CN109256009A - 一种节能液压六自由度运动模拟平台 - Google Patents

一种节能液压六自由度运动模拟平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种节能液压六自由度运动模拟平台，主要由上、下平台、万向节、作动器组、伺服阀组、平衡蓄能器组成。本发明采用与蓄能器连接的液压缸作为运动平台的基础支撑，用蓄能器的压力平衡运动平台的基础负载，解决了现有液压六自由度运动模拟平台需要液压泵提供基础压力油，以平衡运动平台基础负载的问题；可根据实际情况，采用六只液压缸配置一只蓄能器的方式，根据六只液压缸总作用力来平衡运动平台基础负载大小，在不规则运动中协同效果更好；通过改变蓄能器的充气压力，以平衡运动平台不同的基础负载。本发明解决了为运动平台提供油源的液压泵站等装机容量大的难题，并具有高效节能、可调、控制复杂程度低、可靠性高、维修简单等优点。

Description

一种节能液压六自由度运动模拟平台
技术领域
本发明涉及液压传动及控制技术领域，特别是涉及一种节能液压六自由度运动模拟平台。
背景技术
六自由度平台可以实现刚体在空间内多个自由度的运动。由于刚体在空间的位置可用多个自由度来描述，因此该平台可模拟刚体在空间的任意运动状态。这个特点使该机构作为运动模拟平台正逐步得到广泛应用，如飞行模拟器、车辆驾驶模拟器、海浪模拟台、六自由度振动摇摆台、动感电影摇摆台等。
这种运动平台的作动器长久以来主要以液压缸驱动为主，一般都是采用单出杆液压缸作为作动器。其运动模拟过程一般是，启动***，首先平台上升到中位并保持，在中位的基础上，进行运动和动力的模拟。因为平台上模拟器载体的固有质量一般都较大，维持平台处于中位的液压力也就较大。运动平台的运动和动力模拟都是通过在这个平衡点上的叠加运动实现，如果能将这个平衡力和运动模拟力分离，液压***油压提供的作用只是在平衡点上往复运动，将大大降低运动平台液压***的装机容量，提高***的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能液压六自由度运动模拟平台，以解决上述现有技术存在的问题，将这个平衡力和运动模拟力分离，液压***油压提供的作用只是在平衡点上往复运动，将大大降低运动平台液压***的装机容量，提高***的效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种节能液压六自由度运动模拟平台，包括上平台、下平台、动力***、六个并联的作动器组、与所述作动器组对应设置的伺服阀组以及平衡蓄能器，所述动力***、作动器组和伺服阀组均与控制***链接，模拟载体放置在所述上平台上；
所述动力***包括依次顺序连接的油箱、粗过滤器、液压泵、单向阀和高压过滤器；
安装在所述上平台和下平台之间的所述作动器组包括液压缸和安装于所述液压缸外部并用于检测所述液压缸的缸杆位置的磁通式位移传感器；
所述伺服阀组包括六只三位四通伺服换向阀，各个所述三位四通伺服换向阀的P口并联后与所述高压过滤器的出油口连接，各个所述三位四通伺服换向阀的O口并联后与所述油箱连接，各个所述三位四通伺服换向阀的A口与所述液压缸的缸杆缩回作用腔连接，各个所述三位四通伺服换向阀的B口与所述液压缸的缸杆伸出作用腔连接；
所述液压缸中设置有液压蓄能器平衡作用腔，各个所述液压蓄能器平衡作用腔通过外部软管并联后经截止阀与所述平衡蓄能器连接。
优选的，所述上平台通过万向节与液压缸缸杆相连接，所述下平台通过万向节与液压缸缸底相连接，模拟载体通过螺栓与所述上平台相连接。
优选的，所述液压泵与所述单向阀之间连接有电磁溢流阀，所述电磁溢流阀的出油口与所述油箱连接。
优选的，在所述单向阀与所述高压过滤器之间的支路上连接有稳压蓄能器，所述稳压蓄能器的油口另一端连接有压力表。
优选的，在所述单向阀与所述高压过滤器之间的支路上还连接有压力继电器，所述压力继电器的油口另一端通过高压截止阀与所述油箱连接。
优选的，所述平衡蓄能器为液压平衡蓄能器。
优选的，所述油箱中的油液为液压油。
优选的，所述平衡蓄能器可以每只所述液压缸单独配置一个，也可以多只所述液压缸集中配置一个。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、本发明中的节能液压六自由度运动模拟平台，减小了为运动平台提供油源的液压泵站等的装机容量；
2、采用了节能液压缸，也就是增设了蓄能平衡***，改善了传统液压伺服***需要本身动力平衡模拟器本体重力等缺点，具有良好的节能效果；
3、可以通过改变蓄能器的充气压力，以平衡运动平台不同的基础负载，调节性好；
