CN202165337U - 一种伺服变量泵节能液压动力系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种伺服变量泵节能液压动力系统，包括控制单元和与控制单元连接的伺服电机系统、比例变量泵、比例压力阀，所述控制单元向伺服电机系统发送预设的流量指令，向比例压力阀发送预设的压力指令，所述比例压力阀仅在比例变量泵的输出压力等于指令压力值时导通，并释放用于使比例变量泵减少排量的控制流体，本实用新型的液压动力系统实现了高压保压时的小扭矩输出，减小了伺服驱动器的内部电流和内部发热；采用比例变量泵提高了油泵的容积效率，提高了系统整体的能量利用效率，使其更具节能效果；比例压力阀与比例变量泵的配合动作使液压动力系统的压力和流量得以分开控制，使系统整体的控制简单，可靠性也更高。

Description

一种伺服变量泵节能液压动力系统
技术领域
本实用新型涉及一种液压系统，更具体地，涉及一种伺服变量泵节能液压动力系统。
背景技术
在现代制造业中，用于工业生产的液压设备(如注塑机)通常需要对其液压动力系统的输出流量和压力进行比例精确控制，为了达到该目的，传统注塑机液压动力系统先后经历了普通电机驱动定量泵、普通电机驱动比例变量泵、伺服电机驱动定量泵等几个发展阶段。其中，伺服电机驱动定量泵液压动力系统是最近几年飞速发展并得到广泛应用的一种控制方案，图1为该控制方案的一种原理简图，在该液压系统工作时，上位控制器把压力指令Pi和流量指令Qi传送给伺服控制器1，根据监控单元6监测到的定量泵8输出压力值Po的不同，伺服驱动器1在流量控制模式和压力控制模式之间自动进行切换，具体来说，当监控单元6所监测到的定量泵8输出压力Po小于指令压力值Pi时，伺服驱动器1处于流量控制模式，其驱动伺服电机2按流量指令Qi设定的转速带动定量泵8以相同的转速运转并输出流量Qo；因泵的输出流量Qo＝V*S(V为泵的排量，S为泵的转速)，该定量泵液压动力系统中由于泵的排量V固定，故输出流量Qo只与泵的转速S有关，所以当流量指令Qi变化时，定量泵8的转速S随之变化并同时导致液压动力系统输出流量Qo的变化，从而实现了输出流量Qo随输入流量指令Qi变化的线性输出。与伺服控制器1的流量控制模式相对的是，当监控单元6所监测到的定量泵8输出压力Po达到压力指令Pi时，伺服驱动器1切换为压力控制模式，此时伺服电机2的转速自动减小，定量泵8仅输出很小的流量用以向系统补充压力保持所需的泄露流量Qo，该输出流量Qo不受流量指令Qi控制，输出压力Po随压力指令Pi的变化呈线性变化。
与普通电机驱动比例变量泵液压动力系统相比，伺服电机驱动定量泵液压动力系统因其节能、响应快的特点得到广泛使用，并逐步取代前者成为当今国内注塑机的主流配置，不过该系统客观上也存在以下不足：根据油泵扭矩计算公式M＝m*V*P(其中m为常数，V为泵的排量，P为液压动力系统的输出压力)可知，油泵排量越大，系统压力越高，电机和油泵输出扭矩越大；由于伺服电机驱动定量泵液压动力系统中油泵排量V为固定值，所以事实上油泵输出扭矩只跟液压动力系统的压力有关，即不论液压动力系统输出的流量大小，只要液压系统的压力趋高，伺服电机2和定量泵8的输出扭矩M就很大，伺服控制器1的压力控制(如注塑机保压)模式正是属于这种情况，该状态下输出扭矩M一般可达到额定扭矩的两倍，这使得伺服电机2处于扭矩严重过载状态，造成伺服驱动器1内部电流大，发热严重，功率因数和能量转化效率都很低，还不能实现长时间保压，相反普通电机驱动比例变量泵液压动力系统在同样工况下，变量泵排量会自动减小，故即便系统压力很高，电机和油泵输出扭矩也可以很小，可以在此工况下长期工作而不过载。此外，伺服电机驱动定量泵液压动力系统的另一个不足是该液压动力系统一般采用的定量泵为齿轮泵，导致泵内齿轮泄漏大，易于磨损，使用一段时间后液压动力系统的实际输出参数和理论值往往存在较大误差。
