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“穿地龙”机器人液压马达控制系统
主机功能结构
“穿地龙”机器人是一种可在土中克服土壤阻力的自行行走设备，用于实现PE或PVC管、电缆、光缆等中、小直径管线的地下非开挖铺设施工。该设备的执行机构(参见图1)主要由液压驱动的锥形头部、转向装置、冲击装置三部分组成。工作时，微机系统发出各种操作指令，冲击装置往复运动提供机器人前进驱动力；转向装置旋转运动提供锥形头部转动的扭转力，实现机器人在土壤中的姿态变化。
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图1“穿地龙”机器人液压马达控制系统原理图
1-锥形头部；2-转向离合器；3-转向液压缸活塞；4-转向液压缸缸体；5-冲击液压缸活塞（杆）；6-冲击液压缸缸体；7-氮气室；8-定压溢流阀；9-配流阀阀体；10-配流阀阀心； 11-变量液压泵；12 -溢流阀；13、14-二位二通电磁换向阀； 15、16、17-二位三通电磁换向阀；18-调速阀；19 -节流阀
液压马达系统及其工作原理
图 1所示为该机器人的液压控制系统原理图。系统的执行器即为整个机器人的执行机构，其中冲击装置包括左、中、右三个工作腔a、b、c的冲击液压缸[缸体6，活塞（杆）5，P和O分别为压力油口和回油口]、氮气室7、压力反馈式配流阀（包括阀体9，阀心10，d、e、f、g、h等5个配流阀腔）等部件；转向装置包括用于转向的双活塞三腔液压缸[缸体4、活塞（杆）3]和转向离合器2等部件。系统的油源为液压泵11，其压力由先导式溢流阀12设定；冲击缸和转向缸为并联油路，分别通过二位二通电磁换向阀13和14控制两缸油路的通断，通过调速阀18和节流阀19调节两缸的工作流量及运动速度。系统的工作原理如下。
当机器人直线前进时，电磁铁4YA、5YA均通电使换向阀13、14均切换至左位，液压泵的压力油同时进入冲击和转向两个回路，使机器人的执行机构同时实现冲击和旋转运动。
当机器人转弯时，首先通过电磁铁4YA断电使换向阀13复至左位，关闭冲击油路；电磁铁5YA通电使换向阀14切换至左位，开启转向油路，通过三个电磁阀(1YA、2YA、3YA)的协调动作控制转向缸两活塞的向前、向后及相互间的运动，使得离合器2分离或咬合，产生旋转运动带动锥形头部1转过不同的角度，改变机器人在土中的前进方向，直到机器人的头部转向到指定的位置。然后，电磁铁5YA断电使换向阀14复至右位，关闭转向油路使其保压；电磁铁4YA通电使换向阀14切换至右位，开启冲击油路，只冲击不旋转，机器人沿头部偏转的方向前进
冲击装置的动作过程如下。
1)冲击缸活塞（杆）回程 图8-14所示状态为冲击装置的活塞（杆）一次冲击行程终了处于回程的开始状态。配流阀的左阀腔d中的油液通过冲击缸的b腔、回油口o通油箱，而右阀腔h与压力油口p相通，阀心10在h腔压力油作用下处于图示左端位置。压力油经p口、阀的高压腔e、进入冲击缸左腔a，冲击缸的活塞（杆）5开始向右回程，而右腔c的油液则经阀的变压腔f、低压腔g、回油口o回油箱，同时压缩氮气室7。随着回程增加，系统压力随氮气室7的压力升高而升高，当压力升高到定压阀8的设定值时，定压阀8开启，压力油经p口和阀8进入阀腔d中，因d腔作用面积大于h腔作用面积，阀心在压力差作用下向右运动，靠向阀腔右侧，阀的变压腔f与高压腔e连通。这样冲击缸a、c腔均与压力油相通，形成差动连接，活塞回程加速阶段结束。活塞依惯性作用向右作减速运动直至速度为零，完成整个回程动作。
2)冲击缸活塞（杆）冲程 冲击缸的活塞（杆）回程结束时，配流阀心10靠在阀腔右侧，冲击缸的a、c腔均与压力油口p相通，保持差动连接，冲击缸的活塞（杆）5在液压油压差及被压缩的氮气膨胀作用下向左加速运动，开始冲程。在冲程加速后期，活塞（杆）5的速度很高，油液流量大，系统压力降低。当活塞越过冲击缸的b腔左端油口时，阀腔d经冲击缸中腔b与回油口o连通，压力迅速降低。此时，定压阀8关闭，阀心在h腔压力油作用下迅速向左运动，靠在阀腔左侧，而活塞（杆）5则依靠惯性高速撞击冲击缸的左端面，产生的冲击力克服土壤的阻力，带动机体向前运动一段距离。这时，一次冲程结束，系统又恢复到回程初始状态。通过如此循环实现冲击缸活塞的回程与冲程运动，每次冲击后机器人都向前行进一段距离，从而实现了机器人在土中的自行前进。
技术特点
1)“穿地龙”机器人的执行机构采用液压驱动，体积小，功率和冲击力大。可以同时实现土中的冲击前进与旋转。
2)冲击装置采用三腔液压缸及压力反馈式配流机构，转向装置采用双活塞液压缸，并分别采用调速阀和节流阀进油接流调速；通过电磁换向阀的通断组合实现冲击装置和转向装置的分时获同时工作。
分类：液压行业知识
标签： 液压系统
