CN205207295U - 一种伺服泵控液压直线驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种伺服泵控液压直线驱动系统，本系统液压缸无杆腔与有杆腔各接A和B液压泵，二泵各由A和B伺服驱动器、A和B伺服电机控制。运动控制单元连接二伺服驱动器。无杆腔和有杆腔管路上的A和B压力传感器分接二伺服驱动器；液压缸推杆上的位移传感器接入运动控制单元。当A侧电机和泵正向运转，推杆前进；同时B侧电机及泵反向运转，有杆腔泄液。反之，B侧正向运转，A侧反向运转。运动控制单元存储工艺数据和控制要求，据此及推杆当前位移信号得到二伺服驱动器的运行模式指令以及速度、压力设定指令，精确控制推杆速度和位置。本实用新型实现高响应频率和精密位置控制；系统结构简单，成本低廉，可靠性高。

Description

一种伺服泵控液压直线驱动系统

技术领域

本实用新型涉及液压传动装置，具体为一种伺服泵控液压直线驱动系统，本实用新型两台伺服电机各驱动一个油泵协同动作，进而控制液压缸的动力输出，实现对直线往复运动的控制。

背景技术

通过液压缸控制直线运动和动力输出是一种常用机械结构，传统的液压直线驱动系统是电机驱动液压泵连续运转，由各种阀组、传感器和管路构成的油路控制液压油的流向、流速、压力，并继而实现液压缸的驱动。当需要控制液压缸的移动速度时，需要比例方向阀或比例方向伺服阀调节进入液压缸的液体速率；当需要控制液压缸的推动力时，需要控制溢流阀的溢流压强或者根据压力传感器的反馈并通过比例压力阀或比例压力伺服阀来控制进入液压缸的液体压强，由此控制液压缸的推力。

此类传统的液压直线驱动系统存在以下几点不足：1、驱动液压泵电机必须连续不间断运行，即使在液压缸运动无需进行调节控制时，电机也不能停机，不断从油箱泵出的液压油又通过阀组返回油箱，浪费了电能。尤其是当液压缸输出推力、但活塞位移极小或位移速度很低时，高压节流抬升了电机的功率消耗，浪费电能；2、浪费的电能变成热能，导致油温上升，使油路密封件加速老化，故障率上升；3、当液压油在液压缸的有杆腔和无杆腔之间往复流动时，需要控制各种阀门动作，不断产生溢流、充液动作，加大了系统损耗，阀门的故障率也比较高；4、在快速、精密控制时，需要采用P/Q阀(压力流量控制阀)或伺服阀参与控制，特别是伺服阀价格昂贵，维修困难，导致系统设备的购置和使用维护成本大幅增加；5、由于各种阀门的机械动作需要较长的时间来完成，导致油路的各种动作切换不可能进一步提速，直接影响设备的工作节拍。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种伺服泵控液压直线驱动系统，A、B两台液压泵的出液端分别接入液压缸的无杆腔和有杆腔，A、B两台伺服电机分别与A、B液压泵连轴，与运动控制单元连接的A、B两台伺服驱动器分别控制A、B两台伺服电机，安装于液压缸的无杆腔和有杆腔内的A、B两只压力传感器的信号分别接入A、B两台伺服驱动器，安装于液压缸推杆的位移传感器的信号端连接运动控制单元。A和B伺服驱动器分别驱动A和B液压泵，其中一个伺服电机和所连接的液压泵正向运转，另一个伺服电机和所连接的液压泵反向运转泄压。运动控制单元根据推杆运动位置和速度控制要求和推杆的当前位移信号，给二伺服驱动器发送运行模式指令、速度设定指令及压力设定指令。

