一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，它包括：斜盤變量泵體、液力平衡機(jī)構(gòu)、伺服變量機(jī)構(gòu)和閉環(huán)控制器四大部分。斜盤變量泵體構(gòu)成基體部分實(shí)現(xiàn)泵送功能；斜盤傾角決定了泵的排量，變量機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)由電控比例閥控制的活塞缸分別連接斜盤兩端，構(gòu)成斜盤液力平衡機(jī)構(gòu)；閉環(huán)控制器采集傳感器的信號(hào)，根據(jù)內(nèi)部閉環(huán)PID算法適應(yīng)相應(yīng)工況控制液壓泵完成所需的變量泵送功能。由于斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)中的摩擦力和粘性阻力被液力預(yù)先平衡掉，變量機(jī)構(gòu)帶動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)的力大大減小，泵變量動(dòng)作靈敏，響應(yīng)迅速；又由于采用了傳感反饋和閉環(huán)控制器，使得泵的控制精度高，并可實(shí)現(xiàn)壓力、流量、功率等多種變量控制方式。
【專利說明】一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于流體傳動(dòng)中變量泵及其控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，其通過液力平衡斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的摩擦力和粘性阻力，由閉環(huán)控制器控制伺服電機(jī)完成泵的變量控制功能。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳感檢測技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，流體傳動(dòng)領(lǐng)域從基礎(chǔ)元件到整機(jī)系統(tǒng)都朝著自動(dòng)化、數(shù)字化和集成化控制方向飛速發(fā)展。泵作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，對(duì)系統(tǒng)性能起著舉足輕重的作用，因此各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谧兞恳簤罕玫目刂菩阅芤笤絹碓礁?。帶有液力平衡功能和閉環(huán)控制器的由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行變量控制的液壓泵具有變量靈活、響應(yīng)迅速，控制精度高，便于與計(jì)算機(jī)接口等特點(diǎn)，符合應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ兞勘眯阅艿囊?，并體現(xiàn)了流體傳動(dòng)領(lǐng)域向數(shù)字化、自動(dòng)化方向發(fā)展的大趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為提高傳統(tǒng)變量液壓泵的控制精度和靈活性以及集成化控制性能，本實(shí)用新型提供了一種液力反饋式伺服控制變量液壓泵，采用比例閥控活塞缸構(gòu)成液力平衡機(jī)構(gòu)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)，采用閉環(huán)控制器進(jìn)行變量控制，具有變量靈活，響應(yīng)迅速，控制精度高，便于與計(jì)算機(jī)接口等特點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，包括斜盤，第一活塞缸，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，編碼器，伺服電機(jī)，第一壓力傳感器，斜盤變量泵體，第二壓力傳感器，第二活塞缸，第一電控比例閥，第二電控比例閥，第三壓力傳感器，閉環(huán)控制器；斜盤變量泵體構(gòu)成基體部分，其余機(jī)構(gòu)都安裝配合于其中，實(shí)現(xiàn)泵送功能；液力平衡機(jī)構(gòu)包括第一活塞缸、第二活塞缸和第一電控比例閥、第二電控比例閥，第一活塞缸和第二活塞缸分別連接斜盤的兩端，第一活塞缸的控制腔與第一電控比例閥相連，第二活塞缸的控制腔與第二電控比例閥相連；伺服變量機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一端連接斜盤，一端通過聯(lián)軸器連接伺服電機(jī)；閉環(huán)控制器采集端連接第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器和編碼器，閉環(huán)控制器輸出端連接第一電控比例閥、第一電控比例閥的控制端和伺服電機(jī)的控制端；第一壓力傳感器測量第一活塞缸的壓力，第二壓力傳感器測量第二活塞缸的壓力，第三壓力傳感器測量泵出口的壓力。
[0005]本實(shí)用新型專利的有益效果是:
[0006]1、液力平衡機(jī)構(gòu)使得斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需外力小、響應(yīng)迅速,動(dòng)作靈敏；
[0007]2、伺服電機(jī)用作變量斜盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制精度高；
[0008]3、編碼器測得伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)，控制器可據(jù)此計(jì)算得出泵的實(shí)時(shí)排量；
[0009]4、閉環(huán)控制器使得泵的變量方式靈活，控制精度高，且便于與計(jì)算機(jī)接口 ；
[0010]5、可在低壓或者小流量工況下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壓力流量匹配，可借此減少液壓系統(tǒng)的能耗?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型液力平衡式伺服控制變量液壓泵的原理圖。
