CN109441895A

CN109441895A - 一种伺服电液驱动器

Info

Publication number: CN109441895A
Application number: CN201811560418.2A
Authority: CN
Inventors: 方大磊; 顾文娟
Original assignee: Shanghai Run Mechanical & Electrical Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Run Mechanical & Electrical Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-03-08
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: CN109441895B

Abstract

本发明公开了一种伺服电液驱动器，包括伺服电机、齿轮泵、储液器、伺服油缸、集成控制阀组、联轴器、溢流阀A、溢流阀B、油管A、油管B；所述伺服油缸中部螺接有集成控制阀组，所述集成控制阀组通过油管A、B分别与伺服油缸前、后腔室连通；所述集成控制阀组的一侧螺接有伺服电机，另一侧设有齿轮泵；所述集成控制阀组内离合式传动设有联轴器、顶部设有溢流阀A、B，单向阀和压力测试点；所述伺服电机采用无刷交流调速电机，所述储液器内置式配置，所述齿轮泵采用插入式内啮合齿轮泵；本发明采用了模块化和集成化结构件，通过伺服电液驱动缸实现控制电机、带动定量齿轮泵；具有精度高、结构紧凑、集成度高、制造加工成本低、产品合格率高的优点。

Description

一种伺服电液驱动器

技术领域

本发明涉及一种伺服驱动系统技术设备领域，特别涉及一种伺服电液驱动器。

背景技术

随着工业不断的发展，伺服系统应用越来越广泛，而伺服控制作为其输出部件，是不可缺少的关键一环；工程机械的执行机构在运动过程中，其中一个重要的运动过程就是推力、伺服系统，向提高功率、电液驱动发展为方向，逐步发展出了电液推进器并集成一体的控制系统。

传统的电液控制工艺普遍采用手工或半自动操作的方法来实现，但是这种控制系统具有制造加工成本高、控制精度低、产品合格率低、产品质量误差大、产品质量不稳定等缺点；同时高端伺服控制系统对产品的可靠性要求高，尤其是位置控制方面要求极高，定位精度控制不精确将会导致产品的控制偏差，整机运行时不确定位置的一致性，更加影响运行频率。

现有技术中的缺点：手工及其半自动操作通常繁琐，往往易造成操作不当及位偏问题，定位精度差，连续性作业效果差，工作效率低；位置压力控制不均匀，造成不良率高，返修造成材料及人工的极大浪费。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种伺服电液驱动器，针对现有技术中的不足，采用了模块化和集成化结构件，通过伺服电机、伺服油缸的电液传递功率的伺服电液驱动缸，实现控制电机、带动定量齿轮泵，其本质为泵控的液压伺服系统；适用广泛、精度高，控制系统采用数字化控制与上位机通讯方式，通过数字化控制系统与实体相结合来完成整个控制，具有结构紧凑、集成度高、控制精度高等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种伺服电液驱动器，包括伺服电机、齿轮泵、储液器、伺服油缸、安全阀、单向阀、集成控制阀组、联轴器、溢流阀A、溢流阀B、油管A、油管B、前端盖、中间活塞杆、活塞杆、油缸缸筒、后端盖、防尘圈、格莱圈、密封圈、挡圈、轴用导向带、孔用导向带、紧定螺钉、内六角螺钉、排气孔、油缸入口、压力测试点，其特征在于：

所述伺服油缸为圆桶形金属型材制造，所述伺服油缸中部螺接固定设置有矩形的集成控制阀组，所述集成控制阀组通过油管A、油管B分别与伺服油缸上的前腔室、后腔室连通；所述集成控制阀组的一侧螺接固定设置有伺服电机，另一侧固定设置有齿轮泵；所述伺服电机与齿轮泵之间的集成控制阀组内离合式传动设置有联轴器；所述集成控制阀组顶部设置有溢流阀A、溢流阀B、单向阀和多个压力测试点；

