服务项目 / SERVICE ITEM
|
小型高压柱塞油泵装置主题简介电机:电机是为柱塞泵提供动力的元件，而在小型化应用场合常使用直流无刷无感电机，直流无刷无感电机是一种随着电子技术的迅速发展而发展起来的新型电机，其具有体积小、功率密度高、调速范围宽、安全可靠性高等一系列特点。 减速器:减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。在电机和柱塞泵转轴之间起匹配转速和传递转矩的作用。 柱塞泵：柱塞泵整个系统中的核心部件，将电机动力转化为液压力，它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油的动作。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。
主题对应的理论和技术路线 一：电机原理概述： 直流无刷无感电机采用电子开关代替传统直流电机的换向器，没有位置传感器，取而代之的是转子检测电路。此电机的使用提高了控制的精度，减小了电机的体积，降低设计成本与难度，提高了安全可靠性。一个直流无刷无感电机的正常运行需要电子开关、转子检测电路以及电机主体等组成部分。目前用来检测转子位置的方法主要有反电动势法、电流法、状态观测器法、人工智能法和磁链法。其中反电动势法的研究比较成熟，运用较广。 反电动势法：当直流无刷电机某项绕组反电动势过零时，转子直轴与该相绕组周线恰好重合。因此只要检测到各相绕组反电动势的过零点，就可获知转子的若干个关键位置。再根据这些关键位置的转子位置信号，做相应的处理后控制直流无刷无感电机换相，实现直流无刷无感电机连续运转。 电机的恒速控制采用闭环控制，一般直流无刷电机转速控制常采用开环控制，开环控制是直流无刷电机在给定一个速度信号后便不受控制，而是随着负载的变动而变动。虽然开环控制简单，但电机的速度也将有所变动，具有不稳定性。与开环控制相比，闭环控制中直流电机在给定一个速度后不断将输出端的信息（转速）反馈到输入端，与输入端的给定信号作比较，当发现电机速度发生变化使输出端反馈信号不满足原来输入信号的要求时，输入端将会改变输入信号，使电机速度回到给定值为止，虽然不能完全回到给定速度，但速度变化小得多。 在模拟控制系统中，最常用的控制器就是模拟PID控制器。以下图所示直流无刷电机控制系统为例，说明PID控制器控制直流无刷电机转速的原理。图中 常见的模拟PID控制系统如下图所示。PID控制器由比例、积分、微分的线性组合构成。控制规律如下：
其中， 其中PID参数的整定方法可以采用临界比例度法，又称Ziegler-Nichols法，该方法便于使用，在大多数回路中总能够取得很好的控制效果。该方法大致思路为：先将积分与微分的作用全部清除使其成为纯比例控制器，然后求取该系统在等幅振荡时候的比例度以及其振荡的周期。具体步骤如下：首先将积分与微分的作用全部清除，令（Ti =最大值，Td = 0）；按照比例度从大到小排列，对应的比例度值做小幅度的设定阶跃干扰，直到获得等幅振荡过度曲线为止；最后求取比例度δk、临街周期Tk，然后根据下表得出比例度、积分时间、微分时间。
二：减速器概述 减速器的主要功能是降低转速以获得更大的转矩，实现减速器功能的核心部件是一组行星齿轮。行星齿轮传动的主要特点就是体积、质量小，结构紧凑，承载能力、传动效率高，传动比较大且运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。 行星齿轮传动的类型有很多，其分类的方法也有很多，目前我国普遍采用的分类方法为库德略夫采夫分类法——按照行星齿轮传动基本构件的不同来进行分类。在库氏分类方法中，根据其基本构件的配置情况，可将行星齿轮传动分为2Z-X、3Z、Z-X-V三种基本传动类型。其中2Z-X型以其结构简单，制造方便，外形尺寸小，质量小，且具有少齿差的内啮合齿轮传动，其啮合摩擦损失较小，传动效率较高，在机械传动中应用最广。其结构如下图所示。
行星齿轮减速器结构特点：行星轮轴承安装在行星轮内，行星轴固定在行星架的行星轮轴孔中；输出轴和行星架通过键联接其支承轴承并安装在减速器壳体内，太阳轮通过联轴器与高速轴连接，以实现传动。该类减速器的传动比主要根据各齿轮的齿数决定。 三：柱塞泵概述 柱塞泵一般分为单柱塞泵、卧式柱塞泵、轴向柱塞泵和径向柱塞泵。 单柱塞泵结构组成主要有偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动排油。泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。 卧式柱塞泵是由几个柱塞并列安装，用一根曲轴通过连杆滑块或由偏心轴直接推动柱塞做往复运动，实现吸、排液体的液压泵。它们也都采用阀式配流装置，而且大多为定量泵。煤矿液压支架系统中的乳化液泵一般都是卧式柱塞泵。乳化液泵用于采煤工作面，为液压支架提供乳化液，工作原理靠曲轴的旋转带动活塞做往复运动，实现吸液和排液。 