泵控液压缸技术 课件 第11章泵控单出杆液压缸系统典型应用

泵控液压缸技术泵控液压缸技术典型应用11.1工业装备111.1注塑机注塑机工作原理为将熔融状态的塑料以高压、高速注入到闭合的注塑模具型腔中，经冷却固化形成塑料制品。主要由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、加热及冷却系统和安全监测系统等组成。传统注塑机采用定量泵和压力/流量比例阀结合的电液控制技术，作过程始终存在与流量有关的能量损失，特别是保压、冷却部分负载工况，会产生较大的能量损耗。工业装备第1节电液控制注塑机工作原理及工艺流程（1）注塑机工作原理及工艺流程1.1注塑机变转速泵控双出杆液压缸技术采用伺服电机+液压泵动力源，控制伺服电机改变液压泵的转速控制液压泵的流量、压力，直接控制锁模和注射双出杆液压缸，其余液压缸仍采用阀控系统。本技术方案需要采用3个电机，造成整机成本高，控制相对复杂。工业装备第1节机电液复合控制的注塑机系统（2）变转速泵控双出杆液压缸技术1.1注塑机变转速泵控单出杆液压缸技术采用2台伺服驱动液压泵，同时根据不同工况组合调用动力源，不仅实现了单出杆液压缸的直接泵控，同时减少了系统动力源数量。开合模是最典型的泵控单出杆液压缸系统，保压时只用一个液压泵来控制，另一台液压泵向蓄能器充压，塑化过程中两台液压泵并联驱动液压马达，顶出液压缸则通过比例阀和蓄能器来控制和驱动工业装备第1节注塑机变转速泵控液压缸系统原理（3）变转速泵控单出杆液压缸技术1.1注塑机左图为应用于注塑机锁模机构的双变转速泵直驱单出杆液压缸系统原理，采用腔压控制，使锁模液压缸两个方向运动时都应具有低的背压。右图为压力控制回路设定值为3.5MPa情况下，仿真与试验获得的控制锁模机构一个工作循环过程的运动特性及与采用总压力控制相对比的能量消耗特性。工业装备第1节注塑机变转速泵控液压缸系统原理（3）变转速泵控单出杆液压缸技术腔压控制原理锁模机构运动特性及能耗1.2压力机左图为泵控单出杆液压缸系统应用于模锻压力机的原理图，伺服电机在超越负载工况可处于发电状态，发电能量可通过电动机伺服驱动器反馈到压力机主液压缸，实现能量回收利用。整个运行周期内，可节约30%的电能消耗。工业装备第1节泵控单出杆液压缸用于压力机的原理及样机（1）模锻压力机1.2压力机锂电池球磨机是一种通过回转的圆筒中装入磨球，通过物料和磨球互相磨擦的原理对物料进行研磨的设备。图所示为变转速泵直驱单出杆液压缸系统应用于锂电池球磨机原理。在球磨机中，变转速泵直驱单出杆液压缸系统的能量效率可达55%以上，液压缸定位误差为0.002mm。工业装备第1节泵控单出杆液压缸用于锂电池球磨机的原理及样机（2）锂电池球磨机谢谢太原理工大学机电装备节能与智能控制技术团队泵控液压缸技术泵控液压缸技术典型应用11.2非道路移动装备112.1装载机装载机转向系统的两个液压缸的缸体和活塞杆分别与前后车架相连，分别置于铰接点两侧，通过两个单出杆液压缸推动前后车架绕铰接点旋转完成转向动作。左图所示为泵控单出杆液压缸转向系统原理，相较于原有阀控转向系统峰值功率降低62%，能量消耗降低46%。非道路移动装备第2节泵控单出杆液压缸转向系统原理（1）泵控单出杆液压缸转向系统泵控单出杆液压缸转向系统功率能耗2.1装载机图示为装载机非对称泵直驱单出杆液压缸举升系统、非对称泵直驱单出杆液压缸转斗系统的原理。非对称泵配流窗口比例与液压缸作用面积比例一致，解决了泵控单出杆液压缸非对称流量的难题。相较传统阀控系统，举升系统能耗降低35-47%。非道路移动装备第2节非对称泵控单出杆液压缸工作装置系统原理（2）非对称泵控单出杆液压缸工作装置系统2.1装载机图示为泵控集成储能液压缸举升系统原理图。集成储能腔液压缸的柱塞腔和有杆腔与液压泵进出油口直接相连，构成闭式容积控制回路，柱塞腔与有杆腔截面积比为1:1。通过控制伺服电机的转速来控制液压泵的输出流量。为高效回收利用举升系统的重力势能，将集成液压缸重力势能回收腔直接与蓄能器相连，直接回收利用其重力势能。非道路移动装备第2节泵控集成储能腔液压缸举升系统原理（3）泵控集成储能腔液压缸举升系统2.2挖掘机图示为混合动力挖掘机单泵变排量控制系统原理及样机照片，发动机同时驱动4个变排量液压泵，通过切换控制阀组开关状态，可实现每个液压执行器均可通过单泵直驱系统进行驱动。发动机同时与一个液压泵/马达连接，液压泵/马达与蓄能器连接，以扭矩耦合形式，对挖掘机整机动势能进行回收利用。与负载敏感系统控制的挖掘机相比，由于消除了节流损失，并可高效回收利用动势能，可降低燃油消耗50%。非道路移动装备第2节混合动力挖掘机单泵变排量控制系统原理及样机照片（1）单泵控单出杆液压缸系统应用2.2挖掘机图示为混合动力挖掘机非对称泵控单出杆液压缸系统原理。动臂、斗杆和铲斗分别采用一个变排量非对称泵控制，回转采用一个双向变排量泵/马达控制。为了使动力源尽量工作在高效区，并回收和再生工作装置的动势能，系统引入了一个双向变排量泵和液压蓄能器作为辅助动力源。相比常规LUDV系统，节能比例高达67.1%。非道路移动装备第2节混合动力挖掘机非对称泵控单出杆液压缸系统原理（2）非对称泵直驱单出杆液压缸系统应用谢谢太原理工大学机电装备节能与智能控制技术团队泵控液压缸技术太原理工大学机电装备节能与智能控制技术团队泵控液压缸技术典型应用11.3其他应用领域113.1机器人图示为基于泵控液压缸进口流量，阀控液压缸出口流量的泵直驱液压缸系统，系统选用定排量泵。该系统可实现独立驱动每个关节轴。控制阀1仅用于液压缸的工作方向，而不对液压缸速度进行节流控制，故能量损失很小。控制阀2用于对液压缸出口流量进行调控，防止液压缸在超越负载作用下发生失控。系统电机输出功率可降低64.9%。其他应用领域第3节泵控液压缸回路系统双足仿人机器人3.2FAST望远镜FAST望远镜作为世界最大单口径望远镜，由2225台液压缸促动器分别拉动2225根下拉索，拟合500米口径的瞬时抛物反射面形状，进行天文观测。液压缸促动器采用泵控液压缸技术，液压系统原理图如左图所示，右图所示为该产品实物图。其他应用领域第3节FAST射电望远镜泵控液压缸促动器液压系统原理FAST射电望