CN105206167B - 一种多功能综合实验平台装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能综合实验平台装置，包括交流伺服电机、双向变量泵、补油装置、安全阀、锁阀、截止阀、液压缸、负载装置、液压马达、滚筒、比例换向阀、溢流阀、定量泵、普通电机、流量传感器、压力传感器和控制器，交流伺服电机和双向变量泵组成直驱油源，普通电机、定量泵和比例换向阀组成阀控油源，并根据控制器的指令改变伺服电机转速和转向以及比例换向阀的阀口大小和方向，实现液压缸或液压马达的启动、变速、换向、停止。本多功能综合实验平台装置将直驱油源和阀控油源并联接在液压缸或液压马达上，既能进行阀控实验，又能进行直驱泵控实验，还能进行直驱控制和阀控的联合控制实验。

Description

一种多功能综合实验平台装置

技术领域

本发明属于电液伺服技术领域，具体涉及一种多功能综合实验平台装置。

背景技术

节能减排是当今工业领域倡导的理念。工业装备特别是大型工业设备都需要有大功率驱动设备，以保证稳定运行。液压系统因其稳定，功率大，控制精度高，效率高等优势在工业领域得到广泛应用。

传统的电液伺服控制系统按液压控制元件不同，分为容积控制和阀控节流控制两大类。容积控制是通过改变泵的排量或马达的排量来调节执行元件的输出，驱动电机的速度恒定，优点是无节流溢流损失，效率高；但是惯性大，响应速度慢，控制精度不高，只适合对响应速度和控制精度要求不高的场合。阀控节流控制系统的响应速度块，控制精度高，但由于存在节流溢流损失，效率低，系统温升高。

随着伺服电机控制技术的快速发展，国内外在近年来发展了一种新型电液伺服系统——直驱容积控制式电液伺服系统。

直驱容积控制式电液伺服系统是用伺服电机直接驱动双向泵的泵源，目前最常用的方案是采用伺服电机驱动双向内啮合齿轮泵的方案，通过调节伺服电机的速度来控制液压执行元件的输出，调节伺服电机的旋转方向来调节执行元件的方向。通过改变电动机的旋转方向、速度和运转时间来控制液压执行元件的运动方向、速度、位置和输出力(或力矩)。目前的直驱容积控制式电液伺服系统具有节能、低成本、高寿命，集成度高等特点。但也存在动态响应速度慢的缺点。

为提高直驱容积控制式电液伺服系统的响应速度，本发明提出一种新型采用伺服电机驱动双向变量泵的新型直驱容积控制方案，同时调节伺服电机的速度和变量泵的排量，以提高系统的响应速度。对一些响应速度和控制精度要求非常高的场合，可以采用直驱容积控制和阀控联合控制的方案，在提高系统的功率效率的同时能保证系统的控制精度。

因此，为了研究新型直驱容积控制电液伺服系统的动静态特性和控制策略，以及采用新型直驱容积控制和阀控联合控制的系统的动静态特性和控制策略，本发明提出了一种直驱和阀控联合的液压综合节能实验平台。既能进行阀控实验，又能进行直驱控制实验，还能进行直驱和阀控联合控制实验；其液压执行机构有液压缸和液压马达两种。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能综合实验平台装置，该平台装置将直驱油源和阀控油源并联接在液压缸或液压马达上，既能进行阀控实验，又能进行直驱容积控制实验，还能进行直驱容积控制和阀控联合控制实验，为了更进一步的保证实验精度，本发明对本实验中使用的滚筒进行了改进，以保证负载装置的运行不会因为钢丝绳缠绕问题对实验精度造成影响。

