一种小型化机载液压伺服背包

摘要

一种小型化机载液压伺服背包，涉及机载液压油源技术领域。本发明是为了解决现有的外置液压油源限制机器运动范围、机载油源噪声大、效率低的问题。负载的低压输出口连接回油管路的输入端，回油管路的输出端连接一号齿轮泵的入口，一号齿轮泵的出口连接油液输出管路的输入端，油液输出管路的输出端同时连接负载的高压输入口和回油管路的输入端，系统感知模块用于采集电机的转速、油液输出管路中油液的流量、油液输出管路中油液的压力和油液的温度，并将采集的信息传给驱动控制模块，驱动控制模块通过控制调压过滤模块来调节输出油液的压力和流量。它用于对进入负载内的油液进行液压控制。

权利要求

1.一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，伺服背包包括动力单元、驱动控制模块(3)、调压过滤模块(4)、系统感知模块(5)、低压阀块(6)、高压阀块(7)和多个阀体，动力单元包括电机(2)和一号齿轮泵(1)，电机(2)输出轴与一号齿轮泵(1)的驱动输入轴同轴连接，低压阀块(6)内有回油管路，高压阀块(7)内有油液输出管路，多个阀体设置在油液输出管路上，用于对油液的输出进行控制，多个阀体设置在回油管路上，用于对油液的回油进行控制，负载的低压输出口连接回油管路的输入端，回油管路的输出端连接一号齿轮泵(1)的入口，一号齿轮泵(1)的出口连接油液输出管路的输入端，油液输出管路的输出端同时连接负载的高压输入口和回油管路的输入端，驱动控制模块(3)，用于驱动电机(2)，还用于根据系统感知模块(5)输出的信号，对调压过滤模块(4)进行控制，调压过滤模块(4)，用于过滤油液输出管路和回油管路中的油液，还用于接收驱动控制模块(3)的控制信号来调节输出油液的压力和流量；

系统感知模块(5)，用于采集电机(2)的转速、油液输出管路中油液的流量、油液输出管路中油液的压力和油液的温度，并将采集的信息传给驱动控制模块(3)。

2.根据权利要求1所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，调压过滤模块(4)包括比例调压阀、高压过滤器(8)和低压过滤器(18)，比例调压阀设置在油液输出管路上，用于根据系统感知模块(5)采集的油液的压力对输出的油液进行调压；

高压过滤器(8)设置在油液输出管路上，用于过滤油液输出管路中的油液；

低压过滤器(18)设置在回油管路上，用于过滤回油管路中的油液。

3.根据权利要求2所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，设置在油液输出管路上的多个阀体分别为高压蓄能器(11)、溢流阀(12)、先导式顺序阀(20)和高压油快换接头(13)，高压油快换接头(13)用于将油液输出管路的输出端与负载的高压输入口连通，高压蓄能器(11)，用于消除油液输出管路中油液的压力脉动，溢流阀(12)，用于通过先导式顺序阀(20)接收比例调压阀的调压信号，设置溢流压力，若设置的该压力小于油液输出管路中的油压，油液输出管路中的油液流至回油管路中，对油液输出管路中的油压进行泄压，若设置的该压力大于油液输出管路中的油压，油液输出管路中的油液流入负载的高压输入口。

4.根据权利要求3所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，设置在回油管路上的多个阀体分别为低压油快换接头(17)、低压蓄能器(16)和散热冷却模块，低压油快换接头(17)用于将回油管路的输出端与负载的低压输出口连通，低压蓄能器(16)，用于吸收回油管路上的回油波动，散热冷却模块，用于通过驱动控制模块(3)采集油液温度，当温度超过设定值时冷却回油。

5.根据权利要求4所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，所述伺服背包还包括电磁开关阀(21)和二号齿轮泵(27)，电磁开关阀(21)的一端、一号齿轮泵(1)的出口和二号齿轮泵(27)的出口均连接油液输出管路输入端，电磁开关阀(21)的另一端、一号齿轮泵(1)的入口和二号齿轮泵(27)的入口均连接回油管路输出端；