本实用新型设计的一种伺服泵控液压直线驱动系统，包括一个液压缸、两台液压泵及充液阀、溢流阀，活塞连接推杆、将液压缸内腔分为有杆腔和无杆腔，管路连接两台液压泵的进液端和储液箱，管路分别连接两台液压泵的出液端和液压缸的有杆腔和无杆腔，两台电机各连接并驱动两台液压泵，管路上有充液阀、溢流阀；本实用新型液压缸的无杆腔与A液压泵的出液端连接，液压缸的有杆腔与B液压泵的出液端连接。A液压泵和B液压泵的进液端连接储液箱。A伺服电机与A液压泵连轴，A伺服驱动器连接控制A伺服电机；B伺服电机与B液压泵连轴，B伺服驱动器连接控制B伺服电机。运动控制单元的控制端连接A和B伺服驱动器。安装于连接液压缸无杆腔和A液压泵出液端管路上A压力传感器的信号输出端接入A伺服驱动器；安装于连接液压缸有杆腔和B液压泵出液端管路上的B压力传感器的信号输出端接入B伺服驱动器。位移传感器安装于液压缸推杆，其信号输出端接入运动控制单元的输入端。

所述运动控制单元为中心处理器，配有通信接口和人机界面。

管路经充液阀连接储液箱和液压缸的无杆腔，所述充液阀为单向阀，当该阀无杆腔侧的压力小于储液箱侧压力时，此阀自动打开，反之此阀保持关闭状态。当液压缸的推杆快速向有杆腔方向移动时，无杆腔压力迅速下降，充液阀自动打开向无杆腔补液。

A液压泵的出液端连接液压缸无杆腔的管路上连接A溢流阀，B液压泵的出液端连接液压缸有杆腔的管路连接B溢流阀，A和B溢流阀的出液端均接入储液箱。当管道内液体压力超过所连接泵的输出压力上限时，从所接的溢流阀泄出，进行限压保护。

本实用新型的方案之一为B伺服电机的轴上安装一个失电制动器，当系统故障保护停机或停电时，失电制动器锁定B伺服电机的轴，与B伺服电机连轴的B液压泵停止转动，避免液压缸的推杆及安装在其上的活塞工件因重力迅速下坠，以保系统设备安全。

本实用新型的另一个方案，B伺服电机为三相永磁同步伺服电机，其三相绕组安装失电常闭接触器或失电常闭继电器，当系统故障保护停机或停电时，B伺服电机的绕组被失电常闭接触器或失电常闭继电器短路。当液压缸的推杆及安装在其上的活塞工件被重力牵引下坠时，液压油推动B液压泵反向转动，从而带动B伺服电机转子反向转动，由于B伺服电机三相绕组短路而产生阻尼扭力，B液压泵仅能缓慢转动，使液压缸的推杆及活塞缓慢下滑到机械极限位置，保护系统设备安全。

本实用新型的另一个方案，液压缸的有杆腔与B液压泵连接的管路上，安装一个断电时自动关闭的保护阀，当系统故障保护停机或停电时，该保护阀自动关闭，有杆腔内的液压油不会泄出，即可防止液压缸的推杆受安装在其上的工件的重力牵引而下坠，起到安全保护作用。

本实用新型提出的伺服泵控液压直线驱动系统的A和B伺服驱动器分别驱动各自连接的A和B伺服电机，当A伺服电机正向运转、其所连接的A液压泵正向运转，A液压泵向液压缸的无杆腔内提供压力液体，液压缸的活塞向有杆腔方向运动，推杆输出动力；与此同时，B伺服电机及其所连接的B液压泵反向运转，液压缸的有杆腔经B液压泵泄出液体。反之，当B伺服电机及B液压泵正向运转，B液压泵向液压缸的有杆腔内提供压力液体，液压缸的活塞向有杆腔方向运动，同时，A伺服电机及A液压泵反向运转，液压缸的无杆腔经A液压泵泄压。

