一种EHA驱动柱塞泵及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种EHA驱动柱塞泵及其控制方法，EHA驱动柱塞泵由缸体，一体式配流阀，出水总管，配油箱，油路块，伺服电机，底座，进水总管，缸筒，泵组柱塞，液压缸，支撑板，液压缸柱塞杆，杆端球轴承等组成。EHA驱动柱塞泵采用EHA作为驱动装置，通过双向液压泵控制液压缸的运动，从而带动泵组柱塞运动，实现吸排水的功能；通过伺服控制，可控制电机的正、反转和调速运行。泵组柱塞以特定的运动规划往复运动时，一端柱塞处于吸水工况，对应的一体式配流阀中的吸入阀打开，流体通过缸体内部的导流通道从系统总吸水管吸入工作介质；本发明专利技术能够满足舰船用泵的复杂工况，极大的提高了EHA驱动柱塞泵系统的在舰艇船舶、深海勘探等领域的应用前景。

A Plunger Pump Driven by EHA and Its Control Method

The invention discloses an EHA driving plunger pump and its control method. The EHA driving plunger pump is composed of cylinder block, integral valve, outlet main pipe, distribution tank, oil block, servo motor, base, intake main pipe, cylinder barrel, pump group plunger, hydraulic cylinder, support plate, hydraulic cylinder plunger rod, rod end ball bearing, etc. EHA drive plunger pump uses EHA as the driving device, through two-way hydraulic pump to control the movement of the hydraulic cylinder, thus driving the plunger movement of the pump group, realizing the function of suction and drainage; through servo control, the positive, reverse and speed regulation of the motor can be controlled. When the plunger of the pump group is planning reciprocating motion with specific motion, one end of the plunger is in the condition of water absorption, the suction valve in the corresponding integral valve is opened, and the fluid is sucked from the main suction pipe of the system through the guide passage inside the cylinder block; the invention can satisfy the complex working condition of the marine pump, and greatly improves the exploration of the EHA driving plunger pump system in naval ships, deep sea, etc. Application prospects in the field.

【技术实现步骤摘要】
一种EHA驱动柱塞泵及其控制方法
本专利技术涉及一种EHA驱动柱塞泵，适用于以海、淡水、矿物油等作为工作介质的液压系统，在舰艇船舶、深海勘探、消防灭火等领域具有广泛应用前景。
技术介绍
