一種利用形狀記憶合金驅動的液壓泵的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用形狀記憶合金驅動的液壓泵，該液壓泵包括固定支架(1)、第一液壓泵體(2A)、第二液壓泵體(2B)、雙頭活塞(3)、第一組形狀記憶合金元件(4A)、第二組形狀記憶合金元件(4B)、第一組加熱器(5A)、第二組加熱器(5B)及緊固件(6)。利于加熱器交替對兩組形狀記憶合金元件加熱，控制形狀記憶合金元件長度變化，帶動雙頭活塞來回移動，實現雙向驅動作用。本裝置結構簡單，原理清晰。形狀記憶合金元件受力為純拉伸，材料利用效率高。和液壓系統復合，可以利用液壓系統的各種成熟技術，具有通用性。尤其適合于各類仿生機器人的運動驅動。
【專利說明】
一種利用形狀記憶合金驅動的液壓泵
技術領域
[0001]本實用新型涉及液壓栗的技術領域，尤其涉及一種利用形狀記憶合金驅動的液壓栗O
【背景技術】
[0002]形狀記憶合金是一種應用較為廣泛的智能材料，變形受應力和溫度的雙重控制，其物理實質是熱彈性馬氏體相變。當材料溫度低于馬氏體向奧氏體相變的起始溫度時，材料處于馬氏體相狀態，材料的承載力較低，在外力作用下比較容易發生變形;而對變形后的馬氏體相材料升溫，直至高于馬氏體向奧氏體相變的完成溫度點時，材料發生逆相變，轉變成奧氏體相，并恢復此前的形狀，于此同時，還可以承擔較大的負載，對外做功。這就是著名的形狀記憶效應，及其驅動原理。利用形狀記憶合金的這一原理，現已開發出了形狀記憶合金管接頭，形狀記憶合金空間解鎖裝置等成熟產品，并得到大量應用。
[0003]另一方面，機器人產業，尤其是仿生機器人領域正在蓬勃發展，對各種驅動器有著十分旺盛的需求。形狀記憶合金驅動器因為結構簡單，控制方便，輸出功率大等優點，得到了很大的關注，在機器人驅動領域占據了重要的一席之地。多項專利申請(申請號?似01210044542.父，申請號0似01210041105.2，申請號0似01320458623.4，申請號CN201410353149.8，申請號CN201510440930.3等)介紹了利用形狀記憶合金的各類仿生機器人或者驅動器。現有的形狀記憶合金驅動器，主要利用形狀記憶合金絲材或者螺旋彈簧作為驅動元件:絲材的出力大，效率高，但是行程小;螺旋彈簧的行程大，但效率低，出力小。如何兼顧出力和行程，設計出高效率的形狀記憶合金驅動器，具有迫切的現實需求和重大的應用前景。
[0004]液壓驅動系統是一種成熟的工業技術，通常包括動力元件(液壓栗)，執行元件，控制元件，輔助元件及液壓油等。如果采用形狀記憶合金來驅動液壓栗，則一方面可以大大簡化液壓栗的結構，另一方面又可以利用現有液壓系統的相關成熟技術來改善形狀記憶合金的驅動性能。有鑒于此，專利申請“運用形狀記憶合金的液壓栗”(申請號CN95196561.1)，以及“一種液壓裝置及其用途”(申請號CN00132784.4)都分別涉及了形狀記憶合金驅動液壓栗的這一想法。這兩項申請中，動力元件的設計思路基本一致，即是利用一組形狀記憶合金元件和一組彈性元件組成偏動式驅動器，形狀記憶合金元件受熱時收縮，壓縮彈性元件，帶動活塞完成吸油動作；形狀記憶合金冷卻時，彈性元件恢復，拉長形狀記憶合金元件，并帶動活塞完成排油動作。
[0005]現有形狀記憶合金液壓栗的特點在于只具有單向驅動做功能力，而許用場合如仿生機器人等，則希望其具有雙向的做功能力；另外，偏動裝置中的彈性元件的出力必須介于形狀記憶合金元件的高出力和低出力之間，驅動力(形狀記憶合金元件高出力減去彈性元件出力，或者彈性元件出力減去形狀記憶合金元件低出力)必然小于形狀記憶合金元件高出力和低出力的差，形狀記憶合金材料的驅動潛能還沒有完全發揮。【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種高效的，具有雙向驅動做功能力的形狀記憶合金液壓栗O
[0007]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案為:一種利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，包括固定支架、第一液壓栗體、第二液壓栗體、雙頭活塞、第一組形狀記憶合金元件、第二組形狀記憶合金元件、第一組加熱器和第二組加熱器;其中，
[0008]雙頭活塞在軸向可以分為三個部分，雙頭活塞兩端各有一個活塞頭，雙頭活塞中間有突出的法蘭盤可以與兩側的第一組形狀記憶合金元件的一端、第二組形狀記憶合金元件的一端分別固定連接；
