CN107131159A - 重力载荷下电动静液作动系统 - Google Patents

重力载荷下电动静液作动系统 Download PDF

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    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators

Abstract

本发明提供了一种重力载荷下电动静液作动系统。包括：伺服电机连接到双向变量双联泵，双向变量双联泵的两个进油口分别连接第一、第二蓄能器；第二蓄能器与第一压力表相连，并连接到非对称液压缸的有杆腔；双向变量双联泵的两个出油口相互连通，并与第二压力表相连，第二压力表还与非对称液压缸的无杆腔相连；非对称液压缸的上端连接重力负载；直线电机与比例调节装置相连，比例调节装置与双向变量双联泵相连。本发明解决了电动静液系统中非对称液压缸两腔的流量不对称问题，并利用直线电机和比例调节装置精确快速调节双向变量双联泵的变量结构，结构简单，同时避免了电液伺服变量调节机构引入控制阀带来的节流损失，进一步提高能效。

Description

重力载荷下电动静液作动系统
技术领域
本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种重力载荷下电动静液作动系统。
背景技术
在顶升和负载模拟场合，电动静液执行机构往往需要克服重力运动，系统发热严重，能源效率低。由重力负载引起的无效功率占系统总功率的很大一部分，但该部分能量回收困难，一般通过制动系统进行处理，造成极大的能源浪费。
发明内容
本发明的实施例提供了一种重力载荷下电动静液作动系统，以达到电动静液作动系统的节能效果。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种重力载荷下电动静液作动系统，包括：伺服电机(1)、双向变量双联泵(2)、直线电机(3)、比例调节装置(4)、第一压力表(6)和第二压力表(7)、非对称液压缸(11)、重力负载(12)、第一蓄能器(13)和第二蓄能器(14)；
所述伺服电机(1)连接到所述双向变量双联泵(2)，所述双向变量双联泵(2)的两个进油口分别连接所述第一蓄能器(13)和第二蓄能器(14)；第二蓄能器(14)与第一压力表(6)相连，并连接到非对称液压缸(11)的有杆腔；所示双向变量双联泵(2)的两个出油口相互连通，并与第二压力表(7)相连，所述第二压力表(7)还与非对称液压缸(11)的无杆腔相连；所述非对称液压缸(11)的上端连接重力负载(12)；
所述直线电机(3)与所述比例调节装置(4)相连，所述比例调节装置(4)与所述双向变量双联泵(2)的两组变量机构相连。
进一步地，所述双向变量双联泵(2)的变量机构运动由直线电机(3)驱动。
进一步地，所述第一蓄能器(13)和第二蓄能器(14)的设定压力差与非对称液压缸(11)的两腔面积相互匹配。
进一步地，所述系统还包括第一安全阀(9)和第二安全阀(10)，所述第一安全阀(9)和第二安全阀(10)分别连接在所述非对称液压缸11的两腔，且所述第一安全阀(9)和所述第二安全阀(10)的方向相反。
进一步地，所述系统还包括：低压蓄能器(8)，所述低压蓄能器(8)通过单向阀(5)与所述双向变量双联泵(2)的卸油口相连。
进一步地，当所述重力负载(12)上升时，所述第一蓄能器(13)的内部油液流出，油液通过双向变量双联泵(2)的进油口，进入非对称液压缸(11)的无杆腔，非对称液压缸(11)的有杆腔油液通过双向变量双联泵(2)进入到非对称液压缸(11)的无杆腔。
进一步地，当所述重力负载(12)下降时，非对称液压缸(11)的无杆腔油液通过双向变量双联泵(2)，分别进入非对称液压缸(11)的有杆腔油液和第一蓄能器(13)。
进一步地，在所述重力负载(12)的上升下降过程中，进出非对称液压缸(11)的两腔的油量等于两腔容积的变化量，正反向具有相同的速度增益。
进一步地，所述比例调节装置由水平运动的连杆(41)、连杆(42)、连杆(43)和摆动臂(44)组成，连杆(41)与直线电机(3)的驱动端相连，连杆(42)和连杆(43)分别与双向变量双联泵(2)的两个变量机构相连，连杆(41)、连杆(42)和连杆(43)通过摆动臂(44)进行协同运动。
