結構或螺母端部56，傳感器引線34穿過套筒的槽72放置，使得引線34伸出套筒70外。接著，引線34縱向或軸向沿進入孔58的內表面延伸，并延伸至圖2中虛線顯示的套筒驅動端的外部。
適合的連接器35被用在引線34的端部處，并且引線不會過長。然而，可以看出，當傳感器組件36被緊固在適當位置時，引線34將在進入孔58內與扳手套筒和傳感器外殼40一起旋轉。適合的O形圈44緊靠在邊緣上，以密封螺紋孔43，使得缸筒12的內部被密封或封閉。
當傳感器組件36被緊固在適當位置中，并且第一傳送器桿或元件38延伸入活塞桿16的中心孔46中時，所述扳手套筒70被移除，并且引線34從套筒的槽72釋放。接著，引線34可從孔58穿過槽64，連接器35能夠與至控制器32的連接緊密配合。引線或導線34被置于十字形孔60的內側，因此在銷62和傳感器外殼之間，所以如果流體缸組件10在銷62上樞轉，那么引線34就不會被過分地移動或伸長。當銷62處于適當位置時，所述引線還由銷62保護。
用于制造流體缸組件10的所有操作完成后，傳感器組件36可被安裝。這樣保證傳感器元件不會被制造流體缸組件所必需的焊接、熱處理、上油漆等操作影響或者損壞。
傳感組件36的移除是相反的過程，也就是銷62被去除后，扳手套筒70將被放入傳感器外殼的六角形端部位置。連接器35將被分離，并且引線34伸入扳手套筒70的槽72(槽72是軸向延伸的槽)中。套筒將被放在傳感器外殼40的驅動端或六角形端部56上。引線34將從槽或縫64中被移除，并伸出進入孔58的端部，所以它可被旋轉，而不扭曲。接著，套筒將被驅動旋轉，并旋出傳感器外殼40。在此同時，引線34將被旋轉，從而通過伸出位于六角形端部56上的套筒的端部，引線在扳手套筒上不被卷繞或者被損壞。將傳感器外殼旋出安裝在基座14中的孔43后，傳感器外殼40和傳送器桿38將沿軸向被去除。
包括傳送器桿38的傳感器組件36被拉出流體缸基座塊，并被維修或替換。當傳感器組件36再次被放入流體缸中時，扳手套筒70將再次被放入傳感器外殼40的端部處的位置中，而傳感器引線延伸通過槽72。套筒、傳感器和引線將作為一個單元旋轉，用來在適當位置緊固傳感器外殼。隨引線34滑出槽72的端部，所述套筒將被去除，并穿過基座14中的槽64被放置，以連接至控制器或類似物。
應該指出的是，能夠使用基端中的輔助中心螺紋孔將多種類型的傳感器安裝入缸基座中。示出了磁致伸縮線性位移傳感器。這種類型的傳感器的第二元件47是環形磁體。可以使用任何類型的帶螺紋傳感器外殼，只要所述外殼根據本發明使用帶槽套筒能夠被旋入適當位置中。電子儀器組件沒有被包括，但是作為遠離流體缸的控制器的一部分。可變電阻傳感器能夠用在活塞或活塞桿上的觸點沿伸長的傳送器元件滑動的位置處。
由于傳感器處于凹陷中，因此傳感器再次被基座塊保護，但在銷62被去除時，從外界穿過軸向間隙進入孔58，所述傳感器是可被接近的。
還可以看出，當活塞被縮回時，旋入活塞桿16的螺母42的端部鄰接基座塊14的內端。這有助于將傳感器與液壓油相隔離。接著，通過在活塞基座側面施加的液壓，如果傳感器被去除以進行維修，油穿過相鄰接的零件而泄漏的可能很小。