为实现上述方案，本发明提供了一种多功能综合实验平台装置，包括交流伺服电机、双向变量泵、补油装置、安全阀、锁阀、截止阀、液压缸、液压马达、滚筒、比例换向阀、溢流阀、定量泵、普通电机、流量传感器、压力传感器、滚筒转速传感器、位移传感器、控制器和负载装置，所述交流伺服电机通过连接轴与双向变量泵连接，双向变量泵通过管道A和管道B分别连接到液压马达的A进口和B进口，液压马达通过输出轴与滚筒连接，所述滚筒包括内滚筒、外滚筒、和气缸，内滚筒表面开有滑槽，外滚筒套接在内滚筒上，外滚筒表面设有螺旋槽，气缸安装在内滚筒一侧并通过气动伸缩头与外滚筒连接，所述外滚筒通过钢丝绳与负载装置连接；双向变量泵的A口、补油装置的液控单向B口和K口、安全阀的P口、锁阀的A口和K口通过油管并联在一起；所述锁阀的B口连接双向流量计的A口，所述双向流量计的B口、第一截止阀的A口、第二截止阀的A口和压力传感器的P口通过油管相连；所述第二截止阀的B口与液压马达的A口相连，所述第一截止阀的B口与液压缸的无杆腔相连；所述双向变量泵的B口、补油装置的液控单向阀B口和K口、安全阀的P口、锁阀的A口和K口通过油管并联在一起；所述补油装置液控单向阀A口、安全阀的T口通过油管接回油箱；所述普通电机通过输出轴与定量泵相连；所述定量泵出油口、溢流阀的P口、比例换向阀的P口通过管道相连；所述比例换向阀的T口接油箱，所述比例换向阀的A口和B口分别与锁阀的液控单向阀B口相连。

在上述技术方案中，为了更进一步的保证实验精度，本发明对本实验中使用的滚筒进行了改进，滚筒包括内滚筒、外滚筒和气缸，内滚筒表面开有滑槽，外滚筒套接在内滚筒上，外滚筒表面设有螺旋槽，气缸安装在内滚筒一侧并通过气动伸缩头与外滚筒连接，外滚筒通过钢丝绳与负载装置连接；液压马达通过输出轴带动内滚筒运转，内滚筒带动外滚筒运转，同时外滚筒通过气缸的驱动可以在内滚筒表面滑槽的轴向运动，外滚筒表面设有螺旋槽，方便钢丝绳的缠绕，通过控制外滚筒轴向运动速度和旋转速度，实现钢丝绳的移动缠绕，防止钢丝绳由于总是缠绕在滚筒一处使得缠绕直径变大，进而影响负载装置的移动，对实验精度造成影响。

在上述技术方案中，所述负载装置包括滑轮A、滑轮B、滑轮C和质量块M，所述质量块M通过钢丝绳连接到滚筒或液压缸的杆上。

在上述技术方案中，所述滚筒的输出轴处安装有转速传感器，所述液压缸连杆处安装有位移传感器；所述滚筒转速传感器的信号输出端、液压缸位移传感器信号输出端与控制器的输入信号端口相连，所述控制器的输出信号端口分别与直驱油源伺服电机驱动器和比例换向阀相连。

在上述技术方案中，所述质量块通过滑轮为液压缸提供水平大小恒定的单向负载，通过所述滑轮改变受力方向，通过所述质量块和滚筒实现液压马达的负载模拟。

在上述技术方案中，所述交流伺服电机驱动双向变量泵形成直驱油源，所述普通电机驱动定量泵形成普通油源，通过直驱控制器指令改变伺服电机转速和转向以及通过阀控制器改变伺服阀阀口的大小和方向，实现液压缸或液压马达的启动、变速、换向和停止。

在上述技术方案中，通过所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀的启闭可进行普通阀控液压缸实验和阀控液压马达实验。

在上述方案中，通过所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀的启闭可进行直驱容积控制液压缸和直驱容积控制液压马达实验。

在上述方案中，通过所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀的启闭可进行直驱和阀控联合控制液压缸和液压马达实验。

在上述方案中，所述的伺服电动机、双向变量泵、补油装置、安全阀、普通电动机、定量泵、溢流阀、比例换向阀、油箱组成液压泵站。

在上述方案中，所述的锁阀、流量传感器、4个截止阀、2个压力传感器、液压马达、滚筒、液压缸、位移传感器、负载部分组成一个实验平台，负载部分位于中间位置。

在上述方案中，所述的两个压力传感器分别接在液压缸或液压马达的进出油口处，流量传感器接在主油路上，经过四个截止阀的通断，决定是测液压缸还是液压马达进出油压力和流量。

