恒定背壓直驅式電液伺服系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種恒定背壓直驅式電液伺服系統，包括：控制器、驅動器、伺服電機、雙向定量泵與非對稱液壓缸，所述控制器、驅動器與伺服電機依次相連，該控制器通過所述驅動器控制所述伺服電機運轉，所述伺服電機、雙向定量泵與非對稱液壓缸依次相連，所述伺服電機通過控制雙向定量泵輸出流量和方向，實現非對稱液壓缸的運動控制。實用新型適用于垂直或非水平安裝結構形式的非對稱液壓缸的控制，不僅完全解決了非對稱液壓缸流量不平衡問題和換向時的壓力突變問題，同時，在滿足系統控制精度和響應特性的前提下，能夠大大降低回路成本，簡化控制方案。
【專利說明】
恒定背壓直驅式電液伺服系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于伺服控制技術領域，特別是涉及一種恒定背壓直驅式電液伺服系統。
【背景技術】
[0002]電液伺服系統由于具有響應快、控制精度高、穩定性好、易于自動控制等特點，最早被應用到航空和軍事領域，后來逐漸進入到工業領域和民用領域。目前已廣泛應用于冶金、工程機械、軍工、航空、船舶、化工等產業中。傳統電液伺服系統的核心部件大多采用電液伺服閥，其突出缺點是維護操作要求高、能耗高，尤其是電液伺服閥對油液清潔度要求高，抗污染能力差。隨著微電子技術和交流變頻調速技術的迅速發展，加之伺服電動機材料、結構及控制理論有了突破性的進展，伺服電動機的響應特性和控制精度得到了極大地提高，出現了一種新型的伺服驅動方式，即直驅式電液伺服系統。
[0003]目前典型的直驅式電液伺服系統采用伺服電機驅動雙向定量栗，通過改變伺服電機的轉速和旋向來改變雙向栗的輸出流量和方向，通過控制伺服電機的扭矩來控制系統壓力，從而實現執行機構的換向、調速、調壓三大功能，由于這三種功能直接由伺服電機控制，不需要常規的電液伺服閥，從而對油液清潔度的要求大大降低。與傳統電液伺服系統相比，直驅式電液伺服系統具有伺服電機傳動控制靈活、電氣傳動能耗低和液壓傳動出力大的多重優點。
[0004]電液伺服系統的執行驅動機構通常采用液壓缸和液壓馬達，由于單出桿非對稱液壓缸具有結構簡單，占用空間少，出力大等優點，成為一種更普遍采用的執行機構，在有一些場合甚至必須采用單出桿非對稱液壓缸。但是由于非對稱液壓缸在換向時容易產生壓力突變、正反向流量不同，極大地影響了控制效果。
[0005]然而，目前直驅式電液伺服系統控制非對稱液壓缸采用的是雙栗控制原理來解決流量不平衡問題。雙栗控制原理的實現方式是采用兩臺栗分別控制非對稱液壓缸的兩腔，大排量栗控制無桿腔，小排量栗控制有桿腔。此方案雖然解決了流量不平衡問題，但非對稱液壓缸換向時的壓力突變問題依然存在，另外，采用兩臺栗不僅增加了系統回路成本，性價比不尚。
【實用新型內容】
[0006]鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種恒定背壓直驅式電液伺服系統，用于解決現有技術中非對稱液壓缸流量不平衡問題和換向時的壓力突變問題。
[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種恒定背壓直驅式電液伺服系統，包括:
[0008]控制器、驅動器、伺服電機、雙向定量栗與非對稱液壓缸，所述控制器、驅動器與伺服電機依次相連，該控制器通過所述驅動器控制所述伺服電機運轉，所述伺服電機、雙向定量栗與非對稱液壓缸依次相連，所述伺服電機通過控制雙向定量栗輸出流量和方向，實現非對稱液壓缸的運動控制。
[0009]優選地，還包括恒壓蓄能器與常規蓄能器，所述恒壓蓄能器與所述非對稱液壓缸的有桿腔連通，所述常規蓄能器分別連通所述雙向定量栗的第一油口、第二油口。
[0010]優選地，所述雙向定量栗的第三油口連通所述非對稱液壓缸的無桿腔。
[0011]優選地，所述非對稱液壓缸的無桿腔與所述非對稱液壓缸的有桿腔之間設有電磁切斷閥。
[0012]優選地，還包括第一安全閥與第二安全閥，所述第一安全閥與所述第二安全閥反向連通，且其連接于所述電磁切斷閥兩端。
