本實用新型涉及液壓傳動控制裝置，具體為一種單電機雙泵的伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)，本實用新型采用一臺伺服電機驅(qū)動兩臺油泵，進而控制液壓缸的動力輸出，實現(xiàn)對直線往復(fù)運動的控制。

背景技術(shù)：

通過液壓缸控制直線運動和動力輸出是一種常用機械結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)是電機驅(qū)動液壓泵連續(xù)運轉(zhuǎn)，由各種閥組、傳感器和管路構(gòu)成的油路控制液壓油的流向、流速、壓力，并繼而實現(xiàn)液壓缸的驅(qū)動。當(dāng)需要控制液壓缸的移動速度時，需要比例方向閥或比例方向伺服閥調(diào)節(jié)進入液壓缸的液體速率；當(dāng)需要控制液壓缸的推動力時，需要控制溢流閥的溢流壓強或者根據(jù)壓力傳感器的反饋并通過比例壓力閥或比例壓力伺服閥來控制進入液壓缸的液體壓強，由此控制液壓缸的推力。

此類傳統(tǒng)的液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)存在以下幾點不足：1、驅(qū)動液壓泵電機必須連續(xù)不間斷運行，即使在液壓缸運動無需進行調(diào)節(jié)控制時，電機也不能停機，不斷從油箱泵出的液壓油又通過閥組返回油箱，浪費了電能。尤其是當(dāng)液壓缸輸出推力、但活塞位移極小或位移速度很低時，高壓節(jié)流抬升了電機的功率消耗，浪費電能；2、浪費的電能變成熱能，導(dǎo)致油溫上升，使油路密封件加速老化，故障率上升；3、當(dāng)液壓油在液壓缸的有桿腔和無桿腔之間往復(fù)流動時，需要控制各種閥門動作，不斷產(chǎn)生溢流、充液動作，加大了系統(tǒng)損耗，閥門的故障率也比較高；4、在快速、精密控制時，需要采用P/Q閥(壓力流量控制閥)或伺服閥參與控制，特別是伺服閥價格昂貴，維修困難，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備的購置和使用維護成本大幅增加；5、由于各種閥門的機械動作需要較長的時間來完成，導(dǎo)致油路的各種動作切換不可能進一步提速，直接影響設(shè)備的工作節(jié)拍。

專利201521053147.3《一種伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)》描述了一種采用兩臺電機分別驅(qū)動兩臺液壓泵，并進而驅(qū)動液壓缸實現(xiàn)高精密、高頻響直線往復(fù)運動控制的方案。該方案雖然解決了傳統(tǒng)液壓直線運動機構(gòu)的上述問題，但由于涉及到兩套伺服驅(qū)動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動作，因此其實現(xiàn)的技術(shù)難度較高，系統(tǒng)的經(jīng)濟性也不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種單電機雙泵的伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)及控制方法。A、B兩臺液壓泵的理論排量正比于液壓缸的無桿腔和有桿腔截面積，A、B液壓泵的出液端分別接入液壓缸的無桿腔和有桿腔。A、B液壓泵均為正向泵，伺服電機前軸伸與A液壓泵連軸，后軸伸與B液壓泵聯(lián)軸。與運動控制單元連接的伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機運轉(zhuǎn)，安裝于液壓缸的無桿腔和有桿腔油路上的A、B兩只壓力傳感器的信號分別接入運動控制單元，安裝于液壓缸推桿的位移傳感器的信號端連接運動控制單元。伺服驅(qū)動器控制伺服電機驅(qū)動A和B液壓泵。當(dāng)伺服電機正轉(zhuǎn)時，A液壓泵正向運轉(zhuǎn)泵油，B液壓泵反向運轉(zhuǎn)泄油；當(dāng)伺服電機反轉(zhuǎn)時，A液壓泵反向運轉(zhuǎn)泄油，B液壓泵正向運轉(zhuǎn)泵油。運動控制單元根據(jù)推桿運動位置和速度控制要求和推桿的當(dāng)前位移信號，運算得到伺服驅(qū)動器的控制指令，并發(fā)送到伺服驅(qū)動器，實現(xiàn)液壓缸推桿的高速、精密的往復(fù)運動，

本實用新型設(shè)計的一種單電機雙泵的伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)，包括一個液壓缸、兩臺液壓泵、伺服電機、伺服驅(qū)動器以及運動控制單元，活塞連接推桿，并將液壓缸內(nèi)腔分為有桿腔和無桿腔，液壓缸的無桿腔與A液壓泵的出液端連接，液壓缸的有桿腔與B液壓泵的出液端連接。本實用新型A液壓泵和B液壓泵的進液端互相連接，且在該段油路還連接有儲液/蓄能器。A、B兩臺液壓泵的理論排量正比于液壓缸的無桿腔和有桿腔截面積。A、B液壓泵均為正向泵，一臺伺服電機前軸伸與A液壓泵連軸，后軸伸與B液壓泵聯(lián)軸；或者A液壓泵為正向泵，B液壓泵為反向泵，A、B液壓泵與一臺伺服電機同一端的軸伸聯(lián)軸。一臺伺服驅(qū)動器連接控制所述伺服電機。運動控制單元的控制端連接所述伺服驅(qū)動器。連接液壓缸無桿腔和A液壓泵出液端管路上安裝A壓力傳感器，連接液壓缸有桿腔和B液壓泵出液端管路上安裝B壓力傳感器，A、B壓力傳感器的信號輸出端接入運動控制單元。位移傳感器安裝于液壓缸推桿，其信號輸出端接入運動控制單元的輸入端。

