CN107524641B - 一种独立集成式液压直线驱动系统 - Google Patents

一种独立集成式液压直线驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种独立集成式液压直线驱动系统，主要包括液压缸模块、液压控制集成模块、电机泵组模块、蓄能器模块，液压缸模块主要包括串联缸、位移传感器，液压控制集成模块主要包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、节流阀、二通电磁球阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、三通电磁球阀、第四压力传感器，电机泵模块主要包括伺服电机、液压泵。本发明是基于模块化与管路极简化设计的高度集成、可独立使用的液压直线驱动系统，能够实现执行器终端的运动控制或力控制，具备增速与增力功能，工艺柔性良好，其中直线液压执行器采用容积控制，节流损失小、系统发热少，使用时不需要液压管路的安装敷设工作，可以有效地简化系统设计并且缩短制造周期，系统运行可靠性高，互换性好，为安装、维护、维修工作提供便利。

Description

一种独立集成式液压直线驱动系统
技术领域
本发明涉及一种液压直线驱动系统，涉及一种容积控制液压直线驱动系统，特别是涉及一种独立集成式液压直线驱动系统。
背景技术
液压直线驱动技术被广泛应用于金属成型、测试、机器人等领域，多涉及非标场合，往往需要定制专用液压系统，设计与制造周期较长。液压管路的设计与敷设施工繁琐、耗时。因为空间限制等因素液压管路不便于维护，容易发生漏油等故障，一方面可能导致液压油清洁度下降而降低液压系统可靠性，另一方面还带来了环境污染的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种独立集成式液压直线驱动系统，能够实现包括执行器在内的液压系统的模块化使用，不需要考虑液压管路的设计及敷设施工，从而简化了系统也缩短了设计与制造周期；本发明具有良好的互换性，非常便于系统的安装、维护与维修；本发明中的液压执行器采用容积调节方式，效率高、发热小，能够实现运动控制或力控制，具有良好的工艺柔性。
本发明的技术方案如下：
本发明包括液压缸模块、液压控制集成模块、电机泵组模块、蓄能器模块，液压缸模块的C1容腔与液压控制集成模块的A2口连通，液压缸模块的C2容腔与液压控制集成模块的B2口连通，液压缸模块的C3容腔与液压控制集成模块的A1口连通，液压缸模块的C4容腔与液压控制集成模块的B1口连通，电机泵组模块的P1口与液压控制集成模块的P1口连通，电机泵组模块的P2口与液压控制集成模块的P2口连通, 蓄能器模块的油口与液压控制集成模块的T口连通。
进一步地，本发明所述液压缸模块包括串联缸与位移传感器，位移传感器安装于串联缸缸筒不出杆一侧，位移传感器用于测量串联缸活塞与缸筒之间的相对位移，位移传感器具备耐油、耐高压性能。
进一步地，本发明所述串联缸由一个单出杆活塞缸与一个双出杆活塞缸串联而成，此单出杆活塞缸与双出杆活塞缸的活塞直径、活塞杆直径、行程相同，故所述串联缸有C1、C2、C3、C4四个容腔。
进一步地，本发明所述液压控制集成模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、节流阀、二通电磁球阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、三通电磁球阀、第四压力传感器和油口P1、P2、T、A1、B1、A2、B2，所述液压控制集成模块的P1油口与第一单向阀的出油口、第一溢流阀的进油口、三通电磁球阀的P口、节流阀的A口、第二压力传感器、所述液压控制集成模块的A1油口连通，所述液压控制集成模块的P2油口与第二单向阀的出油口、第二溢流阀的进油口、第一压力传感器、所述液压控制集成模块的B1油口连通，所述液压控制集成模块的T油口与三通电磁球阀的T口、第一单向阀的进油口、第二单向阀的进油口、第一溢流阀的出油口、第二溢流阀的出油口、二通电磁球阀的B口、第三压力传感器、所述液压控制集成模块的B2油口连通，二通电磁球阀的A口与节流阀的B口连通，三通电磁球阀的A口与第四压力传感器、所述液压控制集成模块的A2油口连通。
进一步地，本发明所述二通电磁球阀通电时A口与B口连通，所述二通电磁球阀失电时A口与B口截止。
