RU2474731C1

RU2474731C1 - Electric hydraulic actuator

Info

Publication number: RU2474731C1
Application number: RU2011140933/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Иванович Драчев; Дмитрий Александрович Расторгуев; Александр Олегович Драчев
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-02-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: actuator includes electric drive, pump station, hydraulic lines with mounted on them valves of direct and reverse action, power hydraulic cylinder, note that electric drive includes step motor connected in series, ball-screw pair and shaft-propeller, pump station has two hydraulic cylinders interconnected by shaft and hydraulic line with valves of direct and reverse action mounted on it, power hydraulic cylinder contains piston rod movement control loop that includes piston rod stroke stops, reverse sensor, note that the drive additionally includes control unit, to the input of which there connected is a piston-stroke reverse sensor and to the outputs - step motor and units of valves of direct and reverse action.

EFFECT: increase of positioning accuracy, reliability and vibration resistance of electric hydraulic actuator operation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в станкостроении.The invention relates to mechanical engineering and can be used in machine tools.

Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего, возможностью получения больших усилий мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Но они имеют и недостатки, которые ограничивают их использование в станкостроении. Это потери на трение и утечки, снижающие коэффициент полезного действия гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости. Наружные утечки приводят к повышенному расходу масла, загрязнению и повышенной пожароопасности гидросистемы.The widespread use of hydraulic drives in machine tools is determined by a number of their significant advantages over other types of drives and, above all, the possibility of obtaining large power forces with limited sizes of hydraulic motors. But they also have disadvantages that limit their use in machine tool construction. These are friction and leakage losses that reduce the hydraulic drive's efficiency and cause heating of the working fluid. External leaks lead to increased oil consumption, pollution and increased fire hazard of the hydraulic system.

Известен электрогидропривод расходного типа, включающий насосную станцию, трубопроводы, электрогидропреобразователь золотникового типа, силовой гидроцилиндр с манжетными уплотнителями [1].Known electrohydropower consumable type, including a pumping station, pipelines, spool type electrohydraulic converter, power hydraulic cylinder with lip seals [1].

Недостатком данного привода является утечка рабочих жидкостей из цилиндров, протечка жидкостей из одной полости в другую, большие силы трения в процессе трогания.The disadvantage of this drive is the leakage of working fluids from the cylinders, the leakage of fluids from one cavity to another, large friction forces during pulling.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является электрогидропривод для станков металлообработки [2].Closest to the claimed invention, selected as a prototype, is an electrohydraulic drive for metalworking machines [2].

Недостатком данного привода является неточность позиционирования штока силового цилиндра в связи с утечками и перетечками между трущимися поверхностями золотникового устройства и рабочего гидроцилиндра. Включение рабочей станции как источника рабочего давления увеличивает стоимость привода, создает громоздкость конструкции и увеличивает габариты привода, и требует значительной энергии для питания электродвигателя насосной станции. Утечка в золотниковой паре требует дополнительных каналов для их сбора.The disadvantage of this drive is the inaccuracy of the positioning of the actuator rod due to leaks and flows between the rubbing surfaces of the spool device and the working hydraulic cylinder. The inclusion of a workstation as a source of working pressure increases the cost of the drive, creates the bulkiness of the structure and increases the dimensions of the drive, and requires significant energy to power the pump motor of the pump station. A spool pair leak requires additional channels to collect them.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности позиционирования шток-поршня гидроцилиндра, надежности и долговечности электрогидропривода.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of positioning of the piston rod-piston of the hydraulic cylinder, the reliability and durability of the electrohydraulic drive.

