一种单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统的制作方法

本实用新型涉及液压传动控制装置，具体为一种单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统，本实用新型采用一台伺服电机驱动两台油泵，进而控制液压缸的动力输出，实现对直线往复运动的控制。

背景技术：

通过液压缸控制直线运动和动力输出是一种常用机械结构，传统的液压直线驱动系统是电机驱动液压泵连续运转，由各种阀组、传感器和管路构成的油路控制液压油的流向、流速、压力，并继而实现液压缸的驱动。当需要控制液压缸的移动速度时，需要比例方向阀或比例方向伺服阀调节进入液压缸的液体速率；当需要控制液压缸的推动力时，需要控制溢流阀的溢流压强或者根据压力传感器的反馈并通过比例压力阀或比例压力伺服阀来控制进入液压缸的液体压强，由此控制液压缸的推力。

此类传统的液压直线驱动系统存在以下几点不足：1、驱动液压泵电机必须连续不间断运行，即使在液压缸运动无需进行调节控制时，电机也不能停机，不断从油箱泵出的液压油又通过阀组返回油箱，浪费了电能。尤其是当液压缸输出推力、但活塞位移极小或位移速度很低时，高压节流抬升了电机的功率消耗，浪费电能；2、浪费的电能变成热能，导致油温上升，使油路密封件加速老化，故障率上升；3、当液压油在液压缸的有杆腔和无杆腔之间往复流动时，需要控制各种阀门动作，不断产生溢流、充液动作，加大了系统损耗，阀门的故障率也比较高；4、在快速、精密控制时，需要采用P/Q阀(压力流量控制阀)或伺服阀参与控制，特别是伺服阀价格昂贵，维修困难，导致系统设备的购置和使用维护成本大幅增加；5、由于各种阀门的机械动作需要较长的时间来完成，导致油路的各种动作切换不可能进一步提速，直接影响设备的工作节拍。

专利201521053147.3《一种伺服泵控液压直线驱动系统》描述了一种采用两台电机分别驱动两台液压泵，并进而驱动液压缸实现高精密、高频响直线往复运动控制的方案。该方案虽然解决了传统液压直线运动机构的上述问题，但由于涉及到两套伺服驱动系统的协调动作，因此其实现的技术难度较高，系统的经济性也不理想。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统及控制方法。A、B两台液压泵的理论排量正比于液压缸的无杆腔和有杆腔截面积，A、B液压泵的出液端分别接入液压缸的无杆腔和有杆腔。A、B液压泵均为正向泵，伺服电机前轴伸与A液压泵连轴，后轴伸与B液压泵联轴。与运动控制单元连接的伺服驱动器驱动伺服电机运转，安装于液压缸的无杆腔和有杆腔油路上的A、B两只压力传感器的信号分别接入运动控制单元，安装于液压缸推杆的位移传感器的信号端连接运动控制单元。伺服驱动器控制伺服电机驱动A和B液压泵。当伺服电机正转时，A液压泵正向运转泵油，B液压泵反向运转泄油；当伺服电机反转时，A液压泵反向运转泄油，B液压泵正向运转泵油。运动控制单元根据推杆运动位置和速度控制要求和推杆的当前位移信号，运算得到伺服驱动器的控制指令，并发送到伺服驱动器，实现液压缸推杆的高速、精密的往复运动，

本实用新型设计的一种单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统，包括一个液压缸、两台液压泵、伺服电机、伺服驱动器以及运动控制单元，活塞连接推杆，并将液压缸内腔分为有杆腔和无杆腔，液压缸的无杆腔与A液压泵的出液端连接，液压缸的有杆腔与B液压泵的出液端连接。本实用新型A液压泵和B液压泵的进液端互相连接，且在该段油路还连接有储液/蓄能器。A、B两台液压泵的理论排量正比于液压缸的无杆腔和有杆腔截面积。A、B液压泵均为正向泵，一台伺服电机前轴伸与A液压泵连轴，后轴伸与B液压泵联轴；或者A液压泵为正向泵，B液压泵为反向泵，A、B液压泵与一台伺服电机同一端的轴伸联轴。一台伺服驱动器连接控制所述伺服电机。运动控制单元的控制端连接所述伺服驱动器。连接液压缸无杆腔和A液压泵出液端管路上安装A压力传感器，连接液压缸有杆腔和B液压泵出液端管路上安装B压力传感器，A、B压力传感器的信号输出端接入运动控制单元。位移传感器安装于液压缸推杆，其信号输出端接入运动控制单元的输入端。

