一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构及工作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构及工作方法，所述伺服机构包括控制器、油滤、位置传感器、无刷直流电动机、定量泵、增压活塞、伺服阀和油缸；所述控制器接收位置信号，控制伺服阀作动，同时控制电机驱动定量泵控制油缸活塞运动。本发明专利技术所述伺服机构及工作方法，根据油缸所受外力，动态调节系统压力，使伺服机构工作时，长时间处于低压工作状态，有利于减少渗漏。较低的系统压力可以直接降低伺服机构的功耗。使用比较廉价的电子元器件组成、内嵌软件的控制器实现，可以降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液压伺服机构，尤其涉及一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构及工作方法。
技术介绍
液压伺服机构属于位置伺服控制系统的一种，广泛应用于机械工业、航空航天等领域中，需要大功率、大输出力、大输出力矩、调速范围较宽的场合。具有功率大、无极变速、响应快等优点。一般的液压伺服机构包括液压能源、作动(液压缸或液压马达)、位置检测等几大部分，存在着结构复杂、体积大、效率低、易泄露等问题，在对体积重量、效率等要求严格的场合的应用受到极大限制。目前的液压伺服机构，除了个别只需简单作动的机构使用泵控缸方案，一般使用阀控缸，以期获得更好的可控性，其液压能源一般使用恒压变量泵或者定量泵，恒压变量泵的缺点在于成本高、体积较大、寿命较短，定量泵的缺点在于压力不能调节，只能使用溢流阀、调压阀等附加阀件实现，导致效率低；同时，由于系统压力较高，容易造成液压油渗漏，导致对环境的污染，这些缺点限制了常规的液压伺服机构在对空间重量、效率要求严格的场合的应用。因此迫切需要有效降低液压伺服机构的系统能耗及整体体积、重量的方法。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构及工作方法，用以解决现有技术中存在的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：基于本专利技术实施例的一个方面，本专利技术实施例提供了一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构，包括控制器、油滤、位置传感器、无刷直流电动机、定量泵、增压活塞、伺服阀和油缸；其中，控制器分别与位置传感器和伺服阀连接，位置传感器与油缸活塞杆连接，控制器中电机驱动电路与无刷直流电动机相连，电机与定量泵机械连接，油滤安装在定量泵输出口，增压活塞与低压油路连接，伺服阀与油缸组成阀控缸系统。在基于本专利技术的另一个实施例中，阀控缸系统中，压力油经所述伺服阀的输出口进入油缸，推动油缸活塞杆作直线位移。在基于本专利技术的另一个实施例中，位置传感器与所述油缸活塞杆相连，获取油缸活塞杆的位置信号，传输给所述控制器。在基于本专利技术的另一个实施例中，还包括溢流阀，所述溢流阀用于当系统压力升高至超过设计值时使多余流量回流至低压油路，具体包括端盖、O型圈、阀体、锥阀、弹簧、螺堵。基于本专利技术实施例的另一个方面，本专利技术实施例提供了一种电机调速的变压变量型液压伺服机构的工作方法，包括以下步骤：S1、对伺服机构进行系统初始化；S2、控制器将接收到的外界提供的目标位置指令信号和位置传感器获取的油缸活塞杆的当前位置信号的差值转换为伺服阀控制电流，控制伺服阀工作；同时控制器根据误差信号，控制电机转速，进一步控制定量泵输出流量变化，从而调整系统压力；驱动油缸活塞杆；S3、向控制器输入新的目标位置信号，所述控制器根据新的目标位置信号和位置传感器油缸活塞杆的位置信号的差值，再次控制伺服阀和电机驱动油缸活塞杆；S4、循环执行上述步骤S2到S3，使油缸活塞杆往复运动。在基于本专利技术的另一个实施例中，步骤S2进一步包括：S21、控制器根据油缸活塞杆的位置与目标位置的差值控制伺服阀与电机驱动油缸活塞杆加快运动速度快速接近所述目标位置；S22、控制器根据油缸活塞杆的位置与目标位置的差值进一步控制伺服阀与电机驱动油缸活塞杆减速直至稳定在所述目标位置。在基于本专利技术的另一个实施例中，步骤S3进一步包括：S31、控制器根据油缸活塞杆的位置与新的目标位置的差值控制伺服阀与电机驱动油缸活塞杆加快运动速度快速接近所述新的目标位置；S32、控制器根据油缸活塞杆的位置与新的目标位置的差值进一步控制伺服阀与电机驱动油缸活塞杆减速直至稳定在所述新的目标位置。在基于本专利技术的另一个实施例中，步骤S21进一步包括：S211、所述控制器输出的伺服阀控制电流控制伺服阀作动，输出流量加大，高压油从伺服阀的输出口流入油缸，推动油缸活塞杆运动；S212、所述控制器根据内嵌的控制策略，驱动电机提高转速，定量泵输出流量加大，提高系统压力，使所述油缸活塞杆位置快速接近目标位置。在基于本专利技术的另一个实施例中，步骤S22进一步包括：S221、所述控制器输出的伺服阀控制伺服阀作动，输出流量变小，直至为零，油缸的输出速度降低，直至稳定在目标位置；S222、所述控制器内嵌的控制策略控制电机降低转速，定量泵输出流量下降，系统压力随之下降，直至可以维持油缸活塞杆静止；S223、所述控制器内嵌的控制策略控制电机转速维持在一定数值，使定量泵输出流量等于伺服阀内漏流量。