进一步地，所述摆动臂(44)围绕其中心的摆角范围为所述连杆(41)、连杆(42)和所述连杆(43)的滑块在摆动臂(44)的滑槽内滑动，沿水平方向运动，通过选择所述连杆(41)、连杆(42)和所述连杆(43)的设计尺寸和安装位置，实现双向双联变量泵(2)的两组变量机构的比例调节。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的重力载荷下电动静液作动系统利用双联泵及蓄能器解决了非对称液压缸两腔的流量不对称问题，并利用蓄能器的压力差平衡重力载荷，起到节能的效果，并有助于改善系统动态性能；液压缸上升下降过程中进出两腔的油量等于两腔容积的变化量，正反向具有相同的速度增益，呈现出类似对称液压缸的工作特性。重力载荷下电动静液作动系统利用直线电机和比例调节装置调节双向变量双联泵的变量结构。直线电机响应速度快，定位精度高，与比例调节装置配合，可实现双向变量双联泵的变量机构精确快速调节。该机构结构简单，控制准确，有效克服了旋转电机变量调节机构中齿轮传动带来的游隙误差，同时避免了电液伺服变量调节机构引入控制阀带来的节流损失，进一步提高能效。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所述要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种重力载荷下电动静液作动系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种重力载荷下电动静液作动系统在负载上升阶段的油路示意图；
图3是本发明实施例提供的一种重力载荷下电动静液作动系统在负载下降阶段的油路示意图；
图4是本发明实施例提供的比例调节装置的结构示意图
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例针对负载的垂直运动场合下的驱动系统，提出了一种节能型电动静液作动系统，利用两个高压蓄能器，可以提高作动系统的能效，并有助于改善系统的动态性能。
本发明实施例提供的一种重力载荷下电动静液作动系统的结构示意图如图1所示，包括：
伺服电机1、双向变量双联泵2、直线电机3、比例调节装置4、单向阀5、第一压力表6、第二压力表7、低压蓄能器8、第一安全阀9、第二安全阀10、非对称液压缸11、重力负载12、第一蓄能器13和第二蓄能器14。
所述伺服电机1连接到所述双向变量双联泵2，所述双向变量双联泵2的两个进油口分别连接到所述第一蓄能器13和第二蓄能器14。第一蓄能器13和第二蓄能器14的设定压力差与非对称液压缸11的两腔面积相互匹配，上述设定压力差可以抵消所述重力负载12的自身重力，可以平衡重力负载。
第二蓄能器14与第一压力表6相连，并连接到非对称液压缸11的有杆腔。所示双向变量双联泵2的两个出油口相互连通，并与第二压力表7相连，进而与非对称液压缸11的无杆腔相连。所述第一压力表6用于指示有杆腔的压力，所述第二压力表7用于指示无杆腔的压力。
所述直线电机3与比例调节装置4相连，然后和双向变量双联泵2的两组变量机构相连。所述双向双变量双联泵2的调节机构由直线电机进行调节。
所述第一安全阀9和10连接在所述非对称液压缸11的两腔，且第一安全阀9和10的方向相反。第一安全阀9和10用于过压保护，避免系统压力过高造成损害
所述非对称液压缸11的上端连接重力负载12。
所述双向变量双联泵2的泄油口与所述单向阀5相连，所述单向阀5与低压蓄能器8相连。
本发明实施例提供的重力载荷下电动静液作动系统在负载上升阶段的油路示意图如图2所示：
当所述重力负载12上升时，第一蓄能器13的内部油液流出，油液通过双向变量双联泵2的进油口，进入非对称液压缸11的无杆腔，同时非对称液压缸11的有杆腔油液通过双向变量双联泵2进入到非对称液压缸11的无杆腔。
本发明实施例提供的重力载荷下电动静液作动系统在负载下降阶段的油路示意图如图3所示：
当所述重力负载12下降时，非对称液压缸11的无杆腔油液通过双向变量双联泵2，分别进入非对称液压缸11的有杆腔油液和第一蓄能器13。
在所述负载上升下降过程中，进出非对称液压缸11的两腔的油量等于非对称缸11的两腔容积变化量之差，因此在重力负载12上升和下降相同位移时，流经双向变量双联泵2进出第一蓄能器13的油液的体积相等，非对称液压缸11正反向运行具有相同的速度增益，呈现出类似对称液压缸的工作特性。
图4是本发明实施例提供的比例调节装置的示意图，比例调节装置由水平运动的连杆41、连杆42、连杆43和摆动臂44组成。连杆41与直线电机驱动端相连，连杆42和连杆43分别与双向变量双联泵2的变量机构1和变量结构2相连。连杆41、连杆42和连杆43通过摆动臂44进行协同运动。摆动臂44围绕其中心的摆角范围为连杆41、连杆42和连杆43的滑块可以在摆动臂44的滑槽内滑动，始终沿水平方向运动，运动位移比为L0:L1:L2,通过选择连杆合适的设计尺寸和安装位置，可实现双向双联变量泵的两组变量机构的比例调节。
综上所述，本发明实施例所述的重力载荷下电动静液作动系统利用双联泵及蓄能器解决了非对称液压缸两腔的流量不对称问题，并利用蓄能器的压力差平衡重力载荷，起到节能的效果，并有助于改善系统动态性能；液压缸上升下降过程中进出两腔的油量等于两腔容积的变化量，正反向具有相同的速度增益，呈现出类似对称液压缸的工作特性。