A溢流閥正向跨接于連接液壓缸有桿腔和無桿腔的油路之間，B溢流閥反向跨接于連接液壓缸有桿腔和無桿腔的油路之間，當(dāng)液壓缸有桿腔和無桿腔所連接的油路內(nèi)液體壓力差超過溢流閥所設(shè)上限時，溢流閥導(dǎo)通進行限壓保護。

所述運動控制單元為中心處理器，配有通信接口和人機界面。

本實用新型的方案之一為伺服電機的軸上安裝一個失電制動器，當(dāng)系統(tǒng)故障保護停機或停電時，失電制動器鎖定伺服電機的軸，使液壓泵停止轉(zhuǎn)動，避免液壓缸的推桿及安裝在其上的工件因重力迅速下墜，以保系統(tǒng)設(shè)備安全。

本實用新型的另一個方案，伺服電機為三相永磁同步伺服電機，其三相繞組安裝失電常閉接觸器或失電常閉繼電器，當(dāng)系統(tǒng)故障保護停機或停電時，伺服電機的繞組被短路。當(dāng)液壓缸的推桿及安裝在其上的工件被重力牽引下墜時，液壓油推動兩個液壓泵轉(zhuǎn)動，從而帶動伺服電機轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動，由于伺服電機三相繞組短路而產(chǎn)生阻尼扭力，兩個液壓泵僅能緩慢轉(zhuǎn)動，使液壓缸的推桿及活塞緩慢下滑到機械極限位置，保護系統(tǒng)設(shè)備安全。

本實用新型的另一個方案，液壓缸的有桿腔或無桿腔與液壓泵連接的管路上，安裝一個斷電時自動關(guān)閉的保護閥，當(dāng)系統(tǒng)故障保護停機或停電時，該保護閥自動關(guān)閉，液壓油的流動被阻止，即可防止液壓缸的推桿受安裝在其上的工件的重力牽引而下墜，起到安全保護作用。

本實用新型提出的一種單電機雙泵的伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)運行時伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機，當(dāng)伺服電機正向運轉(zhuǎn)時，其所連接的A液壓泵正向運轉(zhuǎn)，B液壓泵反向轉(zhuǎn)動。A液壓泵向液壓缸的無桿腔內(nèi)提供壓力液體，液壓缸的活塞向有桿腔方向運動，推桿輸出動力；與此同時，液壓缸的有桿腔內(nèi)的液壓油經(jīng)B液壓泵泄出至與A液壓泵進油端連接的管路及儲液/蓄能器；反之，當(dāng)伺服電機反向運轉(zhuǎn)時，B液壓泵正向運轉(zhuǎn)，A液壓泵反向運轉(zhuǎn)，B液壓泵向液壓缸的有桿腔內(nèi)提供壓力液體，液壓缸的活塞向無桿腔方向運動，無桿腔內(nèi)的液壓油經(jīng)A液壓泵泄出至于B液壓泵進油端連接的管路及儲液/蓄能器。由于有桿腔和無桿腔截面積不同造成的兩側(cè)泵油、回油體積不均衡的部分由儲液/蓄能器平衡。由于A、B液壓泵的理論排量正比于液壓缸無桿腔與有桿腔的截面積，當(dāng)液壓缸內(nèi)的活塞移動一定的距離時，其有桿腔的進油量與無桿腔的泄油量分別正比于A、B液壓泵的理論排量，兩泵以同樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動滿足液壓缸進油量與泄油量的需求。當(dāng)液壓缸活塞向無桿腔方向移動時，無桿腔泄出的油量大于有桿腔進入的油量，從液壓缸無桿腔和A液壓泵泄出的液壓油部分經(jīng)B液壓泵泵入液壓缸的有桿腔，剩余部分進入儲液/蓄能器；當(dāng)液壓缸活塞向有桿腔方向移動時，有桿腔泄出的油量小于無桿腔進入的油量，從液壓缸有桿腔和B液壓泵泄出的液壓油全部經(jīng)A液壓泵泵入液壓缸的有桿腔，不足部分油量由儲液/蓄能器提供。

