一種伺服泵控液壓迴轉驅動系統的製作方法

2023-12-05 03:42:06 1

本實用新型涉及液壓精密傳動控制裝置，具體為一種伺服泵控液壓迴轉驅動系統，本實用新型採用伺服電機驅動兩臺單向泵或者一臺雙向泵，進而控制液壓馬達的動力輸出，實現高精度高頻響的迴轉運動控制。

背景技術：

通過液壓馬達控制迴轉運動和動力輸出是一種常用的動力結構，傳統的液壓迴轉驅動系統是電機驅動液壓泵連續運轉，由各種閥組、傳感器和管路構成的油路控制液壓油的流向、流速、壓力，驅動液壓馬達，並繼而實現液壓馬達對外輸出扭矩和轉動速度的控制。傳統的泵控系統中當需要控制液壓馬達的轉動速度時，需要比例方向閥或比例方向伺服閥調節進入液壓馬達的液體流速；當需要控制液壓馬達的輸出扭矩時，需要控制溢流閥的溢流壓強或者根據壓力傳感器的反饋並通過比例壓力閥或比例壓力伺服閥來控制進入液壓馬達的液體壓強，由此控制液壓馬達的輸出扭矩。

此類傳統的液壓迴轉驅動系統存在以下幾點不足：1、驅動液壓泵電機必須連續不間斷運行，即使在液壓馬達短時停止運動、無需進行調節控制時，電機也不能停機，不斷從油箱泵出和液壓油又通過閥組返回油箱，浪費了電能。尤其是當液壓馬達輸出扭矩、但旋轉停止或轉速較低時，高壓節流抬升了電機的功率消耗，浪費電能；2、浪費的電能變成熱能，導致油溫上升，使油路密封件加速老化，故障率上升；3、當液壓油在液壓馬達進油口、出油口之間往複流動時，需要控制各種閥門動作，不斷產生節流動作，加大了系統損耗，閥門的故障率也比較高；4、在快速、精密控制時，需要採用P/Q閥(壓力流量控制閥)或伺服閥參與控制，特別是伺服閥價格昂貴，維修困難，導致系統設備的購置和使用維護成本大幅增加；5、由於各種閥門的機械動作需要一段較長的時間才能完成，導致油路的各種動作切換難以進一步提速，直接影響設備的工作節拍；6、對於精密控制和高速響應的場合，即使使用了高性能的伺服閥參與控制，但由於伺服閥固有的死區特性和非線性特性，難以對液壓馬達實現更高精度更高頻響的伺服控制；7、傳統的油路難以做到密閉油路，油路的可靠性難以保障，且液壓油的使用量也比較大。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提出一種伺服泵控液壓迴轉驅動系統。A、B液壓泵的出液端分別接入液壓馬達的兩個進油口，伺服電機的前後軸伸分別與A、B液壓泵連軸，伺服驅動器控制伺服電機，安裝於液壓馬達的兩進油口油路上的A、B壓力傳感器的信號分別接入運動控制單元，安裝於液壓馬達軸上的角位移傳感器的信號連接至運動控制單元。A、B兩臺油泵的進液端相互連接。運動控制單元配有人機界面和通信接口，接收對液壓馬達的運動控制指令。伺服驅動器驅動伺服電機並帶動A、B液壓泵，運動控制單元根據角位移傳感器和A、B壓力傳感器信號，經伺服驅動器、伺服電機和液壓泵，實現液壓馬達的高精度、高頻響的往復迴轉運動控制。

本實用新型設計的一種伺服泵控液壓迴轉驅動系統包括液壓馬達、液壓泵、伺服電機和運動控制單元。本實用新型的液壓迴轉驅動系統包括A、B兩臺液壓泵，A液壓泵的出液端經管路連接液壓馬達的正向進油口,B液壓泵的出液端經管路連接液壓馬達的反向進油口,A、B液壓泵均為正向泵，伺服電機前軸伸與A液壓泵連軸，後軸伸與B液壓泵聯軸；或者A液壓泵為正向泵，B液壓泵為反向泵，A、B液壓泵與伺服電機的同一端的軸伸聯軸；伺服驅動器連接並控制伺服電機，當伺服電機正向轉動時，A液壓泵向液壓馬達泵入液壓油，同時B液壓泵為液壓馬達洩油，液壓馬達正轉；當伺服電機反向轉動時，B液壓泵向液壓馬達泵入液壓油，同時A液壓泵為液壓馬達洩油，液壓馬達反轉。

