CN108506286A - 一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，通过所述控制器输入信号给所述驱动器，再通过所述驱动器控制所述驱动电机的转速和方向，进而控制所述双向液压泵的流量，最终实现对所述液压缸的控制。本发明根据不同工况来确定驱动电机的转速，调节所需液压油流量大小，避免了液压系统节流损失和溢流损失，系统效率高，转速可调，不仅可以提高工作效率，还可以节约电能，降低噪音；同时采用差动连接，使得装机功率比传统技术中的无差动连接时，大幅度减小，且实现高速平稳运行，从而提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造设备领域，特别是一种效率高、工作稳定且节能的加工机械的液压系统。
背景技术
数控加工机械，如压力成型机，折弯机，铆接机等，在每一个工作过程中，对液压系统提供的压力和速度也不相同。传统的数控加工机械液压系统是由一台定转速的三相异步电动机和一个定量液压泵构成的节流调速系统，但是在机床的整个循环中，包括待机状态，液压泵仍持续的输出油液经溢流阀回油箱，且每个循环中，只有快进、工进和返程时，系统才输出有用功，其余的液压油全部通过电比例溢流阀流回油箱。这些传统的加工机械存在以下缺点：
一、现有的加工机械采用普通的三相异步电动机，转速基本不变，无法实现按需运转；
二、现有的数控液压系统的换向阀为电比例换向阀，数控系统要输出模拟信号来控制电比例换向阀的开口大小，控制加工的同步精度，这样开口的大小势必会造成节流，产生不必要的能量损失，造成油温升高加快；
三、现有的加工机械液压系统，在快下工况中，依靠自重快下，速度还可以进一步优化提高；
因此，这些传统的加工机械效率低、耗能高、噪声大、不环保，且液压油温大幅度升高进而影响液压油和对液压系统的使用寿命。
另一方面，伺服电机控制的电动静液作动器因其在传统伺服阀的能效和灵活性方面的优势而受到关注。但是，随着所需功率的提高，伺服电机的尺寸必须相应增大，这样不仅成本增加，而且精度和动态响应降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，转速可调且避免了液压系统节流损失和溢流损失，实现高速平稳运行，从而提高了生产效率。
本发明是这样实现的：一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，包括液压缸、第一控制阀、第二控制阀、第一单向阀、第二单向阀、驱动电机、驱动器、双向液压泵、蓄能器以及控制器；
所述液压缸包括缸体、活塞和活塞杆，所述活塞杆的一端固定连接于所述活塞，所述活塞气密性可滑动的连接于所述缸体内，且所述活塞将所述缸体内部分为第一腔室和第二腔室；
所述第一控制阀包括第一接口和第二接口；
所述第二控制阀包括第三接口和第四接口；
所述双向液压泵包括第一端口、第二端口、泄油口以及驱动端；所述第一端口、所述第一单向阀的出口、所述第一接口并联后连接于所述第一腔室；所述第二端口、所述第二单向阀的出口、所述第二接口并联后连接于所述第二腔室；所述第一单向阀的入口和所述第二单向阀的入口并联后连接于所述蓄能器；所述第三接口连接于第一端口和所述第一单向阀的出口之间，所述泄油口和所述第四接口并联后连接于所述蓄能器；所述驱动端连接于所述驱动电机的输出端，所述驱动电机连接于所述驱动器，所述驱动器、第一控制阀、第二控制阀分别通信连接于所述控制器。
进一步地，所述第一控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
进一步地，所述驱动电机为伺服电机，所述驱动器为伺服驱动器。
进一步地，所述第二控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
进一步地，还包括第三控制阀和第四控制阀，所述第三控制阀包括第五接口和第六接口，所述第四控制阀包括第七接口和第八接口；所述第五接口并联于所述第一单向阀的出口和第一端口，所述第六接口、第一接口并联后连接于所述第一腔室；所述第七接口并联于所述第二单向阀的出口和第二端口，所述第八接口和所述第二接口并联后连接于所述第二腔室；所述第三控制阀和第四控制阀还分别通信连接于所述控制器。
进一步地，所述第三控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
进一步地，所述第四控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
