一种内闭环伺服液压马达及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液压控制技术，具体说是一种内闭环的伺服液压马达和一种简单方便的液压马达控制方法。
【背景技术】
[0002]液压马达伺服系统是工程上常用的伺服控制系统，它具有响应速度快、功率/重量比大、负载刚性高和性能价格比高等特点，能实现高精度、高速度和大功率的控制，因此在航空航天、冶金、船舶、机床、动力设备和煤矿机械等工业领域得到了广泛采用。
[0003]液压马达伺服系统的基本类型目前主要有泵控(容积控制)和阀控(节流控制)系统两种。前者通过电液伺服阀控制变量泵斜盘变量机构实现控制进入液压马达的流量，实现液压马达的速度和位置控制；后者则采用伺服阀或比例阀直接控制进入液压马达的流量，实现液压马达的控制。但是，无论是泵控还是阀控，其基本原理是通过控制阀的开度控制流量，而控制信号的调节必须由控制器完成。即控制器接收指令信号，把其与传感器反馈的信号进行控制运算，根据反馈信号与指令信号的接近程度调节伺服阀的输入，从而控制液压马达的速度、位置和方向。
[0004]液压马达伺服控制系统最关键的环节为控制器，要把指令信号与反馈信号通过一定的控制算法(PID或其它算法)处理后控制电液伺服阀，因为控制算法必须从事自动控制的人员才能掌握，许多从事液压的技术人员并不具备自动控制的知识。在搭建液压系统的同时还要构件一套自动控制系统，开发控制程序，因此，一套液压马达伺服控制系统必须由既懂液压又懂控制的专业人员开发，一般用户很难自行开发液压马达伺服控制系统，使得液压马达伺服控制系统的开发周期长、成本高，从而严重制约了其应用。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是从另一条思路解决该问题，提供一种能够省略电子控制系统的内闭环伺服液压马达。
[0006]所述内闭环伺服液压马达，其特征在于:包括液压马达(7)、复用配油轴(5)、配油套(4)和控制电机⑴；
[0007]所述液压马达(7)的转轴⑶通过十字接头(6)连接圆柱形的复用配油轴(5)，所述复用配油轴嵌套于配油套(4)内；
[0008]所述复用配油轴(5)既作为液压马达的配油轴又是液压阀的阀体，其中心开设有柱形的空腔，空腔的内壁垂直于轴向开设有环形槽，空腔内设有阀芯(3)，所述阀芯(3)的凸沿宽度与所述复用配油轴(5)内环形槽的宽度相适应，所述环形槽与阀芯(3)构成三位四通阀，所述配油套(4)内开设有由所述环形槽与所述复用配油轴构成的配油盘，以及连通到外壁的油路；
[0009]所述阀芯的一端与所述复用配油轴(5)螺纹连接，阀芯的另一端通过转换器(2)与控制电机⑴的输出转轴连接。
[0010]进一步地，所述配油套(4)在其外壁的油路开口分别为连接压力油路的P 口、连接回油油路的T 口、连接负载油路的A 口和B 口，油路接口对应所述环形槽的位置分配为:设有5道环形槽，中间环形槽对应P 口油路，两端环形槽对应连通T 口油路，T 口与P 口对应的环形槽t和环形槽P之间分别为A 口和B 口对应的环形槽a和环形槽b，所述阀芯设有两道凸沿，使所述阀芯与所述复用配油轴构成一个三位四通换向阀。
[0011]所述液压马达为曲轴连杆式径向柱塞液压马达，也可为柱塞式液压马达、叶片式液压马达、齿轮式液压马达、螺杆式液压马达、摆线式液压马达等液压马达。
[0012]一种实施例为，所述液压马达(7)使用曲轴连杆式径向柱塞液压马达，所述配油套(4)的A 口或B 口设有相互连通的多个，数量与液压马达的正向油缸接口相配且——对应连通，配油套(4)的B 口或A 口设有相互连通的多个，数量与液压马达的反向油缸接口相配且一一对应连通，所述配油套的A 口和B 口连通到配油套的内壁对应复用配油轴的环形槽a和环形槽b的环形位置上均匀分布，使所述复用配油轴的a 口和b 口在旋转过程中对应切换配油套的A 口或B 口。。
[0013]进一步地，所述控制电机为步进电机。
[0014]一种如上所述的内闭环伺服液压马达的控制方法，在准备状态下，所述阀芯(3)的两道凸沿(11)分别对位所述复用配油轴(5)的环形槽a和环形槽b，使各口油路均不连通，配油套(4)的A 口与B 口分别连接所述液压马达(7)的油路输入与输出口 ；
[0015]操作所述控制电机(I)令其输出轴通过所述转换器(2)带动所述阀芯(3)按照指定速度和方向旋转，所述阀芯与所述转换器和螺纹副配合产生预定方向的正轴向移动，使P口与A 口或B 口之一开始连通，液压马达驱动所述转轴(8)旋转并带动所述十字接头(6)和所述复用配油轴(5)同步旋转，设定配油套的A 口和B 口与液压马达的输入输出口的连接，使所述十字接头(6)的旋转对所述阀芯产生负轴向移动的反向控制，对所述P 口的油路开度实现负反馈调节；