在上述方案中，所述的控制器主要包括工控机和运行于工控机上的控制器程序，给定滚筒转速或给定液压缸位移信号、两个压力传感器、流量传感器、滚筒转速传感器、位移传感器的输出提供给控制器，控制器的输出为直驱交流伺服电机的期望转速、比例换向阀的期望开口和双向变量泵的期望排量。

本发明的有益效果在于：

1)本多功能综合实验平台装置既能够实现单独进行开、闭环直驱和阀控马达或液压缸实验，也能实现直驱和阀控联合控制马达或液压缸实验，能够研究各种控制系统的动静态特性、控制策略，对比分析各方案的节能效果；

2)本多功能综合实验平台装置通过控制滚筒轴向运动速度和旋转速度，能够实现钢丝绳的移动缠绕，保证负载装置的运行不会因为钢丝绳缠绕问题对实验精度造成影响。

附图说明

图1是本发明的结构连接示意图。

图2是本发明中液压马达和滚筒的连接示意图。

图中：1-伺服电动机，2-双向变量泵，3-补油装置，4-安全阀，5-锁阀，6-第一截止阀，7-液压缸，8-负载装置，9-第二截止阀，10-液压马达，11-滚筒，12-第三截止阀，13-第四截止阀，14-比例换向阀，15-溢流阀，16-定量泵，17-普通电机，18-双向流量计，19-压力传感器，20-控制器，101-输出轴，111-内滚筒，112-外滚筒，113-气缸，114-滑槽，115-螺旋槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例：一种多功能综合实验平台装置。

参照图1和图2所示，一种多功能综合实验平台装置，包括交流伺服电机1、双向变量泵2、补油装置3、安全阀4、锁阀5、液压缸7、液压马达10、滚筒11、比例换向阀14、溢流阀15、定量泵16、普通电机17、双向流量计18、压力传感器19、控制器20和负载装置8，所述交流伺服电机1通过连接轴与双向变量泵2连接，双向变量泵2通过管道A和管道B分别连接到液压马达10的A进口和B进口，液压马达10通过输出轴101与滚筒11连接，所述滚筒11包括内滚筒111、外滚筒112和气缸113，内滚筒111表面开有滑槽114，外滚筒112套接在内滚筒111上，外滚筒112表面设有螺旋槽115，气缸113安装在内滚筒111一侧并通过气动伸缩头与外滚筒112连接，外滚筒112通过钢丝绳与负载装置8连接；双向变量泵2的A口、补油装置3的液控单向B口和K口、安全阀4的P口、锁阀5的A口和K口通过油管并联在一起；所述锁阀5的B口连接双向流量计18的A口，双向流量计18的B口、第一截止阀6的A口、第二截止阀9的A口和压力传感器19的P口通过油管相连；第二截止阀9的B口与液压马达10的A口相连，第一截止阀6的B口与液压缸7的无杆腔相连；双向变量泵2的B口、补油装置3的液控单向阀B口和K口、安全阀4的P口、锁阀5的A口和K口通过油管并联在一起；补油装置3液控单向阀A口、安全阀4的T口通过油管接回油箱；普通电机17通过输出轴与定量泵16相连；定量泵16出油口、溢流阀15的P口、比例换向阀14的P口通过管道相连；比例换向阀14的T口接油箱，比例换向阀14的A口和B口分别与锁阀5的液控单向阀B口相连。

参照图2所示，为了更进一步的保证实验精度，本发明对本实验中使用的滚筒11进行了改进，滚筒11包括内滚筒111、外滚筒112和气缸113，内滚筒111表面开有滑槽114，外滚筒112套接在内滚筒111上，外滚筒112表面设有螺旋槽115，气缸113安装在内滚筒111一侧并通过气动伸缩头与外滚筒112连接，外滚筒111通过钢丝绳与负载装置8连接；液压马达10通过输出轴101带动内滚筒111运转，内滚筒111带动外滚筒112运转，同时外滚筒112通过气缸113的驱动可以在内滚筒111表面滑槽114的轴向运动，外滚筒112表面设有螺旋槽115，方便钢丝绳的缠绕，通过控制外滚筒112轴向运动速度和旋转速度，实现钢丝绳的移动缠绕，防止钢丝绳由于总是缠绕在外滚筒112一处使得缠绕直径变大，进而影响负载装置8的移动，对实验精度造成影响。

