本發(fā)明屬于液壓壓機(jī)以及升降設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于單出桿液壓缸壓機(jī)的直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，單出桿液壓缸液壓回路中，通過節(jié)流閥或者泵的容積調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度與動(dòng)力源輸出流量之間的匹配關(guān)系，能滿足基本實(shí)用要求。但是節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)熱量大，效率低，系統(tǒng)噪聲大，體積龐大；泵的容積調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)油液要求較高，電機(jī)空轉(zhuǎn)損耗大。雖然已有電機(jī)泵一體化技術(shù)、變頻容積調(diào)速技術(shù)、伺服電機(jī)泵技術(shù)解決傳統(tǒng)液壓動(dòng)力源低效率、高能耗、高沖擊的問題。但由于單出桿液壓缸的兩腔容積差，難以實(shí)現(xiàn)閉式或半閉式的無閥回路，一般還是使用傳統(tǒng)的定量泵閥控回路或者變量泵泵控回路。伺服電機(jī)泵在注塑機(jī)上有成功應(yīng)用，但是由于吸油壓力的限制，伺服電機(jī)無法做到雙向旋轉(zhuǎn)，回路中仍然需要配置節(jié)流閥、換向閥等控制閥，仍然存在節(jié)流損失和換向沖擊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種應(yīng)用于單出桿液壓缸壓機(jī)的直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向定量泵的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速原理，通過壓力反饋、位置反饋閉環(huán)控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變雙向泵的輸出流量，以適應(yīng)重力下拉式單出桿液壓油缸活塞桿在各種工況下的速度，使用半閉式的液壓回路，避免了使用節(jié)流調(diào)速和溢流調(diào)壓、保壓的大量能量損失；使用泵控的無閥回路，避免了換向沖擊。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：一種應(yīng)用于單出桿液壓缸壓機(jī)的直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)，它包括信息采集系統(tǒng)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、雙向定量泵、液壓缸、油箱，其中，液壓缸為重力下拉式單出桿液壓缸；

所述信息采集系統(tǒng)包括有桿腔壓力傳感器、無桿腔壓力傳感器和活塞桿位移傳感器，所述有桿腔壓力傳感器連接至液壓缸的有桿腔，無桿腔壓力傳感器連接至液壓缸的無桿腔，所述活塞桿位移傳感器通過螺紋連接于液壓缸尾端；其中，有桿腔壓力傳感器用于采集連接至液壓缸的有桿腔的油路壓力值，無桿腔壓力傳感器用于采集連接至液壓缸無桿腔的油路壓力值。

所述控制器的信號(hào)輸入端分別與有桿腔壓力傳感器、無桿腔壓力傳感器、活塞桿位移傳感器連接；用于接收有桿腔壓力傳感器采集的壓力值信號(hào)、無桿腔壓力傳感器采集的壓力值信號(hào)、活塞桿位移傳感器采集的液壓缸活塞桿的位移信號(hào)，并產(chǎn)生伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)。

所述伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端與控制器的信號(hào)輸出端連接，其輸出端與伺服電機(jī)連接。

所述伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的UVW輸出端連接；所述控制器向伺服驅(qū)動(dòng)器輸出伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)控制伺服電機(jī)的動(dòng)作。

所述雙向定量泵的油口A與液壓缸的無桿腔連接，油口B經(jīng)第一電磁閥控制的二通插裝閥與液壓缸的有桿腔連接。

所述油箱經(jīng)吸油過濾器和液控單向閥與雙向定量泵的油口B連接，油箱經(jīng)充液閥且并聯(lián)第一單向閥與液壓缸的無桿腔連接。

所述液壓缸的無桿腔通過充液閥連接油箱。

當(dāng)活塞桿下行，且只有活塞桿自身重力和壓頭重力負(fù)載，油箱經(jīng)單向閥和充液閥向油缸無桿腔補(bǔ)油；當(dāng)活塞桿上行，無桿腔的多余油液經(jīng)充液閥和回油過濾器回到油箱。

在上述技術(shù)方案中，所述油箱安裝在一個(gè)5至20米高的塔架或平臺(tái)上，增加了油箱到雙向泵油口B的壓力，能夠滿足其較高轉(zhuǎn)速下的自吸壓力。

在上述技術(shù)方案中，在系統(tǒng)流量較大的應(yīng)用場(chǎng)合，液壓缸的有桿腔和無桿腔經(jīng)起通斷作用的第二電磁閥連通，形成差動(dòng)回路。在液壓缸無桿腔連接的充液閥關(guān)閉，雙向泵的油口B經(jīng)液控單向閥和吸油過濾器從油箱吸油時(shí)，控制差動(dòng)回路通斷的第二電磁閥開啟，有桿腔的油液回到無桿腔。

