一種內(nèi)閉環(huán)伺服液壓馬達(dá)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液壓控制技術(shù)，具體說是一種內(nèi)閉環(huán)的伺服液壓馬達(dá)和一種簡單方便的液壓馬達(dá)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓馬達(dá)伺服系統(tǒng)是工程上常用的伺服控制系統(tǒng)，它具有響應(yīng)速度快、功率/重量比大、負(fù)載剛性高和性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)高精度、高速度和大功率的控制，因此在航空航天、冶金、船舶、機(jī)床、動(dòng)力設(shè)備和煤礦機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛采用。
[0003]液壓馬達(dá)伺服系統(tǒng)的基本類型目前主要有泵控(容積控制)和閥控(節(jié)流控制)系統(tǒng)兩種。前者通過電液伺服閥控制變量泵斜盤變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制進(jìn)入液壓馬達(dá)的流量，實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的速度和位置控制；后者則采用伺服閥或比例閥直接控制進(jìn)入液壓馬達(dá)的流量，實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的控制。但是，無論是泵控還是閥控，其基本原理是通過控制閥的開度控制流量，而控制信號(hào)的調(diào)節(jié)必須由控制器完成。即控制器接收指令信號(hào)，把其與傳感器反饋的信號(hào)進(jìn)行控制運(yùn)算，根據(jù)反饋信號(hào)與指令信號(hào)的接近程度調(diào)節(jié)伺服閥的輸入，從而控制液壓馬達(dá)的速度、位置和方向。
[0004]液壓馬達(dá)伺服控制系統(tǒng)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)為控制器，要把指令信號(hào)與反饋信號(hào)通過一定的控制算法(PID或其它算法)處理后控制電液伺服閥，因?yàn)榭刂扑惴ū仨殢氖伦詣?dòng)控制的人員才能掌握，許多從事液壓的技術(shù)人員并不具備自動(dòng)控制的知識(shí)。在搭建液壓系統(tǒng)的同時(shí)還要構(gòu)件一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，開發(fā)控制程序，因此，一套液壓馬達(dá)伺服控制系統(tǒng)必須由既懂液壓又懂控制的專業(yè)人員開發(fā)，一般用戶很難自行開發(fā)液壓馬達(dá)伺服控制系統(tǒng)，使得液壓馬達(dá)伺服控制系統(tǒng)的開發(fā)周期長、成本高，從而嚴(yán)重制約了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是從另一條思路解決該問題，提供一種能夠省略電子控制系統(tǒng)的內(nèi)閉環(huán)伺服液壓馬達(dá)。
[0006]所述內(nèi)閉環(huán)伺服液壓馬達(dá)，其特征在于:包括液壓馬達(dá)(7)、復(fù)用配油軸(5)、配油套(4)和控制電機(jī)⑴；
[0007]所述液壓馬達(dá)(7)的轉(zhuǎn)軸⑶通過十字接頭(6)連接圓柱形的復(fù)用配油軸(5)，所述復(fù)用配油軸嵌套于配油套(4)內(nèi)；
[0008]所述復(fù)用配油軸(5)既作為液壓馬達(dá)的配油軸又是液壓閥的閥體，其中心開設(shè)有柱形的空腔，空腔的內(nèi)壁垂直于軸向開設(shè)有環(huán)形槽，空腔內(nèi)設(shè)有閥芯(3)，所述閥芯(3)的凸沿寬度與所述復(fù)用配油軸(5)內(nèi)環(huán)形槽的寬度相適應(yīng)，所述環(huán)形槽與閥芯(3)構(gòu)成三位四通閥，所述配油套(4)內(nèi)開設(shè)有由所述環(huán)形槽與所述復(fù)用配油軸構(gòu)成的配油盤，以及連通到外壁的油路；
[0009]所述閥芯的一端與所述復(fù)用配油軸(5)螺紋連接，閥芯的另一端通過轉(zhuǎn)換器(2)與控制電機(jī)⑴的輸出轉(zhuǎn)軸連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述配油套(4)在其外壁的油路開口分別為連接壓力油路的P 口、連接回油油路的T 口、連接負(fù)載油路的A 口和B 口，油路接口對(duì)應(yīng)所述環(huán)形槽的位置分配為:設(shè)有5道環(huán)形槽，中間環(huán)形槽對(duì)應(yīng)P 口油路，兩端環(huán)形槽對(duì)應(yīng)連通T 口油路，T 口與P 口對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽t和環(huán)形槽P之間分別為A 口和B 口對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽a和環(huán)形槽b，所述閥芯設(shè)有兩道凸沿，使所述閥芯與所述復(fù)用配油軸構(gòu)成一個(gè)三位四通換向閥。
[0011]所述液壓馬達(dá)為曲軸連桿式徑向柱塞液壓馬達(dá)，也可為柱塞式液壓馬達(dá)、葉片式液壓馬達(dá)、齒輪式液壓馬達(dá)、螺桿式液壓馬達(dá)、擺線式液壓馬達(dá)等液壓馬達(dá)。
