技术前沿-MOOG全面及深入阐述EPU与电液执行器EAS系统

液压传动与控制

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首先对三种驱动控制技术做了比较,它们分别是:EM,EH和EAS。EM系统主要表现在高能效,无污染以及低噪音方面。EH系统主要表现在输出力大,易于实现线性运动,滞环低。EAS系统结合了上述两者的优点。

下面试图阐述EAS系统所具有的一些特性。EAS采用EPU来实现,看起来很简单,但是实现起来却有很多讲究。

首先来认识EPU单元,其具有四象限功能。

EAS系统需要什么样的泵呢?我们看看如下示例,有杆腔和无杆腔分别连接排量不同的泵,满足油缸活塞杆伸出或缩回时不同的流量需求。

如果我们再具体来说,可以定义为四象限的一种运动控制,即两组泵工作的象限,两组马达工作的象限。

基于此来思考,就要求泵是可调速的,旋转方向可变的,而且只有一侧可以是高压。

如果对上述原理做小小一点修改,油缸油口之间的大泵换成小泵,也可实现差动缸的控制。

另外一个例子就是,图中下图,对于对称缸,利用一套泵组实现控制。

再次用四象限的方式来呈现。

来看看两个应用例子。第一就是对称缸在两个方向移动,其工作象限为一、三象限,为泵工作模式。与前面不同,不再定义压力油口的高和低,他们取决于工作方向。

第二个例子是挤压垫。这种工况特别适合应用EAS系统,而不是阀控系统。在挤压过程中可以节能,此时需要工作在第一象限(泵工作模式)和第四象限(马达工作模式)。

选择EAS需要考虑的另外一个点就是驱动伺服驱动器和伺服电机。图表显示的是典型的伺服电机特性曲线。曲线1-速度范围内连续扭矩;曲线2-最大扭矩,但是适用于短暂工况;曲线3-弱磁应用时的最大扭矩。

假定泵的排量19ml/r。根据不同转速,可计算出泵课提供的流量在0至85L/min@4500rpm之间。

第二个关注点就是压力。这个例子,我们可以得到一个恒定的压力180bar,短暂情况可达到300bar,但是无法达到350bar的压力。

如果想提高压力性能,那么依然可以用19cc排量的泵,但是马达特性部分需要更大的马达。

实现这种泵/马达工作模式的参见如下组合,有3种性能特性可实现。

三种规格一样。

各种特性,附带电机不一样。

如何描述EPU的特性曲线?我们可以从阀的特性曲线来辅助理解泵的特性曲线。不过阀在零位有很好的特性,泵不具备这个特点。对于阀来说,其压力信号特性曲线在±5%的范围内的给定信号时,压力基本稳定。对于EPU来说,类似的。EPU如果堵上一个油口,大约100rpm,就可以达到压力350bar。

下图解释了EAS系统所具有的压力特性曲线。

对D6363,D936和EPU19的动态特性曲线。

相位特性的比较。

不同规格的EPU,带阀块。

这是内部结构图,把泵和马达特性结合起来,无需单独的泵和马达,结构紧凑。

上述介绍主要讨论EPU,下面讨论EAS系统层面的东西。

这是不同结构的EAS系统。

不同的驱动单元与泵组合,既有定排量的泵也有变排量的泵,也有双排量的选择。

对于不同的组合,特性曲线有差异。

不同的配置,适用的工况不同。

继续运动控制方面的介绍。

对于阀控和泵控系统,速度特性曲线有差异。阀控系统需要考虑节流特性。EAS系统线性化更好,但是需要考虑的是其泄漏特性。

阀控和泵控,应用在位置控制系统,也是有差异的。

驱动控制方面,也存在差异。

在软件控制层面,也存在不同。

使用泵控系统,节能优势极为明显。

泵控系统无节流损失,其节能至少在30%以上。

全局概览,易实现数字化,工业4.0。

面向工业4.0,各大公司的产品迭代,从模拟走向数字化......

驱动控制部分,实现网络与数字化。

对于在线监控和预防维护,也是热门。

EAS系统的应用前景也越来越广阔。

液压的未来,该是什么样呢?

这里,你看到了EPU,在压力和速度方面都有约束或限制,一方面是电机本身方面的约束,另一方面是泵本身的。

能否采用右侧所示特性的电机呢?

设计对于元件层面的考虑在哪些?

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