在基于本专利技术的另一个实施例中，还包括：当所述控制器驱动所述电机以最高转速旋转时，所述定量泵输出流量达到最大值，油缸作动需要之外的多余流量，使系统压力升高至超过设计值，溢流阀开启，多余流量通过溢流阀回流至低压油路，系统压力回落、维持在设计值。本专利技术有益效果如下：1.减少渗漏:根据油缸所受外力，动态调节系统压力，使伺服机构工作时，长时间处于低压工作状态，有利于减少渗漏。2.降低功耗:较低的系统压力可以直接降低伺服机构的功耗。3.降低成本:常规伺服机构中需要昂贵的液压器件实现的功能，使用比较廉价的电子元器件组成、内嵌软件的控制器实现，可以降低成本。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为一种电机调速的变压变量型液压伺服机构伺服机构的结构示意图；图2为溢流阀组成示意图；图3为一种电机调速的变压变量型液压伺服机构伺服机构的工作方法流程图。附图标记：101-控制器、102-油滤、103-位置传感器、104-无刷直流电动机、105-定量泵、106-溢流阀、107-增压活塞、108-伺服阀、109-油缸；201-端盖、202-O型圈、203-阀芯、204-O型圈、205-阀体、206-锥阀、207-弹簧、208-螺堵。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。根据本专利技术的一个具体实施例，公开了一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构，包括控制器、油滤、位置传感器、无刷直流电动机、定量泵、溢流阀、增压活塞、伺服阀和油缸；其中，控制器分别与位置传感器和伺服阀连接，位置传感器与油缸活塞杆连接，控制器中电机驱动电路与无刷直流电动机相连，电机与定量泵机械连接，油滤安装在定量泵输出口，溢流阀安装在油道靠近定量泵输出口位置，增压活塞与低压油路连接，伺服阀与油缸组成了一个阀控缸系统，在阀控缸系统中，压力油经伺服阀阀套开口处进入所述油缸,油压推动所述油缸活塞作直线位移。具体地，其中伺服阀为三位四通型伺服阀，油缸为双向对称油缸，伺服阀的A、B输出口分别与油缸两端相连。溢流阀，如图2所示，包括端盖、O型圈、阀体、锥阀、弹簧、螺堵，通过旋转螺堵，调节弹簧的压缩量，设置预置的泄流压力。溢流阀的设计最大泄流量略低于定量泵最大输出流量。当系统压力过高，溢流阀开启，高压油泄露到低压油路；反之关断。具体地，当A腔压力大于额定系统压力Ps时，溢流阀打开，液压油泄露至B腔，系统压力下降至低于Ps后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构，包括控制器、油滤、位置传感器、无刷直流电动机、定量泵、增压活塞、伺服阀和油缸；其中，控制器分别与位置传感器和伺服阀连接，位置传感器与油缸活塞杆连接，控制器中电机驱动电路与无刷直流电动机相连，电机与定量泵机械连接，油滤安装在定量泵输出口，增压活塞与低压油路连接，伺服阀与油缸组成阀控缸系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构，包括控制器、油滤、位置传感器、无刷直流电动机、定量泵、增压活塞、伺服阀和油缸；其中，控制器分别与位置传感器和伺服阀连接，位置传感器与油缸活塞杆连接，控制器中电机驱动电路与无刷直流电动机相连，电机与定量泵机械连接，油滤安装在定量泵输出口，增压活塞与低压油路连接，伺服阀与油缸组成阀控缸系统。2.如权利要求1所述的一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构，其特征在于，所述阀控缸系统中，压力油经所述伺服阀的输出口进入油缸，推动油缸活塞杆作直线位移。3.如权利要求1所述的一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构，其特征在于，所述位置传感器与所述油缸活塞杆相连，获取油缸活塞杆的位置信号，传输给所述控制器。4.如权利要求1所述的一种基于电机调速的变压变量型液压伺服机构，其特征在于，还包括溢流阀，所述溢流阀用于当系统压力升高至超过设计值时使多余流量回流至低压油路，具体包括端盖、O型圈、阀体、锥阀、弹簧、螺堵。5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于电机调速的变压变量型液压伺服机构的工作方法，其特征在于包括以下步骤：S1、对伺服机构进行系统初始化；S2、控制器将接收到的外界提供的目标位置指令信号和位置传感器获取的油缸活塞杆的当前位置信号的差值转换为伺服阀控制电流，控制伺服阀工作；同时控制器根据误差信号，控制电机转速，进一步控制定量泵输出流量变化，从而调整系统压力；驱动油缸活塞杆；S3、向控制器输入新的目标位置信号，所述控制器根据新的目标位置信号和位置传感器油缸活塞杆的位置信号的差值，再次控制伺服阀和电机驱动油缸活塞杆；S4、循环执行上述步骤S2到S3，使油缸活塞杆往复运动。6.如权利要求5所述的基于电机调速的变压变量型液压伺服机构的工作方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：S21、控制器根据油缸活塞杆的位置与目标位置的差值控制伺服阀与电机驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨培，龚玉帅，张翔，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11