运动控制单元存储本系统的工艺数据以及不同控制模式下推杆位移信号与A和B伺服驱动器控制指令的关系数据，运动控制单元接受人机界面输入的控制要求，所述控制要求即根据工作要求设定液压缸推杆运动至某时刻所对应的速度或者推杆运动达到某位置时对应的速度，运动控制单元根据控制要求和所接收的位移传感器的推杆当前位移信号得到A和B伺服驱动器的运行模式指令以及速度设定指令和压力设定指令，并分别发送到A伺服驱动器及B伺服驱动器。从而调节2台伺服电机及2台液压泵的转动，并继而调节推杆的位置及速度，实现推杆的精确速度控制和位置控制。

与现有技术相比，本实用新型一种伺服泵控液压直线驱动系统的有益效果为：1、两台伺服电机驱动两个油泵协同动作，控制液压缸的动力输出，实现对直线往复运动的精确控制；2、伺服电机及伺服驱动器响应频率高，故系统可以实现高达十几至几十赫兹的响应频率和十几微米乃至微米级精度的位置控制；3、系统管路中的液压阀仅为两个用于液压保护的溢流阀及一个用于补液的单向充液阀，不需要电磁阀、P/Q阀或伺服阀，系统结构简单，成本低廉，可靠性高。

附图说明

图1为本伺服泵控液压直线驱动系统实施例结构示意图。

图中标识：1、充液阀(YF)；2、液压缸；3、A溢流阀(AF)；4、A压力传感器(AP)；5、A液压泵(AU)；6、A伺服电机(AM)；7、A伺服驱动器(AS)；8、B液压泵(BU)；9、B伺服电机(BM)；10、B伺服驱动器(BS)；11、B压力传感器(BP)；12、保护阀；13、B溢流阀(BF)；14、位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本伺服泵控液压直线驱动系统实施例如图1所示，图中连接各部件之间的实线表示连接各部件的油路管道，虚线表示传感器的信号线和运动控制单元的控制信号线，连接伺服电机和液压泵的粗实线表示二者同轴。本例的液压介质为液压油，本例的储液箱为油箱，液压缸为油缸，液压泵为油泵。

液压缸2的活塞连接推杆，液压缸内腔分为有杆腔和无杆腔，液压缸2的无杆腔与A液压泵5(图中所示为AU)的出液端连接，液压缸2的有杆腔与B液压泵8(图中所示为BU)的出液端连接。A液压泵5和B液压泵8的进液端连接储液箱，即本例中的油箱。图1中为了避免图面混乱，在不同部位画出了多个油箱，实际为同一油箱。A伺服电机6(图中所示为AM)与A液压泵5连轴，A伺服驱动器7(图中所示为AS)连接控制A伺服电机6；B伺服电机9(图中所示为BM)与B液压泵8连轴，B伺服驱动器10(图中所示为BS)连接控制B伺服电机9。运动控制单元的控制端连接A伺服驱动器7和B伺服驱动器10。安装于连接液压缸2无杆腔和A液压泵5出液端管路上A压力传感器4(图中所示为AP)的信号输出端接入A伺服驱动器7；连接液压缸2有杆腔和B液压泵8出液端的管路上安装的B压力传感器11(图中所示为BP)的信号输出端接入B伺服驱动器10。位移传感器14安装于液压缸推杆，其信号输出端接入运动控制单元的输入端。

本例运动控制单元为中心处理器，配有通信接口和人机界面。

管路经充液阀1(图中所示为YF)连接油箱和液压缸2的无杆腔，本例充液阀1为单向阀，当该阀无杆腔侧的压力小于油箱侧压力时，此阀自动打开，反之此阀保持关闭状态。当液压缸2的推杆快速向有杆腔方向移动时，如果A液压泵5泵入无杆腔的液压油不能迅速充满无杆腔的内腔，则无杆腔压力迅速下降，充液阀自动打开向无杆腔补液。