[0013]優選地，還包括電磁球閥，所述電磁球閥的進油口、出油口分別對應連接所述雙向定量栗的第三油口與所述非對稱液壓缸的無桿腔。
[0014]優選地，還包括第一單向閥與第二單向閥，所述第一單向閥的進油口、出油口分別對應連接所述雙向定量栗的第二、三油口，且其出油口與所述電磁球閥同向相連;所述第二單向閥的進油口連接于所述第一安全閥與第二安全閥之間，其出油口連接于所述雙向定量栗的第一、二油口之間。
[0015]優選地，所述恒壓蓄能器與所述常規蓄能器分別對應設置采集油路的壓力傳感器。
[0016]優選地，所述非對稱液壓缸設置有采集其活塞桿伸縮位移的位移傳感器。
[0017]優選地，所述非對稱液壓缸的活塞桿的輸出端連接有負載。
[0018]如上所述，本實用新型的恒定背壓直驅式電液伺服系統，具有以下有益效果:
[0019]本實用新型采用恒定背壓、單腔控制原理，以一臺栗實現非對稱液壓缸的運動控制，不僅解決了非對稱液壓缸流量不平衡問題，還大大降低了回路成本，同時，簡化了控制方案，降低了控制難度；
[0020]采用恒壓蓄能器控制非對稱液壓缸背壓腔，使得背壓腔壓力在液壓缸換向時基本保持恒定，從而不會出現換向時的壓力突變問題，為無桿腔的壓力控制提供了有利條件；[0021 ]本實用新型尤其適用于垂直或非水平安裝結構形式的非對稱液壓缸的控制，由于此種工況有重力負載的存在，可以減小背壓蓄能器的壓力，提高系統效率。
【附圖說明】
[0022]圖1顯示為本實用新型的恒定背壓直驅式電液伺服系統結構示意圖。
[0023]元件標號說明:
[0024]I伺服電機
[0025]2雙向定量栗
[0026]3第一單向閥
[0027]4第二單向閥
[0028]5第一壓力傳感器
[0029]6常規蓄能器
[0030]7 電磁球閥[0031 ]8第一安全閥
[0032]9第二安全閥
[0033]10恒壓蓄能器
[0034]11第二壓力傳感器
[0035]12電磁切斷閥
[0036]13第三壓力傳感器
[0037]14位移傳感器
[0038]15非對稱液壓缸
[0039]16 負載
[0040]17控制器[0041 ]18驅動器
【具體實施方式】
[0042]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0043]需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0044]請參閱圖1，本實用新型提供一種恒定背壓直驅式電液伺服系統結構示意圖，包括:
[0045]控制器17、驅動器18、伺服電機1、雙向定量栗2與非對稱液壓缸15，所述控制器17、驅動器18與伺服電機I依次相連，該控制器17通過所述驅動器18控制所述伺服電機I運轉，所述伺服電機1、雙向定量栗2與非對稱液壓缸15依次相連，所述伺服電機I通過控制雙向定量栗2輸出流量和方向，實現非對稱液壓缸15的運動控制。
[0046]還包括恒壓蓄能器10與常規蓄能器6，所述恒壓蓄能器10與所述非對稱液壓缸15的有桿腔連通，所述常規蓄能器6分別與所述雙向定量栗2的第一油口、第二油口連通，所述雙向定量栗2的第三油口連通所述非對稱液壓缸15的無桿腔，其中，雙向定量栗2的第一油口為B口，雙向定量栗2的第三油口為A口，伺服電機I的正轉帶動雙向定量栗2A口出油，B口吸油;伺服電機I的反轉帶動雙向定量栗2B口出油，A口吸油。
[0047]具體地，所述非對稱液壓缸15的無桿腔與所述非對稱液壓缸15的有桿腔之間設有電磁切斷閥12，正常情況下，電磁切斷閥12切斷非對稱液壓缸15的有桿腔與無桿腔之間的連接，當其被控制器17控制通電時，連通非對稱液壓缸15的有桿腔與無桿腔。
[0048]具體地，還包括第一安全閥8與第二安全閥9，所述第一安全閥8與所述第二安全閥9反向連通，且連接于所述電磁切斷閥12兩端。所述電磁球閥7的進油口、出油口分別對應連接所述雙向定量栗2的第三油口與所述非對稱液壓缸15的無桿腔，其中，所述電磁球閥7通電與否受控制器17控制，上述安全閥防止非對稱液壓缸15的兩腔超壓；電磁球閥7在正常狀態下通電使得油路導通，在失電狀態下鎖定非對稱液壓缸15當前位置，可以實現非對稱液壓缸15的停位功能。