进一步第，还包括压力继电器，所述压力继电器并联于所述第一接口，且所述压力继电器还通信连接于所述控制器。
本发明具有如下优点：本发明通过所述控制器输入信号给所述驱动器，再通过所述驱动器控制所述驱动电机的转速和方向，进而控制所述双向液压泵的流量，最终实现对所述液压缸的控制。本发明根据不同工况来确定驱动电机的转速，调节所需液压油流量大小，避免了液压系统节流损失和溢流损失，系统效率高，转速可调，不仅可以提高工作效率，还可以节约电能，降低噪音；同时采用差动连接，使得装机功率比传统技术中的无差动连接时，大幅度减小，且实现高速平稳运行，从而提高了生产效率。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明所述的液压节能系统的原理图。
图2为本发明所述的快进时的油路示意图。
图3为本发明所述的工进时的油路示意图。
图4为本发明所述的快退时的油路示意图。
图5为本发明所述的活塞杆的位移-时间关系示意图。
图6为本发明所述活塞杆连接于负载后，负载力-速度关系示意图。
图7为本发明所述的液压节能系统安装在工业机械臂的效果示意图。
图中：1、液压节能系统；10、液压缸；101、缸体；102、活塞；103、活塞杆；104、第一腔室；105、第二腔室；11、第一控制阀；111、第一接口；112、第二接口；12、第二控制阀；121、第三接口；122、第四接口；13、第一单向阀；14、第二单向阀；15、驱动电机；16、驱动器；17、双向液压泵；171、第一端口；172、第二端口；173、泄油口；174、驱动端；18、蓄能器；19、控制器；20、第三控制阀；201、第五接口；202、第六接口；21、第四控制阀；211、第七接口；212、第八接口；22、压力继电器。
具体实施方式
请参阅图1至图7所示，本发明提供一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，包括液压缸10、第一控制阀11、第二控制阀12、第一单向阀13、第二单向阀14、驱动电机15、驱动器16、双向液压泵17、蓄能器18以及控制器19；
所述液压缸10包括缸体101、活塞102和活塞杆103，所述活塞杆103的一端固定连接于所述活塞102，所述活塞102气密性可滑动的连接于所述缸体101内，且所述活塞102将所述缸体101内部分为第一腔室104和第二腔室105；由于所述活塞杆103的存在，使得所述第一腔室104和第二腔室105为非对称结构，从而使得所述液压缸10为非对称液压缸10，即所述液压缸10为差动液压缸10；
所述第一控制阀11包括第一接口111和第二接口112；
所述第二控制阀12包括第三接口121和第四接口122；
所述双向液压泵17包括第一端口171、第二端口172、泄油口173以及驱动端174；所述第一端口171、所述第一单向阀13的出口、所述第一接口111并联后连接于所述第一腔室104；所述第二端口172、所述第二单向阀14的出口、所述第二接口112并联后连接于所述第二腔室105；所述第一单向阀13的入口和所述第二单向阀14的入口并联后连接于所述蓄能器18；所述第三接口121连接于第一端口171和所述第一单向阀13的出口之间，所述泄油口17和所述第四接口122并联后连接于所述蓄能器18；所述驱动端174连接于所述驱动电机15的输出端，所述驱动电机15连接于所述驱动器16，所述驱动器16、第一控制阀11、第二控制阀12分别通信连接于所述控制器19。
在具体一实施例中，所述双向液压泵17为双向定量泵17，既可以做为泵，也可以作为马达使用。所述活塞杆103连接于负载，并事先通过接近开关或电气行程开关设定好所述活塞杆103的行程，且将该行程开关通信连接于所述控制器19。本发明通过所述控制器19输入信号给所述驱动器16，再通过所述驱动器16控制所述驱动电机15的转速和方向，进而控制所述双向液压泵17的流量，最终实现对所述液压缸10的控制。本发明根据不同工况来确定驱动电机15的转速，调节所需液压油流量大小，避免了流量节流损失和溢流损失，系统效率高。同时在设备开始工作时为自由行程，即仅需克服液压缸10阻力，所述活塞杆103快速伸出，此时所述第一控制阀11导通，实现差动连接，如图2所示，从而实现差动快进，使得在快下工况中，不仅可以依靠自重快下，还可以在压力油的作用下，加速下滑，实现高速平稳运行，从而提高了生产效率。而当遇到工件时，本发明所述的液压节能系统1的压力会升高，所述驱动电机的转矩会增大，此时所述控制器19根据所述驱动电机15的转矩增大判断出负载遇到工件，并将所述第一控制阀11关闭，使得所述的液压节能系统1进入工进工况，如图3所示，此时所述驱动电机15速度降低，实现低速大输出力的加工，待完成时，通过接近开关或电气行程开关切换油路，事先快速回缩，即快退，如图4所示。
