电磁铁驱动的数字式液压伺服执行器制造技术

本发明专利技术公开了一种电磁铁驱动的数字式液压伺服执行器。本发明专利技术中的液压动力单元由电磁铁、活塞、锥形阀、缸体等构成。通过电磁铁运动带动活塞运动从而给液压油增压，压出液压油给执行器提供动力。执行器油路上设有双向液压锁，保证执行器工作工程中不会因断电等原因突然失控。机构油路上的储能器在推程过程中储能，在回程过程中释放从而实现执行器的急回运动。伺服控制单元包括执行器上安装的位移传感器将执行器的速度与位移反馈给控制系统，控制系统发出相应控制信号，从而实现数字伺服控制。本发明专利技术采用集成液压动力单元作为动力来源，体积小、推力大，密封以后具有防爆性能，易于实现数字伺服控制且能将成本控制在较低水平。

Digital hydraulic servo actuator driven by electromagnet

The invention discloses a digital hydraulic servo actuator driven by an electromagnet. The hydraulic power unit is composed of an electromagnet, a piston, a conical valve, a cylinder body, etc.. The movement of the piston is driven by the electromagnet to increase the hydraulic pressure, and the hydraulic oil is supplied to the actuator. The actuator oil circuit is provided with a two-way hydraulic lock to ensure that the work of the actuator can not be out of control because of power failure. The mechanism of oil accumulator in the push way during the process of energy release in the return process so as to realize the quick return motion actuator. The servo control unit comprises a displacement sensor installed on the actuator, and the speed and the displacement of the actuator are fed back to the control system. The invention adopts the integrated hydraulic power unit as the power source, has the advantages of small size, large thrust force, explosion proof performance after sealing, easy realization of digital servo control and low cost control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于电磁铁驱动的数字式液压伺服执行器（以下简称执行器）。更准确的说，涉及一种由基于电磁铁驱动的液压动力单元、液压执行系统以及伺服控制单元三大模块组成的集成型、高精度电液伺服执行器。
技术介绍
执行器是指使用液体、气体、电力或者其他能源通过一定的机械装置将能源转化为驱动的一类机构。液压执行器是一种以高压液压油驱动执行器运动的装置。相对于其他执行器，它具有惯性小、反应快、力巨大、运行平稳等优点。但现有的液压执行器由于采用独立液压泵作为动力源，多采用集成运放控制，导致其存在稳定性差、控制精度低、体积大、抗干扰性差、成本高等缺点。随着工业技术的不断发展，对于执行器的控制精度、智能化水平、系统稳定性的要求也不断提高。现在市场上对于高端执行器普遍要求其具有高可靠性、高防护性、高防爆等级、高智能化、体积小巧、重量轻等特点，而传统液压执行器难以同时满足上述需求。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于电磁铁驱动的数字式液压伺服执行器。其基本原理是使用电磁铁（包含比例电磁铁和开关电磁铁）驱动的液压动力单元为一套集成型液压伺服执行机构提供动力，使之成为一套具备高精度、集成性、体积小、低成本等优点的电液伺服执行器。为了实现上述功能要求，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术包括基于电磁铁驱动的液压动力单元、控制油路、执行液压缸、电磁换向阀、双向液压锁、蓄能器、位移传感器、伺服控制器、功率放大单元等模块。所述的电磁铁驱动的液压动力单元作为本执行器的动力源，包括一个基于比例电磁铁驱动的微小型液压泵以及多个基于开关电磁铁驱动的微小型液压泵。所述的液压动力单元的机械结构包括液压泵泵体、电磁铁（包含比例电磁铁与开关电磁铁两种）、运动柱塞、单向锥阀、进（出）油口等部件。所述的基于比例电磁铁驱动的微小型液压泵输出排量精确可控，可以用于容积调速。且所述的基于开关电磁铁驱动的微小型液压泵输出排量固定不变。液压缸、控制油路、电磁换向阀、双向液压锁以及蓄能器构成了液压执行单元。位移传感器、伺服控制器、功率放大单元构成了伺服控制单元。所述的双向液压锁由两个液控单向阀组成，分别布置于液压缸的进油油路和回油油路上，每个油路上的液控单向阀均受控于另一油路上的油压。所述的基于电磁铁驱动的液压动力单元以及电磁换向阀均受控于伺服控制器，以实现整个执行器运动状态的伺服控制。其工作原理如下：在液压动力单元中，电磁铁通电后产生周期性的往复运动，电磁铁驱动柱塞往复运动，使得泵腔容积发生周期性变化。当电磁铁伸长时，泵腔压缩，油压增大，出油口单向锥阀受压打开，同时进油口单向锥阀受压关闭，此时，液压油从泵腔内被压出。反之，当电磁铁收缩时，油箱内的液压油被吸入泵腔中。如此循环反复，使其成为一个为系统提供动力的微小型液压泵。液压动力单元输出的高压油沿着进油路进入液压缸，并推动活塞杆运动，与此同时，蓄能器储能，且进油路中的高压油将出油油路的液控单向阀打开，使得液压缸另一端腔室内的低压油流回油箱，执行器向一端运动。当换向阀受控反向以后，液压油运动方向对换，执行器向反方向运动，且在回程过程中，蓄能器释放能量，实现急回运动。当换向阀处在中间截止位置时候，双向液压锁将油路锁死，执行器保持位置不变。在控制单元中，传感器采集液压缸中活塞杆的运动状态信号（速度，位移等信号），反馈到伺服控制系统，控制系统根据液压缸实际运动状态与期望运动状态的偏差，再调节液压动力单元中的比例电磁铁做出相应运动，从而达到控制目标。本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用基于电磁铁驱动的液压动力单元为动力源、体积大大缩小，便于携带、安装，且封装以后拥有防爆功能。2、液压动力单元总排量灵活可调，且受控于伺服控制系统，使得输出排量精确可控，从而能精确控制执行器的运动速度和位移。3、电磁铁的输出经过液压转换，可以根据需要实现大输出力。4、本专利技术采用比例电磁铁驱动的液压动力单元作为执行器的动力源，相较传统动力源，更容易实现数字控制。5、在实现上述功能的同时，本执行装置的成本大大低于同类执行器，能用低成本实现大输出以及数字伺服控制。附图说明图1是本执行器整体示意图。图2是本执行器动力源，即电磁铁驱动的液压动力单元剖视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。如图1所示，电磁铁驱动的数字式液压伺服执行器主要有电磁铁驱动的液压动力单元1、电磁换向阀2、双向液压锁3、执行液压缸4、位移传感器5、功率放大器6、控制系统7、蓄能器8、电控两位二通阀9等部件构成。如图2所示，电磁铁驱动的液压动力单元由柱塞11、电磁铁12、单元泵体13、进油口14、进油口被动单向锥阀15、出油口17，出油口被单向动锥阀16等构成。本执行器由集成电磁铁驱动的液压动力单元1提供动力，液压动力单元有小型液压泵集成而成。图示中，液压动力单元由比例电磁铁驱动的小型泵A和开关电磁铁驱动的小型泵B、C、D集成而成。执行器推进过程中，液压泵向外泵油，电控阀9处在下位，蓄能器储能，换向阀2向右运动，泵出液压油经过换向阀2左侧油路和左侧液控单向阀，进入图中液压缸左侧，同时液压油打开右侧液控单向阀。执行液压缸右侧液压油回流。液压缸活塞带动活塞杆运动，位移传感器5测量活塞杆运动速度和位移反馈至数字控制系统7从而形成闭环反馈。位移传感器5的信号返回数字控制系统7之后，系统根据预先设置的程序，判断出接下来运动状态，对开关型电磁铁进行必要的开关动作，对比例电磁控制其运动量，从而控制泵内柱塞运动，改变输出排量，从而控制执行器的运动，根据泵内柱塞面积S1与执行器液压缸活塞面积S2的比，可以确定需要调整的流量具体数值。当数字控制系统发出信号控制液压缸反向运动时，换向阀向图中左侧运动，液压缸进油方向与出油方向互换，活塞向图中左侧运动。当数字控制系统使换向阀处在中间位置时，油路锁死，此时执行器受到外力也不会运动。在执行器回程过程中，当电控两位二通阀9受控变成上位通路时，蓄能器8向外释放压力，执行器加速运动，实现急回运动，当执行器处在推程过程中时，电控两位二通阀9处在下位，蓄能器8储能。本执行器中的动力来自集成的液压动力单元。该液压动力单元包含一个基于比例电磁铁驱动的微小型液压泵A以及多个基于开关电磁铁驱动的微小型液压泵B，C，D等。只采用一个基于比例电磁铁驱动的微小型液压泵，用于精确控制液压油排量。采用这种组合方式可以实现执行器运动状态的精确控制，同时降低系统的控制成本。本专利技术以4个微小型液压泵为例进行说明，其中开关电磁铁型3个（图1中B、C、D），其排量为q。比例电磁铁型1个(图1中A)，排量在0-q之间精确可控。则该液压动力单元的总排量在0-4q之间精确可控。如需3.25q的排量输出，则需要控制器使得3个开关电磁铁型全部打开，同时控制比例电磁铁型输出0.25q的排量，则系统便实现了3.25q的流量输出。作为优选的，油路上增加双向液压锁可以在执行器不运动的时候保证执行器本文档来自技高网...

