直驱式液压传动系统的特点及设计要点

　　直驱式液压传动系统绝大多数是采用交流伺服电动机驱动定量泵推动执行件(油缸或液压马达)进行工作。由电动机本身的变速、变向、变转矩的功能取代流量控制阀、方向控制阀和压力控制阀的功能,消除了液压回路中的节流损失,并大大简化液压回路的结构。在国际上称其为直接驱动容积控制(DirectDriveVolume Contro,l简称DDVC)电液传动系统。可以简称直驱式液压传动系统或直驱式液压系统。这种系统在日本和美国发展很快,应用逐渐普及,关于直驱式液压传动系统的基本原理,可以参考文献[1]。

　　作者以日本川崎精机公司(文中简称“川崎”)所提供的直驱式液压传动系统的回路方案为例进行介绍[2]。

　　“川崎”是生产液压泵和其他液压产品的著名大公司。“川崎”所用的泵为双排量变量泵,这主要是为了进一步节能。其他厂家所生产的直驱式液压装置,几乎全用定量泵。

　　1　直驱式容积控制回路

　　图1为开式回路的直驱式液压传动系统原理图。图1所用的交流伺服电机是单旋向的,可用变频器驱动的感应异步电动机,也可用伺服驱动器驱动的同步电动机。图1中的液压泵为单旋向双排量变量泵。因为是开式回路,它可以驱动多个执行器。每个执行器都由三位四通电磁换向阀(或比例阀或伺服阀)控制。在电控部分包括伺服驱动器或变频驱动器及液压控制器,它主要用于压力-流量控制。压力-流量控制特性如图中右下方所示。图1中的压力阀是安全阀,以防压力过载出现故障时,起安全保护作用。电机的另一轴端装有测转速的脉冲发生器(PG),通过它可对电机进行闭环控制。在压力管路上装有压力传感器,以便按压力指令控制系统压力。由流量指令去控制油泵的流量,同时也可控制变量泵的大、小两挡排量。通过液压控制器发出的泵排量切换信号去控制电磁阀(SOL)来改变泵的两挡排量。外界电源(50Hz, 380 V)先接驱动器再接电动机,在电源与驱动器,驱动器与电动机之间需要串接滤波器、电抗器,减少主线路上的电磁波干扰。根据工况要求,有时还要接上电动机制动器与电能回收装置。

　　图2为闭式回路的直驱式液压传动系统构成原理图。由于闭式回路的局限性,只能有一个执行器(单用户)。泵与执行器构成完整的闭式回路。回路中并联一个吸排阀(由单向阀和液控单向阀所组成),以平衡单出杆油缸(执行器)进出油量的不平衡问题。因为闭式回路所用的油泵必须是双旋向的。在油泵的入油口处装有单向阀,以解决油泵正反向吸油时互不干扰的问题。单向阀的开启压力,根据笔者的实践经验应小于0·1 MPa为宜。有的厂家是用吸排阀解决泵的双方向吸油问题。“川崎”所用的油泵都是斜盘式轴向柱塞泵,它的自吸能力较强。