Эта задача решается тем, что в электрогидравлическом приводе, содержащем электрический привод, насосную станцию, гидролинии с установленными на них клапанами прямого и обратного действия, силовой гидроцилиндр; электрический привод содержит последовательно включенный шаговый двигатель, шарико-винтовую пару и вал-винт, насосная станция содержит два гидроцилиндра, соединенных между собой валом и гидролинией с установленными на ней клапанами прямого и обратного действия, силовой гидроцилиндр содержит контур управления перемещением шток-поршня, который включает в себя ограничители хода шток-поршня, датчик реверса его хода, причем привод дополнительно содержит блок управления, к входу которого подключен датчик реверса хода шток-поршня, а к выходам - шаговый двигатель и блоки клапанов прямого и обратного действия.This problem is solved in that in an electro-hydraulic drive containing an electric drive, a pumping station, hydraulic lines with direct and reverse valves installed on them, a power hydraulic cylinder; the electric drive contains a sequentially connected stepper motor, a ball screw pair and a shaft-screw, the pump station contains two hydraulic cylinders interconnected by a shaft and a hydraulic line with direct and reverse valves installed on it, the power hydraulic cylinder contains a piston-piston movement control loop, which includes stroke limiters of the piston rod, a reverse sensor of its stroke, the drive additionally comprising a control unit, to the input of which a reverse piston stroke sensor is connected, and to the output m - stepper motor and valve blocks the forward and reverse action.

Электрический привод с последовательно включенным шаговым двигателем, шарико-винтовой парой и вал-винтом обеспечивает точное продольное перемещение вал-винта с возможностью задания величины премещения от системы управления.An electric drive with a sequentially connected stepper motor, a ball screw pair and a shaft screw provides precise longitudinal movement of the shaft screw with the possibility of setting the amount of movement from the control system.

Насосная станция с двумя гидроцилиндрами, соединенными между собой валом и гидролинией с установленными на ней клапанами прямого и обратного действия, позволяет четко дозировать порции масла (объем) при перекачке из одной полости силового цилиндра в другой, что обеспечивает точное позиционирование шток-поршня, а также при минимальном усилии, приложенном к валу, усилие на шток-поршне силового цилиндра возрастает в несколько раз.A pump station with two hydraulic cylinders interconnected by a shaft and a hydraulic line with direct and reverse valves installed on it allows you to accurately dose oil portions (volume) when pumping from one cavity of the power cylinder to another, which ensures accurate positioning of the piston rod, and with a minimum force applied to the shaft, the force on the piston rod-piston of the power cylinder increases several times.

Контур управления перемещением шток-поршня силового гидроцилиндра, который включает в себя ограничители хода шток-поршня, датчик реверса его хода, позволяет настраивать длину рабочего перемещения.The control circuit for the movement of the piston rod-piston of the power hydraulic cylinder, which includes the stroke limiters of the piston rod, the reverse sensor of its stroke, allows you to adjust the length of the working displacement.

Блок управления, к входу которого подключен датчик реверса хода шток-поршня, а к выходам - шаговый двигатель и блоки клапанов прямого и обратного действия, обеспечивает заданное положение шток-поршня силового цилиндра с заданной точностью позиционирования, а также реверс шток-поршня.The control unit, to the input of which a rod-piston stroke reverse sensor is connected, and a stepper motor and valve blocks of direct and reverse action is connected to the outputs, provides a predetermined position of the piston rod-piston of the power cylinder with a given positioning accuracy, as well as a rod-piston reverse.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, представленным на фигуре, где приведена функциональная схема электрогидравлического привода.The present invention is illustrated in the drawing, presented in the figure, which shows a functional diagram of an electro-hydraulic actuator.

Электрогидравлический привод содержит блок управления 1, шаговый электродвигатель 2, шарико-винтовую пару 3, ось 4 с закрепленными на ней плунжерами 5 и 6, рабочие камеры плунжера 7 и 8, соединенные с рабочими камерами 9 и 10 силового гидроцилиндра 11 через управляемые клапаны 12-12 и 13-13. Камеры 7 и 8 соединены между собой управляемыми клапанами 14-14. Шток-поршень 15 силового цилиндра 11 оснащен ограничителями 16 и датчиком 17.The electro-hydraulic drive contains a control unit 1, a stepper motor 2, a ball screw pair 3, an axis 4 with plungers 5 and 6 fixed to it, working chambers of the plunger 7 and 8 connected to the working chambers 9 and 10 of the power hydraulic cylinder 11 through controlled valves 12- 12 and 13-13. Chambers 7 and 8 are interconnected by controlled valves 14-14. The piston rod 15 of the actuator 11 is equipped with stops 16 and a sensor 17.

