一種電液混合驅(qū)動的絲杠傳動系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)及其控制方法，屬于液壓和電氣伺服控制交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于電機驅(qū)動的滾珠絲杠傳動副具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高等優(yōu)點，當前廣泛應(yīng)用于機電一體化和自動控制領(lǐng)域。但當用伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠帶動大負載(摩擦大、慣性大)時，會存在響應(yīng)速度慢、定位精度低、低速爬行等問題，因此滾珠絲杠傳動一般不用于大負載的伺服控制。另外一方面，液壓缸雖然具有驅(qū)動力大，但是可控性差，定位精度低。因此可將伺服電機和液壓驅(qū)動混合使用，使?jié)L珠絲杠既具有較大的驅(qū)動能力又具有較快的響應(yīng)速度。
[0003]實用新型ZL200720036729X設(shè)計了一種油電混合油缸，油缸輸出的力由液壓控制，運動精度有電機控制，但該系統(tǒng)工作時絲杠螺母之間存在較大的壓力，并且液壓輸出力的通過絲杠作用在負載上，因此存在絲杠螺母機構(gòu)壽命低，絲杠的變形影響定位精度，驅(qū)動大負載時仍然會存在低速爬行等問題。
[0004]本發(fā)明將發(fā)明一種電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)可綜合運用電氣伺服和液壓伺服和優(yōu)點，即使驅(qū)動大負載時仍然能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位和穩(wěn)定控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于以上所述存在的問題和不足，本發(fā)明提供一種電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)及其控制方法，具體如下:
[0006]一種電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)，包括與電機連接的渦輪蝸桿傳動機構(gòu)、安裝有滾珠螺母的絲杠、扭矩傳感器、以及與滾珠螺母連接的液壓傳動機構(gòu)，其中，渦輪蝸桿傳動機構(gòu)與扭矩傳感器通過第一聯(lián)軸器連接，扭矩傳感器與絲桿通過第二聯(lián)軸器連接，滾珠螺母通過其上的通孔與負載連接，所述液壓傳動機構(gòu)包括第一油缸和第二油缸，其設(shè)置在絲桿的兩側(cè)，每一油缸的油缸桿與滾珠螺母剛性連接，所述負載由導軌支撐，絲杠所在的軸上或?qū)к壏较蛏习惭b角位移傳感器或直線位移傳感器。
[0007]其中，每一油缸均支撐在油缸固定座上。
[0008]其中，所述絲杠的兩端設(shè)置有第一軸承和第二軸承，第一軸承和第二軸承支撐分別安裝在第一軸承座和第二軸承座上，并且分別通過第一軸承端蓋和第二軸承端蓋密封。
[0009]其中，所述扭矩傳感器、油缸固定座、第一軸承端蓋和第二軸承端蓋均通過螺栓與機身剛性連接。
[0010]上述的電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)控制方法，其包括以下步驟:
[0011]混合驅(qū)動控制器接收位移指令，通過接口電路采集計算扭矩傳感器和角位移傳感器測量值，獲得扭矩的大小、扭矩的方向、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制器根據(jù)上述測量值，控制電機、液壓泵站電機、與油缸油口相連接的控制閥動作。
[0012]本發(fā)明有以下優(yōu)點:通過扭矩傳感器實時檢測電機的輸出扭矩和轉(zhuǎn)向，控制器據(jù)此調(diào)節(jié)液壓缸的壓力，使之抵消負載的摩擦力和慣性力，從而使電機帶動絲杠可以驅(qū)動大慣量負載實現(xiàn)快速和精確定位。
【附圖說明】
:
[0013]圖1本發(fā)明的電液混合驅(qū)動的絲杠傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0015]1-第一油缸固定座，2-第一油口，3-第一油缸左腔，4-第一聯(lián)軸器，5-第一油缸，6-扭矩傳感器，7-第一油缸右腔，8-第二聯(lián)軸器，9-第二油缸固定座，10-第一軸承座，11-第二油口，12-第一油缸油缸桿，13-滾珠螺母，14-絲杠，15-第二軸承座，16-第二軸承端蓋，17-第二軸承，18第二油缸油缸桿，19-第四油口，20-第一軸承，21-第一軸承端蓋，22-第四油缸固定座，23-第二油缸右腔，24-第二油缸，25-渦輪，26-第二油缸左腔，27-第三油口，28-第三油缸固定座。29-角位移傳感器，30-蝸桿
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0017]參照圖1，本發(fā)明的電液混合驅(qū)動的絲杠傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由油缸、電機、渦輪蝸桿、扭矩傳感器、絲杠螺母副以及起連接支撐固定作用的固定座、聯(lián)軸器、軸承、軸承座、軸承端蓋等組成。電機可以是步進電機、交流伺服電機、直流伺服電機，電機與蝸桿30相連，蝸桿30與渦輪25組成具有自鎖功能的渦輪蝸桿傳動機構(gòu)，渦輪25的輸出軸通過第一聯(lián)軸器4與扭矩傳感器6相連，扭矩傳感器6通過第二聯(lián)軸器8與絲杠14相連，絲杠14上安裝有滾珠螺母13，絲杠14的兩端分別通過第一軸承20和第二軸承17支撐，第一軸承20和第二軸承17支撐分別安裝在第一軸承座10和第二軸承座15上，并且分別通過第一軸承端蓋21和第二軸承端蓋16密封。扭矩傳感器6、第一軸承端蓋21和第二軸承端蓋16均通過螺栓與機身剛性連接。
[0018]第一油缸5的缸體兩端分別通過第一油缸固定座I和第二油缸固定座9支撐；第二油缸24的缸體兩端分別通過第三油缸固定座28和第四油缸固定座22支撐；第一油缸固定座1、第二油缸固定座9、第三油缸固定座28和第四油缸固定座22均通過螺栓與機身剛性連接；第一油缸油缸桿12和第二油缸油缸桿18均與滾珠螺母13剛性連接。
[0019]滾珠螺母13可以通過其上的通孔與負載連接，負載可由導軌支撐，絲杠14所在的軸上或?qū)к壏较蛏峡梢园惭b角位移傳感器29或直線位移傳感器，液壓泵站控制第一油缸5和第二油缸24。
[0020]本發(fā)明的電液混合驅(qū)動的絲杠傳動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，混合驅(qū)動控制器接收位移指令，通過接口電路采集計算扭矩傳感器6和角位移傳感器29測量值，獲得扭矩的大小、扭矩的方向、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?？刂破鞲鶕?jù)上述測量值，控制電機、液壓泵站電機、與第一油口 2、第二油口 11、第三油口 27、第四油口 19相連接的控制閥等?？刂品椒ㄈ缦?
[0021]扭矩傳感器6測量扭矩的方向按照圖1中A標識方向為正，反方向為負。系統(tǒng)運行液壓系統(tǒng)預先啟動加壓，使油缸的推力不大于靜摩擦力(包括負載與導軌之間的摩擦力和絲杠螺母副之間的摩擦力)；當混合驅(qū)動控制器接收位到移指令后，驅(qū)動控制器根據(jù)當前位置和指令位置發(fā)送控制指令。
[0022]若驅(qū)動控制器需要控制電機驅(qū)動負載向右運動，則控制液壓系統(tǒng)向第一油缸左腔3和第二油缸左腔26充油加壓，將第一油缸右腔7和第二油缸右腔23與油箱導通，從而控制第一油缸油缸桿12和第二油缸油缸桿18向右推負載，直至扭矩傳感器6的輸出值接近O ;在此過程中，若扭矩傳感器6測量扭矩的方向與絲杠14的旋轉(zhuǎn)方向相同，則控制器控制液壓系統(tǒng)需要繼續(xù)提高第一油缸左腔3和第二油缸左腔26的壓力，直至扭矩傳感器6的輸出值接近O ;若扭矩傳感器6測量扭矩的方向與絲杠14的旋轉(zhuǎn)方向相反，則控制器需要控制液壓系統(tǒng)減小第一油缸左腔3和第二油缸左腔26的壓力，直至扭矩傳感器6的輸出值接近O。