本发明实施例所述的重力载荷下电动静液作动系统利用伺服电机和双向变量双联泵作为液压动力源，使该静液作动系统可以根据实际工作需要调节电机转速和泵的排量，在负载低速运转或静止时可减小泵的排量和伺服电机转速，而在高速运动时增大泵的排量和电机转速，控制手段灵活方便，可有效减小作动系统的装机功率，同时达到良好的节能效果。
本发明实施例所述的重力载荷下电动静液作动系统利用直线电机和比例调节装置调节双向变量双联泵的变量结构。直线电机响应速度快，定位精度高，与比例调节装置配合，可实现双向变量双联泵的变量机构精确快速调节。该机构结构简单，控制准确，有效克服了旋转电机变量调节机构中齿轮传动带来的游隙误差，同时避免了电液伺服变量调节机构引入控制阀带来的节流损失，进一步提高能效。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，包括：伺服电机(1)、双向变量双联泵(2)、直线电机(3)、比例调节装置(4)、第一压力表(6)和第二压力表(7)、非对称液压缸(11)、重力负载(12)、第一蓄能器(13)和第二蓄能器(14)；
所述伺服电机(1)连接到所述双向变量双联泵(2)，所述双向变量双联泵(2)的两个进油口分别连接所述第一蓄能器(13)和第二蓄能器(14)；第二蓄能器(14)与第一压力表(6)相连，并连接到非对称液压缸(11)的有杆腔；所示双向变量双联泵(2)的两个出油口相互连通，并与第二压力表(7)相连，所述第二压力表(7)还与非对称液压缸(11)的无杆腔相连；所述非对称液压缸(11)的上端连接重力负载(12)；
所述直线电机(3)与所述比例调节装置(4)相连，所述比例调节装置(4)与所述双向变量双联泵(2)的两组变量机构相连。
2.根据权利要求1所述的重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，所述双向变量双联泵(2)的变量机构运动由直线电机(3)驱动。
3.根据权利要求1所述的重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，所述第一蓄能器(13)和第二蓄能器(14)的设定压力差与非对称液压缸(11)的两腔面积相互匹配。
4.根据权利要求1所述的重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，所述系统还包括第一安全阀(9)和第二安全阀(10)，所述第一安全阀(9)和第二安全阀(10)分别连接在所述非对称液压缸11的两腔，且所述第一安全阀(9)和所述第二安全阀(10)的方向相反。
5.根据权利要求1所述的重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，所述系统还包括：低压蓄能器(8)，所述低压蓄能器(8)通过单向阀(5)与所述双向变量双联泵(2)的卸油口相连。
6.根据利用权利要求1所述重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，当所述重力负载(12)上升时，所述第一蓄能器(13)的内部油液流出，油液通过双向变量双联泵(2)的进油口，进入非对称液压缸(11)的无杆腔，非对称液压缸(11)的有杆腔油液通过双向变量双联泵(2)进入到非对称液压缸(11)的无杆腔。
7.根据利用权利要求6所述重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，当所述重力负载(12)下降时，非对称液压缸(11)的无杆腔油液通过双向变量双联泵(2)，分别进入非对称液压缸(11)的有杆腔油液和第一蓄能器(13)。
8.根据利用权利要求7所述重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，在所述重力负载(12)的上升下降过程中，进出非对称液压缸(11)的两腔的油量等于两腔容积的变化量，正反向具有相同的速度增益。
9.根据利用权利要求1至8任一项所述重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，所述比例调节装置由水平运动的连杆(41)、连杆(42)、连杆(43)和摆动臂(44)组成，连杆(41)与直线电机(3)的驱动端相连，连杆(42)和连杆(43)分别与双向变量双联泵(2)的两个变量机构相连，连杆(41)、连杆(42)和连杆(43)通过摆动臂(44)进行协同运动。
10.根据利用权利要求9所述重力载荷下电动静液作动系统，其特征在于，所述摆动臂(44)围绕其中心的摆角范围为所述连杆(41)、连杆(42)和所述连杆(43)的滑块在摆动臂(44)的滑槽内滑动，沿水平方向运动，通过选择所述连杆(41)、连杆(42)和所述连杆(43)的设计尺寸和安装位置，实现双向双联变量泵(2)的两组变量机构的比例调节。
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