雖然本發明參考優選的實施例被描述了，但是本領域的熟練技術人員將會理解，可以在形式上和細節上進行改變，而不脫離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.在流體壓力缸組件中，所述流體壓力缸組件具有安裝在筒形缸體內部的活塞和連接至活塞的可伸長和縮回的桿，改進方案包括可安裝在筒形缸體的基端上的傳感器，所述傳感器包括可固定在孔中的傳感器外殼；位于在筒形缸體上的具有端壁的基座，帶有用來容納和緊固傳感器外殼的第一孔，以及位于筒形缸體基座中的第二軸向延伸孔，所述第二軸向延伸孔的尺寸大于第一孔，所述第二孔的尺寸用于容納可移動的工具，以緊固所述傳感器外殼；以及基座中從第二孔至基座外部開口的槽，所述槽的尺寸用于容納傳感器的引線。
2.根據權利要求1所述的流體壓力缸，其中所述傳感器外殼是可旋入第一孔中的且具有驅動端部，并且具有從驅動端部延伸的傳感器引線；用于驅動傳感器外殼旋入的驅動套筒，所述驅動套筒在其側面具有第二槽，用來允許傳感器引線從套筒內部穿至外界。
3.權利要求1所述的流體壓力缸，基座中的第三孔沿側向延伸跨過第二孔，且向外與具有第一孔的端壁分隔開，使得傳感器處于第三孔內部，第三孔的尺寸用于安裝銷，所述基座中的槽從第三孔向內延伸，使得傳感器引線能夠穿過基座中的槽，而在所述第三孔中適當位置處設有銷。
4.在流體壓力缸組件中，所述流體壓力缸組件具有安裝在筒形缸體內部的活塞和連接至活塞的可伸長和縮回的桿，改進方案包括安裝在筒形缸體基座上的傳感器，所述傳感器包括帶螺紋的傳感器外殼，筒形缸體基座中的內部端壁，所述端壁具有用于容納所述帶螺紋的傳感器外殼的第一螺紋孔，位于傳感器外殼驅動端部上的可旋轉驅動的結構，以及從基座的外端延伸至內部端壁的筒形缸體基座中的第二孔，所述第二孔的尺寸大于第一孔以容納套筒，所述套筒將套在傳感器外殼的驅動端部上，以允許從第二孔外端的外面可旋轉地安裝傳感器外殼。
5.根據權利要求1的流體壓力缸組件，其中所述傳感器外殼具有沿其延伸的傳感器引線，用于驅動傳感器外殼的套筒具有用于允許傳感器引線從套筒內部穿至外部的槽。
6.根據權利要求4的流體壓力缸組件，其中第一和第二孔平行于筒形缸體的縱向軸，并且筒形缸體的基座具有從第二孔延伸至基座外側外圍的沿軸向延伸的縫，使得傳感器引線能夠沿第二孔延伸，而帶螺紋的傳感器外殼被螺紋安裝，并且基座中縫的尺寸允許傳感器引線穿過縫至基座外側外圍的外部。
7.根據權利要求6所述的流體壓力缸，基座中的第三孔沿側向延伸跨過第二孔，且與第一孔向外分隔開，使得傳感器完全處于第三孔內部，第三孔的尺寸用于安裝銷，所述基座中的縫向內延伸超出第三孔，所以傳感器引線能夠穿過所述縫，而在所述第三孔中適當位置處設有銷。
8.根據權利要求4的流體壓力缸組件，進一步特征在于，所述傳感器外殼以活塞桿的縱向軸為中心，并具有被伸長的傳感器桿部分，以及與第一帶螺紋的孔對齊的處于活塞和活塞桿中的孔，用來容納被伸長的傳感器桿部分。
9.根據權利要求8的流體壓力缸組件，進一步特征在于，傳感器元件被安裝以同活塞和活塞桿一起移動，并在活塞桿沿筒形缸體伸長和縮回時，能夠沿傳感器的被伸長的傳感器桿部分移動。
