一种电液混合驱动的丝杠传动系统及其控制方法技术方案

一种电液混合驱动丝杠传动系统,包括与电机连接的涡轮蜗杆传动机构、安装有滚珠螺母的丝杠、扭矩传感器、以及与滚珠螺母连接的液压传动机构，其中，涡轮蜗杆传动机构与扭矩传感器通过第一联轴器连接，扭矩传感器与丝杆通过第二联轴器连接，滚珠螺母通过其上的通孔与负载连接，所述液压传动机构包括第一油缸和第二油缸，其设置在丝杆的两侧，每一油缸的油缸杆与滚珠螺母刚性连接，所述负载由导轨支撑，丝杠所在的轴上或导轨方向上安装角位移传感器或直线位移传感器，通过扭矩传感器实时检测电机的输出扭矩和转向，控制器据此调节液压缸的压力，使之抵消负载的摩擦力和惯性力，从而使电机带动丝杠可以驱动大惯量负载实现快速和精确定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电液混合驱动丝杠传动系统及其控制方法，属于液压和电气伺服控制交叉领域。
技术介绍
由于电机驱动的滚珠丝杠传动副具有结构简单、定位精度高等优点，当前广泛应用于机电一体化和自动控制领域。但当用伺服电机驱动滚珠丝杠带动大负载(摩擦大、惯性大)时，会存在响应速度慢、定位精度低、低速爬行等问题，因此滚珠丝杠传动一般不用于大负载的伺服控制。另外一方面，液压缸虽然具有驱动力大，但是可控性差，定位精度低。因此可将伺服电机和液压驱动混合使用，使滚珠丝杠既具有较大的驱动能力又具有较快的响应速度。技术ZL200720036729X设计了一种油电混合油缸，油缸输出的力由液压控制，运动精度有电机控制，但该系统工作时丝杠螺母之间存在较大的压力，并且液压输出力的通过丝杠作用在负载上，因此存在丝杠螺母机构寿命低，丝杠的变形影响定位精度，驱动大负载时仍然会存在低速爬行等问题。本专利技术将专利技术一种电液混合驱动丝杠传动系统及其控制方法，该系统可综合运用电气伺服和液压伺服和优点，即使驱动大负载时仍然能够实现精确定位和稳定控制。
技术实现思路
基于以上所述存在的问题和不足，本专利技术提供一种电液混合驱动丝杠传动系统及其控制方法,具体如下:一种电液混合驱动丝杠传动系统,包括与电机连接的涡轮蜗杆传动机构、安装有滚珠螺母的丝杠、扭矩传感器、以及与滚珠螺母连接的液压传动机构，其中，涡轮蜗杆传动机构与扭矩传感器通过第一联轴器连接，扭矩传感器与丝杆通过第二联轴器连接，滚珠螺母通过其上的通孔与负载连接，所述液压传动机构包括第一油缸和第二油缸，其设置在丝杆的两侧，每一油缸的油缸杆与滚珠螺母刚性连接，所述负载由导轨支撑，丝杠所在的轴上或导轨方向上安装角位移传感器或直线位移传感器。其中，每一油缸均支撑在油缸固定座上。其中，所述丝杠的两端设置有第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承支撑分别安装在第一轴承座和第二轴承座上，并且分别通过第一轴承端盖和第二轴承端盖密封。其中，所述扭矩传感器、油缸固定座、第一轴承端盖和第二轴承端盖均通过螺栓与机身刚性连接。上述的电液混合驱动丝杠传动系统控制方法，其包括以下步骤：混合驱动控制器接收位移指令，通过接口电路采集计算扭矩传感器和角位移传感器测量值，获得扭矩的大小、扭矩的方向、转速和转向，控制器根据上述测量值，控制电机、液压泵站电机、与油缸油口相连接的控制阀动作。本专利技术有以下优点：通过扭矩传感器实时检测电机的输出扭矩和转向，控制器据此调节液压缸的压力，使之抵消负载的摩擦力和惯性力，从而使电机带动丝杠可以驱动大惯量负载实现快速和精确定位。附图说明：图1本专利技术的电液混合驱动的丝杠传动系统结构图。图2控制系统结构图。1-第一油缸固定座，2-第一油口，3-第一油缸左腔，4-第一联轴器，5-第一油缸，6-扭矩传感器，7-第一油缸右腔，8-第二联轴器，9-第二油缸固定座，10-第一轴承座，11-第二油口，12-第一油缸油缸杆，13-滚珠螺母，14-丝杠，15-第二轴承座，16-第二轴承端盖，17-第二轴承，18第二油缸油缸杆，19-第四油口，20-第一轴承，21-第一轴承端盖，22-第四油缸固定座，23-第二油缸右腔，24-第二油缸，25-涡轮，26-第二油缸左腔，27-第三油口，28-第三油缸固定座。29-角位移传感器，30-蜗杆具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。参照图1，本专利技术的电液混合驱动的丝杠传动系统结构主要由油缸、电机、涡轮蜗杆、扭矩传感器、丝杠螺母副以及起连接支撑固定作用的固定座、联轴器、轴承、轴承座、轴承端盖等组成。