所述伺服电机采用无刷交流调速电机，所述无刷交流调速电机通过单片机控制；所述伺服电机双向换向带动齿轮泵；所述伺服电机调速带动调节齿轮泵的流量方式，将转速调节机构转化成功率调节器；

所述储液器内置式配置于所述集成控制阀组内部，用于驱动液的低压蓄能。

所述齿轮泵采用插入式、内啮合齿轮泵。

所述集成控制阀组一体式集成有储液器、安全阀、单向阀、伺服控制器、运动控制器、速度控制器、压力控制器、位置控制器和容积补偿器；所述压力控制器包括压力传感器，所述位置控制器包括位置传感器。

所述储液器也可外置式、螺接配置于所述集成控制阀组的外部。

所述伺服控制器和伺服油缸为闭环控制系统的PID调节器，所述伺服控制器由上位机控制，给定伺服电机旋转信号—再经过速度控制器输出反馈—读取转速值—并读取压力值、位置反馈值—与实际值对比，并经过PID调节器形成一个闭环控制系统。

所述伺服油缸包括前端盖、中间活塞杆、活塞杆、油缸缸筒、后端盖、防尘圈、格莱圈、密封圈、挡圈、轴用导向带、孔用导向带、紧定螺钉、内六角螺钉、排气孔、油缸入口；所述中间活塞杆置于后端盖和油缸缸筒内部、并通过紧定螺钉密封固定连接；所述油缸缸筒的前端密封设置有前端盖，所述前端盖和油缸缸筒、中间活塞杆之间滑动式密封设置有活塞杆；所述油缸缸筒上设置有排气孔，所述后端盖上设置有油缸入口。

所述油缸缸筒与前端盖、后端盖之间设置有密封圈和挡圈；所述油缸缸筒与活塞杆之间设置有格莱圈和孔用导向带；所述前端盖与活塞杆之间依次设置有防尘圈、格莱圈和轴用导向带；所述中间活塞杆与活塞杆之间设置有格莱圈和轴用导向带。

所述轴向导向带、孔用导向带采用聚四氟乙烯加青铜粉；所述密封圈采用耐油橡胶；所述挡圈采用聚四氟乙烯。

所述伺服电液驱动器的技术指标为：环境温度：摄氏-5°至65°，安装位置任意方向，工作力量范围1.5kN—1000kN，行程长度50mm—1.5m，位置精度为0.01mm，压力精度为0.5％FS，重现精度为0.01mm，保护等级为IP54/IP64，控制方式为位置和/或压力控制，保养周期为6年或4万个操作小时。

本发明的技术特点还在于：

1、短时大过载需求：对于机械传动上的短时大过载需求，传统液压系统靠蓄压器满足，但由于蓄压器需要定期维护，在复杂的机械上尽量避免使用。其能源是靠变量泵来实现系统效率的提高，和传统液压系统差别不大，对于大过载的需求也和传统液压系统一样。本产品伺服电液驱动缸和力矩是依靠控制电机的输出功率来调节系统的输出功率，利用电机的短时超载使用来满足负载工况中的峰值要求。在伺服电液驱动缸中可以采用无刷电机，无刷电机没有机械电刷，可以承受大过载，因此在雷达上，电液伺服系统的使用维护性和可靠性较传统液压系统会有所提高。

2、伺服刚度：通常机械都需要传动的大刚度，传统的电液伺服系统中，由于高压流体的不可压缩，抵抗负载扰动提高，和传统液压系统差别不大，对于大过载的需求也和传统液压系统一样；本伺服电液驱动缸是依靠控制电机的输出功率来调节系统的输出功率，利用电机的短时超载使用来满足负载工况中的峰值要求，其伺服油缸的结构整体具有很高的刚度；由于考虑到系统效率，不推荐使用自锁的传动机构，对于负载扰动，若没有电流控制环节，是靠电机自身能力进行调节，系统抗扰动的能力取决于电机的性能；比如停于某一位置时，虽然误差信号为零，但需克服负载，电流较大。