本发明采用了驱动电机15驱动双向定量泵17来实现泵控缸的闭式系统，同时实现动力单元的便携化设计，即简化了油箱和减轻了重量，减少了环境污染，可直接用于机器手的铆接等。
本发明采用的驱动电机15，由于转速可调，不仅可以提高工作效率，还可以节约电能，降低噪音。
如图5和图6所示，采用差动连接的快进速度与快退速度一样时，本发明的装机功率比传统技术中的无差动连接时，大幅度减小，例如，装机功率减半。此时应用本发明的设备的装机功率仅为A点或B点中的大者，而不是最大输出力和最大速度的乘积，以减小装机功率，减小驱动电机15尺寸，具有更好的动态性能和轻量化。
由于所述液压缸10为非对称液压缸10，因此本发明采用所述第一单向阀13和第二单向阀14进行组合控制，从而平衡所述第一腔室104和第二腔室105的流量。由于所述第一腔室104的有效面积大于所述第二腔室105的有效面积，当油液从所述第一腔室104流向所述第二腔室105时，油液有多余，此时所述控制器19控制所述第二控制阀12导通，多余的油液从所述第二控制阀12流入所述蓄能器18中进行存储；当油液从所述第二腔室105流向所述第一腔室104时，此时需要所述蓄能器18中的油液进行补充，有两种情况，情况一，当所述第一单向阀13的压力大于所述第二单向阀14的压力时，所述第二单向阀14被导通，油液从所述蓄能器18经所述第二单向阀14流向所述第二端口172进行油液补充；情况二，当所述第一单向阀13的压力小于所述第二单向阀14的压力时，所述第一单向阀13被导通，油液从所述第一单向阀13流出，补充进所述第一腔室104中，从而实现所述第一腔室104和第二腔室105的流量平衡，达到精确控制的目的。且所述第二控制阀12还可以防止低压时产生吸空现象。
本发明采用所述蓄能器18代替外置的大油箱，由于所述蓄能器18体积小，采用差动快进减小装机功率，进而减小电机尺寸，使得泵控缸的液压驱动模块轻量化，可直接安装在工业机械臂的末端进行铆接等加工，如图7所示。
本发明还可充分利用驱动电机15的功率，提高系统的控制精度和动态性能，与传统动力系统相比，效率更高，更节能，液压油温升低等优势。
本发明当所述双向液压泵17的压力过高时，通过所述泄油口173将油液排向所述蓄能器18进行泄压，防止所述双向液压泵17的壳体发生破裂，保证安全性。
在具体实施中，较佳的一实施例：所述第一控制阀11为二位二通电磁阀11或者二位二通插装阀11。当小流量时采用二位二通电磁阀11，当大流量时，采用二位二通插装阀11。
所述驱动电机15为伺服电机15，所述驱动器16为伺服驱动器16。所述驱动电机15采用伺服电机15可以实现调节转速，达到精确控制的目的，控制精度高。
所述第二控制阀12为二位二通电磁阀12或者二位二通插装阀12。当小流量时采用二位二通电磁阀12，当大流量时，采用二位二通插装阀12。
还包括第三控制阀20和第四控制阀21，所述第三控制阀20包括第五接口201和第六接口202，所述第四控制阀21包括第七接口211和第八接口212；所述第五接口201并联于所述第一单向阀13的出口和第一端口171，所述第六接口202、第一接口111并联后连接于所述第一腔室104；所述第七接口211并联于所述第二单向阀14的出口和第二端口172，所述第八接口212和所述第二接口112并联后连接于所述第二腔室105；所述第三控制阀20和第四控制阀21还分别通信连接于所述控制器19。通过所述第三控制阀20、第四控制阀21将所述液压缸10锁定，避免由于所述双向液压泵17的泄漏而引起的滑动。
所述第三控制阀20为二位二通电磁阀20或者二位二通插装阀20。当小流量时采用二位二通电磁阀20，当大流量时，采用二位二通插装阀20。
所述第四控制阀21为二位二通电磁阀21或者二位二通插装阀21。当小流量时采用二位二通电磁阀21，当大流量时，采用二位二通插装阀21。
还包括压力继电器22，所述压力继电器22并联于所述第一接口111，且所述压力继电器22还通信连接于所述控制器19。通过所述压力继电器22可以直接测得所述第一控制阀11处管路的压力变化，当所述活塞杆103快速伸出，遇到工件后，压力升高，此时所述压力继电器22将压力数值变化直接反馈给所述控制器19，所述控制器19将所述第一控制阀11关闭，从而进入工进工况，由于所述压力继电器22测得的压力值变化的精度比所述驱动电机15转矩的变化的精度更高，使得控制更进一步精确。