综上，虽然伺服电机驱动定量泵液压动力系统与普通电机驱动比例变量泵液压动力系统相比能量利用效率高和节能效果要好；但是由于其采用定量泵替代了比例变量泵，丧失了比例变量泵容积效率高、保压扭矩低、过载能力强、可靠性高等优点，还是不能完全满足人们对精确控制和节能上的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种伺服变量泵节能液压动力系统，该系统综合了伺服电机驱动和比例变量泵的技术优点，节能效果好、过载能力强。
为了达到上述目的，采用如下技术方案：
一种伺服变量泵节能液压动力系统，包括控制单元和与控制单元连接的伺服电机系统、比例变量泵和比例压力阀，所述控制单元向伺服电机系统发送预设的流量指令，向比例压力阀发送预设的压力指令，所述比例压力阀仅在比例变量泵的输出压力等于指令压力值时导通，并释放用于使比例变量泵减少排量的控制流体，其中：
伺服电机系统用于驱动比例变量泵；
比例变量泵，用于提供高压流体；
比例压力阀用于改变比例变量泵的排量来控制其输出压力。
进一步地，所述伺服电机系统包括伺服电机和通过伺服系统连接线与伺服电机相连的伺服驱动器，所述伺服电机通过联轴器连接比例变量泵。
更进一步地，所述比例压力阀的输出端通过控制油孔连接比例变量泵的外控口。
再进一步地，所述动力系统有流量控制和压力控制两种工作模式，所述流量控制工作模式是通过伺服电机系统改变比例变量泵的转速来实现，所述压力控制工作模式是通过比例压力阀的输出信号改变比例变量泵的排量来实现。
还进一步地，所述压力控制模式有开环控制和闭环控制两种方式，所述闭环控制时，还需设置用于监测比例变量泵的输出压力并反馈给控制单元的监控单元。
作为一种具体实施例，所述比例变量油泵通过吸油管和第一回油管分别与油箱连通，所述比例压力阀通过第二回油管与油箱连通。
进一步地，所述比例压力阀集成于比例变量泵上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
采用比例压力阀对比例变量泵的排量进行控制，使比例变量泵在输出压力很高的情况下也可以保持较小的输出扭矩，减小了伺服驱动器的内部电流和内部发热；采用比例变量泵提高了油泵的容积效率，提高了系统整体的能量利用效率，使其更具节能效果；设置仅在比例变量泵的输出压力等于指令压力值时导通的比例压力阀，使液压动力系统的压力和流量得以分开控制，使系统整体的控制简单，可靠性也更高。
附图说明
图1是现有技术中伺服电机驱动定量泵液压动力系统结构示意图。
图2是本实用新型所述伺服变量泵节能液压系统结构示意图。
图中：1-伺服驱动器；12-伺服系统连接线；2-伺服电机；21-联轴器；3-比例变量泵；30-出油管；31-吸油管；32第一回油管；4-比例压力阀；41-第二回油管；42-控制油孔；5-液压油箱；6-监控单元；8-定量泵。
具体实施方式
下面结合附图，及具体实施例，对本实用新型作进一步说明：
一种伺服变量泵节能液压动力系统，包括控制单元和与控制单元连接的伺服电机系统、比例变量泵3和比例压力阀4，其中控制单元向伺服电机系统发送预设的流量指令，向比例压力阀4发送预设的压力指令，比例压力阀4仅在比例变量泵3的输出压力等于指令压力值时导通，并释放用于使比例变量泵3减少排量的控制流体，其中：
伺服电机系统用于驱动比例变量泵3；
比例变量泵3用于提供高压流体；
比例压力阀4用于改变比例变量泵的排量来控制其输出压力；
伺服电机系统包括伺服电机2和通过伺服系统连接线12与伺服电机2连接的伺服驱动器1，伺服系统连接线12为伺服电机的动力电缆和信号传输线，伺服电机2通过联轴器21连接至比例变量泵3，比例压力阀4的输出端通过控制油孔42连接比例变量泵3的外控口，比例变量泵3通过吸油管31和第一回油管32分别与液压油箱5连通，比例压力阀4通过第二回油管41与油箱5连通，比例变量泵3通过出油管30输出经其加压的高压流体。本实用新型所述伺服变量泵节能液压动力系统包括两种工作模式，具体来说，伺服电机系统配合比例变量泵3设置有流量控制工作模式，其通过控制伺服电机2改变比例变量泵3的转速来实现；比例压力阀4配合比例变量泵3设置有压力控制工作模式，其通过比例压力阀4的输出信号改变比例变量泵3的排量来实现，上述压力控制有开环控制和闭环控制两种方式。开环控制可以不设监控单元6；闭环控制必须要有监控单元6，监控单元6通常是压力传感器。
