CN100383407C - 自容式电液执行器及其集成油路块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自容式电液执行器及其集成油路块，其包括液压缸、操纵座和电液控制系统，其特点是，还包括和所述电液控制系统集成在一个油路集成块上的油源系统，该油源系统包括油箱及包含油泵和油泵驱动电动机的加压供油装置，该加压供油装置的供油口与所述电液控制系统的压力油入口连通，所述电液控制系统和液压缸的排油口连通到所述油箱内。本发明装置安装使用方便，无需外设油泵站和外部油管路，能耗小，液压油无污染，可保持清洁，并具有简化结构，降低成本和提高可靠性的效果。特别适用于汽轮机上使用的电液伺服系统。

Description

自容式电液执行器及其集成油路块

技术领域

本发明涉及自动控制领域的电液驱动执行机构。

背景技术

现有电液执行器由液压缸和电液控制系统组成，所需的压力油由集中设置的油源站通过管路提供。例如，一种汽轮机用的电液执行器由液压缸、电液伺服阀(DDV)或电磁阀、快关电磁阀和卸载阀、操纵座和行程发讯器(LVDT)组成，将汽轮机全电调控制系统(DEH)来的电信号转换为液压信号，通过液压缸驱动被控制的阀门，并由LVDT将阀门定位在DEH控制器给定的位置上。由于一台汽轮机需要多台电液执行器，所需的能量由油源站提供的压力油集中供给，因此需通过复杂的管路系统相互连接。

电液执行器大部分时间工作在稳态，需要的能耗很小，只有在动作过程中消耗的能量较大，而油源站的供油能力是按最大供油量设计的，因此在稳态时，其能量大部分经内部循环消耗掉了，使油温上升，然后需经过冷油器将热量带走，所以油源站的能耗很大。

此外，现有电液执行器所需的油源站和油管路系统的体积庞大，建设费用很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自容式电液执行器，将油源系统集成在电液执行器中，无需外部油源和油管路就能独立执行电液控制功能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自容式电液执行器，包括液压缸和电液控制系统，其特点是，还包括和所述电液控制系统集成在一个油路集成块上的油源系统，该油源系统包括油箱及包含油泵和油泵驱动电动机的加压供油装置，该加压供油装置的供油口与所述电液控制系统的压力油入口连通，所述电液控制系统和液压缸的排油口连通到所述油箱内。所述油泵的出油口为所述加压供油装置的供油口，且该出油口与一个卸载阀的P口连通，在该卸载阀的一动作位置，该P口与该卸载阀的排油口连通，在该卸载阀的其它动作位置，该P口连通到所述液压缸的控制口。

进一步地，上述自容式电液执行器还可具有以下特点：所述卸载阀为所述电液控制系统中的开启-卸载电磁阀(可采用二位四通阀)，该开启-卸载电磁阀一侧的P口为与所述油泵出油口连通的所述电液控制系统的压力油入口，另一侧在不同动作位置上与该P口连通的两个流出口分别连通到所述液压缸的控制口和所述油箱内部，所述电液控制系统还包括一个关闭电磁阀(可采用二位四通阀)，该电磁阀进油口和出油口分别连通到所述液压缸的控制口和所述油箱内部，并具有开、关两个位置。

进一步地，上述自容式电液执行器还可具有以下特点：所述电液控制系统还包括快关电磁阀和卸荷阀，所述快关电磁阀和卸荷阀的进油口及卸荷阀的控制口均连接到所述液压缸的控制口，所述快关电磁阀和卸荷阀的出油口均连通到所述油箱内部。

本发明还提供一种自容式电液执行器，包括液压缸和电液控制系统，其特征在于，还包括和所述电液控制系统集成在一个油路集成块上的油源系统，该油源系统包括油箱及包含油泵和油泵驱动电动机的加压供油装置，该加压供油装置的供油口与所述电液控制系统的压力油入口连通，所述电液控制系统和液压缸的排油口连通到所述油箱内，所述加压供油装置还包括单向阀、蓄能器、压力检测装置和充油阀(可采用二位二通电磁阀)，所述单向阀的流入口通过管路与所述油泵出油口连接，所述充油阀具有开、关两个位置，其进油口与所述单向阀和所述油泵之间的油管连通，出油口连通到所述油箱内部，所述单向阀的流出口通过管路与所述蓄能器进油口连接，所述蓄能器的出油管路与所述电液控制系统的压力油入口连接，该出油管路连通到所述液压缸的控制口或封闭，所述压力检测装置安装在该蓄能器的出油管路上，检测到高限油压时控制开启所述充油阀，检测到低限油压时控制关闭所述充油阀。