4、消除了***中作动器的换向冲击问题，使运动平台的控制更方便、可靠；
5、实现了模拟器载体运动平台的作用力自平衡，并且驱动的单活塞杆液压缸实现了双作用液压缸的形式，获得对称阀控制对称液压缸的良好性能；
6、改善了非对称液压缸的控制方式，降低了控制的复杂程度，提高了***的控制性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中节能液压六自由度运动模拟平台的液压原理图；
其中，1-油箱；2-粗过滤器；3-液压泵；4-电磁溢流阀；5-单向阀；6-压力表；7-稳压蓄能器；8-高压过滤器；9-压力继电器；10-高压截止阀；11-三位四通伺服换向阀；12-平衡蓄能器；13-截止阀；14-充气阀；15-磁通式位移传感器；16-液压缸；17-缸杆伸出作用腔；18-缸杆缩回作用腔；19-液压蓄能器平衡作用腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种节能液压六自由度运动模拟平台，以解决上述现有技术存在的问题，将这个平衡力和运动模拟力分离，液压***油压提供的作用只是在平衡点上往复运动，将大大降低运动平台液压***的装机容量，提高***的效率。
基于此，本发明提供的节能液压六自由度运动模拟平台，包括上平台、下平台、动力***、六个并联的作动器组、与作动器组对应设置的伺服阀组以及平衡蓄能器，动力***、作动器组和伺服阀组均与控制***链接，模拟载体放置在上平台上；安装在上平台和下平台之间的动力***包括依次顺序连接的油箱、粗过滤器、液压泵、单向阀和高压过滤器；作动器组包括液压缸和安装于液压缸外部并用于检测液压缸的缸杆位置的磁通式位移传感器；伺服阀组包括六只三位四通伺服换向阀，各个三位四通伺服换向阀的P口并联后与高压过滤器的出油口连接，各个三位四通伺服换向阀的O口并联后与油箱连接，各个三位四通伺服换向阀的A口与液压缸的缸杆缩回作用腔连接，各个三位四通伺服换向阀的B口与液压缸的缸杆伸出作用腔连接；液压缸中设置有液压蓄能器平衡作用腔，各个液压蓄能器平衡作用腔通过外部软管并联后经截止阀与平衡蓄能器连接。
通过液压缸平衡平台重量的供油压力油源为外置的平衡蓄能器，平衡蓄能器可以根据液压缸应用的场合及所需平衡的负载重量，在额定范围内进行充压，以满足特定的工作条件；驱动***的油压，由液压泵站或液压油源提供。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，其中，图1为本发明中节能液压六自由度运动模拟平台的液压原理图。
如图1所示，本发明提供一种节能液压六自由度运动模拟平台，包括上、下平台、万向节、油箱1、粗过滤器2、液压泵3、电磁溢流阀4、单向阀5、压力表6、稳压蓄能器7、高压过滤器8、压力继电器9、高压截止阀10、伺服阀组、平衡蓄能器12、截止阀13，充气阀14、磁通式位移传感器15、六个作动器组；其中作动器组包括六只立式节能液压缸16，每只液压缸外部装有磁通式位移传感器15；伺服阀组包括六只三位四通伺服换向阀11；
油箱1、粗过滤器2、液压泵3、单向阀5、以及高压过滤器8顺序连接，伺服阀组各伺服阀P口并联后同高压过滤器8出油口连接，各伺服阀O口并联后与油箱1连接，各伺服阀A口同作动器组相应的液压缸16的缸杆缩回作用腔18连接，各伺服阀B口同作动器组相应的液压缸16的缸杆伸出作用腔17连接，作动器组各液压蓄能器平衡作用腔19通过外部软管并联后经截止阀13与平衡蓄能器12连接。
在液压泵3、单向阀5之间连接有电磁溢流阀4，电磁溢流阀4出油口同油箱1连接，在单向阀5与高压过滤器8之间的支路上，连接有稳压蓄能器7与压力继电器9，稳压蓄能器7油口另一端同压力表6连接，压力继电器9油口另一端同高压截止阀10、油箱1顺序连接。
该节能液压六自由度运动模拟平台，以液压缸16缸体外部通过软管与缸体内部腔体连通的平衡蓄能器12作为平衡压力油源，通过管路将压力油压入缸体内部；本发明采用特殊结构的液压缸16和平衡蓄能器12相互配合作用，用平衡蓄能器12的油液压力支撑平台模拟载体的固有质量，相当于六自由度运动平台浮动在平衡蓄能器12压力支撑上。
其中平衡蓄能器12为液压蓄能器；油液为液压油，还可以是其它类似性质的液体。
该模拟平台的工作过程大致如下：
启动***，电机带动液压泵3从油箱1中吸出压力油液，压力油液经粗滤油器2、单向阀5进入稳压蓄能器7，当稳压蓄能器7压力达到设定值时，压力继电器9触发，使电磁溢流阀4中电磁换向阀右位接通，液压泵3卸荷；同时，截止阀13打开，平衡蓄能器12中的压力油液经外部软管进入作动器组各液压蓄能器平衡作用腔19，在压力油液的作用下运动平台上升到中位并保持。