10.一種將傳感器安裝到具有縱向軸的流體壓力缸組件中的方法，所述傳感器包括具有驅動端的帶螺紋外殼，帶螺紋外殼的相對端支撐第一傳感器元件，所述傳感器具有從驅動端延伸的傳感器引線，流體壓力組件的基端部具有向外界開口的進入孔，所述進入孔的尺寸用于將套筒裝配在進入孔中，并接合帶螺紋外殼的驅動端，以旋轉驅動傳感器進入流體壓力缸組件的基端部的內壁部分中的第二個較小孔，所述方法包括提供套在帶螺紋外殼的驅動端上的套筒，提供在套筒側壁中的縱向延伸槽，穿過套筒中的槽設置傳感器引線，以從套筒外部延伸至套筒內部并進入進入孔，利用套筒、并且利用沿進入孔延伸的且與套筒一起旋轉運動的傳感器引線將傳感器螺紋驅動入第二較小孔中，在離開進入孔中的傳感器引線時從進入孔中去除套筒。
11.根據權利要求10所述的方法，進一步提供從進入孔至基座部分外部開口的基座部分側壁中的軸向延伸縫，穿過所述提供的在流體壓力組件的基座部分側壁中的軸向延伸縫，使傳感器引線穿出進入孔。
12.根據權利要求11所述方法，包括提供流體壓力缸組件的基座部分中的十字形孔，所述十字形孔延伸跨過所述進入孔，并且所述十字形孔與第二較小孔分隔設置，使所述提供的在流體壓力組件的基座部分中的縫向內穿過十字形孔，使傳感器引線穿過所述縫并在十字形孔和帶螺紋外殼之間。
13.根據權利要求10所述方法，包括緊固基端部至缸筒，以形成流體壓力缸組件，在將傳感器安裝到流體壓力缸組件之前，在流體壓力缸組件中組裝活塞和活塞桿，此后旋轉驅動帶螺紋的外殼使其進入較小孔。
14.一種將傳感器安裝到具有縱向軸的流體壓力缸組件中的方法，所述傳感器包括具有驅動端的帶螺紋外殼，帶螺紋外殼的相對端支撐第一傳感器元件，所述傳感器具有沿驅動端延伸的傳感器引線，在流體壓力缸組件的基端部的內壁部分中的第一帶螺紋的軸向延伸孔，所述內壁從基端部的外端凹進，所述方法包括利用軸向延伸出基端的套筒將傳感器旋轉擰入第一孔，以在外殼被可螺旋轉動時，與從凹進的內壁沿軸向延伸出的帶螺紋的外殼傳感器引線一起旋轉，還提供在基座部分的側壁中的軸向延伸的縫，所述縫從所述凹進部分至基座部分外部是敞開的，以及通過流體壓力缸組件的基座部分的側壁中所提供的軸向延伸的縫使傳感器引線穿出進入孔。
全文摘要
一種流體壓力汽缸組件(10)設有用于感測從筒形缸體(12)延伸出的活塞桿(16)伸長量的傳感器(36)。筒形缸體(12)具有用內壁(41)密封筒形缸體(12)端部的基座塊(14)。內壁(41)具有用于容納傳感器外殼(40)的螺紋孔(43)，所述傳感器外殼(40)具有穿入活塞桿(16)中的軸向孔(46)的伸長桿(38)。活塞桿(16)承載相對伸長的傳感器桿(38)移動的傳感器元件(47)。內壁(41)位于基座(14)中的進入孔(58)的內部端部處。使用套筒(70)而將傳感器外殼(40)擰入壁中的孔(43)中，所述套筒(70)具有槽(72)，以允許傳感器引線(34)延伸至套筒(70)外部和進入孔(58)外，所以在傳感器外殼(40)被緊固在適當位置時，引線(34)在進入孔(58)中與套筒(70)一起旋轉。基座塊(14)設有延伸至基座(14)外部的槽(54)，使得當被安裝時，傳感器引線(34)可通過槽(54)伸出來，用于連接至適當的控制器。
文檔編號F15B15/14GK1867777SQ200480030579
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月14日 優先權日2003年10月17日
發明者拉里·E·奧爾布賴特, 馬克·F·巴雷斯, 威廉姆·C·謝爾本, 斯科特·R·梅森 申請人:克拉克設備公司