轴向柱塞泵是活塞或柱塞的往复运动方向与缸体中心轴平行的柱塞泵。轴向柱塞泵利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。由于柱塞和柱塞孔都是圆形零件，可以达到很高的精度配合，因此容积效率高。 直轴斜盘式柱塞泵分为压力供油型和自吸油型两种。压力供油型液压泵大都是采用有气压的油箱，靠气压供油的液压油箱，在每次启动机器之后，必须等液压油箱达到使用气压后，才能操作机械。如果液压油箱的气压不足时就启动机器，会对液压泵内的滑靴造成拉脱现象，会造成泵体内回程板与压板的非正常磨损。 径向柱塞泵可分为阀配流与轴配流两大类。阀配流径向柱塞泵存在故障率高、效率低等缺点。国际上70、80年代发展的轴配流径向柱塞泵克服了阀配流径向柱塞泵的不足。由于径向泵结构上的特点，固定了轴配流径向柱塞泵比轴向柱塞泵耐冲击、寿命长、控制精度高。变量行程短泵的变量是在变量柱塞和限位柱塞作用下，改变定子的偏心距实现的，而定于的最大偏心距为 5—9mm（根据排量大小不同），变量行程很短。且变量机构设计为高压操纵，由控制阀进行控制。故该泵的响应速度快。径向结构设计克服了如轴向柱塞泵滑靴偏磨的问题。使其抗冲击能力大幅度提高。径向柱塞泵属于一种新型的技术含量比较高的高效泵，随着国产化的不断加快，径向柱塞泵必然会成为柱塞泵应用领域的重要组成部分。 具体实施案例 小型高压泵站主要由直流无刷无感电机、减速器、高压柱塞油泵、油箱组成，具有体积小、重量轻、压力高、结构简单、使用方便等优点。其工作原理为：电机转动时将转矩传递给转轴从而带动其转动。偏心轮做偏心转动，在偏心轮的驱动下，柱塞在柱塞腔孔内沿径向做往复运动。当柱塞向柱塞腔外运动时，柱塞腔容积变大，压力减小，腔室内为负压，在由压差引起的液压力作用下，油液顶开吸油阀的阀板，进入到柱塞套的腔孔中。当柱塞运动到最大行程处时，在偏心轮推动下，柱塞开始反向运动。柱塞向柱塞腔内运动，柱塞腔容积变小，油液在柱塞推力的作用下压力升高，吸油阀外压力小于腔室内压力，阀门关闭。油液压力不断升高，直至大于排油阀外压力，液压油便顶开排油阀阀板，经设置在泵体内的油路汇于一处，通过管道输送至执行机构。 在安装柱塞套位置的边上各设有一回流阀，阀值与柱塞的大小相对应。当执行机构空载或轻载时，排油阀外压力较低，柱塞腔室内所需升至顶开排油阀的压力也较低，因此液压油无法顶开大柱塞排油阀前拥有较高开启压力的回流阀。此时，多个柱塞腔一同向执行机构供油，输出流量大，执行机构的运行速度也较快。当执行机构负载较大时，排油阀外压力也较高，大柱塞腔室内的油液在压力高至顶开排油阀之前便先顶开了回流阀的阀板，油液从回流阀流出，油道回到泵体中。而小柱塞腔油液的压力则不断升高，直至顶开排油阀，向执行机构供油。此时柱塞泵的输出流量较小，提供给执行机构的速度也较低，但提供的压力却很高，这使得泵在负载工作时能更加平稳有效地运行。而且小柱塞工作时的压力脉动更小，工作更为平稳。采用整体冷却技术，液压油浸没偏心轴和柱塞副，使其在工作的同时也能够及时冷却，如此一来，两者因摩擦发热而产生的变形便能协调一致，配合更加紧密。而且除冷却作用外液压油还能起到良好的润滑作用，减小了磨损，延长了寿命。
电机是为柱塞泵提供动力的重要部件，这里的小型高压油泵使用的是直流无刷无感电机，采用电子开关代替传统直流电机的换向器，以转子检测电路代替位置传感器，提高了控制的精度，减小了电机的体积，降低设计成本与难度，提高了安全可靠性。一个直流无刷无感电机的正常运行需要电子开关、转子检测电路以及电机主体等组成部分，其框架图如下。
直流无刷无感电机采用反电动势法来进行换向判断，当电机某项绕组反电动势过零时，转子直轴与该相绕组周线恰好重合。因此只要检测到各相绕组反电动势的过零点，就可获知转子的若干个关键位置。再根据这些关键位置的转子位置信号，做相应的处理后控制电机换相，从而实现电机的连续运转。 直流无刷无感电机需要有控制电路对其进行换向控制才能实现连续运转。电路核心部分由控制电路、驱动以及功率电路、测量转速以及反馈电路、过流保护电路、温度保护电路所组成。此外还有时钟电路、复位电路、电源电路等辅助电路。以下为直流无刷电机的控制系统硬件图。
无刷无感电机的启动采用三段式无感启动法，分别为预充电、定位、拖动，最后运行。首先给单片机开启信号，单片机开始运行电机启动程序，给驱动电路正确的逻辑信号驱动电机，同时利用反电动势过零检测电路将电机转子的位置信号反馈给单片机，单片机根据转子位置实时改变逻辑信号的输出控制电机换相，使电机得以持续运行。 电机的转速控制采用闭环控制，闭环控制是直流无刷电机在给定一个速度后不断的将输出端的转速反馈到输入端，与输入端的给定转速作比较，当发现电机速度发生变化而使输出端反馈信号不满足原来输入信号的要求时，将会改变输入信号，使电机速度回到给定值为止，虽然不能完全达到给定的目标转速，但速度变化小得多。利用单片机来对设定转速与实际转速进行比较，然后经过PID算法后，由芯片的PWM发生器模块发出PWM波控制驱动电路，再由驱动电路驱动电机，电机会随着PWM波占空比的变化改变转速。 |
