CN105156368A - 一种液动执行器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液动执行器系统，包括控制单元、液动执行器和电气单元，控制单元包括至少一个包含有油泵、交流伺服电机、第一油箱和蓄能器的直驱式容积控制回路；交流伺服电机连接油泵，油泵包括第一油口和第二油口，第一油口经第二液控单向阀、第二电磁换向阀分别连接蓄能器和液动执行器的第一工作腔；第二油口经第二液控单向阀连接液动执行器的第二工作腔；第一油口和第二油口分别经第一液控单向阀连接第一油箱；蓄电池分别经第一快速开关电磁阀连接第一工作腔和第二工作腔；第二工作腔经第二快速开关电磁阀连接第二油箱；第一油箱和第二油箱之间均连通；电气单元用于控制液动执行器系统的运行。该系统成本低、耗能少、控制快速、高效。
Description
技术领域
本发明属于流体控制领域，尤其是涉及一种液动执行器系统。
背景技术
液动执行器理论上来说是一种液压缸，液动执行器作为在阀门驱动中的主要执行部件，主要功能是通过液压回路中流量或压力的变化实时地控制液动执行器中活塞的动作，从而控制阀门的开启、闭合或是开度大小，因此在工业生产、石油开采、轮船制造中都具有很重要的运用。
传统的液动执行器液压系统主要是采用阀控式电液伺服系统，如图1采用的由外部供油的电液伺服阀11，电液伺服阀11的进油口P和回油口T分别连接外部油源，两个控制油口分别连接活塞式液动执行器12的两个工作腔中；运行时输入阀位指令信号，将液动执行器12的阀位反馈信号LVDT经过调节器TD转为电信号后阀位指令信号C进行比较，并根据比较结果控制电液伺服阀11动作，进而控制液动执行器12的活塞行程。由于电液伺服阀具有较快的响应速度，因此这种系统能很好地满足液动执行器的调节系统对快速响应的要求。但是由于电液伺服阀本身固有的结构特点，使得这种系统具有以下的缺点：电液伺服阀的加工精度要求比较高，其价格十分昂贵；由于电液伺服结构细小且阀体较脆弱，因此对油液的污染特别敏感，阀芯极易被油液中的杂质磨损而导致失灵，因此必须配备过滤精度较高的过滤系统；由于电液伺服阀对温度变化敏感，而阀控的液动执行器电液伺服系统的能量损耗很严重，其节流发热大，因此必须配备较为完善的冷却系统；由于电液伺服阀为外部供油，因此需要一套泵站系统提供恒压油源，从而增加了系统整体的体积和复杂程度；系统处于非工作周期时，如保压工况或空转工况，系统仍处于运行状态，增加了运行成本。因此，上述缺点使得阀控液动执行器电液伺服液压系统具有成本较高，能耗大、复杂度高等缺点。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种液动执行器系统，该系统成本低、耗能少，可实现快速、高效控制液动执行器的活塞行程，从而更好调节阀门的开度。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种液动执行器系统，包括控制单元、液动执行器和电气单元，所述控制单元包括至少一个直驱式容积控制回路；每个所述直驱式容积控制回路包括一个油泵、一个交流伺服电机、两个第一液控单向阀、一个第一油箱、两个第二液控单向阀、一个第二电磁换向阀、两个第一快速开关电磁阀、一个开关和一个蓄能器；所述交流伺服电机连接油泵，所述油泵包括第一油口和第二油口，所述液动执行器包括第一工作腔AC和第二工作腔BD；所述第一油口经第二液控单向阀、第二电磁换向阀的输出端分别连接所述蓄能器和所述第一工作腔AC；所述第二油口经另一个第二液控单向阀连接第二工作腔BD；所述第一油口和第二油口分别经第一液控单向阀共同连接第一油箱；所述蓄电池分别经第一快速开关电磁阀连接第一工作腔AC和第二工作腔BD；所述第二工作腔BD经第二快速开关电磁阀连接第二油箱；第一油箱之间以及第一油箱和第二油箱之间均连通；所述电气单元用于控制液动执行器系统的运行。
进一步的，所述控制单元由两个直驱式容积控制回路并联而成。
进一步的，所述液动执行器包括齿轮、齿条、活塞和液压缸；两个齿条水平对称布置在齿轮两侧，所述齿条与齿轮相配合；每个所述齿条的两端均连接活塞；所述齿条和相配合的活塞位于对应的液压缸内。
进一步的，所述齿轮为齿轮轴。
进一步的，所述齿轮轴的输出端固定连接反馈轴的一端，所述齿轮轴和反馈轴转速相同，所述反馈轴另一端连接角度盘。
