本實(shí)用新型涉及液壓精密傳動控制裝置，具體為一種伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)，本實(shí)用新型采用伺服電機(jī)驅(qū)動兩臺單向泵或者一臺雙向泵，進(jìn)而控制液壓馬達(dá)的動力輸出，實(shí)現(xiàn)高精度高頻響的回轉(zhuǎn)運(yùn)動控制。

背景技術(shù)：

通過液壓馬達(dá)控制回轉(zhuǎn)運(yùn)動和動力輸出是一種常用的動力結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)是電機(jī)驅(qū)動液壓泵連續(xù)運(yùn)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，驅(qū)動液壓馬達(dá)，并繼而實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)對外輸出扭矩和轉(zhuǎn)動速度的控制。傳統(tǒng)的泵控系統(tǒng)中當(dāng)需要控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動速度時(shí)，需要比例方向閥或比例方向伺服閥調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓馬達(dá)的液體流速；當(dāng)需要控制液壓馬達(dá)的輸出扭矩時(shí)，需要控制溢流閥的溢流壓強(qiáng)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(jìn)入液壓馬達(dá)的液體壓強(qiáng)，由此控制液壓馬達(dá)的輸出扭矩。

此類傳統(tǒng)的液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)不足：1、驅(qū)動液壓泵電機(jī)必須連續(xù)不間斷運(yùn)行，即使在液壓馬達(dá)短時(shí)停止運(yùn)動、無需進(jìn)行調(diào)節(jié)控制時(shí)，電機(jī)也不能停機(jī)，不斷從油箱泵出和液壓油又通過閥組返回油箱，浪費(fèi)了電能。尤其是當(dāng)液壓馬達(dá)輸出扭矩、但旋轉(zhuǎn)停止或轉(zhuǎn)速較低時(shí)，高壓節(jié)流抬升了電機(jī)的功率消耗，浪費(fèi)電能；2、浪費(fèi)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)液壓油在液壓馬達(dá)進(jìn)油口、出油口之間往復(fù)流動時(shí)，需要控制各種閥門動作，不斷產(chǎn)生節(jié)流動作，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(shí)，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(jià)格昂貴，維修困難，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備的購置和使用維護(hù)成本大幅增加；5、由于各種閥門的機(jī)械動作需要一段較長的時(shí)間才能完成，導(dǎo)致油路的各種動作切換難以進(jìn)一步提速，直接影響設(shè)備的工作節(jié)拍；6、對于精密控制和高速響應(yīng)的場合，即使使用了高性能的伺服閥參與控制，但由于伺服閥固有的死區(qū)特性和非線性特性，難以對液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)更高精度更高頻響的伺服控制；7、傳統(tǒng)的油路難以做到密閉油路，油路的可靠性難以保障，且液壓油的使用量也比較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)。A、B液壓泵的出液端分別接入液壓馬達(dá)的兩個(gè)進(jìn)油口，伺服電機(jī)的前后軸伸分別與A、B液壓泵連軸，伺服驅(qū)動器控制伺服電機(jī)，安裝于液壓馬達(dá)的兩進(jìn)油口油路上的A、B壓力傳感器的信號分別接入運(yùn)動控制單元，安裝于液壓馬達(dá)軸上的角位移傳感器的信號連接至運(yùn)動控制單元。A、B兩臺油泵的進(jìn)液端相互連接。運(yùn)動控制單元配有人機(jī)界面和通信接口，接收對液壓馬達(dá)的運(yùn)動控制指令。伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機(jī)并帶動A、B液壓泵，運(yùn)動控制單元根據(jù)角位移傳感器和A、B壓力傳感器信號，經(jīng)伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)和液壓泵，實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的高精度、高頻響的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動控制。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)、液壓泵、伺服電機(jī)和運(yùn)動控制單元。本實(shí)用新型的液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)包括A、B兩臺液壓泵，A液壓泵的出液端經(jīng)管路連接液壓馬達(dá)的正向進(jìn)油口,B液壓泵的出液端經(jīng)管路連接液壓馬達(dá)的反向進(jìn)油口,A、B液壓泵均為正向泵，伺服電機(jī)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液壓泵與伺服電機(jī)的同一端的軸伸聯(lián)軸；伺服驅(qū)動器連接并控制伺服電機(jī)，當(dāng)伺服電機(jī)正向轉(zhuǎn)動時(shí)，A液壓泵向液壓馬達(dá)泵入液壓油，同時(shí)B液壓泵為液壓馬達(dá)泄油，液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)；當(dāng)伺服電機(jī)反向轉(zhuǎn)動時(shí)，B液壓泵向液壓馬達(dá)泵入液壓油，同時(shí)A液壓泵為液壓馬達(dá)泄油，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)。