进一步地，上述自容式电液执行器还可具有以下特点：所述电液控制系统包括电液伺服阀、快关电磁阀和卸荷阀，所述电液伺服阀一侧的P口为该电液控制系统的压力油入口，另一侧的一个流出口与所述液压缸的控制口连通，所述快关电磁阀的进油口连通到所述电液伺服阀的P口，出油口连通到所述卸荷阀的控制口，所述卸荷阀的进油口连通到所述液压缸的控制口，其出油口则与所述油箱内部连通。

进一步地，上述自容式电液执行器还可具有以下特点：还包括一个带有蓄能弹簧的操纵座和一个提供反馈信号的行程发讯器。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种电液执行器中使用的集成油路块，将油源系统和电液控制系统集成在一起，无需外部油源和油管路就能独立执行电液控制功能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电液执行器中使用的集成油路块，其特征在于，包括集成在一起的油源系统和电液控制系统，该油源系统包括油箱及包含油泵和油泵驱动电动机的加压供油装置，该加压供油装置的供油口与所述电液控制系统的压力油入口连通，所述电液控制系统的排油口连通到所述油箱内。所述油泵的出油口为所述加压供油装置的供油口，且该出油口与一个卸载阀的P口连通，在该卸载阀的一动作位置，该P口与该卸载阀的排油口连通，在该卸载阀的其它动作位置，该P口连通到所述液压缸的控制口。

该集成油路块可具有前述电液执行器中的集成油路块的所有附加特征。

本发明还提供一种电液执行器中使用的集成油路块，其特征在于，包括集成在一起的油源系统和电液控制系统，该油源系统包括油箱及包含油泵和油泵驱动电动机的加压供油装置，该加压供油装置的供油口与所述电液控制系统的压力油入口连通，所述电液控制系统的排油口连通到所述油箱内，所述加压供油装置还包括单向阀、蓄能器、压力检测装置和充油阀，所述单向阀的流入口通过管路与所述油泵出油口连接，所述充油阀具有开、关两个位置，其进油口与所述单向阀和所述油泵之间的油管连通，出油口连通到所述油箱内部，所述单向阀的流出口通过管路与所述蓄能器进油口连接，所述蓄能器的出油管路与所述电液控制系统的压力油入口连接，该出油管路连通到所述液压缸的控制口或封闭，所述压力检测装置安装在该蓄能器的出油管路上，检测到高限油压时控制开启所述充油阀，检测到低限油压时控制关闭所述充油阀。

该集成油路块可具有前述电液执行器中的集成油路块的所有附加特征。此外，还可进一步具有以下特点：所述蓄能器为气囊式蓄能器，所述油泵为高压齿轮泵，所述电动机为高启动转矩三相交流异步电动机，所述油路集成块以所述油箱为主体，所述油泵置于所述油箱内底部，所述电动机安装在所述油箱顶部，所述单向阀、蓄能器、压力检测装置、充油阀及所述电液控制系统则安装在所述油箱的侧面。

由上可知，本发明在常规电液执行器的基础上配备了专用集成油路块，该油路块将控制功能和液压站功能集成在一起，构成了自容式电液执行器，无需外设油源站和外部油管路，在实现常规电液执行器功能的前提下，达到了节能、简化结构、方便安装使用、防止油液污染，降低成本和提高可靠性的效果。

附图说明

图1是本发明第一实施例自容式电液执行器的油路示意图。

图2是本发明第二实施例自容式电液执行器的油路示意图。

图3是本发明第一实施例自容式电液执行器外部结构的主视图。

图4是图3中电液执行器外部结构的俯视图。

图5是本发明第二实施例自容式电液执行器外部结构的主视图。

图6是图5中电液执行器外部结构的俯视图。

具体实施方式

本发明提供的自容式电液执行器，是在常规电液执行器的基础上，将油源站分散到每个电液执行器，并与控制回路各元件集成在一起，构成一个集成油路块。由该集成油路块执行常规系统的油源站、油管路和电液控制功能。并可进一步将该集成油路块的供油方式按节能方式设计，即动作时加载，稳态卸载。下面的两个实施例分别描述了两种集成油路块，即开关控制型的集成油路块和连续控制型的集成油路块，相应地构成了开关控制型的自容式电液执行器和连续控制型的自容式电液执行器。