[0012]一種實(shí)施例為，所述液壓馬達(dá)(7)使用曲軸連桿式徑向柱塞液壓馬達(dá)，所述配油套(4)的A 口或B 口設(shè)有相互連通的多個(gè)，數(shù)量與液壓馬達(dá)的正向油缸接口相配且——對(duì)應(yīng)連通，配油套(4)的B 口或A 口設(shè)有相互連通的多個(gè)，數(shù)量與液壓馬達(dá)的反向油缸接口相配且一一對(duì)應(yīng)連通，所述配油套的A 口和B 口連通到配油套的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)復(fù)用配油軸的環(huán)形槽a和環(huán)形槽b的環(huán)形位置上均勻分布，使所述復(fù)用配油軸的a 口和b 口在旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)應(yīng)切換配油套的A 口或B 口。。
[0013]進(jìn)一步地，所述控制電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
[0014]一種如上所述的內(nèi)閉環(huán)伺服液壓馬達(dá)的控制方法，在準(zhǔn)備狀態(tài)下，所述閥芯(3)的兩道凸沿(11)分別對(duì)位所述復(fù)用配油軸(5)的環(huán)形槽a和環(huán)形槽b，使各口油路均不連通，配油套(4)的A 口與B 口分別連接所述液壓馬達(dá)(7)的油路輸入與輸出口 ；
[0015]操作所述控制電機(jī)(I)令其輸出軸通過所述轉(zhuǎn)換器(2)帶動(dòng)所述閥芯(3)按照指定速度和方向旋轉(zhuǎn)，所述閥芯與所述轉(zhuǎn)換器和螺紋副配合產(chǎn)生預(yù)定方向的正軸向移動(dòng)，使P口與A 口或B 口之一開始連通，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)軸(8)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)所述十字接頭(6)和所述復(fù)用配油軸(5)同步旋轉(zhuǎn)，設(shè)定配油套的A 口和B 口與液壓馬達(dá)的輸入輸出口的連接，使所述十字接頭(6)的旋轉(zhuǎn)對(duì)所述閥芯產(chǎn)生負(fù)軸向移動(dòng)的反向控制，對(duì)所述P 口的油路開度實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋調(diào)節(jié)；
[0016]設(shè)定所述控制電機(jī)⑴的輸出轉(zhuǎn)速為V，僅使用該帶復(fù)用配油軸和配油套的液壓馬達(dá)，使所述液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸(8)輸出轉(zhuǎn)速跟隨為V，轉(zhuǎn)動(dòng)方向與設(shè)定方向一一對(duì)應(yīng)。
[0017]一種實(shí)施例為，使用步距角為Θ的步進(jìn)電機(jī)作為控制電機(jī)(I)，所述液壓馬達(dá)的連續(xù)恒定輸出轉(zhuǎn)速為R，則連續(xù)給定步進(jìn)電機(jī)恒定的脈沖序列滿足下式:P = 360*R/ Θ，其中P表示步進(jìn)電機(jī)的給定脈沖頻率，由設(shè)定步進(jìn)電機(jī)不同方向的脈沖序列決定輸出轉(zhuǎn)向；
[0018]使用步距角為Θ的步進(jìn)電機(jī)作為控制電機(jī)(I)，所述液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)角為Φ，則給定步進(jìn)電機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)為:[Φ / Θ ]，運(yùn)算符“[]”表示取整。
[0019]通過改變所述閥芯(3)與所述復(fù)用配油軸(5)螺紋副的螺距或螺紋頭數(shù)，改變反饋調(diào)節(jié)的靈敏度。
[0020]本發(fā)明使用簡潔的結(jié)構(gòu)，無需復(fù)雜的電子電路、傳感器和程序控制，即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)雜的位置閉環(huán)和速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，給目標(biāo)液壓馬達(dá)的小功率的指令電機(jī)發(fā)出指令脈沖后，即可使液壓馬達(dá)輸出大功率的動(dòng)力，且可實(shí)現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)向、和位置控制，有較快的響應(yīng)速度和高的可靠性，實(shí)現(xiàn)極低的故障率的同時(shí)大幅降低了系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試時(shí)間和費(fèi)用。
[0021]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面:
[0022]1、可靠性高、響應(yīng)快
[0023]由于省去了控制器環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的集成度高，從而提高了可靠性和可維護(hù)性。同樣由于環(huán)節(jié)少了，無需經(jīng)過傳感器響應(yīng)和電子系統(tǒng)控制，使系統(tǒng)的響應(yīng)速度提高。
[0024]2、便于液壓技術(shù)人員使用，無需電控系統(tǒng)的開發(fā)
[0025]所有自動(dòng)控制環(huán)節(jié)在液壓伺服馬達(dá)內(nèi)自行完成，不需要控制算法和調(diào)節(jié)，便于液壓伺服控制系統(tǒng)的普及。
[0026]3、性能穩(wěn)定、調(diào)試方便