二号齿轮泵(27)由电机(2)驱动。

6.根据权利要求2所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，系统感知模块(5)包括温度传感器(22)、一号压力传感器(14)、二号压力传感器(19)、流量计(23)和增量式编码器，温度传感器(22)、一号压力传感器(14)和流量计(23)均设置在油液输出管路上，二号压力传感器(19)设置在回油管路上，增量式编码器安装在电机(2)上，温度传感器(22)用于采集油液输出管路中油液的温度，

一号压力传感器(14)用于采集油液输出管路中油液的压力，

二号压力传感器(19)用于采集回油管路中油液的压力，

流量计(23)用于采集输出油液的流量，

增量式编码器用于反馈电机(2)的转速。

7.根据权利要求1所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，所述伺服背包还包括能源管理模块，能源管理模块包括96V电池组和24V电池组，96V电池组为动力单元提供动力电，24V电池组为驱动控制模块(3)、调压过滤模块(4)、系统感知模块(5)和散热冷却模块提供电力。

8.根据权利要求5所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，电机(2)为外转子直流电机(2)，一号齿轮泵(1)和二号齿轮泵(27)均为外啮合螺旋齿形齿轮泵。

9.根据权利要求4所述一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，散热冷却模块采用散热片加冷却器(24)组成。

说明书

一种小型化机载液压伺服背包

技术领域

[0001] 本发明涉及一种移动机器的小型化机载液压油源，并具有良好的伺服控制性能(伺服背包)，属于机载液压油源技术领域。

背景技术

[0002] 现今，移动液压机器利用液压油源可以获得强劲的动力，按照液压油源安装位置可分为两种，一种为外置液压油源，其油箱容积大，散热效果好，过滤方便，蓄能器容积较大，不影响移动机器本身的体积。按照油源是否可以移动分为固定液压油源，也叫液压泵站和移动油源。外置液压油源通过软管与移动机器连通，为移动机器提供液压动力，这就导致了移动机器最大的问题，不能脱离油源独立运动，其作业范围受软管长度约束。另一种为机器本体集成液压油源；其液压动力传递不需要连接较长的液压软管，液压油循环周期短，机器移动方便。为提供强劲的液压动力，这一类机载液压油源一般采用小型汽油或柴油发动机提供动力，发动机噪声大，不能精准地控制其转速和输出扭矩，所以其工作效率低，发热量大。

发明内容

[0003] 本发明是为了解决现有的外置液压油源限制机器运动范围、机载油源噪声大、效率低的问题。现提供一种小型化机载液压伺服背包。

[0004] 一种小型化机载液压伺服背包，其特征在于，伺服背包包括动力单元、驱动控制模块3、调压过滤模块4、系统感知模块5、低压阀块6、高压阀块7和多个阀体，[0005] 动力单元包括电机2和一号齿轮泵1，电机2输出轴与一号齿轮泵1的驱动输入轴同轴连接，

[0006] 低压阀块6内有回油管路，高压阀块7内有油液输出管路，多个阀体设置在油液输出管路上，用于对油液的输出进行控制，多个阀体设置在回油管路上，用于对油液的回油进行控制，

[0007] 负载的低压输出口连接回油管路的输入端，回油管路的输出端连接一号齿轮泵1的入口，一号齿轮泵1的出口连接油液输出管路的输入端，油液输出管路的输出端同时连接负载的高压输入口和回油管路的输入端，

[0008] 驱动控制模块3，用于驱动电机2，还用于根据系统感知模块5输出的信号，对调压过滤模块4进行控制，

[0009] 调压过滤模块4，用于过滤油液输出管路和回油管路中的油液，还用于接收驱动控制模块3的控制信号来调节输出油液的压力和流量；

[0010] 系统感知模块5，用于采集电机2的转速、油液输出管路中油液的流量、油液输出管路中油液的压力和油液的温度，并将采集的信息传给驱动控制模块3。

[0011] 优选的，调压过滤模块4包括比例调压阀、高压过滤器8和低压过滤器18，[0012] 比例调压阀设置在油液输出管路上，用于根据系统感知模块5采集的油液的压力对输出的油液进行调压；