[0016]设定所述控制电机⑴的输出转速为V，仅使用该带复用配油轴和配油套的液压马达，使所述液压马达的转轴(8)输出转速跟随为V，转动方向与设定方向一一对应。
[0017]一种实施例为，使用步距角为Θ的步进电机作为控制电机(I)，所述液压马达的连续恒定输出转速为R，则连续给定步进电机恒定的脉冲序列满足下式:P = 360*R/ Θ，其中P表示步进电机的给定脉冲频率，由设定步进电机不同方向的脉冲序列决定输出转向；
[0018]使用步距角为Θ的步进电机作为控制电机(I)，所述液压马达的输出转角为Φ，则给定步进电机的脉冲个数为:[Φ / Θ ]，运算符“[]”表示取整。
[0019]通过改变所述阀芯(3)与所述复用配油轴(5)螺纹副的螺距或螺纹头数，改变反馈调节的灵敏度。
[0020]本发明使用简洁的结构，无需复杂的电子电路、传感器和程序控制，即可实现现有技术中复杂的位置闭环和速度闭环调节，给目标液压马达的小功率的指令电机发出指令脉冲后，即可使液压马达输出大功率的动力，且可实现速度、转向、和位置控制，有较快的响应速度和高的可靠性，实现极低的故障率的同时大幅降低了系统的开发、调试时间和费用。
[0021]本发明的主要优点体现在以下方面:
[0022]1、可靠性高、响应快
[0023]由于省去了控制器环节，系统的集成度高，从而提高了可靠性和可维护性。同样由于环节少了，无需经过传感器响应和电子系统控制，使系统的响应速度提高。
[0024]2、便于液压技术人员使用，无需电控系统的开发
[0025]所有自动控制环节在液压伺服马达内自行完成，不需要控制算法和调节，便于液压伺服控制系统的普及。
[0026]3、性能稳定、调试方便
[0027]使用的是数字脉冲信号，数字信号因为是高低电平，抗干扰能力很强，信号稳定。同时由于液压马达的位置和速度与脉冲的数量和频率对应的，调试好了不会改变对应关系，可以离线调试好了直接使用，基本不用在线调试。
【附图说明】
[0028]图1是本发明结构示意图，
[0029]图2是本发明油路连接和运转示意图。
[0030]图中一控制电机，2—转换器，3 —阀芯，4一配油套，5—复用配油轴，6—十字接头，7—液压马达，8—转轴，9—油缸口，10—环形槽，11—凸沿。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和五缸柱塞式液压马达为例对本发明进一步说明:如图1、2中所示，所述内闭环伺服液压马达，包括液压马达7、复用配油轴5、配油套4和作为控制电机I的步进电机。实际上，整个伺服系统无需传感器环节和运算控制系统即可自行实现完整的负反馈闭环调节。
[0032]如图1，所述液压马达7的转轴8通过十字接头6连接圆柱形的复用配油轴5，所述复用配油轴嵌套于配油套4内；所述十字接头6与所述转轴8紧固连接，所述复用配油轴5的中心开设有柱形的空腔，空腔的内壁垂直于轴向开设有5道环形槽10，所述空腔内设有柱形的阀芯3，所述阀芯的一端与复用配油轴螺纹连接，阀芯的另一端通过转换器2与控制电机I的输出转轴连接，所述阀芯与所述转换器之间可轴向滑移，所述阀芯的侧壁设有与所述空腔的内壁接触的2道环形的凸沿11，所述凸沿的宽度与所述环形槽的宽度相适应。
[0033]所述配油套4在其外壁的油路开口分别为连接压力油路的P 口、连接回油油路的T口、连接负载油路的A 口和B 口，油路接口对应所述环形槽的位置分配为:设有5道环形槽，中间环形槽对应P 口油路，两端环形槽对应连通T 口油路，T 口与P 口对应的环形槽t和环形槽P之间分别为A 口和B 口对应的环形槽a和环形槽b，所述阀芯设有两道与所述空腔的内壁接触的凸沿，凸沿的宽度与不小于环形槽的宽度，使所述阀芯与所述复用配油轴构成一个三位四通滑阀。在复位状态下，2道环形的凸沿11对应环形槽a和环形槽b，使各接口油路均被封堵。
[0034]所述配油套4的A 口如图2中的状态所示，设有相互连通的3个，B 口设有2个，分别连通到液压马达的对应油缸接口，所述配油套的A 口和B 口连通到配油套的内壁对应复用配油轴的环形槽a和环形槽b的环形位置上均匀分布，使所述复用配油轴的a 口和b 口在复用配油轴5的旋转过程中对应切换配油套的A 口或B 口。
[0035]当控制电机I转动时，带动阀芯3转动，阀芯3在复用配油轴的螺纹副作用下产生轴向移动，从而使P 口油路与A 口或B 口开始连通，由于A 口与B 口均连通到液压马达7的油缸，使得阀芯3的移动位置决定了油路的开度和相应的给液压马达的供油流量，因此也决定了液压马达的转速，阀芯3的移动方向决定了液压马达的输出轴转向。此外，液压马达的闭环控制体现在，液压马达的转动通过与转轴8连接的十字接头6反馈到阀芯3上，通过对A 口或B 口对应液压马达油缸缸体孔的设置，使阀芯产生反向移动的趋势，形成对液压马达的转速和位置控制的负反馈。
[0036]阀芯的阀瓣设有对称的四个，一种暂态位置是:中