第一实施例

本实施例详细描述一种开关控制型的自容式电液执行器，应用于汽轮机DEH控制系统电液伺服系统中。如图1所示，该自容式电液执行器由液压缸1、操纵座2、行程发讯器3和集成油路块4组成。集成油路块4又可分为油源系统和电液控制系统，请同时参照图3和图4。油源系统包括油箱41和由油泵42和驱动油泵的电动机43组成加压供油装置，电液控制系统包括开启-卸载电磁阀44、关闭-活动试验电磁阀45，以及快关电磁阀46和卸荷阀47。

油箱41内盛有抗燃油，油泵42进油口接通到油箱41的油层中，出油口与开启-卸载电磁阀44的压力油入口P连通。开启-卸载电磁阀44为二位四通阀，其A、B口分别连通到液压缸1的控制口和油箱41内部，T口封闭。关闭-活动试验电磁阀45亦为二位四通阀，其P口通过节流孔f1与液压缸1控制口相通，B口连通油箱41内部，A口和T口封闭。快关电磁阀46为二位二通阀，其P口与卸荷阀47的控制口相通，并通过节流孔f2连接至液压缸1控制口，其T口连通油箱41内部。卸荷阀47的P口连通到液压缸1的控制口，其T口连通油箱41内部。液压缸1的排油口也通过油路连通到油箱41内部。

在物理结构上，如图3、4所示，集成油路块4侧面紧靠液压缸安装，以油箱41为主体，油泵42采用高压齿轮泵，置于油箱41内底部，其驱动电动机43采用高启动转矩三相交流异步电动机，安装在油箱41顶部。电液控制系统的各种阀44、45、46、47置于油箱侧面，与液压缸1相对。开关型执行器不设蓄能器，直接利用操纵座弹簧的蓄能。当然，集成油路块和其中各种元件的布置并不局限于以上的方案。

电动机43和油泵42持续运转，常态时处于卸荷状态，抽取的油经油管从开启-卸载电磁阀44的出口B再流回油箱。液压缸开启时，开启-卸载电磁阀44开启，油泵42加载，压力油经过开启-卸载电磁阀44的A口进入液压缸1控制口，使之开启。当开启到位时，开启-卸载电磁阀44复位，油泵42卸载，以减小能耗。油液被困在液压缸1内，使其保持位置。液压缸关闭时，关闭-活动试验电磁阀45开启，液压缸1内存油在操纵座2弹簧的作用下经过关闭-活动试验电磁阀45排出，同时液压缸1上腔从油箱41内吸入油液，使液压缸逐渐关闭。关闭到位时，关闭-活动试验电磁阀45复位，液压缸1重新回到困油状态，并保持位置。

事实上，本实施例除开关控制外，也可以实现连续控制，其中的LVDT用于提供反馈信号实现液压缸开、关方向的定位，通过控制开启-卸载电磁阀44开闭的时间来决定液压缸移动的距离，最小的移动距离和开启-卸载电磁阀44开闭的最小时间相关。

快关电磁阀46和卸荷阀47用于实现液压缸的快速关闭，当液压缸1需要快速关闭时，开启快关电磁阀46，控制卸荷阀47打开，油液通过卸荷阀47的P口和T口快速排出。这里，如果快关电磁阀的油路既可满足快速泄放的要求，也可以只设置快关电磁阀。

关闭-活动试验电磁阀45还可用于非工作状态时的活动试验，通过控制该阀的启闭使液压缸活塞移动，可以用于试验和防止液压缸的卡塞。

从该实施例可以看出，由集成油路块、液压缸和操作座组成的自容式电液执行器构成了一个独立的工作单元，无需外部油源和油管路，就能独立执行电液控制功能，除无需另设油源站和油管路外，也简化了原电液控制系统的结构。此外，由于电动机平时处于卸荷状态，消耗的能量很少，因此，该自容式电液执行器在实现常规电液执行器功能的前提下，达到了节能、简化结构、方便使用和防止油液污染的效果。

第二实施例

本实施例详细描述一种连续控制型的自容式电液执行器，也应用于汽轮机DEH控制系统电液伺服系统中。如图2所示，该自容式电液执行器由液压缸1、操纵座2、行程发讯器3和集成油路块4’组成。集成油路块4’也分为油源系统和电液控制系统，但这两个系统的具体结构与第一实施例不同。本实施例的油源系统除油箱41外，其加压供油的装置包括油泵42、驱动油泵的电动机43、单向阀48、蓄能器49、高限油压压力开关50、低限油压压力开关51和充油电磁阀52。而电液控制系统包括DDV阀53、快关电磁阀54和卸荷阀47。