进一步的，所述齿轮中心加工有内孔。
进一步的，所述电气系统包括电源模块、主控模块、反馈模块和驱动模块；所述电源模块连接主控模块；所述主控模块连接驱动模块和反馈模块；所述驱动模块连接交流伺服电机，所述液动执行器连接反馈模块；所述电源模块用于为主控模块供电；所述主控模块用于接收到反馈模块的信号后发出指令给驱动模块；所述驱动模块用于驱动交流伺服电机执行指令；所述反馈模块用于接收液动执行器的信号并传递至主控模块。
本发明的有益效果：
本发明所述的液动执行器系统，通过在直驱式容积控制回路中加入蓄能器，通过蓄能器对控制信号作出快速响应，再配合交流伺服电机实现液动执行器系统的快速控制；将两个包含有蓄能器的直驱式容积控制回路并联组成控制单元，提高了液动执行器系统的控制可靠性；由于采用直驱式容积控制回路，因此不需要另行配备恒压油源、过滤装置和冷却装置，因而其成本较低；通过在与齿轮轴固定连接的反馈轴上安装角度盘，以准确显示阀门的转动角度。该液动执行器系统即能满足安全可靠地调节阀门的功能，又在液压原理和结构设计上做出了大胆的创新和改进，并开辟了有别于传统液动执行系统的新型设计思路和观念，在液压元件的选用上更加体现高效，可靠、集成和简化原则，使液压系统更加优化、合理、高效、可靠；操作、维修、调试更加便捷，省时省力；不仅可以从根本上消除产品的潜在的故障点，同时也可以大幅度降低产品生产成本和用户的维修费用。
附图说明
图1为传统阀门控制器控制原理框图。
图2为本发明所述液动执行器液压系统原理图。
图3为电气控制系统的结构图。
图4为齿轮输出端反馈轴安装主视图。
图5为齿轮输出端反馈轴安装俯视图。
附图标记说明如下：
1-第一电液伺服阀，2-液动执行器，3-油泵，4-交流伺服电机，5-第一液控单向阀，6-第一油箱，7-第二液控单向阀，8-第二电磁换向阀，9-第一快速开关电磁阀，10-开关，11-蓄能器，12-活塞，13-液压缸，14-齿轮，15-齿条，16-第二油箱，17-第二快速开关电磁阀，18-输出端，19-反馈轴，20-角度盘。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图2所示，一种液动执行器系统，包括控制单元、液动执行器2和电气单元，所述控制单元由两个直驱式容积控制回路并联而成，每个直驱式容积控制回路包括一个油泵3、一个交流伺服电机4、两个第一液控单向阀5、一个第一油箱6、两个第二液控单向阀7、一个第二电磁换向阀8、两个第一快速开关电磁阀9、一个开关10和一个蓄能器11；所述油泵3包括第一油口和第二油口，所述液动执行器2包括第一工作腔AC和第二工作腔BD；所述第一油口经第二液控单向阀7、第二电磁换向阀8后输出端分层两路，分别连接所述蓄能器11和所述第一工作腔AC；所述第二油口经另一个第二液控单向阀7连接第二工作腔BD；所述第一液控单向阀5和第二液控单向阀7用于锁定液动执行器2内的活塞杆；所述第一油口和第二油口分别经第一液控单向阀5连接第一油箱6，用于油泵3正反运行时油路中油量容积差的补油；所述交流伺服电机4连接油泵3，用于控制油泵运行。所述蓄电池11的输出端分层两路，分别经第一快速开关电磁阀9连接第一工作腔AC和第二工作腔BD；所述第二工作腔BD经第二快速开关电磁阀17连接第二油箱16；两个第一油箱6和第二油箱16均相通。
所述液动执行器2包括齿轮14、齿条15、活塞12和液压缸13；两个齿条15水平对称布置在齿轮14两侧，齿条15与齿轮14相配合；每个所述齿条15的两端均连接活塞12；所述齿条15和相配合的活塞12位于对应的液压缸13内。在液动执行器内共形成五腔，齿轮14、齿条15所在的中间腔为无油腔，四个活塞12与液压缸13形成的四空腔通液压油。上述布置使齿轮、齿条受力均匀，运行更加平稳，延长使用寿命。根据实际需要，按照尺寸要求齿轮14可以加工成齿轮轴，也可以在齿轮14上加工内孔，实现孔、轴两种输出方式，以适应不同场合的需求。如图4和图5所示，所述齿轮轴的输出端18固定连接反馈轴19，反馈轴19与齿轮14同转速，在反馈轴19上固定安装一个角度盘20，以准确显示阀门的转动角度。
如图3所示，所述电气系统包括电源模块、主控模块、反馈模块和驱动模块；所述电源模块连接主控模块；所述主控模块连接驱动模块和反馈模块；所述驱动模块连接交流伺服电机4，所述液动执行器2连接反馈模块；所述电源模块用于为主控模块供电；所述主控模块用于接收到反馈模块的信号后发出指令给驱动模块；所述驱动模块用于驱动交流伺服电机4工作；所述反馈模块用于接收液动执行器2的信号并传递至主控模块。