[0049]優選地，還包括第一單向閥3與第二單向閥4，所述第一單向閥3的進油口、出油口分別對應連接所述雙向定量栗2的第二、三油口，且其出油口與所述電磁球閥7同向相連;所述第二單向閥4的進油口連接于所述第一安全閥8與第二安全閥9之間，其出油口連接于所述雙向定量栗2的第一、二油口之間，第一單向閥3實現非對稱液壓缸15無桿腔的補油功能；第二單向閥4隔離雙向定量栗2A 口與非對稱液壓缸15無桿腔之間的壓力干擾。
[0050]優選地，所述恒壓蓄能器10與所述常規蓄能器6分別對應設置采集油路的壓力傳感器，且所述電磁切斷閥12也設有采集其油壓的壓力傳感器，所述非對稱液壓缸15的有桿腔連接有采集其活塞桿伸縮位移的位移傳感器14，且所述非對稱液壓缸15的活塞桿的輸出端連接有負載16，雙向定量栗2B 口和非對稱液壓缸15兩腔(有桿腔與無桿腔)分別設置有第一壓力傳感器5、第二壓力傳感器11、第三壓力傳感器13，實時監控壓力變化;所述位移傳感器14將采集的伸縮位移參數傳輸至控制器17，所述壓力傳感器將采集的油路壓力參數傳輸至控制器17。
[0051 ]實施例1，非對稱液壓缸15活塞桿伸出動作過程:
[0052]控制器17接受外部指令，并發出位移伸出指令給驅動器18，驅動器18驅動伺服電機I正向旋轉，伺服電機I帶動雙向定量栗2A 口出油、B 口吸油，常規蓄能器6提供雙向定量栗2B口吸油流量，電磁球閥7得電導通，雙向定量栗2A口壓力油進入非對稱液壓缸15的無桿腔；同時電磁切斷閥12不得電，非對稱液壓缸15的有桿腔由恒壓蓄能器10吸收非對稱液壓缸15有桿腔排出的油液且保持一定壓力；由于非對稱液壓缸15有桿腔產生的力小于無桿腔產生的力，且當兩腔力的差值大于負載時，非對稱液壓缸15活塞桿伸出；非對稱液壓缸15上的位移傳感器14實時檢測活塞桿的伸出位移并送入控制器17中；控制器17將位移指令與檢測的實際位移進行比較，其差值通過算法修正從而輸出修正的位移指令給驅動器18，從而實現非對稱液壓缸15的位置閉環控制，精確到達預期伸出位置。
[0053]實施例2，非對稱液壓缸15活塞桿縮回動作過程:
[0054]控制器17接受外部指令，并發出位移縮回指令給驅動器18，驅動器18驅動伺服電機I反向旋轉，伺服電機I帶動雙向定量栗2B 口出油、A 口吸油，常規蓄能器6吸收雙向定量栗2B 口出油流量，電磁球閥7得電導通，雙向定量栗2A 口吸收非對稱液壓缸15的無桿腔的油液，從而使得非對稱液壓缸15的無桿腔壓力降低；同時電磁切斷閥12不得電，非對稱液壓缸15的有桿腔由恒壓蓄能器10提供非對稱液壓缸15有桿腔吸入的油液且保持一定壓力；由于非對稱液壓缸15有桿腔產生的力疊加上負載力大于無桿腔產生的力，非對稱液壓缸15活塞桿縮回；非對稱液壓缸15上的位移傳感器14實時檢測活塞桿的縮回位移并送入控制器17中；控制器17將位移指令與檢測的實際位移進行比較，其差值通過算法修正從而輸出修正的位移指令給驅動器18，從而實現非對稱液壓缸15的位置閉環控制，精確到達預期縮回位置。
[0055]實施例3，非對稱液壓缸15的出力控制過程:
[0056]控制器17接受外部壓力指令，同時計算非對稱液壓缸15兩腔第二壓力傳感器11、第三壓力傳感器13實時檢測的活塞桿兩腔壓力值，如果計算得到的非對稱液壓缸15活塞桿輸出壓力值小于指令壓力，控制器17發出伸出指令給驅動器18，驅動器18驅動伺服電機I正向旋轉，伺服電機I帶動雙向定量栗2A口出油、B口吸油，常規蓄能器6提供雙向定量栗2B口吸油流量，電磁球閥7得電導通，雙向定量栗2A 口壓力油進入非對稱液壓缸15的無桿腔，導致無桿腔壓力升高，控制器17將壓力指令與檢測的壓力轉化后的實際輸出壓力值進行比較，其差值通過算法修正從而輸出指令給驅動器18，從而實現非對稱液壓缸15的出力閉環控制，精確控制出力。同理，如果計算得到的非對稱液壓缸15活塞桿輸出壓力值大于指令壓力，控制器17發出縮回指令給驅動器18，驅動器18驅動伺服電機I反向旋轉，伺服電機I帶動雙向定量栗2B 口出油、A口吸油，常規蓄能器6吸收雙向定量栗2B 口出油流量，電磁球閥7得電導通，雙向定量栗2A 口吸收非對稱液壓缸15的無桿腔的油液，從而使得非對稱液壓缸15的無桿腔壓力降低;控制器17將壓力指令與檢測的壓力轉化后的實際出力進行比較，其差值通過算法修正從而輸出指令給驅動器18，從而實現非對稱液壓缸15的出力閉環控制，精確控制出力。