基于以上连接和控制方式，本实用新型所述的伺服变量泵节能液压系统的工作原理如下：
参见图2，控制单元将预设的流量指令Qi传送给伺服控制器1而把压力指令Pi传送给比例压力阀4，伺服驱动器1按流量控制模式工作并驱动伺服电机2按流量指令Qi设定的转速Si运转，其中：
Qi＝Vi*Si
Vi为比例变量泵的当前排量；Si为比例变量泵的当前转速Si。
在本实施例中，比例变量泵3选用通用的斜盘式轴向柱塞泵，其采用一个比例伺服阀控制斜盘活塞，使斜盘保持一定的倾斜角来调节其排量，就控制而言，当液压控制系统输出压力Po小于压力指令Pi时，比例压力阀4不导通，此时比例变量泵3的外控口无输入信号，故比例变量泵3的斜盘保持原来的状态不变，油泵继续以最大排量Vo工作，其输出流量Qo随流量指令Qi的变化呈线性变化。
当输出压力Po达到压力指令Pi时，比例压力阀4导通，控制流体从其输出口流经控制油孔42进入比例变量泵3的外控口，该比例伺服阀接受到来自比例变量泵3的外控口的高压流体时，即对比例变量泵3的排量参数(主要是斜盘倾角)进行控制和调整，使比例变量泵3的排量迅速减少到极小使比例变量泵3输出流量Qo急剧减少至仅能维持稳定输出压力的水平，该输出流量Qo远远小于设定的指令流量Qi，此时，伺服电机系统继续按流量指令Qi设定的转速驱动比例变量泵3运转，但比例变量泵3仅输出极小的泄露流量Qo，当压力指令Pi再次发生变化时，比例压力阀4控制比例变量泵3的排量变化使输出压力Po随之线性变化，最终实现了通过对设定压力Pi的更改来改变液压控制系统实际输出压力的目的。监控单元6的主要作用是实现压力闭环控制；在闭环控制方式下，监控单元6反馈信号给控制单元，修正压力指令Pi，从而更精确的控制系统实际输出压力Po。
由上可知，在本实用新型所述的伺服变量泵节能液压动力系统的压力控制工作模式下，由于比例变量泵3的排量极小，因而即便比例变量泵输出压力Po很高，伺服电机2的输出扭矩也很小，伺服驱动器1的内部电流也小，发热低，效率高，可以在此工况下长期工作而不过载。
应该理解，本实用新型所保护范围并不限于以上具体实施例，凡属于本领域技术人员无需创造性劳动即可实施的基于本实用新型的技术方案和技术手段的修改均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种伺服变量泵节能液压动力系统，其特征在于，包括控制单元和与控制单元连接的伺服电机系统、比例变量泵和比例压力阀，所述控制单元向伺服电机系统发送预设的流量指令，向比例压力阀发送预设的压力指令，所述比例压力阀仅在比例变量泵的输出压力等于指令压力值时导通，并释放用于使比例变量泵减少排量的控制流体，其中：
伺服电机系统用于驱动比例变量泵；
比例变量泵，用于提供高压流体；
比例压力阀用于改变比例变量泵的排量来控制其输出压力。
2.如权利要求1所述的伺服变量泵节能液压动力系统，其特征在于，所述伺服电机系统包括伺服电机和通过伺服系统连接线与伺服电机相连的伺服驱动器，所述伺服电机通过联轴器连接比例变量泵。
3.如权利要求1所述的伺服变量泵节能液压动力系统，其特征在于，所述比例压力阀的输出端通过控制油孔连接比例变量泵的外控口。
4.如权利要求1所述的伺服变量泵节能液压动力系统，其特征在于，还包括用于监测比例变量泵的输出压力并反馈给控制单元的监控单元。
5.如权利要求1所述的伺服变量泵节能液压动力系统，其特征在于，所述比例变量泵通过吸油管和第一回油管分别与油箱连通，所述比例压力阀通过第二回油管与油箱连通。
6.如权利要求1所述的伺服变量泵节能液压动力系统，其特征在于，所述比例压力阀集成于比例变量泵上。 
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