[0013] 高压过滤器8设置在油液输出管路上，用于过滤油液输出管路中的油液；

[0014] 低压过滤器18设置在回油管路上，用于过滤回油管路中的油液。

[0015] 优选的，设置在油液输出管路上的多个阀体分别为高压蓄能器11、溢流阀12、先导式顺序阀20和高压油快换接头13，

[0016] 高压油快换接头13用于将油液输出管路的输出端与负载的高压输入口连通，[0017] 高压蓄能器11，用于消除油液输出管路中油液的压力脉动，

[0018] 溢流阀12，用于通过先导式顺序阀20接收比例调压阀的调压信号，设置压力，该压力小于油液输出管路中的油压，从而使油液输出管路中的油液流至回油管路中，对油液输出管路中的油压进行泄压。

[0019] 优选的，设置在回油管路上的多个阀体分别为低压油快换接头17、低压蓄能器16和散热冷却模块，

[0020] 低压油快换接头17用于将回油管路的输出端与负载的低压输出口连通，[0021] 低压蓄能器16，用于吸收回油管路上的回油波动，

[0022] 散热冷却模块，用于通过驱动控制模块3采集油液温度，当温度超过设定值时冷却回油。

[0023] 优选的，所述伺服背包还包括电磁开关阀21和二号齿轮泵27，

[0024] 电磁开关阀21的一端、一号齿轮泵1的出口和二号齿轮泵27的出口均连接油液输出管路输入端，

[0025] 电磁开关阀21的另一端、一号齿轮泵1的入口和二号齿轮泵27的入口均连接回油管路输出端；

[0026] 二号齿轮泵27由电机2驱动。

[0027] 优选的，系统感知模块5包括温度传感器22、一号压力传感器14、二号压力传感器19、流量计23和增量式编码器，

[0028] 温度传感器22、一号压力传感器14和流量计23均设置在油液输出管路上，二号压力传感器19设置在回油管路上，增量式编码器安装在电机2上，

[0029] 温度传感器22用于采集油液输出管路中油液的温度，

[0030] 一号压力传感器14用于采集油液输出管路中油液的压力，

[0031] 二号压力传感器19用于采集回油管路中油液的压力，

[0032] 流量计23用于采集输出油液的流量，

[0033] 增量式编码器用于反馈电机2的转速。

[0034] 优选的，所述伺服背包还包括能源管理模块，

[0035] 能源管理模块包括96V电池组和24V电池组，96V电池组为动力单元提供动力电，24V电池组为驱动控制模块3、调压过滤模块4、系统感知模块5、散热冷却模块、高压蓄能器
11和低压蓄能器16提供电力。

[0036] 优选的，电机2为外转子直流电机2，一号齿轮泵1和二号齿轮泵27均为外啮合螺旋齿形齿轮泵。

[0037] 优选的，散热冷却模块采用散热片加冷却器24组成。

[0038] 本发明的有益效果为：

[0039] 本申请的一种应用于移动式机器的小型化机载液压伺服背包；包括动力单元、能源管理模块、驱动控制模块、散热冷却模块和由高压蓄能器与低压蓄能器组成的蓄能稳压模块有机组成，通过多个模块的合理分工实现液压动力的高功率密度输出，具有高稳压，大流量，质量轻，体积小等优点，可满足液压伺服背包对空间、重量等要求。在有限空间内可输出较高的液压驱动动力。

[0040] 与现有各类液压动力单元比较，本发明小型化机载液压伺服背包具体有如下有益效果：

[0041] 1、采用无油箱一体化结构的机载液压伺服背包，液压元件集成安装在高低压阀块上，结构简单紧凑，质量轻，安装和拆卸方便；整机安全性与可靠性提高；

[0042] 2、可根据系统所需流量和压力实现机载液压背包的伺服控制，实时感知伺服背包流量、压力、温度等信息，并实时控制伺服背包输出压力及流量，对高功率密度一体化液压伺服背包实现精准控制，提高伺服背包能量利用效率。