A液压泵5的出液端连接液压缸2无杆腔的管路上连接A溢流阀3(图中所示为AF)，B液压泵8的出液端连接液压缸2有杆腔的管路连接B溢流阀13(图中所示为BF)，A和B溢流阀3、13的出液端均接入油箱。

本例液压缸2的有杆腔与B液压泵8连接的管路上，安装一个断电时自动关闭的保护阀12(图中所示为BB)，当系统故障保护停机或停电时，保护阀12能够关断从液压缸2的有杆腔向B液压泵8的油路，从而起到保护作用。

也可用其它保护方案：B伺服电机9的轴上安装一个失电制动器，当系统故障保护停机或停电时，失电制动器锁定B伺服电机的轴，。

或者，B伺服电机9为三相永磁同步伺服电机，其三相绕组安装失电常闭接触器或失电常闭继电器，当系统故障保护停机或停电时，B伺服电机的绕组被失电常闭接触器或失电常闭继电器短路。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种伺服泵控液压直线驱动系统，包括一个液压缸、两台液压泵及充液阀、溢流阀，活塞连接推杆，将液压缸内腔分为有杆腔和无杆腔，管路连接两台液压泵的进液端和储液箱，管路分别连接两台液压泵的出液端和液压缸的有杆腔和无杆腔，两台电机各连接并驱动两台液压泵，管路上有充液阀、溢流阀；其特征在于：

所述液压缸(2)的无杆腔与A液压泵(5)的出液端连接，液压缸(2)的有杆腔与B液压泵(8)的出液端连接；A液压泵(5)和B液压泵(8)的进液端连接储液箱；A伺服电机(6)与A液压泵(5)连轴，A伺服驱动器(7)连接控制A伺服电机(6)；B伺服电机(9)与B液压泵(8)连轴，B伺服驱动器(10)连接控制B伺服电机(9)；运动控制单元的控制端连接A伺服驱动器(7)和B伺服驱动器(10)；安装于连接液压缸(2)无杆腔和A液压泵(5)出液端管路上A压力传感器(4)的信号输出端接入A伺服驱动器(7)；安装于连接液压缸(2)有杆腔和B液压泵(8)出液端管路上的B压力传感器(11)的信号输出端接入B伺服驱动器(10)；位移传感器(14)安装于液压缸(2)推杆，其信号输出端接入运动控制单元的输入端；

所述运动控制单元为中心处理器，配有通信接口和人机界面。

2.根据权利要求1所述的伺服泵控液压直线驱动系统，其特征在于：

管路经充液阀(1)连接储液箱和液压缸(2)的无杆腔，所述充液阀(1)为单向阀，当该阀无杆腔侧的压力小于储液箱侧压力时，此阀自动打开，反之此阀保持关闭状态。

3.根据权利要求1所述的伺服泵控液压直线驱动系统，其特征在于：

所述A液压泵(5)的出液端连接液压缸(2)无杆腔的管路上连接A溢流阀(3)，B液压泵(8)的出液端连接液压缸(2)有杆腔的管路连接B溢流阀(13)，A溢流阀(3)和B溢流阀(13)的出液端均接入储液箱。

4.根据权利要求1所述的伺服泵控液压直线驱动系统，其特征在于：

所述B伺服电机(9)的轴上安装一个失电制动器，当系统故障保护停机或停电时，失电制动器锁定B伺服电机(9)的轴。

5.根据权利要求1所述的伺服泵控液压直线驱动系统，其特征在于：

所述B伺服电机(9)为三相永磁同步伺服电机，其三相绕组安装失电常闭接触器或失电常闭继电器，当系统故障保护停机或停电时，B伺服电机(9)的绕组被失电常闭接触器或失电常闭继电器短路。

6.根据权利要求1所述的伺服泵控液压直线驱动系统，其特征在于：

所述液压缸(2)的有杆腔与B液压泵(8)连接的管路上，安装一个断电时自动关闭的保护阀(12)，当系统故障保护停机或停电时，保护阀(12)自动关闭。