A液壓泵與B液壓泵排量相等，A液壓泵和B液壓泵的進(jìn)液端互相連接。當(dāng)A液壓泵正向旋轉(zhuǎn)、B液壓泵反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，A液壓泵的進(jìn)液端吸入的液壓油即為B液壓泵進(jìn)液端泄出的液壓油。反之，當(dāng)B液壓泵正向旋轉(zhuǎn)、A液壓泵反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，B液壓泵的進(jìn)液端吸入的液壓油恰好是A液壓泵進(jìn)液端泄出的液壓油。

連接液壓馬達(dá)正向進(jìn)油口和A液壓泵出液端的管路上安裝有A壓力傳感器，連接液壓馬達(dá)反向進(jìn)油口和B液壓泵出液端的管路上安裝有B壓力傳感器，兩個(gè)壓力傳感器信號輸出端均接入運(yùn)動控制單元，用于對液壓馬達(dá)的兩端油壓實(shí)施反饋控制。

液壓馬達(dá)輸出軸上安裝有角位移傳感器，角位移傳感器的信號輸出端接入運(yùn)動控制單元，用于對液壓馬達(dá)的輸出軸位置、速度實(shí)施反饋控制。

運(yùn)動控制單元配有通信接口和人機(jī)界面，用于接收對液壓馬達(dá)的運(yùn)動控制指令。

運(yùn)動控制單元的控制端連接伺服驅(qū)動器，運(yùn)動控制單元根據(jù)人機(jī)界面設(shè)置的運(yùn)動控制要求或者根據(jù)通信接口送入的運(yùn)動控制要求產(chǎn)生伺服驅(qū)動器的控制指令，伺服驅(qū)動器控制伺服電機(jī)，從而控制A、B液壓泵及液壓馬達(dá)。

A液壓泵和B液壓泵的進(jìn)液端互相連接的油路連接有儲液/蓄能器。儲液/蓄能器儲有液壓油，儲液/蓄能器內(nèi)部壓力小于本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)油路最大設(shè)計(jì)壓力，但大于系統(tǒng)靜態(tài)時(shí)，即不工作時(shí)的油路壓力，當(dāng)兩個(gè)液壓泵因?yàn)閴毫Σ煌⑴帕坑猩倭坎町惗鴮?dǎo)致抽油與泄油量不相等時(shí)，儲液/蓄能器吸納或補(bǔ)償。當(dāng)密閉油路因泄漏或揮發(fā)而油量減少時(shí)，儲液/蓄能器補(bǔ)充液壓油。

或者，所述A液壓泵和B液壓泵的進(jìn)液端互相連接的油路連接有補(bǔ)油閥或補(bǔ)油口，當(dāng)密閉油路因泄漏或揮發(fā)而油量減少時(shí)，由補(bǔ)油閥或補(bǔ)油口補(bǔ)充液壓油。

A溢流閥正向跨接于連接液壓馬達(dá)正向進(jìn)油口和反向進(jìn)油口的油路上，當(dāng)液壓馬達(dá)正向進(jìn)油口油壓與反向進(jìn)油口油壓之差大于A溢流閥的溢流壓力時(shí)，A溢流閥溢流泄壓。