进一步地，本发明所述三通电磁球阀通电时A口与P口连通，所述三通电磁球阀失电时A口与T口连通。
进一步地，本发明所述电机泵组模块包括液压泵与伺服电机，液压泵在伺服电机的驱动下可以作双旋转方向、变速调节。
进一步地，本发明所述液压泵为定量泵，可双向旋转，当所述液压泵朝一个方向旋转时P1油口为压力油口、P2油口为吸油口，当所述液压泵朝另一个方向旋转时P1油口为吸油口、P2油口为压力油口。
进一步地，本发明所述蓄能器模块为液压皮囊式蓄能器，用于储存系统的液压油，功能等同于常规液压系统的液压油箱。
本发明的有益效果如下：
1、本发明是包括执行器在内的液压直线驱动系统，采用独立集成式模块化设计，不需要考虑液压管路的设计及敷设施工，简化了系统也缩短了设计与制造周期，液压管路的极简化降低了故障发生的可能性从而提高了系统运行的稳定性。
2、本发明中的液压直线执行器采用容积调节方式，效率高、发热小，能够实现运动控制或力控制，具备增速与增力功能，具有良好的工艺柔性。
3、受益于模块化与管路极简化设计，本发明液压直线驱动系统的互换性良好，便于安装、维护与维修。
附图说明
图1为本发明的液压原理图。
图2为本发明的模块集成的主视示意图。
图3为本发明的模块集成的俯视示意图。
图1中：1-液压缸模块，1.1-串联缸，1.2-位移传感器，2-液压控制集成模块，2.1-第一压力传感器，2.2-第二压力传感器，2.3-第三压力传感器，2.4-节流阀，2.5-二通电磁球阀，2.6-第一溢流阀，2.7-第二溢流阀，2.8-第一单向阀，2.9-第二单向阀，2.10-三通电磁球阀，2.11-第四压力传感器，3-电机泵组模块，3.1-液压泵，3.2-伺服电机，4-蓄能器模块。
图2-3中：1-液压缸模块， 2-液压控制集成模块，3-电机泵组模块，4-蓄能器模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，本发明主要包括：液压缸模块1、液压控制集成模块2、电机泵组模块3、蓄能器模块4，液压缸模块1的C1容腔与液压控制集成模块2的A2口连通，液压缸模块1的C2容腔与液压控制集成模块2的B2口连通，液压缸模块1的C3容腔与液压控制集成模块2的A1口连通，液压缸模块1的C4容腔与液压控制集成模块2的B1口连通，电机泵组模块3的P1口与液压控制集成模块2的P1口连通，电机泵组模块3的P2口与液压控制集成模块2的P2口连通,蓄能器模块4的油口与液压控制集成模块2的T口连通。
本发明所述液压缸模块1包括串联缸1.1与位移传感器1.2，位移传感器1.2安装于串联缸1.1缸筒不出杆一侧，位移传感器1.2用于测量串联缸1.1活塞与缸筒之间的相对位移，位移传感器1.2具备耐油、耐高压性能。
本发明所述串联缸1.1由一个单出杆活塞缸与一个双出杆活塞缸串联而成，此单出杆活塞缸与双出杆活塞缸的活塞直径、活塞杆直径、行程相同，故所述串联缸1.1有C1、C2、C3、C4四个容腔。
本发明所述液压控制集成模块2包括第一压力传感器2.1、第二压力传感器2.2、第三压力传感器2.3、节流阀2.4、二通电磁球阀2.5、第一溢流阀2.6、第二溢流阀2.7、第一单向阀2.8、第二单向阀2.9、三通电磁球阀2.10、第四压力传感器2.11和油口P1、P2、T、A1、B1、A2、B2，所述液压控制集成模块2的P1油口与第一单向阀2.8的出油口、第一溢流阀2.6的进油口、三通电磁球阀2.10的P口、节流阀2.4的A口、第二压力传感器2.2、所述液压控制集成模块2的A1油口连通，所述液压控制集成模块2的P2油口与第二单向阀2.9的出油口、第二溢流阀2.7的进油口、第一压力传感器2.1、所述液压控制集成模块2的B1油口连通，所述液压控制集成模块2的T油口与三通电磁球阀2.10的T口、第一单向阀2.8的进油口、第二单向阀2.9的进油口、第一溢流阀2.6的出油口、第二溢流阀2.7的出油口、二通电磁球阀2.5的B口、第三压力传感器2.3、所述液压控制集成模块2的B2油口连通，二通电磁球阀2.5的A口与节流阀2.4的B口连通，三通电磁球阀2.10的A口与第四压力传感器2.11、所述液压控制集成模块2的A2油口连通。
本发明所述电机泵组模块3包括液压泵3.1与伺服电机3.2，液压泵3.1在伺服电机3.2的驱动下可以作双旋转方向、变速调节。