3、小信号性能：在电液伺服系统中，虽然机电伺服系统的传动机构是刚性的，无需考虑液压系统中流体的可压缩性，伺服电液驱动缸是采用流体齿轮泵流量进行减速，但由于电传系统靠偏差驱动，随着系统偏差减小，电传伺服系统的输入功率随之减小，导致在小信号情况下，非线性影响严重。传统电液伺服系统是阀控系统，系统偏差的减小对伺服阀的输出影响不大。因此，小信号下电传系统的性能不如传统电液伺服系统。

4、功率：就目前国内发展水平，对于中小功率(小于300W)的伺服驱动装置，伺服电液驱动缸是最佳选择；而500W以上的驱动装置，伺服电液驱动缸和传统液压系统则更具有竞争力。

本发明的工作原理为：电液伺服驱动缸工作原理。采用伺服交流调速电机带动内啮合齿轮泵，由伺服电机换向，回避了普通电机换向或阀换向的非灵敏区及大惯量，提高了系统的响应；用电机调速改变流量的方式与速度调节方式相比，降低了结构复杂性，转速调节机构转化成功率调节器既降低了结构质量又减少了机械调节机构自身的功率损耗。工作过程中，根据负载特性的不同，调节泵的流量和转速，电液伺服驱动缸在工作过程，使传动系统既满足动态性能的需要，又能提高系统效率，降低发热；

伺服驱动器由上位机控制，给定电机旋转信号-再经过速度控制输出反馈-读取转速值-并读取压力值，位置反馈值等-与实际值经过PID调节器形成一个闭环控制系统。

通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用了模块化和集成化结构件，通过伺服电机、伺服油缸的电液传递功率的伺服电液驱动缸，实现控制电机、带动定量齿轮泵；适用于任何环境、精度高，控制系统采用数字化控制与上位机通讯方式，通过数字化控制系统与实体相结合来完成整个控制，具有结构紧凑、集成度高、制造加工成本低、控制精度高、产品合格率高的优点。可广泛应用于：水利、冶金、船舶、航空航天、折弯机械、剪切机械、成型机械、冲床特殊专用机械取代伺服马达主轴驱动器、物料处理试验机台(实验室)食品工业领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需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为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器主视图示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器俯视图示意图；

图3为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器左视图示意图；

图4为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器电液装置主视图示意图；

图5为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器图4中E向局部示意图；

图6为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器伺服油缸剖视图示意图；

图7为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器伺服油缸俯视图示意图；

图8为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器原理图示意图；

图9为本发明实施例所公开的一种伺服电液驱动器模块控制图示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.伺服电机 2.齿轮泵 3.储液器 4伺服油缸

5.安全阀 6.单向阀 7.集成控制阀组 8.联轴器

9.溢流阀A 10.溢流阀B 11.油管A 12.油管B

13.前端盖 14.中间活塞杆 15.活塞杆 16.油缸缸筒

17.后端盖 18.防尘圈 19.格莱圈 20.密封圈

21.挡圈 22.轴用导向带 23.孔用导向带 24.紧定螺钉

25.内六角螺钉 26.排气孔 27.油缸入口 28.压力测试点

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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1至图9，本发明提供了一种伺服电液驱动器，包括伺服电机1、齿轮泵2、储液器3、伺服油缸4、安全阀5、单向阀6、集成控制阀组7、联轴器8、溢流阀A9、溢流阀B10、油管A11、油管B12、前端盖13、中间活塞杆14、活塞杆15、油缸缸筒16、后端盖17、防尘圈18、格莱圈19、密封圈20、挡圈21、轴用导向带22、孔用导向带23、紧定螺钉24、内六角螺钉25、排气孔26、油缸入口27、压力测试点28。