[0043] 3、伺服背包采用一号齿轮泵和二号齿轮泵组成双联泵方案，在负载需要短时间大流量高压力液压动力需求时，一号齿轮泵和二号齿轮泵同时输出大流量和高压力，从而满足机器瞬时高功率需求。

附图说明

[0044] 图1为具体实施方式一所述的一种小型化机载液压伺服背包的原理示意图；

[0045] 图2为具体实施方式二所述的液压系统原理示意图；

[0046] 图3为一种小型化机载液压伺服背包的结构示意图。

具体实施方式

[0047] 具体实施方式一：参照图1和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种小型化机载液压伺服背包，伺服背包包括动力单元、驱动控制模块3、调压过滤模块4、系统感知模块5、低压阀块6、高压阀块7和多个阀体，

[0048] 动力单元包括电机2和一号齿轮泵1，电机2输出轴与一号齿轮泵1的驱动输入轴同轴连接，

[0049] 低压阀块6内有回油管路，高压阀块7内有油液输出管路，多个阀体设置在油液输出管路上，用于对油液的输出进行控制，多个阀体设置在回油管路上，用于对油液的回油进行控制，

[0050] 负载的低压输出口连接回油管路的输入端，回油管路的输出端连接一号齿轮泵1的入口，一号齿轮泵1的出口连接油液输出管路的输入端，油液输出管路的输出端同时连接负载的高压输入口和回油管路的输入端，

[0051] 驱动控制模块3，用于驱动电机2，还用于根据系统感知模块5输出的信号，对调压过滤模块4进行控制，

[0052] 调压过滤模块4，用于过滤油液输出管路和回油管路中的油液，还用于接收驱动控制模块3的控制信号来调节输出油液的压力和流量；

[0053] 系统感知模块5，用于采集电机2的转速、油液输出管路中油液的流量、油液输出管路中油液的压力和油液的温度，并将采集的信息传给驱动控制模块3。

[0054] 本实施方式中，参照图2，驱动控制模块3驱动电机2，电机2开启后，通过电机调速器逐渐升高电机转速，电机2运转带动一号齿轮泵1启动，同时将单向节流阀9开启，将负载内的油通过连接的回油管路泵入油液输出管路中，在回油管路上设置有低压过滤器18和低压蓄能器16分别用来过滤油内杂质和消除油中气泡；进入油液输出管路中的油液经过高压蓄能器11消除输出油液的压力脉动，再经过高压过滤器8过滤杂质；在油液输出管路上设置压力传感器来实时监测油液输出管路中油液的压力，当压力传感器此时监测到的压力高于负载需要的油液压力时，则依靠比例调压阀输出电信号通过先导式顺序阀20对溢流阀12设定压力，设定的压力小于油液输出管路中的压力，使油液输出管路中的油液流至回油管路中，从而泄掉油液输出管路中的压力，为了不让高压油流入负载中，以免损害负载元件，同时也保护电机泵组的安全，泄压后的油液流至回油管路中再由一号齿轮泵1继续泵入油液输出管路中，如果压力传感器此时监测到的油压为负载需要的油压，则依靠比例调压阀输出电信号通过先导式顺序阀20对溢流阀12设定压力，该设定的压力大于油液输出管路中的压力，同时将油液输出管路上的二号开关阀10打开，让油液输出管路中的油流入负载，为负载提供满足要求的油液动力的液压油；

[0055] 因此，如果油液输出管路中的油压高于负载需要的油压，则控制溢流阀12的压力，使油液回流至回油管路中，进行泄压；从而保护负载；而当油液输出管路中的油压低于负载需要的油压时，则通过调节电机转速和输出扭矩来调节压力。