[0009]第一液壓栗體、第二液壓栗體中每個液壓栗體的一端為開口端，第一液壓栗體的開口端與第二液壓栗體的開口端相對，雙頭活塞的兩個活塞頭分別與第一液壓栗體、第二液壓栗體的開口端的內表面配合，每個液壓栗體的另一端的中間有一個油口，每個液壓栗體在具有油口的這一端的油口周圍還有法蘭盤，第一液壓栗體的該法蘭盤和第二液壓栗體的該法蘭盤均用于安裝固定支架，以及第一液壓栗體的該法蘭盤用于安裝第一組形狀記憶合金元件的另一端，第二液壓栗體的該法蘭盤用于安裝第二組形狀記憶合金元件的另一端；
[0010]第一組形狀記憶合金元件、第二組形狀記憶合金元件均為拉伸元件；
[0011 ]第一組加熱器包覆在第一組形狀記憶合金元件的表面，第二組加熱器包覆在第二組形狀記憶合金元件的表面。
[0012]其中，該液壓栗還包括緊固件，該緊固件用于緊固固定支架、第一組形狀記憶合金元件和第二組形狀記憶合金元件。
[0013]其中，所述的拉伸元件可以是絲材、帶材、絞線或者棒材，在安裝前，要先經歷一定的預拉伸，安裝時一端固定在一個液壓栗體的法蘭盤上，另一端和雙頭活塞的法蘭盤連接。
[0014]其中，第一組加熱器和第二組加熱器具體的可采用電阻加熱，感應電流加熱或其它現有的加熱方式。
[0015]本實用新型優點和積極效果為:
[0016]本裝置結構簡單，原理清晰。形狀記憶合金元件受力為純拉伸，材料利用效率高。使用兩組形狀記憶合金元件，實現雙向反復驅動。和液壓系統復合，可以利用液壓系統的各種成熟技術，具有通用性。尤其適合于各類仿生機器人的運動驅動。
【附圖說明】
[0017]圖1為利用形狀記憶合金驅動的液壓栗的結構示意圖；
[0018]圖2為與該液壓栗配合使用的雙作用執行液壓缸；
[0019]圖3為與該液壓栗配合使用的單作用執行液壓缸；
[0020]圖中附圖標記含義為:1-固定支架，2A-第一液壓栗體，2B-第二液壓栗體，21A-第一液壓栗體的油口，21B-第二液壓栗體的油口，3-雙頭活塞，31A-雙頭活塞的第一活塞頭，3IB-雙頭活塞的第二活塞頭，4A-第一組形狀記憶合金元件，4B-第二組形狀記憶合金元件，5A-第一組加熱器，5B-第二組加熱器，6-緊固件，7-單作用執行液壓缸活塞，7#-雙作用執行液壓缸活塞，8-單作用執行液壓缸油口，8A-雙作用執行液壓缸第一油口，8B-雙作用執行液壓缸第二油口，9-彈簧。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖以及【具體實施方式】進一步說明本實用新型。
[0022]如圖1，本實用新型一種利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，包含固定支架I一套，第一液壓栗體2A，第二液壓栗體2B，雙頭活塞3，第一組形狀記憶合金元件4A，第二組形狀記憶合金元件4B，第一組加熱器5A，第二組加熱器5B及緊固件6等部分。
[0023]雙頭活塞3在軸向可以分為三個部分，兩端各有一個活塞頭31A、31B，活塞頭31A、31B分別與第一液壓栗體2A、第二液壓栗體2B的對應部分配合，中間有突出的法蘭盤可以與兩側的第一組形狀記憶合金元件4A，第二組形狀記憶合金元件4B連接固定。
[0024]第一液壓栗體2A，第二液壓栗體2B的一端為開口端，其內表面分別與雙頭活塞3的活塞頭31A和活塞頭31B配合，另一端的中間分別有一個油口 21A和油口 21B，在油口 21A的這一端周圍有安裝固定支架1、第一組形狀記憶合金元件4A的法蘭盤，油口 21B的這一端周圍有安裝固定支架1、第二組形狀記憶合金元件4B的法蘭盤。第一液壓栗體2A及第二液壓栗體2B安裝在同一套固定支架I上，開口端相對。
[0025]第一組形狀記憶合金元件4A、第二組形狀記憶合金元件4B為拉伸元件，可以是絲材、帶材、絞線或者棒材，在安裝前，要先經歷一定的預拉伸，安裝時一端分別固定在第一液壓栗體2A，第二液壓栗體2B的法蘭盤上，一端和雙頭活塞3的法蘭盤連接。
[0026]第一組加熱器5A、第二組加熱器5B分別包覆在第一組形狀記憶合金元件4A、第二組形狀記憶合金元件4B的表面，具體的可采用電阻加熱，感應電流加熱或其它現有的加熱方式。