电机可以是步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机，电机与蜗杆30相连，蜗杆30与涡轮25组成具有自锁功能的涡轮蜗杆传动机构，涡轮25的输出轴通过第一联轴器4与扭矩传感器6相连，扭矩传感器6通过第二联轴器8与丝杠14相连，丝杠14上安装有滚珠螺母13，丝杠14的两端分别通过第一轴承20和第二轴承17支撑，第一轴承20和第二轴承17支撑分别安装在第一轴承座10和第二轴承座15上，并且分别通过第一轴承端盖21和第二轴承端盖16密封。扭矩传感器6、第一轴承端盖21和第二轴承端盖16均通过螺栓与机身刚性连接。第一油缸5的缸体两端分别通过第一油缸固定座1和第二油缸固定座9支撑；第二油缸24的缸体两端分别通过第三油缸固定座28和第四油缸固定座22支撑；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均通过螺栓与机身刚性连接；第一油缸油缸杆12和第二油缸油缸杆18均与滚珠螺母13刚性连接。滚珠螺母13可以通过其上的通孔与负载连接，负载可由导轨支撑，丝杠14所在的轴上或导轨方向上可以安装角位移传感器29或直线位移传感器，液压泵站控制第一油缸5和第二油缸24。本专利技术的电液混合驱动的丝杠传动系统的控制系统的结构图如图2所示，混合驱动控制器接收位移指令，通过接口电路采集计算扭矩传感器6和角位移传感器29测量值，获得扭矩的大小、扭矩的方向、转速和转向。控制器根据上述测量值，控制电机、液压泵站电机、与第一油口2、第二油口11、第三油口27、第四油口19相连接的控制阀等。控制方法如下：扭矩传感器6测量扭矩的方向按照图1中A标识方向为正，反方向为负。系统运行液压系统预先启动加压，使油缸的推力不大于静摩擦力(包括负载与导轨之间的摩擦力和丝杠螺母副之间的摩擦力)；当混合驱动控制器接收位到移指令后，驱动控制器根据当前位置和指令位置发送控制指令。若驱动控制器需要控制电机驱动负载向右运动，则控制液压系统向第一油缸左腔3和第二油缸左腔26充油加压，将第一油缸右腔7和第二油缸右腔23与油箱导通，从而控制第一油缸油缸杆12和第二油缸油缸杆18向右推负载，直至扭矩传感器6的输出值接近0；在此过程中，若扭矩传感器6测量扭矩的方向与丝杠14的旋转方向相同，则控制器控制液压系统需要继续提高第一油缸左腔3和第二油缸左腔26的压力，直至扭矩传感器6的输出值接近0；若扭矩传感器6测量扭矩的方向与丝杠14的旋转方向相反，则控制器需要控制液压系统减小第一油缸左腔3和第二油缸左腔26的压力，直至扭矩传感器6的输出值接近0。若驱动控制器需要控制电机驱动负载向左运动，则控制液压系统向第一油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电液混合驱动丝杠传动系统,其特征在于：包括与电机连接的涡轮蜗杆传动机构、安装有滚珠螺母的丝杠、扭矩传感器、以及与滚珠螺母连接的液压传动机构，其中，涡轮蜗杆传动机构与扭矩传感器通过第一联轴器连接，扭矩传感器与丝杆通过第二联轴器连接，滚珠螺母通过其上的通孔与负载连接，所述液压传动机构包括第一油缸和第二油缸，其设置在丝杆的两侧，每一油缸的油缸杆与滚珠螺母刚性连接，所述负载由导轨支撑，丝杠所在的轴上或导轨方向上安装角位移传感器或直线位移传感器。

【技术特征摘要】
1.一种电液混合驱动丝杠传动系统,其特征在于：包括与电机连接的涡轮
蜗杆传动机构、安装有滚珠螺母的丝杠、扭矩传感器、以及与滚珠螺母连接的液
压传动机构，其中，涡轮蜗杆传动机构与扭矩传感器通过第一联轴器连接，扭矩
传感器与丝杆通过第二联轴器连接，滚珠螺母通过其上的通孔与负载连接，所述
液压传动机构包括第一油缸和第二油缸，其设置在丝杆的两侧，每一油缸的油缸
杆与滚珠螺母刚性连接，所述负载由导轨支撑，丝杠所在的轴上或导轨方向上安
装角位移传感器或直线位移传感器。
2.如权利要求1所述的电液混合驱动丝杠传动系统,其特征在于：每一油
缸均支撑在油缸固定座上。
3.如权利要求1所述的电液混合驱动丝杠传动系统,其特征在于：所述丝
杠的两端设置有第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承支撑分别安装在第一
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成军，刘鹏，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37