一种应用于液压压力机的电液作动系统技术方案

本发明专利技术提出了一种应用于液压压力机的电液作动系统，其包括伺服电机、双向定量小排量液压泵、上位油箱、电磁开关阀、压力保护阀、充液单向阀、补油单向阀、非对称液压缸、压力传感器、位移传感器和信号采集与控制单元。本发明专利技术通过引入电磁开关阀来代替液控单向阀，对电液作动系统的非对称液压缸无杆腔油液进行主动配流，利用控制算法提升系统的位置控制精度和响应速度，解决了液控单向阀响应慢，以及液控单向阀控制性能受油液压力波动影响的问题，同时本发明专利技术构型上减小了泵的排量，进而泵的体积和重量减小，进一步提高了作动器的集成化程度，降低了成本。降低了成本。降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于液压压力机的电液作动系统


[0001]本专利技术属于电液控制
尤其涉及一种应用于液压压力机的电液作动系统。

技术介绍

[0002]传统的液压压力机液压系统通常采用伺服阀或比例阀同步控制多个液压缸构成阀控液压伺服系统。阀控液压伺服系统具有控制精度高、动态响应快的优点，但是由于阀节流损失的存在，阀控系统的效率较低。近年来随着节能减排要求日趋严格，泵控伺服系统由于远高于阀控系统的传动效率而逐渐被广泛应用。
[0003]应用于液压压力机的泵控伺服系统通常采用伺服电机驱动定量泵控制一个非对称液压缸。不同于阀控伺服系统的一个泵源连接多个液压阀控制多个作动器的构型，一个泵控伺服系统通常高度集成化为一个电液作动器，再通过多个独立的电液作动器控制液压压力机滑块。泵控伺服系统具有传动效率高、构型简单和集成化程度高的优点，但是其控制精度和响应速度较阀控系统差。需要说明的是，本专利所阐述的电液作动系统是指单个泵控伺服系统，而非多个作动器同步控制滑块组成的多作动系统。
[0004]目前市场上应用于液压压力机的泵控伺服系统有两种构型：一种是采用伺服电机驱动一大排量和一小排量两个定量双向液压泵控制非对称液压缸，小定量泵用来平衡流量非对称性。此种构型的优点是合理地匹配泵和液压缸就可以从元件层级解决非对称液压缸带来的流量不平衡问题，控制简单。但是由于需要考虑两个泵的排量和液压缸两腔面积匹配，大大限制了泵和液压缸的选择；同时增加了泵的数量，增大了成本且降低了系统的集成化程度。另一种是采用伺服电机驱动单个定量泵控制非对称液压缸，通过液控单向阀来平衡流量非对称性。该系统的优点是结构简单，集成化程度高；但是由于液控单向阀本身存在响应频率较低以及控制不稳定等因素，导致该构型的泵控伺服系统位置控制精度差且响应速度较慢。
[0005]上述两种构型的共同点在于两者都是采用蓄能器作为储油单元，受限于蓄能器结构和体积，蓄能器不能在作动器快速下行时大流量供油。因此上述两种构型的作动系统在非对称液压缸活塞杆快速下行时，非对称液压缸上腔所需的流量大部分都需要由泵所供应。这导致系统选型时不得不提高泵的排量。泵排量的提高会导致两方面的结果：一是增大了集成部分的体积，降低作动器功重比；二是泵排量越大流量分辨率也就越大，控制精度越差。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了一种应用于液压压力机的电液作动系统，该系统旨在提高液压压力机泵控伺服系统的位置控制精度和响应频率，增大作动器集成化程度。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]一种应用于液压压力机的电液作动系统，其包括伺服电机、双向定量小排量液压
泵、上位油箱、电磁开关阀、压力保护阀、充液单向阀、补油单向阀、非对称液压缸、压力传感器、位移传感器和信号采集与控制单元，所述伺服电机的动力输出轴与双向定量小排量液压泵的动力输入轴相连，所述双向定量小排量液压泵第一油口与非对称液压缸无杆腔相通，双向定量小排量液压泵第二油口与非对称液压缸有杆腔相通；所述电磁开关阀用于上位油箱与非对称液压缸无杆腔之间油路的通断，阀口在断电状态下关闭；所述压力保护阀包括第一压力保护阀和第二压力保护阀，第一压力保护阀的进油口与非对称液压缸无杆腔相通，其出油口与上位油箱、第二压力保护阀的出油口相连，第二压力保护阀的进油口与非对称液压缸有杆腔相通，非对称液压缸无杆腔、非对称液压缸有杆腔的压力调定值均与系统的最高允许压力相同；所述充液单向阀的进油口与上位油箱连接，其出油口与非对称液压缸无杆腔连接，用于向非对称液压缸无杆腔补油，所述补油单向阀的进油口与上位油箱连接，其出油口与双向定量小排量液压泵第二油口连接；所述信号采集与控制单元包括比较器、控制算法模块、控制信号输出模块、信号采集与处理模块、伺服驱动器和速度编码器，信号采集与处理模块通过现场总线与工控机相连，通过信号传输线分别与速度编码器、第一压力传感器、第二压力传感器和位移传感器相连，并将采集的伺服电机转速信号、非对称液压缸无杆腔进出油路上的压力信号、非对称液压缸有杆腔进出油路上的压力信号和非对称液压缸活塞杆的位移信号传送至工控机，由控制算法模块进行处理，控制信号输出模块输出伺服电机指令信号和电磁开关阀指令信号控制伺服电机和电磁开关阀动作；所述非对称液压缸活塞杆工作模式包括快速下行、工进速度下行、位置保持、系统卸压和快速上行。
