CN115405573A - 一种电液伺服比例系统多功能教学实验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电液伺服比例系统多功能教学实验平台，其特征在于，该实验平台包括集成泵站、液压矩阵回路系统、重物模拟实验台和水平对顶实验台。该实验平台能够完成包括多泵源变流量输出特性研究、多级压力源节能控制研究、泵、马达二次调节系统研究及电液位移、速度和力控制系统的相关电液系统教学和实验任务，同时针对于液压系统传统的系统测试及元件测试问题也能够提供相应的实验测试环境。

Description

一种电液伺服比例系统多功能教学实验平台
技术领域
本发明涉及机电液一体传动控制领域，具体涉及一种电液伺服比例系统多功能教学实验平台。
背景技术
流体传动在机械行业具有与机械传动及电力传动同等重要的工程价值，流体传动在工程机械，风力、水力发电及相关设备的驱动控制上具有突出的应用价值，因此流体传动的相关控制研究工作，一直以来都是国内外研究的重点。
在实际使用的过程中，为更好地实现速度及力的相关控制，需要对液压系统的流量及压力进行准确控制，现有的电液伺服比例系统均为商业使用，均为根据实际需求进行的设计，不能满足在教学实验对电液位置、速度、力等物理参数的控制以及相关液压元件的测试需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种电液伺服比例系统多功能教学实验平台，在满足相关电液伺服技术教学实验的同时也能满足于液压领域研究过程中所涉及的相关液压元件的测试需求，支持多级流量源，多级压力源输出，支持相关二次调节系统特性研究，支持电液位置、速度、力等物理参数控制方式教学演示和相关科研实验，能够满足相关液压元件如泵、阀、马达的测试需求。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种电液伺服比例系统多功能教学实验平台，该实验平台包括集成泵站、液压矩阵回路系统、重物模拟加载实验台和水平对顶实验台；
所述集成泵站包括泵站油箱、多个流量的电机泵、泵出口控制阀块集成、液压变压器、液压变压器出口阀块集成；多个流量的电机泵的进油口均与所述泵站油箱连接，每个电机泵的出油口连接一个对应的泵出口控制阀块集成；所述液压变压器连接至液压变压器出口阀块；
所述液压矩阵回路系统包括液压矩阵回路阀块一、液压矩阵回路阀块二和多个蓄能器，所述泵出口控制阀块集成连接至液压矩阵回路阀块一，所述液压矩阵回路阀块一连接至所述蓄能器；所述液压变压器出口阀块集成连接至所述液压矩阵回路阀块二；所述液压矩阵回路系统通过液压矩阵的相关控制能够实现多级流量源输出；所述液压矩阵回路系统利用蓄能器配合大气压力，能够得到三级压力源；三级压力源通过液压矩阵回路的匹配能够实现多级压力源输出；
所述水平对顶实验台包括水平加载阀块集成、水平对顶实验阀块集成、水平对顶实验缸、水平加载缸、拉压测力计和位移传感器；所述水平加载阀块集成分别与泵出口控制阀块集成、水平加载缸通过油管相连，油液从泵出口控制阀块集成出来进入所述水平加载缸的高压腔；所述水平对顶实验缸、水平加载缸的活塞杆通过所述拉压测力计连接，通过拉压测力计测量两者之间的相互作用力；所述水平对顶实验阀块集成分别与所述液压矩阵回路阀块二和水平对顶实验缸通过油管相连，油液从所述液压矩阵回路阀块二出来后进入所述水平对顶实验缸；拉压测力计安装在所述水平对顶实验缸上；
所述重物模拟加载实验台包括重物模拟实验缸、重物模拟实验阀块集成、加载杆和重物；所述加载杆与所述重物模拟实验缸连接；所述重物与加载杆连接；所述加载杆和重物的存在，以及由于重物模拟实验缸的伸出与缩进的过程中加载杆与重物模拟实验缸相对角度的变化，进而能够提供相应的非线性工况条件。