[0012]圖中:1、斜盤,2、第一活塞缸,3、傳動(dòng)機(jī)構(gòu),4、編碼器,5、伺服電機(jī),6、第一壓力傳感器，7、斜盤變量泵體，8、第二壓力傳感器，9、第二活塞缸，10、第一電控比例閥，11、第二電控比例閥，12、第三壓力傳感器，13、閉環(huán)控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0014]如附圖所示，本實(shí)用新型包括:包括斜盤1，第一活塞缸2，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3，編碼器4，伺服電機(jī)5,第一壓力傳感器6,斜盤變量泵體7,第二壓力傳感器8,第二活塞缸9,第一電控比例閥10，第二電控比例閥11，第三壓力傳感器12，閉環(huán)控制器13 ;斜盤變量泵體7作為基體，完成泵送功能，其他機(jī)構(gòu)都安裝配合于其中；泵的排量由斜盤I傾角決定，斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)由伺服變量機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，變量機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)5和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3構(gòu)成，伺服電機(jī)5可正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度可由閉環(huán)控制器13控制，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3將伺服電機(jī)5的角位移轉(zhuǎn)換成直線位移驅(qū)動(dòng)斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)；斜盤I兩端分別連接第一活塞缸2和第二活塞缸4，第一活塞缸2和第二活塞缸4的力差值既可以平衡斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)過程中遇到的摩擦力和粘性阻力，還可以為變量機(jī)構(gòu)提供輔助力，從而變量機(jī)構(gòu)可以用較小的力帶動(dòng)斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)，而斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)的響應(yīng)速度也更快；第一活塞缸2和第二活塞缸9分別受第一電控比例閥10和第二電控比例閥11控制,第一電控比例閥10和第二電控比例閥11根據(jù)閉環(huán)控制器13的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制進(jìn)入第一活塞缸2和第二活塞缸9的流量；第一電控比例閥10和第二電控比例閥11的響應(yīng)速度很快并且控制精度很高，結(jié)合閉環(huán)控制器13的傳感反饋信號(hào)和閉環(huán)PID算法，可以精確地控制第一活塞缸2和第二活塞缸9給到斜盤I兩端的力差值；第一壓力傳感器6和第二壓力傳感器8分別采集第一活塞缸2和第二活塞缸9的力，第三壓力傳感器12采集泵出口的壓力，上述三個(gè)壓力信號(hào)反饋給閉環(huán)控制器13，編碼器4測得伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)并反饋給閉環(huán)控制器13，閉環(huán)控制器13根據(jù)編碼器4的信號(hào)計(jì)算出泵的輸出流量；閉環(huán)控制器13將壓力和流量的實(shí)時(shí)值與預(yù)設(shè)值比較，得到的差值進(jìn)入閉環(huán)PID算法，進(jìn)而輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制伺服電機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)以完成相應(yīng)工況下所需的變量功能。
[0015]本實(shí)用新型的工作過程如下:根據(jù)實(shí)際工況，由主機(jī)系統(tǒng)或者外部控制器經(jīng)過CAN總線給閉環(huán)控制器13設(shè)置泵的工作參數(shù)如壓力、流量、功率等，或者使用閉環(huán)控制器13的內(nèi)部默認(rèn)值；以恒流量變量為例，泵啟動(dòng)之后，閉環(huán)控制器13輸出控制信號(hào)給第一電控比例閥10和第二電控比例閥11使得第一活塞缸2和第二活塞缸9給到斜盤的力差值與摩擦力和粘性阻力平衡，這個(gè)過程中閉環(huán)控制器13不斷根據(jù)預(yù)設(shè)值比較第一壓力傳感器6和第二壓力傳感器8的數(shù)值，并調(diào)整驅(qū)動(dòng)第一電控比例閥10和第二電控比例閥11的信號(hào)，直到力差值與預(yù)設(shè)阻力值相等為止；閉環(huán)控制器13采集編碼器4所得角度信號(hào)
并根據(jù)公式d計(jì)算得到斜盤I轉(zhuǎn)角，再根據(jù)公式β =計(jì)算泵的輸出
流量Q，并將Q與恒流量目標(biāo)值Qtl比較，將所得差值作為閉環(huán)PID算法的輸入，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)，如果(KQtl,則控制伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)斜盤I順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，傾角增大，泵的輸出流量Q增大直至等于Qtl,，如果Q>Qc)，則控制伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)斜盤I逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，傾角減小，泵的輸出流量Q減小直至等于Qtl;在恒流量變量過程中，壓力傳感器12實(shí)時(shí)采集泵出口壓力反饋給閉環(huán)控制器13，閉環(huán)控制器13根據(jù)這個(gè)值保證泵的輸出功率和輸出壓力在額定范圍之內(nèi)。其它變量參數(shù)的伺服控制原理，與上述過程類似。
【權(quán)利要求】
1.一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，其特征在于:包括斜盤(I)、第一活塞缸(2)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)、編碼器(4)、伺服電機(jī)(5)、第一壓力傳感器(6)、斜盤變量泵體(7)、第二壓力傳感器(8)、第二活塞缸(9)、第一電控比例閥(10)、第二電控比例閥(11)、第三壓力傳感器(12)和閉環(huán)控制器(13);斜盤變量泵體(7)構(gòu)成基體部分，其余機(jī)構(gòu)都安裝配合于其中；第一活塞缸(2 )和第二活塞缸(9 )分別連接斜盤(I)的兩端，第一活塞缸(2 )的控制腔與第一電控比例閥(10)相連，第二活塞缸(9)的控制腔與第二電控比例閥(11)相連；伺服變量機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)(5)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3) —端連接斜盤(I),另一端通過聯(lián)軸器連接伺服電機(jī)(5);閉環(huán)控制器(13)采集端連接第一壓力傳感器(6)、第二壓力傳感器(8)、第三壓力傳感器(12)和編碼器(4)，閉環(huán)控制器(13)輸出端連接第一電控比例閥(10)、第一電控比例閥(11)的控制端和伺服電機(jī)(5)的控制端；第一壓力傳感器(6)置于第一活塞缸(2)內(nèi)，第二壓力傳感器(8)置于第二活塞缸(9)內(nèi)，第三壓力傳感器(12)置于液壓泵出口處。
【文檔編號(hào)】F04B49/06GK203685538SQ201420043184
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】張斌, 鄧乾坤, 楊華勇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)