所述伺服油缸4为圆桶形金属型材制造，所述伺服油缸4中部螺接固定设置有矩形的集成控制阀组7，所述集成控制阀组7通过油管A11、油管B12分别与伺服油缸4上的前腔室、后腔室连通；所述集成控制阀组7的一侧螺接固定设置有伺服电机1，另一侧固定设置有齿轮泵2；所述伺服电机1与齿轮泵2之间的集成控制阀组7内离合式传动设置有联轴器8；所述集成控制阀组7顶部设置有溢流阀A9、溢流阀B10、单向阀6和多个压力测试点28；

所述伺服电机1采用无刷交流调速电机，所述无刷交流调速电机通过单片机控制；所述伺服电机1双向换向带动齿轮泵2；所述伺服电机1调速带动调节齿轮泵2的流量方式，将转速调节机构转化成功率调节器；

所述储液器3内置式配置于所述集成控制阀组7内部，用于驱动液的低压蓄能。

所述齿轮泵2采用插入式、内啮合齿轮泵。

所述集成控制阀组7一体式集成有储液器3、安全阀5、单向阀6、伺服控制器、运动控制器、速度控制器、压力控制器、位置控制器和容积补偿器；所述压力控制器包括压力传感器，所述位置控制器包括位置传感器。

所述储液器3也可外置式、螺接配置于所述集成控制阀组7的外部。

所述伺服控制器和伺服油缸4为闭环控制系统的PID调节器，所述伺服控制器由上位机控制，给定伺服电机1旋转信号—再经过速度控制器输出反馈—读取转速值—并读取压力值、位置反馈值—与实际值对比，并经过PID调节器形成一个闭环控制系统。

所述伺服油缸4包括前端盖13、中间活塞杆14、活塞杆15、油缸缸筒16、后端盖17、防尘圈18、格莱圈19、密封圈20、挡圈21、轴用导向带22、孔用导向带23、紧定螺钉24、内六角螺钉25、排气孔26、油缸入口27；所述中间活塞杆14置于后端盖17和油缸缸筒16内部、并通过紧定螺钉24密封固定连接；所述油缸缸筒16的前端密封设置有前端盖13，所述前端盖13和油缸缸筒16、中间活塞杆14之间滑动式密封设置有活塞杆15；所述油缸缸筒16上设置有排气孔26，所述后端盖17上设置有油缸入口27。

所述油缸缸筒16与前端盖13、后端盖17之间设置有密封圈20和挡圈21；所述油缸缸筒16与活塞杆15之间设置有格莱圈19和孔用导向带23；所述前端盖13与活塞杆15之间依次设置有防尘圈18、格莱圈19和轴用导向带22；所述中间活塞杆14与活塞杆15之间设置有格莱圈19和轴用导向带22。

所述轴向导向带22、孔用导向带23采用聚四氟乙烯加青铜粉；所述密封圈20采用耐油橡胶；所述挡圈21采用聚四氟乙烯。

本发明的具体实施操作步骤是：所述缸体为圆形金属型材框体，所述底架下部固定阀块和伺服电机，所述缸体内部装配有活塞、内置传感器等、伺服驱动缸(闭回路差动泵)是一个液压线性轴，适用于高功率及高系统可做位置控制和压力/力量控制，压力传感器结合在系统里动态之所有应用，包含一个伺服电机、内啮合齿轮泵和一个集成阀组(选项)；也整合了位置回馈传感器。伺服驱动缸的主要特点为极高的接连结的液压缸组成，伺服驱动缸是一个简单的密闭系统。能源效率和几乎无磨耗的操作。结合液压优良的过载保护本质，使用寿命长。整合好的伺服泵对称液压缸的面积比，速度及方向的控制完全不用到任何方向或比例阀。因为是闭回路系统，伺服驱动缸不需要油箱或是外部动力单元，必要的容积补偿器也整合在一起。