[0027]使用的是數(shù)字脈沖信號(hào)，數(shù)字信號(hào)因?yàn)槭歉叩碗娖剑垢蓴_能力很強(qiáng)，信號(hào)穩(wěn)定。同時(shí)由于液壓馬達(dá)的位置和速度與脈沖的數(shù)量和頻率對(duì)應(yīng)的，調(diào)試好了不會(huì)改變對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以離線調(diào)試好了直接使用，基本不用在線調(diào)試。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，
[0029]圖2是本發(fā)明油路連接和運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖。
[0030]圖中一控制電機(jī)，2—轉(zhuǎn)換器，3 —閥芯，4一配油套，5—復(fù)用配油軸，6—十字接頭，7—液壓馬達(dá)，8—轉(zhuǎn)軸，9—油缸口，10—環(huán)形槽，11—凸沿。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和五缸柱塞式液壓馬達(dá)為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明:如圖1、2中所示，所述內(nèi)閉環(huán)伺服液壓馬達(dá)，包括液壓馬達(dá)7、復(fù)用配油軸5、配油套4和作為控制電機(jī)I的步進(jìn)電機(jī)。實(shí)際上，整個(gè)伺服系統(tǒng)無需傳感器環(huán)節(jié)和運(yùn)算控制系統(tǒng)即可自行實(shí)現(xiàn)完整的負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)。
[0032]如圖1，所述液壓馬達(dá)7的轉(zhuǎn)軸8通過十字接頭6連接圓柱形的復(fù)用配油軸5，所述復(fù)用配油軸嵌套于配油套4內(nèi)；所述十字接頭6與所述轉(zhuǎn)軸8緊固連接，所述復(fù)用配油軸5的中心開設(shè)有柱形的空腔，空腔的內(nèi)壁垂直于軸向開設(shè)有5道環(huán)形槽10，所述空腔內(nèi)設(shè)有柱形的閥芯3，所述閥芯的一端與復(fù)用配油軸螺紋連接，閥芯的另一端通過轉(zhuǎn)換器2與控制電機(jī)I的輸出轉(zhuǎn)軸連接，所述閥芯與所述轉(zhuǎn)換器之間可軸向滑移，所述閥芯的側(cè)壁設(shè)有與所述空腔的內(nèi)壁接觸的2道環(huán)形的凸沿11，所述凸沿的寬度與所述環(huán)形槽的寬度相適應(yīng)。
[0033]所述配油套4在其外壁的油路開口分別為連接壓力油路的P 口、連接回油油路的T口、連接負(fù)載油路的A 口和B 口，油路接口對(duì)應(yīng)所述環(huán)形槽的位置分配為:設(shè)有5道環(huán)形槽，中間環(huán)形槽對(duì)應(yīng)P 口油路，兩端環(huán)形槽對(duì)應(yīng)連通T 口油路，T 口與P 口對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽t和環(huán)形槽P之間分別為A 口和B 口對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽a和環(huán)形槽b，所述閥芯設(shè)有兩道與所述空腔的內(nèi)壁接觸的凸沿，凸沿的寬度與不小于環(huán)形槽的寬度，使所述閥芯與所述復(fù)用配油軸構(gòu)成一個(gè)三位四通滑閥。在復(fù)位狀態(tài)下，2道環(huán)形的凸沿11對(duì)應(yīng)環(huán)形槽a和環(huán)形槽b，使各接口油路均被封堵。
[0034]所述配油套4的A 口如圖2中的狀態(tài)所示，設(shè)有相互連通的3個(gè)，B 口設(shè)有2個(gè)，分別連通到液壓馬達(dá)的對(duì)應(yīng)油缸接口，所述配油套的A 口和B 口連通到配油套的內(nèi)壁對(duì)應(yīng)復(fù)用配油軸的環(huán)形槽a和環(huán)形槽b的環(huán)形位置上均勻分布，使所述復(fù)用配油軸的a 口和b 口在復(fù)用配油軸5的旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)應(yīng)切換配油套的A 口或B 口。
[0035]當(dāng)控制電機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)閥芯3轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯3在復(fù)用配油軸的螺紋副作用下產(chǎn)生軸向移動(dòng)，從而使P 口油路與A 口或B 口開始連通，由于A 口與B 口均連通到液壓馬達(dá)7的油缸，使得閥芯3的移動(dòng)位置決定了油路的開度和相應(yīng)的給液壓馬達(dá)的供油流量，因此也決定了液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，閥芯3的移動(dòng)方向決定了液壓馬達(dá)的輸出軸轉(zhuǎn)向。此外，液壓馬達(dá)的閉環(huán)控制體現(xiàn)在，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過與轉(zhuǎn)軸8連接的十字接頭6反饋到閥芯3上，通過對(duì)A 口或B 口對(duì)應(yīng)液壓馬達(dá)油缸缸體孔的設(shè)置，使閥芯產(chǎn)生反向移動(dòng)的趨勢，形成對(duì)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和位置控制的負(fù)反饋。
[0036]閥芯的閥瓣設(shè)有對(duì)稱的四個(gè)，一種暫態(tài)位置是:中