进一步地，所述泵出口控制阀块集成包括压力传感器、单向阀、卸荷阀、安全阀和出口阀块；油液从电机泵经过油管到达所述出口阀块，通过单向阀进入所述液压矩阵回路阀块一；所述安全阀用于进行系统压力保护；所述卸荷阀用于解荷后油液通过卸荷阀回到油箱。
进一步地，所述重物模拟实验阀块集成包括电磁球阀、比例溢流阀、电液伺服阀、高压过滤器、压力传感器、安全阀、重物模拟阀块；
所述重物模拟阀块分别与液压矩阵回路阀块一和重物模拟实验缸通过油管连接，液压矩阵回路阀块一中的油液经过比例溢流阀进入高压过滤器，进而进入电液伺服阀到达重物模拟实验缸的高压腔；
所述电磁球阀起到液压锁的作用，防止重物模拟实验缸的误操作。
进一步地，所述水平加载阀块集成包括压力传感器、安全阀、电液伺服阀、高压过滤器和水平加载阀块，所述水平加载阀块分别与泵出口控制阀块集成和水平加载缸通过油管相连，油液从所述泵出口控制阀块集成出来经过高压过滤器，进入电业伺服阀，进而进入水平加载缸的高压腔；安全阀与水平加载缸的两腔相连。
进一步地，所述水平对顶实验阀块集成包括压力传感器、安全阀、电液伺服阀、高压过滤器和水平加载阀块，水平加载阀块分别液压矩阵回路阀块二和水平对顶实验缸通过油管相连，油液从液压矩阵回路阀块二出来经过高压过滤器，进入电液伺服阀，进而进入水平对顶实验缸的高压腔；安全阀与水平对顶实验缸的两腔相连，用于系统高压保护。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的电液伺服比例系统多功能教学实验平台能够完成多级流量源、多级压力源，二次调节系统等相关实验，具有更加丰富的实验工况，相关实验工况也更加满足工程实际应用。
(2)本发明的电液伺服比例系统多功能教学实验平台由于液压矩阵系统的引入，使得系统配置具有更高的自由度，进而该系统可以在硬件配置不变的情况下，通过液压矩阵的相关设置工作，完成更多实验工况的复现，具有常规实验台所不具有的高自由度特性；
(3)本发明的电液伺服比例系统多功能教学实验平台，除了能够完成相关工程中将要遇到的相关参量控制实验，同时该实验平台提供相关液压元件的标准测试回路，借助于实验平台所具有的多级流量源与压力源特性，能够为相关液压元件的性能测试提供相应的工作环境。
附图说明
图1为电液伺服比例系统多功能教学实验平台总装结构图；
图2为电液伺服比例系统多功能教学实验平台泵站总装结构图；
图3为泵出口控制阀块集成的示意图；
图4为电液伺服比例系统多功能教学实验平台液压矩阵系统结构图；
图5为电液伺服比例系统多功能教学实验平台的重物模拟实验台和水平对顶实验台的结构图；
图6为重物模拟实验阀块集成的示意图；
图7为水平加载阀块集成的示意图；
图8为水平对顶实验阀块集成的示意图。
图9为电液伺服比例系统多功能教学实验平台液压原理图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，该实施例的电液伺服比例系统多功能教学实验平台，包括集成泵站101、液压矩阵回路系统102、重物模拟实验台103和水平对顶实验台104四部分。
其中，如图2所示，集成泵站101包括泵站油箱201、空滤202、液位计203，回油过滤器一216、回油过滤器二217、回油过滤器三218，空滤，相关过滤器与液位计均固定在油箱上，额定流量为120L/min的电机泵单元一204、额定流量为70L/min的电机泵二205、额定流量为30L/min的电机泵三206、额定流量为50L/min的电机泵四207、液压变压器208、电机叶片泵单元209、叶片泵出口阀块集成210、液压变压器出口阀块集成211、泵出口控制阀块集成四212、泵出口控制阀块集成三213、泵出口控制阀块集成二214、泵出口控制阀块集成一215均安装排布于泵站支撑架219上。
额定流量为120L/min的电机泵单元一204、额定流量为70L/min的电机泵二205、额定流量为30L/min的电机泵三206、额定流量为50L/min的电机泵四207的进油口均与泵站油箱201连接，四个电机泵的出油口分别对应连接泵出口控制阀块集成一215、泵出口控制阀块集成二214、泵出口控制阀块集成三213、泵出口控制阀块集成四212；液压变压器208连接至液压变压器出口阀块211。