在上述技術(shù)方案中，從油箱到雙向定量泵的油口B的吸油管路上安裝有吸油過濾器，從液壓缸到油箱的回油管路上安裝有回油過濾器，吸油過濾器為粗過濾，回油過濾器為精過濾。

在上述技術(shù)方案中，雙向定量泵的油口A連接液壓缸的無桿腔的油路經(jīng)第二單向閥和安全閥連接到油箱；油口B連接液壓缸的有桿腔的油路經(jīng)過第三單向閥和安全閥連接到油箱。

在上述技術(shù)方案中，在液壓缸的活塞桿的行程中設(shè)置有四個(gè)位置可調(diào)的行程開關(guān)，行程開關(guān)的信號(hào)輸出端與控制器連接。

在上述技術(shù)方案中，伺服電機(jī)上設(shè)有編碼器，伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端與伺服電機(jī)的編碼器連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

采用變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速原理，通過壓力反饋、位置反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)不同工況下泵的輸出流量與液壓缸活塞桿的速度匹配，減少系統(tǒng)的節(jié)流和溢流損失?；钊麠U的速度可以無級(jí)調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)啟動(dòng)瞬間、活塞桿增速和減速瞬間，通過控制電機(jī)的加速度曲線可以最大程度降低系統(tǒng)的沖擊噪聲。通過伺服電機(jī)和雙向定量泵的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)油缸活塞桿的換向，避免使用換向閥而產(chǎn)生換向沖擊。將閉式回路應(yīng)用于重力下拉式單出桿液壓缸，實(shí)現(xiàn)了不依靠補(bǔ)油泵和壓力油箱對(duì)液壓缸和泵進(jìn)行補(bǔ)油，同時(shí)也減少了回油量，縮小了所需油箱的體積。在活塞桿自由下落階段，電機(jī)處在發(fā)電工況，通過電源回饋或者耗散電阻轉(zhuǎn)移該部分能量，避免了使用節(jié)流閥而使液壓系統(tǒng)發(fā)熱。在保壓和卸荷階段，通過壓力反饋控制，液壓泵幾乎可以停機(jī)，極大程度減小了系統(tǒng)的溢流損失。泵控?zé)o閥回路的應(yīng)用，減少了控制閥的數(shù)量，降低了系統(tǒng)的故障率。經(jīng)試驗(yàn)和仿真計(jì)算表明，該系統(tǒng)相比于異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)單向定量泵的閥控節(jié)流溢流系統(tǒng)，效率提升80%左右，節(jié)能超過70%，沖擊噪聲降低60%-90%，可廣泛應(yīng)用于煙片預(yù)壓打包機(jī)、注塑機(jī)、鍛造機(jī)、升降平臺(tái)等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明應(yīng)用于單出桿液壓缸壓機(jī)的直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)的原理框圖。

其中，1、第三單向閥；2、安全閥；3、雙向定量泵；4、第二單向閥；5、液控單向閥；6、伺服電機(jī)；7、第一電磁閥；8、有桿腔壓力傳感器；9、第二電磁閥；10、油箱；11、第一單向閥；12、充液閥；13、吸油過濾器；14、活塞桿位移傳感器；15、回油過濾器；16、無桿腔壓力傳感器；17、二通插裝閥；18、伺服驅(qū)動(dòng)器；19、液壓缸；20、第一行程開關(guān)；21、控制器；22、信息采集系統(tǒng)；23、編碼器；24、第二行程開關(guān)；25、第三行程開關(guān)；26、第四行程開關(guān)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明技術(shù)特點(diǎn)、特征、技術(shù)效果、設(shè)計(jì)目的更易于理解，下面結(jié)合圖例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)用于單出桿液壓缸壓機(jī)的直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)，它包括：

信息采集系統(tǒng)22，所述信息采集系統(tǒng)22包括有桿腔壓力傳感器8、無桿腔壓力傳感器16和活塞桿位移傳感器14。其中，有桿腔壓力傳感器8用于采集連接至液壓缸19的有桿腔的油路壓力值，無桿腔壓力傳感器16用于采集連接至液壓缸19無桿腔的油路壓力值。