A液壓泵與B液壓泵排量相等，A液壓泵和B液壓泵的進液端互相連接。當A液壓泵正向旋轉、B液壓泵反向旋轉時，A液壓泵的進液端吸入的液壓油即為B液壓泵進液端洩出的液壓油。反之，當B液壓泵正向旋轉、A液壓泵反向旋轉時，B液壓泵的進液端吸入的液壓油恰好是A液壓泵進液端洩出的液壓油。

連接液壓馬達正向進油口和A液壓泵出液端的管路上安裝有A壓力傳感器，連接液壓馬達反向進油口和B液壓泵出液端的管路上安裝有B壓力傳感器，兩個壓力傳感器信號輸出端均接入運動控制單元，用於對液壓馬達的兩端油壓實施反饋控制。

液壓馬達輸出軸上安裝有角位移傳感器，角位移傳感器的信號輸出端接入運動控制單元，用於對液壓馬達的輸出軸位置、速度實施反饋控制。

運動控制單元配有通信接口和人機界面，用於接收對液壓馬達的運動控制指令。

運動控制單元的控制端連接伺服驅動器，運動控制單元根據人機界面設置的運動控制要求或者根據通信接口送入的運動控制要求產生伺服驅動器的控制指令，伺服驅動器控制伺服電機，從而控制A、B液壓泵及液壓馬達。

A液壓泵和B液壓泵的進液端互相連接的油路連接有儲液/蓄能器。儲液/蓄能器儲有液壓油，儲液/蓄能器內部壓力小於本系統運行時油路最大設計壓力，但大於系統靜態時，即不工作時的油路壓力，當兩個液壓泵因為壓力不同、排量有少量差異而導致抽油與洩油量不相等時，儲液/蓄能器吸納或補償。當密閉油路因洩漏或揮發而油量減少時，儲液/蓄能器補充液壓油。

或者，所述A液壓泵和B液壓泵的進液端互相連接的油路連接有補油閥或補油口，當密閉油路因洩漏或揮發而油量減少時，由補油閥或補油口補充液壓油。

A溢流閥正向跨接於連接液壓馬達正向進油口和反向進油口的油路上，當液壓馬達正向進油口油壓與反向進油口油壓之差大於A溢流閥的溢流壓力時，A溢流閥溢流洩壓。

B溢流閥反向跨接於連接液壓馬達正向進油口和反向進油口的油路上，當液壓馬達反向進油口油壓與正向進油口油壓之差大於B溢流閥的溢流壓力時，B溢流閥溢流洩壓。

本實用新型的另一個方案為所述A、B液壓泵換為一個雙向泵，直接安裝於伺服電機的一端的軸伸上，雙向泵有A向出油口和B向出油口，分別連接液壓馬達的正向進油口和反向進油口。當伺服電機正轉時，雙向泵的A向出油口輸出液壓油而B向出油口吸入液壓油，當伺服電機反轉時，B向出油口輸出液壓油而A向出油口吸入液壓油。

本實用新型提出的一種伺服泵控液壓迴轉驅動系統運行時，當伺服電機正向運轉，其所連接的A液壓泵正向運轉，A液壓泵向液壓馬達的正向進油口提供液壓油，液壓馬達正向旋轉輸出動力；與此同時，伺服電機所連接的B液壓泵反向運轉，液壓馬達的反向進油口流出的液壓油經B液壓泵洩出，進入A液壓泵的吸油口。反之，當伺服電機反向運轉，其所連接的B液壓泵正向運轉，B液壓泵向液壓馬達的反向進油口提供液壓油，液壓馬達反向旋轉輸出動力；與此同時，伺服電機所連接的A液壓泵反向運轉，液壓馬達的正向進油口流出的液壓油經A液壓泵洩出，進入B液壓泵的吸油口。

運動控制單元接收人機界面或通信接口輸入的對液壓馬達的控制要求，所述控制要求包括液壓馬達輸出扭矩、轉速和位置的設定以及運動控制模式的設定，運動控制單元根據輸入的控制要求和所接收的角位移傳感器的當前位移信號，得到伺服驅動器的運行模式指令以及速度設定指令和壓力設定指令，發送給伺服驅動器，伺服驅動器調節控制伺服電機和液壓泵的轉動，並繼而調節液壓馬達輸出軸的位置、速度及輸出扭矩，實現對液壓馬達高精度的運動控制。