在各种工业装置和舰船系统中，泵是应用最为广泛的一种机械设备。随着船舶的大型化和船舶功能的多样化，特别是针对军用舰船特殊的工况，对舰船液压泵的体积重量、运行振动和管道脉动、较小的机械噪声和流体噪声、足够的抗冲击能力、良好的耐腐蚀和耐磨蚀性能以及可靠的密封结构和密封性能等都提出了特殊的要求。目前，传统的柱塞泵的动力端，大多数采用液压系统、曲柄连杆机构或凸轮机构。但是凸轮机构的动力端易磨损，因而可靠性低，并且仍存有流量脉动；曲柄连杆柱塞泵流量大、压力脉动也大；液压柱塞泵存在换向冲击，引起流量和压力的脉动及泵体振动，液压系统的液压元件故障率高、工作可靠性差、密封件寿命短，液压油容易泄漏，所以难以推广应用。传统船用泵的现有系统结构，还存在体积大、重量大、维修困难、效率低、噪声高、控制非智能等缺陷。因此一种EHA驱动柱塞泵应运而生。EHA驱动柱塞泵采用EHA直接驱动泵组柱塞，与集成一体化的配流阀、缸筒、管道及缸体等组合而成。整体结构设计紧凑，安装方便。缸体及缸体底座采用轻量化材料，使整体质量实现减轻。EHA系统中没有伺服阀，通过调节电机的转速实现对整个系统的伺服控制，既可以降低液压系统的复杂程度，又由于使用对称液压缸作为执行机构，系统溢流损失可忽略不计，缓解了由于系统集成化之后带来的散热问题。根据实际使用需求，系统可采用立式安装结构，进一步减小占用面积。通过控制系统规划每个电机的运动方式，改变每个活塞的运动轨迹和相位，实现流量调节以及自动化控制等功能。与传统船用泵相比，在减振和降噪等方面优势明显。EHA系统使用高速低转动惯量无刷直流电机和高性能液压泵，减小作动器体积的同时也在很大程度上提高了整个系统的性能，因此EHA驱动柱塞泵相较于传统“旋转电机+传动装置”的结构具有多方面的优势，如体积小、噪声低、重量轻，智能控制等。可以预见，本专利技术专利在流体传动以及机电系统中具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有传统船用泵结构庞杂、重量大、维修困难、振动噪声大、不易实现自动化控制等问题。采用EHA作为执行单元，探索柱塞泵的结构形式，进行结构优化设计，能够有效缓解流体传动领域多种技术难题。本专利技术提供一种EHA驱动柱塞泵，该EHA驱动柱塞泵包括机械系统和控制系统，机械系统包括支撑板，支撑板两端的缸体，缸体上的一体式配流阀和缸筒，在缸筒内往复运动的泵组柱塞，与缸体连接的出水总管和进水总管，以及驱动泵组柱塞往复运动的电动静液作动器(EHA)，电动静液作动器(EHA)包括配油箱，液压泵，油路块，伺服电机，液压缸，及溢流阀和单向阀，配油箱和伺服电机通过螺钉分别固定在油路块左右两侧，液压泵安装在配油箱内部，油路块上安装有溢流阀，油路块和液压缸通过螺钉固定在一起，液压缸活塞杆两端分别通过杆端球轴承与泵组柱塞连接，驱动泵组柱塞往复运动，控制系统包括数字信号处理器(DSP)，该数字信号处理器(DSP)用于控制伺服电机。所述EHA驱动柱塞泵分左右两侧结构，支撑板设置在中间，每侧竖直并排布置一定数量的电动静液作动器(EHA)和相应数量的缸筒和泵组柱塞。所述电动静液作动器(EHA)安装在支撑板上，支撑板两端安装缸体，缸体上开有矩形槽，以安装及定位支撑板。所述支撑板上下端面处各布置一个缸体，缸筒和一体式配流阀安装在缸体上，缸体内部有导流通道，该导流通道通过管道分别与出水总管和进水总管连通，出水总管和进水总管分别通过管夹固定在缸体上，通过进水口和出水口完成内部吸水以及排水工作。缸体内部包括进水流道、进水流道、出水流道、出水流道、安全阀安装孔、配流阀孔及缸筒孔，进水流道和进水流道分别是左右两侧进水支流道，总进水流道外接进水管路，左右两侧共用出水流道，出水流道连通出水流道，出水流道外接出水管路，安全阀安装孔连通出水流道可安装安全阀，一体式配流阀安装在配流阀孔内，用端盖固定密封，缸筒过螺钉固定在缸筒孔内。所述电动静液作动器(EHA)为一体化集成结构，液压泵完全封闭于配油箱内。所述缸体，一体式配流阀，油路块，缸筒，泵组柱塞，支撑板的加工材料选用轻量化金属材料。所述缸体，一体式配流阀，油路块，缸筒，泵组柱塞，支撑板的加工材料选用钛合金。本专利技术还提供一种EHA驱动柱塞泵的控制方法，通过控制器控制EHA的伺服电机的转速，通过伺服电机带动双向液压泵的旋转运动，继而控制液压泵输出到液压缸的高压油的流量，以容积调速方式完成对液压缸的运动控制，进而实现对泵组柱塞的速度调控，泵组柱塞以特定的运动规划往复运动时，一端的泵组柱塞处于吸水工况，对应的一体式配流阀中的吸入阀打开，流体通过缸体内部的导流通道从系统总进水管吸入工作介质；与此同时，另一端的泵组柱塞处于排水工况，对应的一体式配流阀中的压出阀打开，流体通过缸体内部导流通道从系统总出水管排出工作介质。EHA驱动柱塞泵系统所有EHA按照控制系统给出的控制信号，以梯形波或其他运动曲线规划以一定的相位差运动，使整个EHA驱动柱塞泵吸液和排液，可以实现双作用柱塞泵理论上输出恒定流量。支撑板采用镂空结构，缸体、底座等主要零部件的加工材料选用钛合金或其他轻量化金属，在保证系统结构稳定性的前提下大大减轻了整体重量。缸体1底面开有矩形槽，方便支撑板的安装及定位。EHA液压缸活塞杆14与泵组柱塞11之间连接的杆端球轴承15能够在空间内小范围扭动，使EHA驱动柱塞泵系统在小偏差范围内具有自调心的功能。