控制器21，所述控制器21的信號(hào)輸入端分別與有桿腔壓力傳感器8、無桿腔壓力傳感器16、活塞桿位移傳感器14、行程開關(guān)連接，用于接收有桿腔壓力傳感器8采集的壓力值信號(hào)、無桿腔壓力傳感器采集16的壓力值信號(hào)、活塞桿位移傳感器14采集的液壓缸活塞桿的位移信號(hào)和行程開關(guān)采集的活塞桿位置信號(hào)，并產(chǎn)生伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)。

伺服驅(qū)動(dòng)器18，所述伺服驅(qū)動(dòng)器18的信號(hào)輸入端與控制器21的信號(hào)輸出端連接，其輸出端與伺服電機(jī)6的編碼器23連接。

伺服電機(jī)6，所述伺服電機(jī)6與伺服驅(qū)動(dòng)器18的UVW輸出端連接?？刂破?1向伺服驅(qū)動(dòng)器18輸出伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器18根據(jù)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)控制伺服電機(jī)6的動(dòng)作。

雙向定量泵3，所述雙向定量泵3的油口A與液壓缸19的無桿腔連接，油口B經(jīng)第一電磁閥7控制的二通插裝閥17與液壓缸19的有桿腔連接；油箱10經(jīng)吸油過濾器13和液控單向閥5與雙向定量泵3的油口B連接，經(jīng)充液閥12且并聯(lián)第一單向閥11與液壓缸19的無桿腔連接。

液壓缸19，所述液壓缸19為重力下拉式單出桿液壓缸，所述液壓缸19無桿腔通過充液閥12連接油箱10，當(dāng)活塞桿下行，且只有活塞桿自身重力和壓頭重力負(fù)載，油箱10經(jīng)第一單向閥11和充液閥12向液壓缸19無桿腔補(bǔ)油。當(dāng)活塞桿上行，無桿腔的多余油液經(jīng)充液閥12和回油過濾器15回到油箱。

油箱10，所述油箱10安裝在一個(gè)5至20米高的塔架或平臺(tái)上，增加了油箱10到雙向定量泵3油口B的壓力，能夠滿足其較高轉(zhuǎn)速下的自吸壓力。

為了使系統(tǒng)適應(yīng)流量較大的應(yīng)用場(chǎng)合，液壓缸19的有桿腔和無桿腔經(jīng)起通斷作用的第二電磁閥9連通，形成差動(dòng)回路。在液壓缸的無桿腔連接的充液閥12關(guān)閉，雙向定量泵3的油口B經(jīng)液控單向閥5和吸油過濾器13從油箱10吸油時(shí)，控制差動(dòng)回路通斷的第二電磁閥9得電，第一電磁閥7失電，有桿腔的油液回到無桿腔。

為了不依靠補(bǔ)油泵或者壓力油箱彌補(bǔ)單出桿液壓缸的兩腔容積差，采用更為簡(jiǎn)單的自吸油補(bǔ)油技術(shù)，將油箱10安裝在5至20米高的塔架或平臺(tái)上，分兩路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)油：一路為油箱10經(jīng)第一單向閥11和充液閥12到液壓缸19的無桿腔；另一路為油箱10經(jīng)吸油過濾器13和液控單向閥5到雙向定量泵3的油口B。

為了對(duì)油液中的雜質(zhì)進(jìn)行過濾處理，從油箱10到雙向定量泵3油口B的吸油管路上安裝有吸油過濾器13，從液壓缸19到油箱10的回油管路上安裝有回油過濾器15。為減小吸油壓力損失，吸油過濾器13為粗過濾；為保證系統(tǒng)的過濾精度，回油過濾器15為精過濾。液壓缸19無桿腔吸油時(shí)回油過濾器15中的止回閥關(guān)閉，第一單向閥11開啟；液壓缸19無桿腔回油時(shí)，回油過濾器15中的止回閥開啟，第一單向閥11關(guān)閉，一部分油液經(jīng)過雙向定量泵3回到有桿腔，一部分經(jīng)回油過濾器15回到油箱。

為了防止系統(tǒng)在某些突發(fā)情況下過高的壓力峰值對(duì)油路中元器件和接頭產(chǎn)生損害，雙向定量泵3油口A連接液壓缸19無桿腔的油路經(jīng)第二單向閥4和安全閥2連接到油箱10；油口B連接液壓缸19有桿腔的油路經(jīng)過第三單向閥1和安全閥2連接到油箱10。

為了在停機(jī)或者待機(jī)狀態(tài)下，將液壓缸19的活塞桿和壓頭懸掛在上位，在有桿腔到雙向定量泵3油口B的油路上連接有第一電磁閥7控制的二通插裝閥17。