運動控制單元存儲本系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)以及不同控制模式下推桿位移信號與伺服驅(qū)動器控制指令的關(guān)系數(shù)據(jù)，運動控制單元接受人機界面輸入的控制要求，所述控制要求即根據(jù)工作要求設(shè)定液壓缸推桿運動至某時刻所對應(yīng)的速度或者推桿運動達到某位置時對應(yīng)的速度，運動控制單元根據(jù)控制要求和所接收的A、B壓力傳感器反饋信號進行壓力閉環(huán)運算，得到伺服驅(qū)動器運行指令；運動控制單元根據(jù)控制要求和所接收的位移傳感器的推桿當(dāng)前位移信號進行速度、位置閉環(huán)運算，得到伺服驅(qū)動器運行指令。伺服電機及A、B液壓泵在伺服驅(qū)動器的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，并繼而調(diào)節(jié)液壓缸推桿的推力、速度及位置，實現(xiàn)推桿的精確推力控制、速度控制和位置控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型一種單電機雙泵的伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)的有益效果為：1、一臺伺服電機同時驅(qū)動兩臺液壓泵動作，控制液壓缸的動力輸出，實現(xiàn)對直線往復(fù)運動的精確控制；2、伺服電機及伺服驅(qū)動器響應(yīng)頻率和速度控制精度高，故系統(tǒng)可以實現(xiàn)高達十幾至幾十赫茲的響應(yīng)頻率和十幾微米乃至微米級精度的位置控制；3、系統(tǒng)管路中的液壓閥僅為兩個用于液壓保護的溢流閥，不需要其它電磁閥、P/Q閥或伺服閥，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可靠性高。

附圖說明

圖1為本單電機雙泵的伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)識：1、液壓缸；2、A溢流閥(AF)；3、B溢流閥(BF)；4、A壓力傳感器(AP)；5、A液壓泵(AU)；6、伺服電機(M)；7、儲液/蓄能器(CY)；8、伺服驅(qū)動器(S)；9、運動控制單元(YK)；10、B液壓泵(BU)；11、B壓力傳感器(BP)；12、位移傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步說明。

本單電機雙泵的伺服泵控液壓直線驅(qū)動系統(tǒng)實施例如圖1所示，圖中連接各部件之間的實線表示連接各部件的油路管道，虛線表示傳感器的信號線、運動控制單元的控制信號線及伺服驅(qū)動器與伺服電機之間的信號線與電氣動力連接線，連接伺服電機和液壓泵的雙實線表示二者同軸。

液壓缸1的內(nèi)腔分為有桿腔和無桿腔，液壓缸1的無桿腔與A液壓泵5(圖中所示為AU)的出液端連接，液壓缸1的有桿腔與B液壓泵10(圖中所示為BU)的出液端連接。A液壓泵5和B液壓泵10的進液端由管路連接，且同時連接至儲液/蓄能器7(圖中所示為CY)。A液壓泵5和B液壓泵10的理論排量正比于液壓缸1的無桿腔與有桿腔的面積。本例A液壓泵5和B液壓泵10均為正向泵。伺服電機6(圖中所示為M)的前軸伸與A液壓泵5連軸，后軸伸與B液壓泵10連軸。伺服驅(qū)動器8(圖中所示為S)連接控制伺服電機6。運動控制單元9(圖中所示為YK)的控制端連接伺服驅(qū)動器8。安裝于連接液壓缸1無桿腔和A液壓泵5出液端管路上A壓力傳感器4(圖中所示為AP)的信號輸出端以及連接液壓缸1有桿腔和B液壓泵10出液端的管路上安裝的B壓力傳感器11(圖中所示為BP)的信號輸出端均接入運動控制單元9。位移傳感器12安裝于液壓缸1的推桿，其信號輸出端接入運動控制單元9的輸入端。

液壓缸1的有桿腔側(cè)管路與無桿腔側(cè)的管路之間跨接有兩個溢流閥：A溢流閥2(圖中所示為AF)正向跨接，B溢流閥3(圖中所示為BF)反向跨接。當(dāng)液壓缸1有桿腔和無桿腔所連接的油路之間的壓力差超過允許值時，溢流閥導(dǎo)通以保護油路安全。

本例運動控制單元為中心處理器，配有通信接口和人機界面。

為保證異常情況下液壓缸1的推桿不會被負載牽引導(dǎo)致失控，出于安全考慮，本例伺服電機安裝失電制動器(圖中未表達)，當(dāng)系統(tǒng)故障保護停機或停電時，失電制動器鎖定伺服電機的軸。

也可以采用其它保護方案，如：在液壓缸1的連接的管路上，安裝一個斷電時自動關(guān)閉的保護閥，當(dāng)系統(tǒng)故障保護停機或停電時，保護閥能夠關(guān)斷液壓缸的有桿腔側(cè)或無桿腔側(cè)的油路，從而起到保護作用。

或者，當(dāng)伺服電機6為三相永磁同步伺服電機，其三相繞組安裝失電常閉接觸器或失電常閉繼電器，當(dāng)系統(tǒng)故障保護停機或停電時，伺服電機的繞組被失電常閉接觸器或失電常閉繼電器短路，依靠永磁同步電機繞組短路時的制動力來保證系統(tǒng)安全。

上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。