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微型紧凑集成液压控制系统的设计指导

液压传动与控制2019-09-04 08:31

作者:William Durfee,University of Minnesota

解读:腾益登


首先来看看可穿戴式微型液压机器人的应用,电机驱动其一度在骨骼控制方面盛行。


然而液压控制逐渐引起了大家的兴趣。为什么是液压呢?因为,随着压力上升,输出力也增大,而重量不会明显改变。


液压控制可以提供大扭矩,满足低速应用,与电机驱动的低扭矩和高转速相比,具有竞争优势。


比如一些小型液压驱动装置的应用,如自行车等。


但是,随着尺寸的减小,油缸里的摩擦损失,管路中的阻力损失上升了。

下面来看看泵控和阀控系统,配置上有哪些不一样?


下面第一张图EHA采用双向变量泵来控制,第二张图采用伺服阀来控制执行器。


对于微型液压系统的分析,我们首先来看看元件层面的。油缸重量模型的建立,需要考虑壁厚及其承压能力,对于活塞杆,也需要考虑其抗压能力。


现实生活中油缸的预测重量与实际重量的趋势图。


O型圈摩擦力模型。


对不同直径油缸使用的O型圈的作用力效率进行对比分析。


轴向柱塞泵模型。


柱塞泵的验证试验。


泵的动态测试。


电机效率和重量可以从产品目录中查找出来。


当然也可以从数学模型中推导出来。


从上述元件层面的分析,我们可以得到哪些结论呢?

首先,缸径为4mm的,效率下降很快。


对于高压或大直径的,密封摩擦力影响不大。


没有活塞密封的油缸,效率更高。


在系统层面,我们可以了解到哪些?

案例1:电机驱动与液压驱动,哪一种更轻?


对于液压来说,压力越高,也就越轻。


如果液压考虑动力油源,肯定会增加重量,但是有些情况这个油源也可以远离执行器布置。


案例2:管路内径如何考虑?


案例3:采用齿轮泵还是柱塞泵?

齿轮泵轻,但效率低,因此整个系统重量会更重一些。


案例4:阀控还是泵控,始终是一个问题。

对于EHA系统来说,泵控更轻一些。


案例5:采用什么规格的电机?


电机越重,效率越高。


最优化的电机需要考虑运行时间以及是否采用了主动冷却措施。


应用案例:足关节运动控制


压力138bar,90Nm,100°/s,泵控系统。



这么小的油缸,也很特殊啊。


来进行效率和性能分析吧。


- END -

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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