Электрогидравлический привод работает следующим образом. По программе, заложенной в блоке управления 1, шаговый двигатель 2 через шарико-винтовую пару 3 выводит ось 4, с закрепленными плунжерами 5 и 6 в крайнее правое положение. Шток-поршень 15 вручную устанавливают по центру цилиндра 11. Все четыре камеры заполняют под небольшим давлением и герметизируют. Далее блок управления 1, согласно программе, открывает управляемые клапаны 14 и закрывает клапаны 12-13, и управляет вращением шагового двигателя 2 в заданном направлении и с заданным числом оборотов и с помощью шарико-винтовой пары 3 перемещает плунжеры 5 и 6 влево. При этом объем масла под действием нарастания давления в полости 7 через открытый клапан 13 поступает в камеру 10 силового цилиндра 11. Под действием созданного давления в камере 10, шток-поршень 15 перемещается влево на величину y=y(S/s), где y - перемещение шток-поршня 15, плунжера 5, соответственно; S и s - площади плунжера 6 и 5 шток-поршня 15 соответственно.Electro-hydraulic drive operates as follows. According to the program incorporated in the control unit 1, the stepper motor 2 through the ball screw pair 3 displays the axis 4, with the plungers 5 and 6 fixed, to the extreme right position. The piston rod 15 is manually set in the center of the cylinder 11. All four chambers are filled under slight pressure and sealed. Next, the control unit 1, according to the program, opens the controlled valves 14 and closes the valves 12-13, and controls the rotation of the stepper motor 2 in a given direction and at a given speed and with the help of a ball screw pair 3 moves the plungers 5 and 6 to the left. In this case, the oil volume under the action of increasing pressure in the cavity 7 through the open valve 13 enters the chamber 10 of the power cylinder 11. Under the action of the created pressure in the chamber 10, the piston rod 15 moves to the left by the value y = y (S / s), where y - moving the piston rod 15, the plunger 5, respectively; S and s are the area of the plunger 6 and 5 of the piston rod 15, respectively.

Вытесненный объем камеры 9 через открытый клапан 12 поступает в свободный объем камеры 8.The displaced volume of the chamber 9 through the open valve 12 enters the free volume of the chamber 8.

Блок управления 1 подает команду на реверс шаговому двигателю 2, последний, вращаясь в обратную сторону, через шарнирно-винтовую пару 3 перемещает ось 4 и плунжеры 5 и 6 вправо. Далее цикл повторяется: происходит перемещение шток-поршня 15 в крайнее левое положение до контакта с ограничителем 16 и с датчиком реверса 17, последний передает информацию о завершении хода шток-поршня 15. Блок управления 1 подает команду на закрытие клапанов 12-14 и открытие клапанов 12-14. Цикл повторяется, движение шток-поршня происходит в обратном направлении слева направо.The control unit 1 gives a command to reverse the stepping motor 2, the latter, rotating in the opposite direction, moves the axis 4 and the plungers 5 and 6 to the right through the hinged-screw pair 3. Then the cycle repeats: the rod-piston 15 is moved to its leftmost position until it contacts the limiter 16 and the reverse sensor 17, the latter transmits information about the completion of the rod-piston 15. The control unit 1 sends a command to close valves 12-14 and open the valves 12-14. The cycle repeats, the movement of the piston rod occurs in the opposite direction from left to right.

ИсточникиSources

1. Лещенко В.А. Гидравлические следящие гидроприводы станков с программным управлением М.: Машиностроение 1975 - с.17-19.1. Leshchenko V.A. Hydraulic follow-up hydraulic drives of machine tools with programmed control M .: Mechanical engineering 1975 - p.17-19.

2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение - 1982 г., с.241-255.2. Sveshnikov V.K., Usov A.A. Machine hydraulic drives. M .: Engineering - 1982, p. 241-255.

Claims

An electro-hydraulic drive containing an electric drive, a pump station, hydraulic lines with direct and reverse valves installed on them, a power hydraulic cylinder, characterized in that the electric drive contains a step-by-step motor, a ball screw pair and a shaft-screw, the pump station contains two hydraulic cylinders connected between each other by a shaft and a hydraulic line with direct and reverse valves installed on it, the power hydraulic cylinder contains a control circuit for moving its rod-piston I, which includes rod-piston stroke limiters, a reverse sensor for its stroke, while the drive additionally contains a control unit, to the input of which a rod-piston reverse sensor is connected, and a stepper motor and valve blocks of direct and reverse action are connected to the outputs.