【技术保护点】
电磁铁驱动的数字式液压伺服执行器，主要由液压动力单元、电控阀、执行液压缸、储能器、双向液压锁、位移传感器、功率放大器、数字控制系统，其特征在于：所述的液压动力单元出油口与电控阀相连接，进油口与油箱相连接，电控液压阀与双向液压锁相连接，双向液压锁与执行液压缸进油口和出油口相连接，位移传感器固定在执行液压缸上；储能器通过所述电控阀与液压动力单元出油油路连接；所述的液压动力单元、电控阀均接受数字控制系统发出经由功率放大器放大的信号控制，位移传感器将信号反馈到数字控制系统，整个执行器实现闭环控制；所述的液压动力单元包括一个基于比例电磁铁驱动的液压泵以及多个基于开关电磁铁驱动的液压泵，每个液压泵包括电磁铁、缸体、活塞、进油口、出油口、进油口锥形阀、出油口锥形阀；电磁铁与活塞相连接，活塞将缸体分成上下两个空间，上腔室分别与进油口和出油口相连接，进油口与出油口上分别设置有进油口锥形阀、出油口锥形阀；所述的双向液压锁包括两个液控单向阀，分别布置于出油油路和回油油路，液控单向阀控制油路没有压力时单向通路，保证执行器起落重物时不会掉落。

【技术特征摘要】
1.电磁铁驱动的数字式液压伺服执行器，主要由液压动力单元、电控阀、执行液压缸、储能器、双向液压锁、位移传感器、功率放大器、数字控制系统，其特征在于：
所述的液压动力单元出油口与电控阀相连接，进油口与油箱相连接，电控液压阀与双向液压锁相连接，双向液压锁与执行液压缸进油口和出油口相连接，位移传感器固定在执行液压缸上；储能器通过所述电控阀与液压动力单元出油油路连接；
所述的液压动力单元、电控阀均接受数字控制系统发出经由功率放大器放大的信号控制，位移传感器将信号反馈到数字控制系统，整个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林翔，栾宇，陈惟峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33