其中，如图3所示，泵出口阀块集成一215由压力传感器215-1、单向阀215-2、卸荷阀215-3、安全阀215-4、出口阀块215-5所组成，油液从电机泵单元经过油管到达出口阀块215-5，通过单向阀215-2进入液压矩阵阀块301，安全阀215-4用于系统保护，当系统压力高于系统安全压力，自动打开进行卸荷，卸荷阀215-3是电磁球阀，由于电磁球阀密封性好的特点，在未触发时油液进入系统，触发后油液直接经过卸荷阀215-3回到油箱。
液压变压器出口阀块集成211、泵出口控制阀块集成四212、泵出口控制阀块集成三213、泵出口控制阀块集成二214结构与215相同。
如图4所示，液压矩阵回路系统102包括液压矩阵回路阀块一301、电磁球阀302、液压矩阵回路阀块二303、容量为10L的蓄能器集成一304、容量为16L的蓄能器集成二305、容量为16L的蓄能器集成三306、容量为40L的蓄能器集成四307、容量为40L的蓄能器集成五308、液压矩阵回路支撑架309。
其中，液压矩阵回路支撑架309位于底部，用于为其他零件提供支撑和固定，每个液压矩阵阀块301与303上均安装有16个电磁球阀302，组成4行4列的液压矩阵回路。泵出口控制阀块集成一215、泵出口控制阀块集成二214、泵出口控制阀块集成三213、泵出口控制阀块集成四212均连接至液压矩阵回路阀块一301，液压矩阵回路阀块一301连接容量为10L的蓄能器集成一304、容量为16L的蓄能器集成二305、容量为16L的蓄能器集成三306、容量为40L的蓄能器集成四307、容量为40L的蓄能器集成五308。液压变压器出口阀块集成211连接至所述液压矩阵回路阀块二303，液压矩阵回路系统通过液压矩阵的相关控制能够实现多级流量源输出，根据流量的相应匹配可以输出30L/min、50L/min、80L/min、120L/min、150L/min、170L/min、200L/min等七级流量。
集成泵站除具有液压泵所提供的压力等级外，利用蓄能器作为辅助动力源及能量回收单元设立了二级压力，再配合环境中的大气压力，使系统得到三级压力源，三级压力源通过液压矩阵回路的匹配可以实现多级压力源输出；
所述液压矩阵回路系统利用蓄能器配合大气压力，能够得到三级压力源；三级压力源通过液压矩阵回路的匹配能够实现多级压力源输出；
集成泵站存在二次调节单元，即液压变压器208，液压变压器208通过油管连接至液压变压器出口阀块集成211，并通过油管连接至液压矩阵阀块二303，进而由于相关蓄能器单元已与液压矩阵单元相连接而实现二次调节单元与蓄能器单元的连接，进而满足相关工况需求，二次调节是液压系统一种新兴的节能控制方式，考虑到本系统中二次元件的实际工作工况及从实验台的成本考虑，将二次元件简化成定量马达与变量泵的串联工作模式，完成二次调节中的马达-泵工况，利用定量马达与变量泵所组成的液压变压器可以实现液压系统的能量回收和再输出，实现液压系统的节能控制。
如图5所示，实验平台包含重物模拟加载实验台103和水平对顶实验平台104，其中重物模拟加载实验台103主要由重物模拟实验缸405、重物模拟实验阀块集成406、加载杆411和重物412等组成，重物模拟实验平台阀块406安装有相应通流能力的高压过滤器，目的在于将需要进入电液伺服阀的相关油液进行精密过滤，进而保护后面的伺服元件，实现系统元件保护；安装有两个方向式插装阀，并利用电磁球阀进行通断控制，方向插装阀的使用目的在于实现液压重物模拟实验台的液压锁紧保证重物模拟试验台在运行过程中不会由于系统压力突然降低或消失出现实验台重物快速下降造成危险的工程现象；安装有板式的溢流阀，目的在于进行液压缸的压力过载保护；加载杆411与重物412的存在以及由于在重物模拟实验缸405的伸出与缩进的过程中加载杆411与重物模拟实验缸405相对角度的变化，进而能够提供相应的非线性工况条件。