[0009]优选地，所述快速下行过程为：所述信号采集与控制单元控制伺服电机正向旋转，电磁开关阀关闭，补油单向阀关闭，非对称液压缸有杆腔所流出的油液排向双向定量小排量液压泵第一油口，通过调节伺服电机的转速，控制非对称液压缸活塞杆的下行速度。
[0010]优选地，所述工进速度下行过程为：当非对称液压缸活塞杆快速下行接触工件以后，信号采集与控制单元继续控制电磁开关阀关闭，补油单向阀打开，双向定量小排量液压泵分别从上位油箱、非对称液压缸有杆腔处吸油，当非对称液压缸活塞杆接触工件后，充液单向阀关闭，非对称液压缸无杆腔将处于高压状态使得非对称液压缸活塞杆产生力压制工件。
[0011]优选地，所述位置保持过程为：当现有位置值小于所需工艺值时，控制算法模块经计算后将指令信号经控制信号输出模块传递给伺服电机和电磁开关阀，伺服电机反向转动，电磁开关阀打开，双向定量小排量液压泵从第一油口吸油向第二油口排油，油液推动非对称液压缸活塞杆上行，当现有位置值大于所需工艺值时，伺服电机和电磁开关阀作相反动作。
[0012]优选地，所述卸压和快速上行过程为：打开电磁开关阀，使得高压油液流回上位油箱，卸压指定时间，伺服电机反向旋转，油液推动非对称液压缸活塞杆快速上行。
[0013]优选地，所述上位油箱采用集成作动器与油源分离的结构，集成部分减去了蓄能器，使集成作动器体积重量更小。
[0014]优选地，所述双向定量小排量液压泵最大流量大于等于非对称液压缸活塞杆返程时非对称液压缸有杆腔所需要的流量。
[0015]优选地，所述电磁阀在系统进行位置控制时主动控制开合，从而控制压力腔的压力和流量。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1)使用小排量双向定量泵，使得泵控系统的流量分辨率更高，伺服电机驱动泵能够有效控制输出的最小流量更小，提高了系统的位置控制精度；
[0018]2)通过引入电磁开关阀来代替液控单向阀，对电液作动系统的非对称液压缸无杆腔油液进行主动配流，利用控制算法提升系统的位置控制精度和响应速度。电磁换向阀的引入同时解决了液控单向阀响应慢，以及液控单向阀控制性能受油液压力波动影响的问题；
[0019]3)与市面主流的泵控作动器相比，本系统构型将油箱上置，采用集成作动器与油源分离的结构，集成部分减去了蓄能器，使得集成作动器体积重量更小；
[0020]4)相较于目前市场上采用大排量泵满足系统快下时非对称液压缸上腔流量需求，本专利技术仅需要使泵满足快回时非对称液压缸下腔流量需求；
[0021]5)在相同技术参数要求以及伺服电机最大转速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于液压压力机的电液作动系统，其包括伺服电机、双向定量小排量液压泵、上位油箱、电磁开关阀、压力保护阀、充液单向阀、补油单向阀、非对称液压缸、压力传感器、位移传感器和信号采集与控制单元，其特征在于，所述伺服电机的动力输出轴与双向定量小排量液压泵的动力输入轴相连，所述双向定量小排量液压泵的第一油口与非对称液压缸无杆腔相通，双向定量小排量液压泵的第二油口与非对称液压缸有杆腔相通，所述电磁开关阀用于控制上位油箱与非对称液压缸无杆腔之间油路的通断，阀口在断电状态下关闭；所述压力保护阀包括第一压力保护阀和第二压力保护阀，第一压力保护阀的进油口与非对称液压缸无杆腔相通，其出油口与上位油箱、第二压力保护阀的出油口相连，第二压力保护阀的进油口与非对称液压缸有杆腔相通，非对称液压缸无杆腔、非对称液压缸有杆腔的压力调定值均与系统的最高允许压力相同；所述充液单向阀的进油口与上位油箱连接，其出油口与非对称液压缸无杆腔连接，用于向非对称液压缸无杆腔补油，所述补油单向阀的进油口与上位油箱连接，其出油口与双向定量小排量液压泵第二油口连接；所述信号采集与控制单元包括比较器、控制算法模块、控制信号输出模块、信号采集与处理模块、伺服驱动器和速度编码器，信号采集与处理模块通过现场总线与工控机相连，通过信号传输线分别与速度编码器、第一压力传感器、第二压力传感器和位移传感器相连，并将采集的伺服电机转速信号、非对称液压缸无杆腔进出油路上的压力信号、非对称液压缸有杆腔进出油路上的压力信号和非对称液压缸活塞杆的位移信号传送至工控机，由控制算法模块进行处理，控制信号输出模块输出伺服电机指令信号和电磁开关阀指令信号控制伺服电机和电磁开关阀动作；所述非对称液压缸活塞杆工作模式包括快速下行、工进速度下行、位置保持、系统卸压和快速上行。2.根据权利要求1所述的应用于液压压力机的电液作动系统，其特征在于，所述快速下行过程为：所述信号采集与控制单...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚静，何源通，张遨翔，尹钰鑫，沙桐，凌家胜，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：