本发明所述液压泵3.1为定量泵，可双向旋转，当所述液压泵3.1朝一个方向旋转时P1油口为压力油口、P2油口为吸油口，当所述液压泵3.1朝另一个方向旋转时P1油口为吸油口、P2油口为压力油口。
本发明所述蓄能器模块4为液压皮囊式蓄能器，用于储存系统的液压油，功能等同于常规液压系统的液压油箱。
参见图1，通过本发明所述的第一压力传感器2.1、第二压力传感器2.2、第三压力传感器2.3与第四压力传感器2.11采集的压力信号可以计算串联缸1.1的输出力。
参见图1，通过本发明所述位移传感器1.2可以采集串联缸1.1活塞运动的位移信号，并且通过该位移信号可以计算串联缸1.1的活塞运动速度。
参见图1与表1，本发明在增速快进阶段时的系统设定为：二通电磁球阀2.5失电，二通电磁球阀2.5的A口与B口截止；三通电磁球阀2.10失电，液压缸模块1的C1容腔与蓄能器模块4的油口连通；电机泵组模块3的P1油口为出油口、P2油口为吸油口。
表1为本发明的电磁铁、伺服电机动作顺序表。表1如下：
三通电磁球阀 二通电磁球阀 伺服电机
增速快进 - - →
增力慢进 + - →
卸压 + + 0
快退 - - ←
“+”表示通电；“-”表示失电；“→”表示液压泵P1口为压力油口、P2口为吸油口时的伺服电机旋转方向；“←”表示液压泵P1口为吸油口、P2口为压力油口时的伺服电机旋转方向；“0”表示伺服电机维持0转速。
在增速快进阶段时，从电机泵组模块3的P1口输出的压力油经液压控制集成模块2的A1口流入液压缸模块1的C3容腔，在压力油的作用下串联缸1.1的活塞杆伸出，液压缸模块1的C4容腔中的液压油被活塞挤出，并从液压控制集成模块2的B1口流回电机泵组模块3的P2口，此时蓄能器模块4中液压油可以经过第二单向阀2.9补充到电机泵组模块3的P2口从而维持液压泵3.1吸油口的吸油压力。
在增速快进阶段时，因为液压缸模块1的C3容腔的作用面积较小，串联缸1.1可以以较快的速度伸出，此时串联缸1.1能够输出的最大推力较小。
参见图1与表1，本发明在增力慢进阶段时的系统设定为：二通电磁球阀2.5失电，二通电磁球阀2.5的A口与B口截止；三通电磁球阀2.10通电，液压缸模块1的C1容腔与C3容腔连通；电机泵组模块3的P1油口为出油口、P2油口为吸油口。
在增力慢进阶段时，从电机泵组模块3的P1口输出的压力油经液压控制集成模块2的A2、A1口分别流入液压缸模块1的C1容腔与C3容腔，在压力油的作用下串联缸1.1的活塞杆伸出，液压缸模块1的C4容腔中的液压油被活塞挤出，并从液压控制集成模块2的B1口流回电机泵组模块3的P2口，此时蓄能器模块4中液压油可以经过第二单向阀2.9补充到电机泵组模块3的P2口从而维持液压泵3.1吸油口的吸油压力。
在增力慢进阶段时，因为液压缸模块1的C1容腔与C3容腔的作用面积之和较大，串联缸1.1的伸出速度较慢，此时串联缸1.1能够输出较大的最大推力。
参见图1与表1，本发明在卸压阶段时的系统设定为：二通电磁球阀2.5通电、二通电磁球阀2.5的A口与B口连通；三通电磁球阀2.10通电，液压缸模块1的C1容腔与C3容腔连通；电机泵组模块3的伺服电机3.2维持零转速。
在卸压阶段时，液压缸模块1的C1容腔与C3容腔中的高压液压油经节流阀2.4、二通电磁球阀2.5流回蓄能器模块4，其中节流阀2.4起到了调节卸压速度的作用。
在卸压阶段时，液压缸模块1的C1容腔与C3容腔中液压油压力逐渐降低。
参见图1与表1，本发明在快退阶段时的系统设定为：二通电磁球阀2.5失电，二通电磁球阀2.5的A口与B口截止；三通电磁球阀2.10失电，液压缸模块1的C1容腔与蓄能器模块4的油口连通；电机泵组模块3的P2油口为出油口、P1油口为吸油口。
在快退阶段时，从电机泵组模块3的P2口输出的压力油经液压控制集成模块2的B1口流入液压缸模块1的C4容腔，在压力油的作用下串联缸1.1的活塞杆退回，液压缸模块1的C3容腔中的液压油被活塞挤出、并从液压控制集成模块2的A1口流回电机泵组模块3的P1口，此时蓄能器模块4中液压油可以经过第一单向阀2.8补充到电机泵组模块3的P1口从而维持液压泵3.1吸油口的吸油压力，液压缸模块1的C1容腔中的液压油被活塞挤出、经三通电磁球阀2.10流回蓄能器模块4。
本发明在快退阶段时，因为液压缸模块1的C4容腔的作用面积较小，串联缸1.1可以以较快的速度退回。