如图5所示，水平对顶实验平台主要包含水平加载阀块集成408、水平对顶实验阀块集成410、水平对顶实验缸401、拉压测力计402、位移传感器403及水平加载缸404所组成，水平加载阀块集成408上的电液伺服阀408-3和水平对顶实验阀块集成410上的电液伺服阀410-3分别控制加载缸两腔和实验缸两腔压力与流量，水平加载缸404缸杆与水平实验缸401缸杆同轴安装且两杆通过拉压测力计402连接，同时该实验平台安装拉绳式位置传感器403用于测量亮实验缸缸杆运动位移。
其中，如图6所示，重物模拟实验阀块集成406主要由电磁球阀406-1、406-7，比例溢流阀406-2，电液伺服阀406-3，高压过滤器406-4，压力传感器406-5、406-11，安全阀406-8、406-9，重物模拟阀块406-10所组成，重物模拟阀块分别与液压矩阵阀块301和重物模拟实验缸405通过油管连接，液压矩阵阀块中的油液经过比例溢流阀406-2进入高压过滤器406-4，进而进入电液伺服阀406-3到达重物模拟实验缸405的高压腔，电磁球阀406-1、406-7由于球阀密封性好的特性，起到液压锁的作用，防止重物模拟实验缸405的误动作，安全阀406-8、406-9起系统保护的作用。
如图7所示，水平加载阀块集成408主要由压力传感器408-1、408-6，安全阀408-2、408-4，电液伺服阀408-3，高压过滤器408-5和水平加载阀块408-7所组成，水平加载阀块408-7分别与泵出口控制阀块集成二214和水平加载缸404通过油管相连，油液从泵出口控制阀块集成二214出来经过高压过滤器408-5，进入电液伺服阀408-3，进而进入水平加载缸404高压腔，安全阀408-2、408-4用于系统过压保护，分别与水平加载缸404两腔相连。
如图8所示，水平对顶实验阀块集成410主要由压力传感器410-6、410-8，安全阀410-1、410-4，电液伺服阀410-3，高压过滤器410-5和水平加载阀块410-7所组成，水平加载阀块分别与液压矩阵阀块303和水平实验缸401通过油管相连，油液从液压矩阵阀块303出来经过高压过滤器410-5，进入电液伺服阀410-3，进而进入水平实验缸401高压腔，安全阀410-1、410-4用于系统过压保护，分别与水平实验缸401两腔相连。
如图9所示，为电液伺服比例系统多功能教学实验平台的液压回路示意图。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电液伺服比例系统多功能教学实验平台，其特征在于，该实验平台包括集成泵站(101)、液压矩阵回路系统(102)、重物模拟加载实验台(103)和水平对顶实验台(104)；
所述集成泵站(101)包括泵站油箱(201)、多个流量的电机泵(206、207、205、204)、泵出口控制阀块集成(213、212、214、215)、液压变压器(208)、液压变压器出口阀块集成(211)；多个流量的电机泵(206、207、205、204)的进油口均与所述泵站油箱(201)连接，每个电机泵(206、207、205、204)的出油口连接一个对应的泵出口控制阀块集成(213、212、214、215)；所述液压变压器(208)连接至液压变压器出口阀块(211)；
所述液压矩阵回路系统(102)包括液压矩阵回路阀块一(301)、液压矩阵回路阀块二(303)和多个蓄能器(304、305、306、307、308)，所述泵出口控制阀块集成(213、212、214、215)连接至液压矩阵回路阀块一(301)，所述液压矩阵回路阀块一(301)连接至所述蓄能器(304、305、306、307、308)；所述液压变压器出口阀块集成(211)连接至所述液压矩阵回路阀块二(303)；所述液压矩阵回路系统通过液压矩阵的相关控制能够实现多级流量源输出；所述液压矩阵回路系统利用蓄能器配合大气压力，能够得到三级压力源；三级压力源通过液压矩阵回路的匹配能够实现多级压力源输出；