油箱41内盛有抗燃油，油泵42的进油口接通到油箱41的油层中，单向阀48的流入口通过管路与油泵42的出油口连接。单向阀48的流出口通过管路连接到蓄能器49的进油口，该进油口同时也充当蓄能器49的出油口，并通过管路连通到DDV阀的压力油入口P。充油电磁阀52为二位二通阀，其一端与单向阀48和油泵42之间的油管连通，另一端连通到油箱41内部。高、低限油压压力开关50、51均安装在蓄能器49出油口和DDV阀压力油入口P之间的管路上，其触点电连接到充油电磁阀52的控制回路中。在油压达到设定高限值时，高限油压压力开关50动作，使充油电磁阀52打开，油泵卸载。在油压达到设定的低限值时，低限油压压力开关51动作，使充油电磁阀52关闭，油泵加载。当然，也可以用一个可检测两个油压的压力开关来实现该控制功能。

DDV阀的T口连通到油箱41内部，用于排油，A口与液压缸1控制口连通，B口封闭。快关电磁阀54为二位三通阀，其P口与蓄能器49出口连通，A口连通卸荷阀47控制口，T口连通油箱41内部。卸荷阀47的P口通过管路与液压缸1控制口连通，其T口连通油箱41内部。液压缸1排油口连通到油箱内部。

在物理结构上，如图5、6所示，集成油路块4’的侧面紧靠液压缸安装，以油箱41为主体，油泵42置于油箱41内底部，电动机43安装在油箱41顶部。蓄能器49为气囊式蓄能器，安装在油箱41的另一个侧面上。油源系统和电液控制系统中的各种阀和压力开关置于油箱41的与液压缸1相对的侧面上。当然，集成油路块4’和其中各种元件的布置并不局限于以上的方案。

油箱41内充满抗燃油，油泵42和电动机43持续运转。在充压阶段，充油电磁阀52关闭，油泵42加载，将油箱中的油打入蓄能器49，对能量进行存储。当充压到预定的高限油压后，高限油压压力开关50动作，充油电磁阀52开启，油泵42卸载，可减少能耗，此时蓄能器49的油压保持不变。

液压缸开启时，DDV阀53的P口和A口连通，压力油从蓄能器49流出，经DDV阀53进入液压缸1的控制口，使之开启。开启到位时，DDV阀53关闭，油液被困在液压缸1内，使其保持位置。液压缸关闭时，DDV阀53的A口和T口连通，液压缸1内存油在操纵座2的弹簧作用下经过DDV阀53排出到油箱41内，使液压缸1逐渐关闭。液压缸1关闭到位时，DDV阀53再次关闭，使液压缸1重新回到困油状态，并保持位置。液压缸1开、关方向的定位由LVDT反馈决定，移动的距离可通过DDV阀53控制流入液压缸1控制口的油的流量来调节。

快关电磁阀54和卸荷阀47用于实现液压缸1的快关。当液压缸1需要快速关闭时，开启快关电磁阀54，将压力油接通到卸荷阀47的控制口使其开启，油液通过卸荷阀47的P口和T口快速排出。同样，如果快关电磁阀的油路既可满足快速泄放的要求，也可以只设置快关电磁阀。

在液压缸1的开启过程中，蓄能器49内的油会流出使油压下降，当油压下降到预定的低限油压后，低限油压压力开关51动作，使充油电磁阀52关闭，油泵42加载，重新进入充压阶段。

本实施例的自容式电液执行器和集成油路块除具有第一实施例的效果外，因为在油源系统中设置了蓄能器，平时用于储存能量，在液压缸开启时就可以立即提供具有足够压力的油，使得执行器的动作更为快速。通常情况，对于0.25L左右的液压缸，可以采用5L左右容量的蓄能器。

上述实施例对本发明的描述并不是对本发明内容作进一步的限定。本领域的技术人员应理解，对本发明的技术特征所作的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。

例如，虽然实施例中的液压缸是单侧液压缸，采用油压开启，弹簧关闭。但本发明也可以应用于双侧液压缸，其电液控制系统的形式不同，但是，同样可以将实施例中的油源系统和其电液控制系统集成为一个油路块，在连接时，只需将电液控制系统中所有的压力油入口与油源系统的压力油出口(如第一实施例的油泵出油口，或第二实施例中的蓄能器出油口)相连，并将电液控制系统的所有排油口都连通到油箱内。事实上，本发明的电液执行器和集成油路块的设计可以应用于各种电液伺服系统，并可实现开关控制、连续控制、快速调节和快速关闭等功能。