具体控制原理如下：
快进工况，如图2所示，所述控制器19将所述第一控制阀11导通，此时油液从所述第二腔室105流出，经过所述第一控制阀11直接流向所述第一腔室104，此时所述第一单向阀13处的压力大于所述第二单向阀14处的压力，所述第二单向阀14导通，所述蓄能器18中的油液经所述第二单向阀14流向所述双向液压泵17，由所述双向液压泵17输送至所述第一腔室104中，从而实现流量平衡。
工进工况，如图3所示，所述控制器19控制所述第一控制阀11关闭，油液从所述第二腔室105流出，流向所述双向液压泵17，所述第一单向阀13处的压力大于所述第二单向阀14处的压力，所述蓄能器18中的油液从所述第二单向阀14汇流至所述双向液压泵17，由所述双向液压泵17将油液输送至所述第一腔室104中，从而实现流量平衡。
快退工况，如图4所示，所述第一控制阀11继续保持关闭，所述控制器19将所述第二控制阀12打开，油液从所述第一腔室104流出，一部分经过所述双向液压泵17输送至所述第二腔室105，多余的油液从所述第二控制阀12流向所述蓄能器18中，从而实现流量平衡。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：包括液压缸、第一控制阀、第二控制阀、第一单向阀、第二单向阀、驱动电机、驱动器、双向液压泵、蓄能器以及控制器；
所述液压缸包括缸体、活塞和活塞杆，所述活塞杆的一端固定连接于所述活塞，所述活塞气密性可滑动的连接于所述缸体内，且所述活塞将所述缸体内部分为第一腔室和第二腔室；
所述第一控制阀包括第一接口和第二接口；
所述第二控制阀包括第三接口和第四接口；
所述双向液压泵包括第一端口、第二端口、泄油口以及驱动端；所述第一端口、所述第一单向阀的出口、所述第一接口并联后连接于所述第一腔室；所述第二端口、所述第二单向阀的出口、所述第二接口并联后连接于所述第二腔室；所述第一单向阀的入口和所述第二单向阀的入口并联后连接于所述蓄能器；所述第三接口连接于第一端口和所述第一单向阀的出口之间，所述泄油口和所述第四接口并联后连接于所述蓄能器；所述驱动端连接于所述驱动电机的输出端，所述驱动电机连接于所述驱动器，所述驱动器、第一控制阀、第二控制阀分别通信连接于所述控制器。
2.根据权利要求1所述的一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：所述第一控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
3.根据权利要求1所述的一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机，所述驱动器为伺服驱动器。
4.根据权利要求1所述的一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：所述第二控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
5.根据权利要求1所述的一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：还包括第三控制阀和第四控制阀，所述第三控制阀包括第五接口和第六接口，所述第四控制阀包括第七接口和第八接口；所述第五接口并联于所述第一单向阀的出口和第一端口，所述第六接口、第一接口并联后连接于所述第一腔室；所述第七接口并联于所述第二单向阀的出口和第二端口，所述第八接口和所述第二接口并联后连接于所述第二腔室；所述第三控制阀和第四控制阀还分别通信连接于所述控制器。
6.根据权利要求5所述的一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：所述第三控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
7.根据权利要求5所述的一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：所述第四控制阀为二位二通电磁阀或者二位二通插装阀。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种驱动电机直驱泵控差动缸的液压节能系统，其特征在于：还包括压力继电器，所述压力继电器并联于所述第一接口，且所述压力继电器还通信连接于所述控制器。
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