当***发出指令液压缸16缸杆伸出时，控制液压缸16的三位四通伺服换向阀11左位接通，稳压蓄能器7中的压力油液经高压滤油器8、三位四通伺服换向阀11进入液压缸16的缸杆伸出作用腔17，在压力油液的作用下液压缸16的缸杆伸出，磁通式位移传感器15实时检测液压缸16的缸杆位置，并将位移信息反馈给控制***，当位移值达到指令给定值时，控制***发出指令，使三位四通伺服换向阀11中位接通，油路断开，液压缸16停止运动。
当***发出指令液压缸16缸杆缩回时，控制液压缸16的三位四通伺服换向阀11右位接通，稳压蓄能器7中的压力油液经高压滤油器8、三位四通伺服换向阀11进入液压缸16的缸杆缩回作用腔18，在压力油液的作用下液压缸16的缸杆缩回，磁通式位移传感器15实时检测液压缸16的缸杆位置，并将位移信息反馈给控制***，当位移值达到指令给定值时，控制***发出指令，使三位四通伺服换向阀11中位接通，油路断开，液压缸16停止运动。
控制***可以同时发出多条指令，通过控制伺服阀组的左右位得失电及输入的电信号大小，从而控制作动器组中六只液压缸16缸杆的位移伸缩量及速度，使六自由度运动平台在中位的基础上进行运动和动力的模拟。
当稳压蓄能器7中压力低于设定值时，压力继电器9断开，使电磁溢流阀4中电磁换向阀左位接通，液压泵3开始工作，为稳压蓄能器7补压，直到压力值达到设定值；可以通过压力表6观察稳压蓄能器7的压力值，从而调节压力继电器9的压力设定值。
可根据实际情况，采用六只液压缸16配置一只平衡蓄能器12的方式，根据六只液压缸16总作用力来平衡运动平台基础负载大小，在不规则运动中协同效果更好；当平台基础负载发生改变时，将充气阀14接入外接气源并打开，根据平台负载调定充气压力；当***进行维护时，在断电情况下打开高压截止阀10，稳压蓄能器7中的高压油液经高压截止阀10进入油箱1，稳压蓄能器7卸荷。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：包括上平台、下平台、动力***、六个并联的作动器组、与所述作动器组对应设置的伺服阀组以及平衡蓄能器，所述动力***、作动器组和伺服阀组均与控制***链接，模拟载体放置在所述上平台上；
所述动力***包括依次顺序连接的油箱、粗过滤器、液压泵、单向阀和高压过滤器；
安装在所述上平台和下平台之间的所述作动器组包括液压缸和安装于所述液压缸外部并用于检测所述液压缸的缸杆位置的磁通式位移传感器；
所述伺服阀组包括六只三位四通伺服换向阀，各个所述三位四通伺服换向阀的P口并联后与所述高压过滤器的出油口连接，各个所述三位四通伺服换向阀的O口并联后与所述油箱连接，各个所述三位四通伺服换向阀的A口与所述液压缸的缸杆缩回作用腔连接，各个所述三位四通伺服换向阀的B口与所述液压缸的缸杆伸出作用腔连接；
所述液压缸中设置有液压蓄能器平衡作用腔，各个所述液压蓄能器平衡作用腔通过外部软管并联后经截止阀与所述平衡蓄能器连接。
2.根据权利要求1所述的节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：所述上平台通过万向节与液压缸缸杆相连接，所述下平台通过万向节与液压缸缸底相连接，模拟载体通过螺栓与所述上平台相连接。
3.根据权利要求1所述的节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：所述液压泵与所述单向阀之间连接有电磁溢流阀，所述电磁溢流阀的出油口与所述油箱连接。
4.根据权利要求1所述的节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：在所述单向阀与所述高压过滤器之间的支路上连接有稳压蓄能器，所述稳压蓄能器的油口另一端连接有压力表。
5.根据权利要求1所述的节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：在所述单向阀与所述高压过滤器之间的支路上还连接有压力继电器，所述压力继电器的油口另一端通过高压截止阀与所述油箱连接。
6.根据权利要求1所述的节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：所述平衡蓄能器为液压平衡蓄能器。
7.根据权利要求6所述的节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：所述油箱中的油液为液压油。
8.根据权利要求1所述的节能液压六自由度运动模拟平台，其特征在于：所述平衡蓄能器可以每只所述液压缸单独配置一个，也可以多只所述液压缸集中配置一个。
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