與現有技術相比，本實用新型提出的一種伺服泵控液壓迴轉驅動系統的有益效果為：1、伺服電機驅動兩個液壓泵，按馬達轉軸位置、速度閉環模式和液壓馬達扭矩半閉環模式控制液壓馬達的動力輸出，實現對液壓馬達迴轉運動的精確控制；2、伺服電機及伺服驅動器響應頻率高，故系統可以實現高達十幾至幾十赫茲的響應頻帶；3、根據角位移傳感器的匹配精度，系統可以實現最高達角秒級精度的位置控制；4、系統管路中的液壓閥僅為兩個用於液壓保護的溢流閥，不需要電磁閥、P/Q閥或伺服閥，系統結構簡單，成本低廉，可靠性高；5、本系統油路密閉，油路的可靠性高；6、可在伺服電機、液壓泵配置固定的情況下，通過簡單地改變液壓馬達的排量就可以實現寬範圍的變速比調整。

附圖說明

圖1為本伺服泵控液壓迴轉驅動系統實施例1結構示意圖；

圖2為本伺服泵控液壓迴轉驅動系統實施例2結構示意圖；

圖3為本伺服泵控液壓迴轉驅動系統實施例3結構示意圖。

圖中標識：1、液壓馬達；2、A溢流閥(AF)；3、B溢流閥(BF)；4、A壓力傳感器(AP)；5、A液壓泵(AU)；6、伺服電機(M)；7、儲液/蓄能器；8、伺服驅動器(S)；9、運動控制單元(YK)；10、B液壓泵(BU)；11、B壓力傳感器(BP)；12、角位移傳感器；35、雙向液壓泵(DU)。

具體實施方式

下面結合附圖所示實施例對本實用新型的技術方案作進一步說明。

伺服泵控液壓迴轉驅動系統實施例1

本伺服泵控液壓迴轉驅動系統實施例1如圖1所示，圖中連接各部件之間的粗實線表示各部件之間的油路管道，細實線表示各電氣部件之間的電氣連接，虛線表示角位移傳感器與液壓馬達之間的聯軸，雙實線表示伺服電機的軸伸與A、B液壓泵之間的聯軸。

A液壓泵5(圖中所示為AU)及B液壓泵10(圖中所示為BU)均為正向泵，且排量相等，分別與伺服電機6(圖中所示為M)的前軸伸和後軸伸聯軸。A液壓泵5的出液端經管路連接液壓馬達1的正向進油口,B液壓泵10的出液端經管路連接液壓馬達1的反向進油口。A溢流閥2(圖中所示為AF)正向跨接於液壓馬達1正向進油口和反向進油口的油路上，B溢流閥3(圖中所示為BF)反向跨接於液壓馬達1正、反向進油口的油路上。管路連接A液壓泵5和B液壓泵10的進液端，並且該管路同時連接儲液/蓄能器7(圖中所示為CY)。儲液/蓄能器7儲有的液壓油，儲液/蓄能器7內部壓力小於本系統運行時的油路最大設計壓力，但大於系統靜態時的油路壓力。當A、B液壓泵5、10因為壓力不同、排量有少量差異而導致抽油與洩油量不相等時，儲液/蓄能器7吸納多餘的油或補償不足的油。當密閉油路因洩漏或揮發而油量減少時，儲液/蓄能器7也補充液壓油。連接液壓馬達1正向進油口和A液壓泵5出液端的管路上安裝有A壓力傳感器4(圖中所示為AP)，連接液壓馬達1反向進油口和B液壓泵10出液端的管路上安裝有B壓力傳感器11(圖中所示為BP)，兩個壓力傳感器4、11的信號線連接至運動控制單元9(圖中所示為YK)。角位移傳感器12安裝於液壓馬達1的輸出軸上，其信號接入運動控制單元9。

運動控制單元9配有通信接口和人機界面。運動控制單元9的控制端連接伺服驅動器8(圖中所示為S)。

伺服泵控液壓迴轉驅動系統實施例2

本實施例2如圖2所示，A液壓泵5為正向泵，B液壓泵10為反向泵，同安裝於伺服電機6的前軸伸上。連接A液壓泵5與B液壓泵10的油路上還連接有儲液/蓄能器7，本實施例2的其它結構與實施例1相同。

伺服泵控液壓迴轉驅動系統實施例3

本實施例3如圖3所示，雙向泵35(圖中所示為DU)代替實施例1中的A液壓泵5為和B液壓泵10，雙向泵35有A向出油口和B向出油口，分別連接液壓馬達1的正向進油口和反向進油口。當伺服電機6正轉時，雙向泵35的A向出油口輸出液壓油而B向出油口吸入液壓油，當伺服電機6反轉時，B向出油口輸出液壓油而A向出油口吸入液壓油。本例在雙向泵35的A向出油口和B向出油口相互連接的油路上安裝補油閥或者補油口，在油路漏油時由補油閥或者補油口向油路補充液壓油。本實施例3的其它結構與實施例1相同。

上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型並非限定於此。凡在本實用新型的公開的範圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護範圍之內。