A溢流阀正向跨接于连接液压缸有杆腔和无杆腔的油路之间，B溢流阀反向跨接于连接液压缸有杆腔和无杆腔的油路之间，当液压缸有杆腔和无杆腔所连接的油路内液体压力差超过溢流阀所设上限时，溢流阀导通进行限压保护。

所述运动控制单元为中心处理器，配有通信接口和人机界面。

本实用新型的方案之一为伺服电机的轴上安装一个失电制动器，当系统故障保护停机或停电时，失电制动器锁定伺服电机的轴，使液压泵停止转动，避免液压缸的推杆及安装在其上的工件因重力迅速下坠，以保系统设备安全。

本实用新型的另一个方案，伺服电机为三相永磁同步伺服电机，其三相绕组安装失电常闭接触器或失电常闭继电器，当系统故障保护停机或停电时，伺服电机的绕组被短路。当液压缸的推杆及安装在其上的工件被重力牵引下坠时，液压油推动两个液压泵转动，从而带动伺服电机转子反向转动，由于伺服电机三相绕组短路而产生阻尼扭力，两个液压泵仅能缓慢转动，使液压缸的推杆及活塞缓慢下滑到机械极限位置，保护系统设备安全。

本实用新型的另一个方案，液压缸的有杆腔或无杆腔与液压泵连接的管路上，安装一个断电时自动关闭的保护阀，当系统故障保护停机或停电时，该保护阀自动关闭，液压油的流动被阻止，即可防止液压缸的推杆受安装在其上的工件的重力牵引而下坠，起到安全保护作用。

本实用新型提出的一种单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统运行时伺服驱动器驱动伺服电机，当伺服电机正向运转时，其所连接的A液压泵正向运转，B液压泵反向转动。A液压泵向液压缸的无杆腔内提供压力液体，液压缸的活塞向有杆腔方向运动，推杆输出动力；与此同时，液压缸的有杆腔内的液压油经B液压泵泄出至与A液压泵进油端连接的管路及储液/蓄能器；反之，当伺服电机反向运转时，B液压泵正向运转，A液压泵反向运转，B液压泵向液压缸的有杆腔内提供压力液体，液压缸的活塞向无杆腔方向运动，无杆腔内的液压油经A液压泵泄出至于B液压泵进油端连接的管路及储液/蓄能器。由于有杆腔和无杆腔截面积不同造成的两侧泵油、回油体积不均衡的部分由储液/蓄能器平衡。由于A、B液压泵的理论排量正比于液压缸无杆腔与有杆腔的截面积，当液压缸内的活塞移动一定的距离时，其有杆腔的进油量与无杆腔的泄油量分别正比于A、B液压泵的理论排量，两泵以同样的转速转动满足液压缸进油量与泄油量的需求。当液压缸活塞向无杆腔方向移动时，无杆腔泄出的油量大于有杆腔进入的油量，从液压缸无杆腔和A液压泵泄出的液压油部分经B液压泵泵入液压缸的有杆腔，剩余部分进入储液/蓄能器；当液压缸活塞向有杆腔方向移动时，有杆腔泄出的油量小于无杆腔进入的油量，从液压缸有杆腔和B液压泵泄出的液压油全部经A液压泵泵入液压缸的有杆腔，不足部分油量由储液/蓄能器提供。