為了保證活塞桿在運(yùn)動(dòng)過程中具有一致性的加速段、減速段、快速運(yùn)行段和慢速運(yùn)行段，在液壓缸19的活塞桿的行程中依次設(shè)置有四個(gè)位置可調(diào)的行程開關(guān)20、24、25和26。行程開關(guān)的信號(hào)輸出端與控制器21連接，以便控制器21根據(jù)活塞桿的位置發(fā)出不同的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制指令。

伺服電機(jī)6上設(shè)有編碼器23，編碼器23具有接收伺服驅(qū)動(dòng)器18發(fā)送來的轉(zhuǎn)速控制指令和反饋伺服電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速信號(hào)的功能。

本發(fā)明的工作原理如下：

系統(tǒng)的初始狀態(tài)為：伺服電機(jī)6轉(zhuǎn)速為0，第一電磁閥7失電，二通插裝閥17處在關(guān)閉狀態(tài)，第二電磁閥9失電，差動(dòng)回路斷開，液壓缸活塞桿處在收縮狀態(tài)，壓頭懸掛在上位。

系統(tǒng)開始工作時(shí)，第一電磁閥7得電，二通插裝閥17開啟。為了避免啟動(dòng)沖擊，伺服電機(jī)6以一定的加速度啟動(dòng)，液壓缸19的有桿腔油液經(jīng)由雙向定量泵3回到無桿腔。由于兩腔容積差，無桿腔形成負(fù)壓，充液閥12和第一單向閥11開啟，油箱10向無桿腔補(bǔ)油。該階段活塞桿和壓頭自由下落，通過伺服電機(jī)6的轉(zhuǎn)速控制其下行速度。

當(dāng)壓頭接觸到被壓縮物，被壓縮物對(duì)壓頭的反向作用力逐漸增大，液壓缸19有桿腔的壓力逐漸減小，直到液控單向閥5開啟，油箱與雙向定量泵3油口B連通；液壓缸19無桿腔的壓力逐漸增大，直到充液閥12關(guān)閉。雙向定量泵3經(jīng)液控單向閥5和吸油過濾器13從油箱吸油。第二電磁閥9得電，第一電磁閥7失電，差動(dòng)回路連通。有桿腔壓力隨著被壓縮物的體積減小逐漸增大，系統(tǒng)進(jìn)入慢壓階段。特別的，在系統(tǒng)流量不是很大的應(yīng)用場(chǎng)合，可以取消第二電磁閥9控制的差動(dòng)回路，且在該階段保持第一電磁閥7得電。

在慢壓階段，信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取液壓缸19的兩腔壓力，控制器21根據(jù)液壓缸19的無桿腔壓力值輸出伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，形成壓力反饋閉環(huán)控制。當(dāng)壓頭下壓到第三行程開關(guān)25所處的位置，控制器21開始對(duì)伺服電機(jī)6進(jìn)行減速，直至壓頭到達(dá)第四行程開關(guān)26所在位置，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，形成位置反饋閉環(huán)控制。

壓頭下行到第四行程開關(guān)26所在位置時(shí)，伺服電機(jī)6停止轉(zhuǎn)動(dòng)，由于泵、油缸等的泄漏，無桿腔壓力逐漸減小，壓頭位置出現(xiàn)緩慢反彈。根據(jù)信息采集系統(tǒng)22，控制器21輸出伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，使系統(tǒng)壓力和壓頭位置重新回到既定水平，伺服電機(jī)再次停機(jī)。通過上述動(dòng)作的循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無溢流保壓。

保壓結(jié)束后，第二電磁閥9失電，第一電磁閥7得電，伺服電機(jī)6反轉(zhuǎn)，液壓缸19有桿腔壓力通過控制油路將充液閥12開啟；無桿腔一部分液壓油經(jīng)充液閥12和回油過濾器15回到油箱10，一部分液壓油經(jīng)雙向定量泵3和二通插裝閥17回到有桿腔。在壓頭上行到第三行程開關(guān)25所處位置前，活塞桿和壓頭慢速上行；在壓頭上行到第三行程開關(guān)25所處位置后，活塞桿和壓頭快速上行；在壓頭上行到第二行程開關(guān)24所處位置后，活塞桿和壓頭減速慢行；在壓頭上行到第一行程開關(guān)20所處位置時(shí)，第一電磁閥7失電，伺服電機(jī)6停止轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。

以上所述的具體實(shí)施實(shí)例，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式之一。除此之外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)現(xiàn)方式。需要說明的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。