又如，第二实施例电液执行器的集成油路块中，油源系统的加压供油装置也可以取消充油电磁阀，由控制系统根据压力开关的触点位置直接控制电动机的启停，需要加压时启动电动机，否则停止电动机。这样也可以实现本发明基本的技术效果，但启动频繁时会造成电动机发热，响应速度不及电磁阀，且第二实施例电动机持续运转，加载时可以利用电动机的最大转矩，该转矩远大于电动机的启动转矩。在第一实施例中，由控制系统在液压缸开启时直接启动电动机，否则停止电机动也是可行的，这时不需要通过开启-卸载电磁阀来实现卸载功能。

又如，电液控制系统中使用DDV阀时，也可以用第一实施例由电动机和油泵组成的加压供油装置，但需要在油泵出油口和电液控制系统的压力油入口之间增加一个卸载用的电磁阀，该电磁阀在液压缸开启时关闭，在开启到位后则打开让油泵卸载。这就构成了另外一个实施例。

Claims (6)

1.一种自容式电液执行器，包括液压缸和电液控制系统，其特征在于，还包括和所述电液控制系统集成在一个油路集成块上的油源系统，该油源系统包括油箱及包含油泵和油泵驱动电动机的加压供油装置，该加压供油装置的供油口与所述电液控制系统的压力油入口连通，所述电液控制系统和液压缸的排油口连通到所述油箱内，所述加压供油装置还包括单向阀、蓄能器、压力检测装置和充油阀，所述单向阀的流入口通过管路与所述油泵出油口连接，所述充油阀具有开、关两个位置，其进油口与所述单向阀和所述油泵之间的油管连通，出油口连通到所述油箱内部，所述单向阀的流出口通过管路与所述蓄能器进油口连接，所述蓄能器的出油管路与所述电液控制系统的压力油入口连接，该出油管路连通到所述液压缸的控制口或封闭，所述压力检测装置安装在该蓄能器的出油管路上，检测到高限油压时控制开启所述充油阀，检测到低限油压时控制关闭所述充油阀。

2.如权利要求1所述的自容式电液执行器，其特征在于，所述电液控制系统包括电液伺服阀、快关电磁阀和卸荷阀，所述电液伺服阀一侧的P口为该电液控制系统的压力油入口，另一侧的一个流出口与所述液压缸的控制口连通，所述快关电磁阀的进油口连通到所述电液伺服阀的P口，出油口连通到所述卸荷阀的控制口，所述卸荷阀的进油口连通到所述液压缸的控制口，其出油口则与所述油箱内部连通。

3.如权利要求1所述的自容式电液执行器，其特征在于，还包括一个带有蓄能弹簧的操纵座和一个提供反馈信号的行程发讯器。

4.一种电液执行器中使用的集成油路块，其特征在于，包括集成在一起的油源系统和电液控制系统，该油源系统包括油箱及包含油泵和油泵驱动电动机的加压供油装置，该加压供油装置的供油口与所述电液控制系统的压力油入口连通，所述电液控制系统的排油口连通到所述油箱内，所述加压供油装置还包括单向阀、蓄能器、压力检测装置和充油阀，所述单向阀的流入口通过管路与所述油泵出油口连接，所述充油阀具有开、关两个位置，其进油口与所述单向阀和所述油泵之间的油管连通，出油口连通到所述油箱内部，所述单向阀的流出口通过管路与所述蓄能器进油口连接，所述蓄能器的出油管路与所述电液控制系统的压力油入口连接，该出油管路连通到所述液压缸的控制口或封闭，所述压力检测装置安装在该蓄能器的出油管路上，检测到高限油压时控制开启所述充油阀，检测到低限油压时控制关闭所述充油阀。

5.如权利要求4所述的集成油路块，其特征在于，所述电液控制系统包括电液伺服阀、快关电磁阀和卸荷阀，所述电液伺服阀一侧的P口为该电液控制系统的压力油入口，另一侧的一个出油口作为与液压缸控制口连接的流出口，所述快关电磁阀的进油口连通到所述电液伺服阀的P口，出油口连通到所述卸荷阀的控制口，所述卸荷阀的进油口作为与液压缸控制口连接的流入口，其出油口则与所述油箱内部连通。

6.如权利要求4所述的集成油路块，其特征在于，所述蓄能器为气囊式蓄能器，所述油泵为高压齿轮泵，所述电动机为高启动转矩三相交流异步电动机，所述油路集成块以所述油箱为主体，所述油泵置于所述油箱内底部，所述电动机安装在所述油箱顶部，所述单向阀、蓄能器、压力检测装置、充油阀及所述电液控制系统则安装在所述油箱的侧面。

Images