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“穿地龍”機器人液壓馬達控制系統
主機功能結構
“穿地龍”機器人是一種可在土中克服土壤阻力的自行行走設備，用于實現PE或PVC管、電纜、光纜等中、小直徑管線的地下非開挖鋪設施工。該設備的執行機構(參見圖1)主要由液壓驅動的錐形頭部、轉向裝置、沖擊裝置三部分組成。工作時，微機系統發出各種操作指令，沖擊裝置往復運動提供機器人前進驅動力；轉向裝置旋轉運動提供錐形頭部轉動的扭轉力，實現機器人在土壤中的姿態變化。
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圖1“穿地龍”機器人液壓馬達控制系統原理圖
1-錐形頭部；2-轉向離合器；3-轉向液壓缸活塞；4-轉向液壓缸缸體；5-沖擊液壓缸活塞（桿）；6-沖擊液壓缸缸體；7-氮氣室；8-定壓溢流閥；9-配流閥閥體；10-配流閥閥心； 11-變量液壓泵；12 -溢流閥；13、14-二位二通電磁換向閥； 15、16、17-二位三通電磁換向閥；18-調速閥；19 -節流閥
液壓馬達系統及其工作原理
圖 1所示為該機器人的液壓控制系統原理圖。系統的執行器即為整個機器人的執行機構，其中沖擊裝置包括左、中、右三個工作腔a、b、c的沖擊液壓缸[缸體6，活塞（桿）5，P和O分別為壓力油口和回油口]、氮氣室7、壓力反饋式配流閥（包括閥體9，閥心10，d、e、f、g、h等5個配流閥腔）等部件；轉向裝置包括用于轉向的雙活塞三腔液壓缸[缸體4、活塞（桿）3]和轉向離合器2等部件。系統的油源為液壓泵11，其壓力由先導式溢流閥12設定；沖擊缸和轉向缸為并聯油路，分別通過二位二通電磁換向閥13和14控制兩缸油路的通斷，通過調速閥18和節流閥19調節兩缸的工作流量及運動速度。系統的工作原理如下。
當機器人直線前進時，電磁鐵4YA、5YA均通電使換向閥13、14均切換至左位，液壓泵的壓力油同時進入沖擊和轉向兩個回路，使機器人的執行機構同時實現沖擊和旋轉運動。
當機器人轉彎時，首先通過電磁鐵4YA斷電使換向閥13復至左位，關閉沖擊油路；電磁鐵5YA通電使換向閥14切換至左位，開啟轉向油路，通過三個電磁閥(1YA、2YA、3YA)的協調動作控制轉向缸兩活塞的向前、向后及相互間的運動，使得離合器2分離或咬合，產生旋轉運動帶動錐形頭部1轉過不同的角度，改變機器人在土中的前進方向，直到機器人的頭部轉向到指定的位置。然后，電磁鐵5YA斷電使換向閥14復至右位，關閉轉向油路使其保壓；電磁鐵4YA通電使換向閥14切換至右位，開啟沖擊油路，只沖擊不旋轉，機器人沿頭部偏轉的方向前進
沖擊裝置的動作過程如下。
1)沖擊缸活塞（桿）回程 圖8-14所示狀態為沖擊裝置的活塞（桿）一次沖擊行程終了處于回程的開始狀態。配流閥的左閥腔d中的油液通過沖擊缸的b腔、回油口o通油箱，而右閥腔h與壓力油口p相通，閥心10在h腔壓力油作用下處于圖示左端位置。壓力油經p口、閥的高壓腔e、進入沖擊缸左腔a，沖擊缸的活塞（桿）5開始向右回程，而右腔c的油液則經閥的變壓腔f、低壓腔g、回油口o回油箱，同時壓縮氮氣室7。隨著回程增加，系統壓力隨氮氣室7的壓力升高而升高，當壓力升高到定壓閥8的設定值時，定壓閥8開啟，壓力油經p口和閥8進入閥腔d中，因d腔作用面積大于h腔作用面積，閥心在壓力差作用下向右運動，靠向閥腔右側，閥的變壓腔f與高壓腔e連通。這樣沖擊缸a、c腔均與壓力油相通，形成差動連接，活塞回程加速階段結束。活塞依慣性作用向右作減速運動直至速度為零，完成整個回程動作。
2)沖擊缸活塞（桿）沖程 沖擊缸的活塞（桿）回程結束時，配流閥心10靠在閥腔右側，沖擊缸的a、c腔均與壓力油口p相通，保持差動連接，沖擊缸的活塞（桿）5在液壓油壓差及被壓縮的氮氣膨脹作用下向左加速運動，開始沖程。在沖程加速后期，活塞（桿）5的速度很高，油液流量大，系統壓力降低。當活塞越過沖擊缸的b腔左端油口時，閥腔d經沖擊缸中腔b與回油口o連通，壓力迅速降低。此時，定壓閥8關閉，閥心在h腔壓力油作用下迅速向左運動，靠在閥腔左側，而活塞（桿）5則依靠慣性高速撞擊沖擊缸的左端面，產生的沖擊力克服土壤的阻力，帶動機體向前運動一段距離。這時，一次沖程結束，系統又恢復到回程初始狀態。通過如此循環實現沖擊缸活塞的回程與沖程運動，每次沖擊后機器人都向前行進一段距離，從而實現了機器人在土中的自行前進。
技術特點
1)“穿地龍”機器人的執行機構采用液壓驅動，體積小，功率和沖擊力大。可以同時實現土中的沖擊前進與旋轉。
2)沖擊裝置采用三腔液壓缸及壓力反饋式配流機構，轉向裝置采用雙活塞液壓缸，并分別采用調速閥和節流閥進油接流調速；通過電磁換向閥的通斷組合實現沖擊裝置和轉向裝置的分時獲同時工作。
分類：液壓行業知識
標簽： 液壓系統