参见图2-3，本发明采用模块化、紧凑化的集成方式将液压缸模块1、液压控制集成模块2、电机泵组模块3与蓄能器模块4安装连接为一体，通过控制集成块设计使得需要安装的管路少而短，实现了管路的最简化，提升了系统的可靠性，本发明是一个独立的、具备完整功能的模块化集成液压直线驱动系统，应用时仅需要将本发明与执行机构进行机械连接而不需要任何的管路连接工作，本发明及其各子模块安装、拆卸及更换方便，有利于系统的维护与维修。

Claims (7)

1.一种独立集成式液压直线驱动系统，其特征是：包括液压缸模块（1）、液压控制集成模块（2）、电机泵组模块（3）、蓄能器模块（4），液压缸模块（1）的C1容腔与液压控制集成模块（2）的A2油口连通，液压缸模块（1）的C2容腔与液压控制集成模块（2）的B2油口连通，液压缸模块（1）的C3容腔与液压控制集成模块（2）的A1油口连通，液压缸模块（1）的C4容腔与液压控制集成模块（2）的B1油口连通，电机泵组模块（3）的P1口与液压控制集成模块（2）的P1油口连通，电机泵组模块（3）的P2口与液压控制集成模块（2）的P2油口连通, 蓄能器模块（4）的油口与液压控制集成模块（2）的T油口连通；所述液压控制集成模块（2）包括第一压力传感器（2.1）、第二压力传感器（2.2）、第三压力传感器（2.3）、节流阀（2.4）、二通电磁球阀（2.5）、第一溢流阀（2.6）、第二溢流阀（2.7）、第一单向阀（2.8）、第二单向阀（2.9）、三通电磁球阀（2.10）、第四压力传感器（2.11）和油口P1、P2、T、A1、B1、A2、B2，所述液压控制集成模块（2）的P1油口与第一单向阀（2.8）的出油口、第一溢流阀（2.6）的进油口、三通电磁球阀（2.10）的P口、节流阀（2.4）的A口、第二压力传感器（2.2）、所述液压控制集成模块（2）的A1油口连通，所述液压控制集成模块（2）的P2油口与第二单向阀（2.9）的出油口、第二溢流阀（2.7）的进油口、第一压力传感器（2.1）、所述液压控制集成模块（2）的B1油口连通，所述液压控制集成模块（2）的T油口与三通电磁球阀（2.10）的T口、第一单向阀（2.8）的进油口、第二单向阀（2.9）的进油口、第一溢流阀（2.6）的出油口、第二溢流阀（2.7）的出油口、二通电磁球阀（2.5）的B口、第三压力传感器（2.3）、所述液压控制集成模块的B2油口连通，二通电磁球阀（2.5）的A口与节流阀（2.4）的B口连通，三通电磁球阀（2.10）的A口与第四压力传感器（2.11）、所述液压控制集成模块（2）的A2油口连通；所述液压缸模块（1）包括串联缸（1.1）与位移传感器（1.2），位移传感器（1.2）安装于串联缸（1.1）缸筒不出杆一侧，位移传感器（1.2）用于测量串联缸（1.1）活塞与缸筒之间的相对位移，位移传感器（1.2）具备耐油、耐高压性能。
2.根据权利要求1所述的一种独立集成式液压直线驱动系统，其特征在于：所述串联缸（1.1）由一个单出杆活塞缸与一个双出杆活塞缸串联而成，此单出杆活塞缸与双出杆活塞缸的活塞直径、活塞杆直径、行程相同，故所述串联缸（1.1）有C1、C2、C3、C4四个容腔。
3.根据权利要求1所述的一种独立集成式液压直线驱动系统，其特征在于：所述二通电磁球阀（2.5）通电时A口与B口连通，所述二通电磁球阀（2.5）失电时A口与B口截止。
4.根据权利要求1所述的一种独立集成式液压直线驱动系统，其特征在于：所述三通电磁球阀（2.10）通电时A口与P口连通，所述三通电磁球阀（2.10）失电时A口与T口连通。
5.根据权利要求1所述的一种独立集成式液压直线驱动系统，其特征在于：所述电机泵组模块（3）包括液压泵（3.1）与伺服电机（3.2），液压泵（3.1）在伺服电机（3.2）的驱动下可以作双旋转方向、变速调节。
6.根据权利要求5所述的一种独立集成式液压直线驱动系统，其特征在于：所述液压泵（3.1）为定量泵，可双向旋转，当所述液压泵（3.1）朝一个方向旋转时P1油口为压力油口、P2油口为吸油口，当所述液压泵（3.1）朝另一个方向旋转时P1油口为吸油口、P2油口为压力油口。
7.根据权利要求1所述的一种独立集成式液压直线驱动系统，其特征在于：所述蓄能器模块（4）为液压皮囊式蓄能器，用于储存系统的液压油，功能等同于常规液压系统的液压油箱。
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