B溢流閥反向跨接于連接液壓馬達(dá)正向進(jìn)油口和反向進(jìn)油口的油路上，當(dāng)液壓馬達(dá)反向進(jìn)油口油壓與正向進(jìn)油口油壓之差大于B溢流閥的溢流壓力時(shí)，B溢流閥溢流泄壓。

本實(shí)用新型的另一個(gè)方案為所述A、B液壓泵換為一個(gè)雙向泵，直接安裝于伺服電機(jī)的一端的軸伸上，雙向泵有A向出油口和B向出油口，分別連接液壓馬達(dá)的正向進(jìn)油口和反向進(jìn)油口。當(dāng)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，雙向泵的A向出油口輸出液壓油而B向出油口吸入液壓油，當(dāng)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，B向出油口輸出液壓油而A向出油口吸入液壓油。

本實(shí)用新型提出的一種伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)伺服電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，其所連接的A液壓泵正向運(yùn)轉(zhuǎn)，A液壓泵向液壓馬達(dá)的正向進(jìn)油口提供液壓油，液壓馬達(dá)正向旋轉(zhuǎn)輸出動力；與此同時(shí)，伺服電機(jī)所連接的B液壓泵反向運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)的反向進(jìn)油口流出的液壓油經(jīng)B液壓泵泄出，進(jìn)入A液壓泵的吸油口。反之，當(dāng)伺服電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，其所連接的B液壓泵正向運(yùn)轉(zhuǎn)，B液壓泵向液壓馬達(dá)的反向進(jìn)油口提供液壓油，液壓馬達(dá)反向旋轉(zhuǎn)輸出動力；與此同時(shí)，伺服電機(jī)所連接的A液壓泵反向運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)的正向進(jìn)油口流出的液壓油經(jīng)A液壓泵泄出，進(jìn)入B液壓泵的吸油口。

運(yùn)動控制單元接收人機(jī)界面或通信接口輸入的對液壓馬達(dá)的控制要求，所述控制要求包括液壓馬達(dá)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速和位置的設(shè)定以及運(yùn)動控制模式的設(shè)定，運(yùn)動控制單元根據(jù)輸入的控制要求和所接收的角位移傳感器的當(dāng)前位移信號，得到伺服驅(qū)動器的運(yùn)行模式指令以及速度設(shè)定指令和壓力設(shè)定指令，發(fā)送給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器調(diào)節(jié)控制伺服電機(jī)和液壓泵的轉(zhuǎn)動，并繼而調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)輸出軸的位置、速度及輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)對液壓馬達(dá)高精度的運(yùn)動控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提出的一種伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)的有益效果為：1、伺服電機(jī)驅(qū)動兩個(gè)液壓泵，按馬達(dá)轉(zhuǎn)軸位置、速度閉環(huán)模式和液壓馬達(dá)扭矩半閉環(huán)模式控制液壓馬達(dá)的動力輸出，實(shí)現(xiàn)對液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的精確控制；2、伺服電機(jī)及伺服驅(qū)動器響應(yīng)頻率高，故系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)十幾至幾十赫茲的響應(yīng)頻帶；3、根據(jù)角位移傳感器的匹配精度，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)最高達(dá)角秒級精度的位置控制；4、系統(tǒng)管路中的液壓閥僅為兩個(gè)用于液壓保護(hù)的溢流閥，不需要電磁閥、P/Q閥或伺服閥，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可靠性高；5、本系統(tǒng)油路密閉，油路的可靠性高；6、可在伺服電機(jī)、液壓泵配置固定的情況下，通過簡單地改變液壓馬達(dá)的排量就可以實(shí)現(xiàn)寬范圍的變速比調(diào)整。

附圖說明

圖1為本伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)識：1、液壓馬達(dá)；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(jī)(M)；7、儲液/蓄能器；8、伺服驅(qū)動器(S)；9、運(yùn)動控制單元(YK)；10、B液壓泵(BU)；11、B壓力傳感器(BP)；12、角位移傳感器；35、雙向液壓泵(DU)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施例1

本伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施例1如圖1所示，圖中連接各部件之間的粗實(shí)線表示各部件之間的油路管道，細(xì)實(shí)線表示各電氣部件之間的電氣連接，虛線表示角位移傳感器與液壓馬達(dá)之間的聯(lián)軸，雙實(shí)線表示伺服電機(jī)的軸伸與A、B液壓泵之間的聯(lián)軸。

A液壓泵5(圖中所示為AU)及B液壓泵10(圖中所示為BU)均為正向泵，且排量相等，分別與伺服電機(jī)6(圖中所示為M)的前軸伸和后軸伸聯(lián)軸。A液壓泵5的出液端經(jīng)管路連接液壓馬達(dá)1的正向進(jìn)油口,B液壓泵10的出液端經(jīng)管路連接液壓馬達(dá)1的反向進(jìn)油口。A溢流閥2(圖中所示為AF)正向跨接于液壓馬達(dá)1正向進(jìn)油口和反向進(jìn)油口的油路上，B溢流閥3(圖中所示為BF)反向跨接于液壓馬達(dá)1正、反向進(jìn)油口的油路上。管路連接A液壓泵5和B液壓泵10的進(jìn)液端，并且該管路同時(shí)連接儲液/蓄能器7(圖中所示為CY)。儲液/蓄能器7儲有的液壓油，儲液/蓄能器7內(nèi)部壓力小于本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的油路最大設(shè)計(jì)壓力，但大于系統(tǒng)靜態(tài)時(shí)的油路壓力。當(dāng)A、B液壓泵5、10因?yàn)閴毫Σ煌?、排量有少量差異而?dǎo)致抽油與泄油量不相等時(shí)，儲液/蓄能器7吸納多余的油或補(bǔ)償不足的油。當(dāng)密閉油路因泄漏或揮發(fā)而油量減少時(shí)，儲液/蓄能器7也補(bǔ)充液壓油。連接液壓馬達(dá)1正向進(jìn)油口和A液壓泵5出液端的管路上安裝有A壓力傳感器4(圖中所示為AP)，連接液壓馬達(dá)1反向進(jìn)油口和B液壓泵10出液端的管路上安裝有B壓力傳感器11(圖中所示為BP)，兩個(gè)壓力傳感器4、11的信號線連接至運(yùn)動控制單元9(圖中所示為YK)。角位移傳感器12安裝于液壓馬達(dá)1的輸出軸上，其信號接入運(yùn)動控制單元9。

運(yùn)動控制單元9配有通信接口和人機(jī)界面。運(yùn)動控制單元9的控制端連接伺服驅(qū)動器8(圖中所示為S)。

伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施例2

本實(shí)施例2如圖2所示，A液壓泵5為正向泵，B液壓泵10為反向泵，同安裝于伺服電機(jī)6的前軸伸上。連接A液壓泵5與B液壓泵10的油路上還連接有儲液/蓄能器7，本實(shí)施例2的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。

伺服泵控液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施例3

本實(shí)施例3如圖3所示，雙向泵35(圖中所示為DU)代替實(shí)施例1中的A液壓泵5為和B液壓泵10，雙向泵35有A向出油口和B向出油口，分別連接液壓馬達(dá)1的正向進(jìn)油口和反向進(jìn)油口。當(dāng)伺服電機(jī)6正轉(zhuǎn)時(shí)，雙向泵35的A向出油口輸出液壓油而B向出油口吸入液壓油，當(dāng)伺服電機(jī)6反轉(zhuǎn)時(shí)，B向出油口輸出液壓油而A向出油口吸入液壓油。本例在雙向泵35的A向出油口和B向出油口相互連接的油路上安裝補(bǔ)油閥或者補(bǔ)油口，在油路漏油時(shí)由補(bǔ)油閥或者補(bǔ)油口向油路補(bǔ)充液壓油。本實(shí)施例3的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。

上述實(shí)施例，僅為對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本實(shí)用新型并非限定于此。凡在本實(shí)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(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。