本专利技术的有益效果是：系统采用EHA作为驱动装置，通过双向液压泵控制液压缸的运动，从而大幅减小液压泵的体积、重量；通过伺服控制，可控制电机的正、反转和调速运行，取消液压换向阀、减压阀等控制阀件，外部仅存在供电和信号传输接口，兼有液压作动系统与电作动系统的优点，系统组成大幅简化，设备体积大大减小，结构设计紧凑且方便拆卸和检修。通过控制器控制伺服电机的转速，易于实现流量调节以及自动化控制和监测等功能。当泵组柱塞运动到行程末端时，由于换向会产生瞬时冲击，采用多个运动单元对称布置的形式，能够在机械结构上产生抵消冲击的效果，有效的降低整个的系统冲击振动和噪声。EHA驱动柱塞泵系统由于EHA驱动单元数量较多，具备冗余功能，而且整个系统对称式布置，使得部分运动单元发生故障时，仍然能够通过规划适应的运动曲线输出稳定的流量，保持EHA驱动柱塞泵系统低振动低噪声的工作状态。缸体、底座以及配流阀等零部件采用钛合金等轻量化金属材料，并通过减重优化设计，在保证系统整体稳定性的情况下，尽可能的减轻重量，满足舰船用泵的复杂工况，极大的提高了EHA驱动柱塞泵系统的在舰艇船舶、深海勘探等领域的应用前景。附图说明图1是本专利技术一种EHA驱动柱塞泵结构图，图2是本专利技术结构图的正视图，图3是本专利技术一种EHA驱动柱塞泵缸体的结构简图。其中：1、缸体，2、一体式配流阀，3、出水总管，4、配油箱，5、油路块，6、伺服电机，7、出水口，8、底座，9、进水总管，10、缸筒，11、泵组柱塞，12、液压缸，13、支撑板，14、液压缸活塞杆，15、杆端球轴承，16、进水口。17、第一进水流道，19、第二进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种EHA驱动柱塞泵，其特征在于：该EHA驱动柱塞泵包括机械系统和控制系统，机械系统包括支撑板(13)，支撑板(13)两端的缸体(1)，缸体(1)上的一体式配流阀(2)和缸筒(10)，在缸筒(10)内往复运动的泵组柱塞(11)，与缸体(1)连接的出水总管(3)和进水总管(9)，以及驱动泵组柱塞(11)往复运动的电动静液作动器，电动静液作动器包括配油箱(4)，液压泵，油路块(5)，伺服电机(6)，液压缸(12)，及溢流阀和单向阀，配油箱(4)和伺服电机(6)分别固定在油路块(5)左右两侧，液压泵安装在配油箱(4)内部，油路块(5)上安装有溢流阀，油路块(5)和液压缸(12)固定在一起，液压缸活塞杆(14)两端分别通过杆端球轴承(15)与泵组柱塞(11)连接，驱动泵组柱塞(11)往复运动，控制系统包括数字信号处理器，该数字信号处理器用于控制伺服电机(6)。

【技术特征摘要】
1.一种EHA驱动柱塞泵，其特征在于：该EHA驱动柱塞泵包括机械系统和控制系统，机械系统包括支撑板(13)，支撑板(13)两端的缸体(1)，缸体(1)上的一体式配流阀(2)和缸筒(10)，在缸筒(10)内往复运动的泵组柱塞(11)，与缸体(1)连接的出水总管(3)和进水总管(9)，以及驱动泵组柱塞(11)往复运动的电动静液作动器，电动静液作动器包括配油箱(4)，液压泵，油路块(5)，伺服电机(6)，液压缸(12)，及溢流阀和单向阀，配油箱(4)和伺服电机(6)分别固定在油路块(5)左右两侧，液压泵安装在配油箱(4)内部，油路块(5)上安装有溢流阀，油路块(5)和液压缸(12)固定在一起，液压缸活塞杆(14)两端分别通过杆端球轴承(15)与泵组柱塞(11)连接，驱动泵组柱塞(11)往复运动，控制系统包括数字信号处理器，该数字信号处理器用于控制伺服电机(6)。2.根据权利要求1所述的一种EHA驱动柱塞泵，其特征在于：EHA驱动柱塞泵分左右两侧结构，支撑板(13)设置在中间，每侧竖直并排布置一定数量的电动静液作动器和相应数量的缸筒(10)和泵组柱塞(11)。3.根据权利要求1所述的一种EHA驱动柱塞泵，其特征在于：所述电动静液作动器安装在支撑板(13)上，支撑板(13)两端安装缸体(1)，缸体(1)上开有矩形槽，以安装及定位支撑板(13)。4.根据权利要求1所述的一种EHA驱动柱塞泵，其特征在于：所述支撑板(13)上下端面处各布置一个缸体(1)，缸筒(10)和一体式配流阀(2)安装在缸体(1)上，缸体(1)内部有导流通道，该导流通道通过管道分别与出水总管(3)和进水总管(9)连通，出水总管(3)和进水总管(9)分别通过管夹固定在缸体(1)上，通过进水口(16)和出水口(7)完成内部吸水以及排水工作。5.根据权利要求1所述的一种EHA驱动柱塞泵，其特征在于：缸体(1)内部包括第一进水流道(17)、第二进水流道(19)、第一出水流道(18)、第二出水流...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂松林，杨浩，尹方龙，纪辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11