[0027]該形狀記憶合金驅動的液壓栗，一般需要配合雙作用執行液壓缸使用，如圖2。雙作用執行液壓缸一端有一個油口 8A，另一端有一個油口 8B，油口 8A、油口 8B分別通過管道和第一液壓栗體2A的油口 2IA和第二液壓栗體2B的油口 2IB連接。雙作用執行液壓缸活塞7#在兩個油口 8A、8B之間運動，并且雙作用執行液壓缸活塞7#兩側的有效面積之比等于雙頭活塞3的兩側有效面積比。使用時，首先連接好管道，確保所有腔體都被充滿液壓油，并且密封。初始時，環境溫度低于馬氏體向奧氏體相變的起始溫度，兩組形狀記憶合金元件4A，4B均處于低出力狀態。例如，通過第一組加熱器5A對第一組形狀記憶合金元件4A加熱，第一組形狀記憶合金元件4A升溫、相變并發生收縮，轉變成高出力狀態，因此可以拉長第二組形狀記憶合金元件4B并帶動雙頭活塞3往A側移動，促使該側的第一液壓栗體2A中的液壓油從油口21A排出，通過連接管道，從雙作用執行液壓缸的油口8A進入，推動雙作用執行液壓缸活塞7#往一側移動，實現驅動功能;于此同時，雙作用執行液壓缸活塞7#另一側的部分液壓油通過油口 SB，連接管道及油口 21B回流到第二液壓栗體2B內。停止第一組加熱器5A，第一組形狀記憶合金元件4A冷卻到初始低出力狀態，再由第二組加熱器5B對第二組形狀記憶合金元件4B加熱，實現反向驅動。重復上述過程，則可實現連續往復驅動。
[0028]該利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，可以同時驅動多個雙作用執行液壓缸。各個雙作用執行液壓缸活塞7#兩側有效面積和的比值，要等于與之聯通的的液壓栗雙頭活塞3兩側的有效面積比。
[0029]其它實施例:該利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，還可以配合單作用執行液壓缸使用，如圖3所示。單作用執行液壓缸只有一個油口8，單作用執行液壓缸活塞7復位需依靠彈簧9或者重力作用。使用時，連接某一個液壓栗體如液壓栗體2A的油口 21A和單作用執行液壓缸油口 8，并將其充滿液壓油，另一個液壓栗體2B內部不充油。交替對兩組形狀記憶合金元件4A，4B加熱，即可實現單作用執行液壓缸的動作和回位。顯然，該利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，也可以同時驅動多個單作用執行液壓缸，此處不再贅述。
【主權項】
1.一種利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，其特征在于:包括固定支架(I)、第一液壓栗體(2A)、第二液壓栗體(2B)、雙頭活塞(3)、第一組形狀記憶合金元件(4A)、第二組形狀記憶合金元件(4B)、第一組加熱器(5A)和第二組加熱器(5B);其中， 雙頭活塞(3)在軸向可以分為三個部分，雙頭活塞(3)兩端各有一個活塞頭，雙頭活塞(3)中間有突出的法蘭盤可以與兩側的第一組形狀記憶合金元件(4A)的一端、第二組形狀記憶合金元件(4B)的一端分別固定連接； 第一液壓栗體(2A)、第二液壓栗體(2B)中每個液壓栗體的一端為開口端，第一液壓栗體(2A)的開口端與第二液壓栗體(2B)的開口端相對，雙頭活塞(3)的兩個活塞頭分別與第一液壓栗體(2A)、第二液壓栗體(2B)的開口端的內表面配合，每個液壓栗體的另一端的中間有一個油口，每個液壓栗體在具有油口的這一端的油口周圍還有法蘭盤，第一液壓栗體(2A)的該法蘭盤和第二液壓栗體(2B)的該法蘭盤均用于安裝固定支架(I)，以及第一液壓栗體(2A)的該法蘭盤用于安裝第一組形狀記憶合金元件(4A)的另一端，第二液壓栗體(2B)的該法蘭盤用于安裝第二組形狀記憶合金元件(4B)的另一端； 第一組形狀記憶合金元件(4A)、第二組形狀記憶合金元件(4B)均為拉伸元件； 第一組加熱器(5A)包覆在第一組形狀記憶合金元件(4A)的表面，第二組加熱器(5B)包覆在第二組形狀記憶合金元件(4B)的表面。2.根據權利要求1所述的一種利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，其特征在于:該液壓栗還包括緊固件(6)，該緊固件(6)用于緊固固定支架(1)、第一組形狀記憶合金元件(4A)和第二組形狀記憶合金元件(4B)。3.根據權利要求1所述的一種利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，其特征在于:所述的拉伸元件可以是絲材、帶材、絞線或者棒材，在安裝前，要先經歷一定的預拉伸，安裝時一端固定在一個液壓栗體的法蘭盤上，另一端和雙頭活塞的法蘭盤連接。4.根據權利要求1所述的一種利用形狀記憶合金驅動的液壓栗，其特征在于:第一組加熱器(5A)和第二組加熱器(5B)具體的可采用電阻加熱，感應電流加熱或其它現有的加熱方式。
【文檔編號】F04B1/02GK205605376SQ201620397125
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】張科, 唐志平
【申請人】中國科學技術大學