运动控制单元存储本系统的工艺数据以及不同控制模式下推杆位移信号与伺服驱动器控制指令的关系数据，运动控制单元接受人机界面输入的控制要求，所述控制要求即根据工作要求设定液压缸推杆运动至某时刻所对应的速度或者推杆运动达到某位置时对应的速度，运动控制单元根据控制要求和所接收的A、B压力传感器反馈信号进行压力闭环运算，得到伺服驱动器运行指令；运动控制单元根据控制要求和所接收的位移传感器的推杆当前位移信号进行速度、位置闭环运算，得到伺服驱动器运行指令。伺服电机及A、B液压泵在伺服驱动器的驱动下转动，并继而调节液压缸推杆的推力、速度及位置，实现推杆的精确推力控制、速度控制和位置控制。

与现有技术相比，本实用新型一种单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统的有益效果为：1、一台伺服电机同时驱动两台液压泵动作，控制液压缸的动力输出，实现对直线往复运动的精确控制；2、伺服电机及伺服驱动器响应频率和速度控制精度高，故系统可以实现高达十几至几十赫兹的响应频率和十几微米乃至微米级精度的位置控制；3、系统管路中的液压阀仅为两个用于液压保护的溢流阀，不需要其它电磁阀、P/Q阀或伺服阀，系统结构简单，成本低廉，可靠性高。

附图说明

图1为本单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统实施例结构示意图。

图中标识：1、液压缸；2、A溢流阀(AF)；3、B溢流阀(BF)；4、A压力传感器(AP)；5、A液压泵(AU)；6、伺服电机(M)；7、储液/蓄能器(CY)；8、伺服驱动器(S)；9、运动控制单元(YK)；10、B液压泵(BU)；11、B压力传感器(BP)；12、位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本单电机双泵的伺服泵控液压直线驱动系统实施例如图1所示，图中连接各部件之间的实线表示连接各部件的油路管道，虚线表示传感器的信号线、运动控制单元的控制信号线及伺服驱动器与伺服电机之间的信号线与电气动力连接线，连接伺服电机和液压泵的双实线表示二者同轴。

液压缸1的内腔分为有杆腔和无杆腔，液压缸1的无杆腔与A液压泵5(图中所示为AU)的出液端连接，液压缸1的有杆腔与B液压泵10(图中所示为BU)的出液端连接。A液压泵5和B液压泵10的进液端由管路连接，且同时连接至储液/蓄能器7(图中所示为CY)。A液压泵5和B液压泵10的理论排量正比于液压缸1的无杆腔与有杆腔的面积。本例A液压泵5和B液压泵10均为正向泵。伺服电机6(图中所示为M)的前轴伸与A液压泵5连轴，后轴伸与B液压泵10连轴。伺服驱动器8(图中所示为S)连接控制伺服电机6。运动控制单元9(图中所示为YK)的控制端连接伺服驱动器8。安装于连接液压缸1无杆腔和A液压泵5出液端管路上A压力传感器4(图中所示为AP)的信号输出端以及连接液压缸1有杆腔和B液压泵10出液端的管路上安装的B压力传感器11(图中所示为BP)的信号输出端均接入运动控制单元9。位移传感器12安装于液压缸1的推杆，其信号输出端接入运动控制单元9的输入端。

液压缸1的有杆腔侧管路与无杆腔侧的管路之间跨接有两个溢流阀：A溢流阀2(图中所示为AF)正向跨接，B溢流阀3(图中所示为BF)反向跨接。当液压缸1有杆腔和无杆腔所连接的油路之间的压力差超过允许值时，溢流阀导通以保护油路安全。

本例运动控制单元为中心处理器，配有通信接口和人机界面。

为保证异常情况下液压缸1的推杆不会被负载牵引导致失控，出于安全考虑，本例伺服电机安装失电制动器(图中未表达)，当系统故障保护停机或停电时，失电制动器锁定伺服电机的轴。

也可以采用其它保护方案，如：在液压缸1的连接的管路上，安装一个断电时自动关闭的保护阀，当系统故障保护停机或停电时，保护阀能够关断液压缸的有杆腔侧或无杆腔侧的油路，从而起到保护作用。

或者，当伺服电机6为三相永磁同步伺服电机，其三相绕组安装失电常闭接触器或失电常闭继电器，当系统故障保护停机或停电时，伺服电机的绕组被失电常闭接触器或失电常闭继电器短路，依靠永磁同步电机绕组短路时的制动力来保证系统安全。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。