通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：集成化的伺服电液驱动缸在机械上，使液压系统集成，这样管路较少，伺服系统效率提高，通过对泵的变量控制，实现液压能源随负载变化而变化的目的，独立的单元、最小的节流损失、可理解复杂的动态过程；高效节能与独立操作，无需要额外的管路、优化的热性能，补偿量小、最小的节流阀门损失、无需要复杂的阀门技术；伺服油泵主动控制降低能源成本，减少支出50％以上，减少二氧化碳排放；运行效率提高一倍以上，广泛应用于水利、船舶、冶金、航天和智能制造行业。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种伺服电液驱动器，其特征在于，包括伺服电机、齿轮泵、储液器、伺服油缸、安全阀、单向阀、集成控制阀组、联轴器、溢流阀A、溢流阀B、油管A、油管B、前端盖、中间活塞杆、活塞杆、油缸缸筒、后端盖、防尘圈、格莱圈、密封圈、挡圈、轴用导向带、孔用导向带、紧定螺钉、内六角螺钉、排气孔、油缸入口、压力测试点；所述伺服油缸为圆桶形金属型材制造，所述伺服油缸中部螺接固定设置有矩形的集成控制阀组，所述集成控制阀组通过油管A、油管B分别与伺服油缸上的前腔室、后腔室连通；所述集成控制阀组的一侧螺接固定设置有伺服电机，另一侧固定设置有齿轮泵；所述伺服电机与齿轮泵之间的集成控制阀组内离合式传动设置有联轴器；所述集成控制阀组顶部设置有溢流阀A、溢流阀B、单向阀和多个压力测试点；

所述储液器内置式配置于所述集成控制阀组内部，用于驱动液的低压蓄能；

所述齿轮泵采用插入式、内啮合齿轮泵。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电液驱动器，其特征在于，所述集成控制阀组一体式集成有储液器、安全阀、单向阀、伺服控制器、运动控制器、速度控制器、压力控制器、位置控制器和容积补偿器；所述压力控制器包括压力传感器，所述位置控制器包括位置传感器。

3.根据权利要求1所述的一种伺服电液驱动器，其特征在于，所述伺服控制器和伺服油缸为闭环控制系统的PID调节器，所述伺服控制器由上位机控制，给定伺服电机旋转信号—再经过速度控制器输出反馈—读取转速值—并读取压力值、位置反馈值—与实际值对比，并经过PID调节器形成一个闭环控制系统。

4.根据权利要求1所述的一种伺服电液驱动器，其特征在于，所述伺服油缸包括前端盖、中间活塞杆、活塞杆、油缸缸筒、后端盖、防尘圈、格莱圈、密封圈、挡圈、轴用导向带、孔用导向带、紧定螺钉、内六角螺钉、排气孔、油缸入口；所述中间活塞杆置于后端盖和油缸缸筒内部、并通过紧定螺钉密封固定连接；所述油缸缸筒的前端密封设置有前端盖，所述前端盖和油缸缸筒、中间活塞杆之间滑动式密封设置有活塞杆；所述油缸缸筒上设置有排气孔，所述后端盖上设置有油缸入口。

5.根据权利要求4所述的一种伺服电液驱动器，其特征在于，所述油缸缸筒与前端盖、后端盖之间设置有密封圈和挡圈；所述油缸缸筒与活塞杆之间设置有格莱圈和孔用导向带；所述前端盖与活塞杆之间依次设置有防尘圈、格莱圈和轴用导向带；所述中间活塞杆与活塞杆之间设置有格莱圈和轴用导向带。

6.根据权利要求4所述的一种伺服电液驱动器，其特征在于，所述轴向导向带、孔用导向带采用聚四氟乙烯加青铜粉；所述密封圈采用耐油橡胶；所述挡圈采用聚四氟乙烯。

7.根据权利要求1所述的一种伺服电液驱动器，其特征在于，所述伺服电液驱动器的技术指标为：环境温度：摄氏-5°至65°，安装位置任意方向，工作力量范围1.5kN—1000kN，行程长度50mm—1.5m，位置精度为0.01mm，压力精度为0.5％FS，重现精度为0.01mm，保护等级为IP54/IP64，控制方式为位置和/或压力控制，保养周期为6年或4万个操作小时。