[0057]綜上所述，本實用新型采用特殊結構的恒壓蓄能器控制非對稱液壓缸有桿腔，使得背壓腔的壓力在液壓缸運動過程中基本保持恒定;非對稱液壓缸無桿腔由伺服電機驅動的雙向栗進行控制，雙向栗的一側出油口接非對稱液壓缸無桿腔，雙向栗的另一側出油口接低壓蓄能器，從而通過伺服電機的控制實現非對稱液壓缸無桿腔的壓力和流量的控制；非對稱液壓缸上裝有位移傳感器，非對稱液壓缸兩腔裝有壓力傳感器，位移傳感器和壓力傳感器信號均接入控制器，通過控制器輸出控制指令給伺服電機驅動器，伺服電機驅動器按照指令驅動伺服電機運轉，從而控制伺服電機連接的雙向栗的流量輸出，最終實現液壓缸位置和壓力的快速、精確控制。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0058]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，包括:控制器、驅動器、伺服電機、雙向定量栗與非對稱液壓缸，所述控制器、驅動器與伺服電機依次相連，該控制器通過所述驅動器控制所述伺服電機運轉，所述伺服電機、雙向定量栗與非對稱液壓缸依次相連，所述伺服電機通過控制雙向定量栗輸出流量和方向，實現非對稱液壓缸的運動控制。2.根據權利要求1所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，還包括恒壓蓄能器與常規蓄能器，所述恒壓蓄能器與所述非對稱液壓缸的有桿腔連通，所述常規蓄能器分別連通所述雙向定量栗的第一油口、第二油口。3.根據權利要求2所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，所述雙向定量栗的第三油口連通所述非對稱液壓缸的無桿腔。4.根據權利要求1所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，所述非對稱液壓缸的無桿腔與所述非對稱液壓缸的有桿腔之間設有電磁切斷閥。5.根據權利要求4所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，還包括第一安全閥與第二安全閥，所述第一安全閥與所述第二安全閥反向連通，且其連接于所述電磁切斷閥兩端。6.根據權利要求5所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，還包括電磁球閥，所述電磁球閥的進油口、出油口分別對應連接所述雙向定量栗的第三油口與所述非對稱液壓缸的無桿腔。7.根據權利要求6所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，還包括第一單向閥與第二單向閥，所述第一單向閥的進油口、出油口分別對應連接所述雙向定量栗的第二、三油口，且其出油口與所述電磁球閥同向相連;所述第二單向閥的進油口連接于所述第一安全閥與第二安全閥之間，其出油口連接于所述雙向定量栗的第一、二油口之間。8.根據權利要求2所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，所述恒壓蓄能器與所述常規蓄能器分別對應設置采集油路的壓力傳感器。9.根據權利要求1所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，所述非對稱液壓缸的設置有采集其活塞桿伸縮位移的位移傳感器。10.根據權利要求1所述的恒定背壓直驅式電液伺服系統，其特征在于，所述非對稱液壓缸的活塞桿的輸出端連接有負載。
【文檔編號】F15B1/04GK205446224SQ201620211969
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】劉玉, 李新有, 方學紅, 陶晶
【申請人】中冶賽迪工程技術股份有限公司