[0023]若驅(qū)動控制器需要控制電機驅(qū)動負載向左運動，則控制液壓系統(tǒng)向第一油缸右腔7和第二油缸右腔23充油加壓，將第一油缸左腔3和第二油缸左腔26與油箱導通，從而控制第一油缸油缸桿12和第二油缸油缸桿18向左推負載，直至扭矩傳感器6的輸出值接近O ;在此過程中，若扭矩傳感器6測量扭矩的方向與絲杠14的旋轉(zhuǎn)方向相同，則控制器需要控制液壓系統(tǒng)繼續(xù)提高第一油缸右腔7和第二油缸右腔23的壓力，直至扭矩傳感器6的輸出值接近O ;若扭矩傳感器6測量扭矩的方向與絲杠14的旋轉(zhuǎn)方向相反，則控制器需要控制液壓系統(tǒng)減小第一油缸右腔7和第二油缸右腔23的壓力，直至扭矩傳感器6的輸出值接近O。
[0024]由于蝸桿30與渦輪25組成的渦輪蝸桿傳動具有自鎖特性，因此液壓缸無法驅(qū)動絲杠螺母機構(gòu)和電機運動。
[0025]從上述控制過程可以看出，本發(fā)明的液壓控制起到助力的作用，以克服摩擦力和慣性力，而電機控制起到精確定位作用。因此本發(fā)明可以實現(xiàn)大復雜的快速、精確控制。
【主權(quán)項】
1.一種電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)，其特征在于:包括與電機連接的渦輪蝸桿傳動機構(gòu)、安裝有滾珠螺母的絲杠、扭矩傳感器、以及與滾珠螺母連接的液壓傳動機構(gòu)，其中，渦輪蝸桿傳動機構(gòu)與扭矩傳感器通過第一聯(lián)軸器連接，扭矩傳感器與絲桿通過第二聯(lián)軸器連接，滾珠螺母通過其上的通孔與負載連接，所述液壓傳動機構(gòu)包括第一油缸和第二油缸，其設(shè)置在絲桿的兩側(cè)，每一油缸的油缸桿與滾珠螺母剛性連接，所述負載由導軌支撐，絲杠所在的軸上或?qū)к壏较蛏习惭b角位移傳感器或直線位移傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)，其特征在于:每一油缸均支撐在油缸固定座上。
3.如權(quán)利要求1所述的電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述絲杠的兩端設(shè)置有第一軸承和第二軸承，第一軸承和第二軸承支撐分別安裝在第一軸承座和第二軸承座上，并且分別通過第一軸承端蓋和第二軸承端蓋密封。
4.如權(quán)利要求1所述的電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述扭矩傳感器通過螺栓與機身剛性連接。
5.如權(quán)利要求2所述的電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述油缸固定座通過螺栓與機身剛性連接。
6.如權(quán)利要求3所述的電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述第一軸承端蓋和第二軸承端蓋均通過螺栓與機身剛性連接。
7.—種如權(quán)利要求1-6所述的電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:其包括以下步驟: 混合驅(qū)動控制器接收位移指令，通過接口電路采集計算扭矩傳感器和角位移傳感器測量值，獲得扭矩的大小、扭矩的方向、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制器根據(jù)上述測量值，控制電機、液壓泵站電機、與油缸油口相連接的控制閥動作。
【專利摘要】一種電液混合驅(qū)動絲杠傳動系統(tǒng),包括與電機連接的渦輪蝸桿傳動機構(gòu)、安裝有滾珠螺母的絲杠、扭矩傳感器、以及與滾珠螺母連接的液壓傳動機構(gòu)，其中，渦輪蝸桿傳動機構(gòu)與扭矩傳感器通過第一聯(lián)軸器連接，扭矩傳感器與絲桿通過第二聯(lián)軸器連接，滾珠螺母通過其上的通孔與負載連接，所述液壓傳動機構(gòu)包括第一油缸和第二油缸，其設(shè)置在絲桿的兩側(cè)，每一油缸的油缸桿與滾珠螺母剛性連接，所述負載由導軌支撐，絲杠所在的軸上或?qū)к壏较蛏习惭b角位移傳感器或直線位移傳感器，通過扭矩傳感器實時檢測電機的輸出扭矩和轉(zhuǎn)向，控制器據(jù)此調(diào)節(jié)液壓缸的壓力，使之抵消負載的摩擦力和慣性力，從而使電機帶動絲杠可以驅(qū)動大慣量負載實現(xiàn)快速和精確定位。
【IPC分類】F16H47-02
【公開號】CN104864061
【申請?zhí)枴緾N201510153303
【發(fā)明人】陳成軍, 劉鵬
【申請人】青島理工大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月2日