[0056] 在图1中，高压蓄能器主要用来消除冲击脉动，维持压力的稳定，为了减轻阀块重量和充分利用机器内部空间，高压蓄能器安装于高压阀块上；低压蓄能器充当油箱作用，安装于低压阀快上，低压蓄能器16用于吸收回油波动，消除回油气泡，经过低压蓄能器16的稳压作用消除气泡和脉动再为一号齿轮泵中供油。避免回流流入齿轮泵1时使齿轮泵1吸空。

[0057] 在图3中，电机2为外转子直流电机，外转子直流电机与两个齿轮泵通过轴连接，单向节流阀9穿过高压阀块7与一号齿轮泵1连接；高压过滤器8、单向节流阀9、两位两通开关阀10、高压蓄能器11、溢流阀12、高压油快换接头13和油压传感器14都相应的安装在高压阀快7上，低压过滤器18穿过低压阀块6与一号齿轮泵连接，低压过滤器18、低压蓄能器16、低压油快换接头17、油压传感器19，都相应的安装在低压阀快上。

[0058] 具体实施方式二：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，调压过滤模块4包括比例调压阀、高压过滤器8和低压过滤器18，

[0059] 比例调压阀设置在油液输出管路上，用于根据系统感知模块5采集的油液的压力对输出的油液进行调压；

[0060] 高压过滤器8设置在油液输出管路上，用于过滤油液输出管路中的油液；

[0061] 低压过滤器18设置在回油管路上，用于过滤回油管路中的油液。

[0062] 本实施方式中，油液输出管路上设置有先导式顺序阀、高压过滤器8、比例调压阀、高压蓄能器11、高压油快换接头13、温度传感器22、压力传感器14、流量计23和三号开关阀15，油液输出管路的出口有一号开关阀10，当油压为负载需要的油压时，则打开一号开关阀
10，让油液输出管路中的油液流入负载中。回油管路的入口设置有二号开关阀25，将二号开关阀25打开，启动一号齿轮泵，负载内的低压油液便会进入回油管路中。

[0063] 回油管路上设置有二号开关阀25、低压油快换接头17、溢流阀12、低压蓄能器16和散热冷却模块，

[0064] 回油管路的入口设置有二号开关阀25，将此二号开关阀10打开，负载中的油进入回油管路中。

[0065] 本实施方式中，低压阀块6和高压阀块7使用3D打印技术完成外形后经进一步精加工完成，免去工艺油路；高压过滤器和低压过滤器使用插装式过滤器，由溢流阀12、先导式顺序阀20和比例调压阀构成的调压阀使用插装阀，最大限度的节省空间；低压蓄能器为缓冲整个机器人及液压系统的容积变化而定做设计，最大程度的降低占用空间及重量。压力、温度传感器均为定制产品，尽量减小体积。上述所有零件装于阀块上，环绕齿轮泵布置。

[0066] 具体实施方式三：参照图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，设置在油液输出管路上的多个阀体分别为高压蓄能器11、溢流阀12、先导式顺序阀20和高压油快换接头13，

[0067] 高压油快换接头13用于将油液输出管路的输出端与负载的高压输入口连通，[0068] 高压蓄能器11，用于消除油液输出管路中油液的压力脉动，

[0069] 溢流阀12，用于通过先导式顺序阀20接收比例调压阀的调压信号，设置溢流压力，若设置的该压力小于油液输出管路中的油压，油液输出管路中的油液流至回油管路中，对油液输出管路中的油压进行泄压，若设置的该压力大于油液输出管路中的油压，油液输出管路中的油液流入负载的高压输入口。

[0070] 本实施方式中，由于溢流阀12为机械式的，所以要通过比例调压阀输出电信号通过先导式顺序阀20对溢流阀12进行控制。

[0071] 比例调压阀的压力通过模拟量进行现场或远程控制。为适应机器不同工况，最大程度的降低能耗。

[0072] 具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，设置在回油管路上的多个阀体分别为低压油快换接头17、低压蓄能器16和散热冷却模块，