工作过程：
利用油泵3控制液动执行器2时，先启动交流伺服电机4驱动油泵3运行，同时使第一快速开关电磁阀9和第二快速开关电磁阀17通电截止，并接通第二电磁换向阀8的第二负载口对蓄能器11充油，当蓄能器11的油压达到预定压力后由开关10控制第二电磁换向阀8切换至第一负载口，使系统进入工作准备状态；需要液动执行器2工作时，发出控制信号给交流伺服电机4，交流伺服电机4根据控制信号控制油泵3的运行方向，从而控制液动执行器2的活塞作出相应动作；当反馈模块接受需要快速控制的信号时，将此信号传递至主控模块，主控模块将指令传递至驱动模块，驱动模块驱动交流伺服电机4运行，同时使相应的第一快速开关电磁阀9断电接通，蓄能器11中的油经相应第一快速开关电磁阀9释放至油路中，从而控制液动执行器2作出快速响应动作；当第一快速开关电磁阀9断电接通时还可以使第二快速开关电磁阀17断电接通，使得液动执行器2能作出更快速的响应动作；系统维修时,第一快速开关电磁阀9断电接通，从而使蓄能器11中油释放至第二油箱16中；本发明实施例的油动机直驱式冗余液压系统运行时可采用单泵控制，也可采用双泵控制。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种液动执行器系统，其特征在于，包括控制单元、液动执行器(2)和电气单元，所述控制单元包括至少一个直驱式容积控制回路；每个所述直驱式容积控制回路包括一个油泵(3)、一个交流伺服电机(4)、两个第一液控单向阀(5)、一个第一油箱(6)、两个第二液控单向阀(7)、一个第二电磁换向阀(8)、两个第一快速开关电磁阀(9)、一个开关(10)和一个蓄能器(11)；所述交流伺服电机(4)连接油泵(3)，所述油泵(3)包括第一油口和第二油口，所述液动执行器(2)包括第一工作腔AC和第二工作腔BD；所述第一油口经第二液控单向阀(7)、第二电磁换向阀(8)的输出端分别连接所述蓄能器(11)和所述第一工作腔AC；所述第二油口经另一个第二液控单向阀(7)连接第二工作腔BD；所述第一油口和第二油口分别经第一液控单向阀(5)共同连接第一油箱(6)；所述蓄电池(11)分别经第一快速开关电磁阀(9)连接第一工作腔AC和第二工作腔BD；所述第二工作腔BD经第二快速开关电磁阀(17)连接第二油箱(16)；第一油箱(6)之间以及第一油箱(6)和第二油箱(16)之间均连通；所述电气单元用于控制液动执行器系统的运行。
2.根据权利要求1所述的一种液动执行器系统，其特征在于，所述控制单元由两个直驱式容积控制回路并联而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种液动执行器系统，其特征在于，所述液动执行器(2)包括齿轮(14)、齿条(15)、活塞(12)和液压缸(13)；两个齿条(15)水平对称布置在齿轮(14)两侧，所述齿条(15)与齿轮(14)相配合；每个所述齿条(15)的两端均连接活塞(12)；所述齿条(15)和相配合的活塞(12)位于对应的液压缸(13)内。
4.根据权利要求3所述的一种液动执行器系统，其特征在于，所述齿轮(14)为齿轮轴。
5.根据权利要求4所述的一种液动执行器系统，其特征在于，所述齿轮轴的输出端(18)固定连接反馈轴(19)的一端，所述齿轮轴和反馈轴(19)转速相同，所述反馈轴(19)另一端连接角度盘(20)。
6.根据权利要求3所述的一种液动执行器系统，其特征在于，所述齿轮(14)中心加工有内孔。
7.根据权利要求1所述的一种液动执行器系统，其特征在于，所述电气系统包括电源模块、主控模块、反馈模块和驱动模块；所述电源模块连接主控模块；所述主控模块连接驱动模块和反馈模块；所述驱动模块连接交流伺服电机(4)，所述液动执行器(2)连接反馈模块；所述电源模块用于为主控模块供电；所述主控模块用于接收到反馈模块的信号后发出指令给驱动模块；所述驱动模块用于驱动交流伺服电机(4)执行指令；所述反馈模块用于接收液动执行器(2)的信号并传递至主控模块。
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