本实施例中，所述交流伺服电机1驱动双向变量泵2形成直驱油源，所述普通电机17驱动定量泵16形成普通油源，通过控制器20指令改变伺服电机1转速和转向以及通过阀控制器改变伺服阀阀口的大小和方向，实现液压缸7或液压马达10的启动、变速、换向和停止。

本实施例中，所述补油装置3的液控单向阀、安全阀4、锁阀5、压力传感器19分别布置在双向变量泵2的进出油两侧，所述普通油源与直驱油源并联连接在主油路上，通过第二截止阀9和油管与液压马达10相连。

本实施例中，所述的第一截止阀6的B口和第二截止阀9的B口分别与液压马达10的进出油口相连，所述第三截止阀12和第四截止阀13的B口分别与液压缸7的进出油口相连。

本实施例中，关闭直驱油源，采用普通阀控油源；通过开启或关闭所述第一截止阀6和第三截止阀12，关闭或开启所述第二截止阀9和第四截止阀13，则可进行普通阀控液压缸或液压马达的实验。

本实施例中，关闭普通阀控油源，采用直驱油源；通过开启所述第一截止阀6和第二截止阀9，关闭所述第三截止阀12和第四截止阀13可进行直驱容积控制液压缸和直驱容积控制液压马达实验。

本实施例中，同时采用直驱油源和普通阀控油源，通过开启或关闭所述第一截止阀6和第三截止阀12，关闭或开启所述第二截止阀9和第四截止阀13，则可进行直驱和阀控联合控制液压缸或液压马达的实验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多功能综合实验平台装置，其特征在于：包括交流伺服电机、双向变量泵、补油装置、安全阀、锁阀、液压缸、液压马达、滚筒、比例换向阀、溢流阀、定量泵、普通电机、双向流量计、压力传感器、控制器和负载装置，所述交流伺服电机通过连接轴与双向变量泵连接，双向变量泵通过管道A和管道B分别连接到液压马达的A进口和B进口，液压马达通过输出轴与滚筒连接，所述滚筒包括内滚筒、外滚筒和气缸，内滚筒表面开有滑槽，外滚筒套接在内滚筒上，外滚筒表面设有螺旋槽，气缸安装在内滚筒一侧并通过气动伸缩头与外滚筒连接，外滚筒通过钢丝绳与负载装置连接；双向变量泵的A口、补油装置的液控单向B口和K口、安全阀的P口、锁阀的A口和K口通过油管并联在一起；锁阀的B口连接双向流量计的A口，双向流量计的B口、第一截止阀的A口、第二截止阀的A口和压力传感器的P口通过油管相连；第二截止阀的B口与液压马达的A口相连，第一截止阀的B口与液压缸的无杆腔相连；双向变量泵的B口、补油装置的液控单向阀B口和K口、安全阀的P口、锁阀的A口和K口通过油管并联在一起；补油装置液控单向阀A口、安全阀的T口通过油管接回油箱；普通电机通过输出轴与定量泵相连；定量泵出油口、溢流阀的P口、比例换向阀的P口通过管道相连；比例换向阀的T口接油箱，比例换向阀的A口和B口分别与锁阀的液控单向阀B口相连。

2.如权利要求1所述的多功能综合实验平台装置，其特征在于：所述负载装置包括滑轮A、滑轮B、滑轮C和质量块M，所述质量块M通过钢丝绳连接到滚筒或液压缸的杆上。

3.如权利要求1所述的多功能综合实验平台装置，其特征在于：所述滚筒的输出轴处安装有转速传感器，所述液压缸连杆处安装有位移传感器；所述滚筒转速传感器的信号输出端、液压缸位移传感器信号输出端与控制器的输入信号端口相连，所述控制器的输出信号端口分别与直驱油源伺服电机驱动器、比例换向阀和双变量泵排量调节机构相连。

4.如权利要求1所述的多功能综合实验平台装置，其特征在于：所述交流伺服电机驱动双向变量泵形成直驱油源，所述普通电机驱动定量泵形成普通油源，通过控制器改变伺服电机的转速和转向以及比例换向阀的阀口大小和方向，实现液压缸或液压马达的启动、变速、换向和停止。