[0073] 低压油快换接头17用于将回油管路的输出端与负载的低压输出口连通，[0074] 低压蓄能器16，用于吸收回油管路上的回油波动，

[0075] 散热冷却模块，用于通过驱动控制模块3采集油液温度，当温度超过设定值时冷却回油。

[0076] 具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，所述伺服背包还包括电磁开关阀21和二号齿轮泵27，[0077] 电磁开关阀21的一端、一号齿轮泵1的出口和二号齿轮泵27的出口均连接油液输出管路输入端，

[0078] 电磁开关阀21的另一端、一号齿轮泵1的入口和二号齿轮泵27的入口均连接回油管路输出端；

[0079] 二号齿轮泵27由电机2驱动。

[0080] 本实施方式中，在二号齿轮泵27的出口上设置单向阀26，用于使从二号齿轮泵27泵出的油液进入油液输出管路中。

[0081] 动力部分由一号齿轮泵1和二号齿轮泵27并联使用，系统需小流量工作时，电磁开关阀21导通，二号齿轮泵27空转不输出流量，当系统需要大流量工作时，电磁开关阀21截止，二号齿轮泵27工作，系统输出流量翻倍。

[0082] 一号齿轮泵和二号齿轮泵均为轻质齿轮泵，具有内啮合齿轮泵及柱塞泵的高压特性，抗污染能力强，发热低，铝合金外壳降低泵重量。电机输出轴与两个轻质齿轮泵的驱动输入轴同轴连接。

[0083] 具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，系统感知模块5包括温度传感器22、一号压力传感器14、二号压力传感器19、流量计23和增量式编码器，

[0084] 温度传感器22、一号压力传感器14和流量计23均设置在油液输出管路上，二号压力传感器19设置在回油管路上，增量式编码器安装在电机2上，

[0085] 温度传感器22用于采集油液输出管路中油液的温度，

[0086] 一号压力传感器14用于采集油液输出管路中油液的压力，

[0087] 二号压力传感器19用于采集回油管路中油液的压力，

[0088] 流量计23用于采集输出油液的流量，

[0089] 增量式编码器用于反馈电机2的转速。

[0090] 本实施方式中，参照图1，系统感知模块包括四个部分：电池电压电流感知，电机转速系统流量感知，系统高低压感知，系统温度感知。系统感知模块反馈信息给驱动控制模块形成闭环控制。

[0091] 具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，所述伺服背包还包括能源管理模块，[0092] 能源管理模块包括96V电池组和24V电池组，96V电池组为动力单元提供动力电，24V电池组为驱动控制模块3、调压过滤模块4、系统感知模块5和散热冷却模块提供电力。

[0093] 本实施方式中，电池组采用锂电池制作，具有重量轻、容量大、无记忆效应等特点，其使用高倍率10C电芯，动力强劲，电池组内含大功率保护板，可对电池组进行自我保护，对电池的充放电进行规划限制。

[0094] 具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，电机2为外转子直流电机2，一号齿轮泵1和二号齿轮泵27均为外啮合螺旋齿形齿轮泵。

[0095] 本实施方式中，电机为高功率密度的电机，电机采用外转子直流电机，具备重量轻、输出功率高、转速和输出力矩大等特点；电机上还安装有高精度的增量式编码器，用于实时反馈电机转速。在电机上集成高精度增量式编码器，采用大功率电机驱动器实时控制电机转速和力矩，从而控制泵的输出压力和流量；控制方面，采用嵌入式控制器配置AD/DA接口和CAN通信接口，AD接口采集伺服背包各路传感器信息，DA接口输出电信号控制比例调压阀，CAN通信接口与电机驱动器通信，实现对电机转速的实时调节。

[0096] 具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种小型化机载液压伺服背包作进一步说明，本实施方式中，散热冷却模块采用散热片加冷却器24组成。

[0097] 本实施方式中，冷却散热模块采用散热片加高速风冷组成的散热装置，独立安装于机器内部空间中，为液压系统散热。冷却器24安装于回油散热片上，对回油进行冷却。