所述水平对顶实验台(104)包括水平加载阀块集成(408)、水平对顶实验阀块集成(410)、水平对顶实验缸(401)、水平加载缸(404)、拉压测力计(402)和位移传感器(403)；所述水平加载阀块集成(408)分别与泵出口控制阀块集成(213、212、214、215)、水平加载缸(404)通过油管相连，油液从泵出口控制阀块集成(213、212、214、215)出来进入所述水平加载缸(404)的高压腔；所述水平对顶实验缸(401)、水平加载缸(404)的活塞杆通过所述拉压测力计(402)连接，通过拉压测力计(402)测量两者之间的相互作用力；所述水平对顶实验阀块集成(410)分别与所述液压矩阵回路阀块二(303)和水平对顶实验缸(401)通过油管相连，油液从所述液压矩阵回路阀块二(303)出来后进入所述水平对顶实验缸(401)；拉压测力计(402)安装在所述水平对顶实验缸(401)上；
所述重物模拟加载实验台(103)包括重物模拟实验缸(405)、重物模拟实验阀块集成(406)、加载杆(411)和重物(412)；所述加载杆(411)与所述重物模拟实验缸(405)连接；所述重物(412)与加载杆(411)连接；所述加载杆(411)和重物(412)的存在，以及由于重物模拟实验缸(405)的伸出与缩进的过程中加载杆(411)与重物模拟实验缸(405)相对角度的变化，进而能够提供相应的非线性工况条件。
2.根据权利要求1所述的电液伺服比例系统多功能教学实验平台，其特征在于，所述泵出口控制阀块集成(213、212、214、215)包括压力传感器(215-1)、单向阀(215-2)、卸荷阀(215-3)、安全阀(215-4)和出口阀块(215-5)；油液从电机泵(206、207、205、204)经过油管到达所述出口阀块(215-5)，通过单向阀(215-2)进入所述液压矩阵回路阀块一(301)；所述安全阀(215-4)用于进行系统压力保护；所述卸荷阀(215-3)用于解荷后油液通过卸荷阀(215-3)回到油箱。
3.根据权利要求1所述的电液伺服比例系统多功能教学实验平台，其特征在于，所述重物模拟实验阀块集成(406)包括电磁球阀、比例溢流阀、电液伺服阀、高压过滤器、压力传感器、安全阀、重物模拟阀块；
所述重物模拟阀块分别与液压矩阵回路阀块一(301)和重物模拟实验缸(405)通过油管连接，液压矩阵回路阀块一(301)中的油液经过比例溢流阀进入高压过滤器，进而进入电液伺服阀到达重物模拟实验缸(405)的高压腔；
所述电磁球阀起到液压锁的作用，防止重物模拟实验缸(405)的误操作。
4.根据权利要求1所述的电液伺服比例系统多功能教学实验平台，其特征在于，所述水平加载阀块集成(408)包括压力传感器、安全阀、电液伺服阀、高压过滤器和水平加载阀块，所述水平加载阀块分别与泵出口控制阀块集成和水平加载缸(404)通过油管相连，油液从所述泵出口控制阀块集成出来经过高压过滤器，进入电业伺服阀，进而进入水平加载缸(404)的高压腔；安全阀与水平加载缸(404)的两腔相连。
5.根据权利要求1所述的电液伺服比例系统多功能教学实验平台，其特征在于，所述水平对顶实验阀块集成(410)包括压力传感器、安全阀、电液伺服阀、高压过滤器和水平加载阀块，水平加载阀块分别液压矩阵回路阀块二(303)和水平对顶实验缸(401)通过油管相连，油液从液压矩阵回路阀块二(303)出来经过高压过滤器，进入电液伺服阀，进而进入水平对顶实验缸(401)的高压腔；安全阀与水平对顶实验缸(401)的两腔相连，用于系统高压保护。
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