单向弹簧快速缩回的液压伺服系统 【技术领域】
本发明涉及阀门控制的技术，特别是涉及一种单向弹簧快速缩回的液压伺服系统的技术。
背景技术
液压伺服执行机构(油动机)是汽轮机调节及保安系统的执行部件，也是各种工业控制阀门的执行部件，其主要功能是通过液压变化实时控制其活塞动作，进而控制(汽轮机)阀门的开度。
传统的汽轮机调节系统都采用阀控油动机的电液伺服系统，这种系统(参见图2)采用由外部供油的电液伺服阀SV2，电液伺服阀SV2的进油口和回油口分别连接油箱Y21和外部高压油源Y22，两个控制油口中的一个堵死，另一个连接活塞式油动机U2的无杆腔，油动机U2的活塞杆经弹簧连接固定着地物，液控安全阀CTV2控制油动机U2的两个工作腔的通断；运行时输入阀位指令信号，油动机U2的阀位反馈信号LVDT经解调器TD2转为电信号后与阀位指令信号CTRL2进行比较，并根据比较结果控制电液伺服阀SV2动作，进而控制油动机U2的活塞行程；由于电液伺服阀具有较快的响应速度，因此这种系统能很好地满足汽轮机的调节系统对快速响应的要求，仅仅需要控制液控安全阀CTV2打开，使油动机U2的两个工作腔连通，即可控制汽轮机蒸汽阀门快速关闭，从而实现蒸汽阀门的安全控制，这种系统的功能有两个，一是在正常情况下对蒸汽阀门进行精确的阀位控制，二是在紧急情况下对蒸汽阀门实现安全控制。但是由于电液伺服阀本身固有的结构特点，使得这种系统具有以下缺点：1)电液伺服阀的加工精度要求较高，其价格十分昂贵；2)由于电液伺服阀结构细小且阀体较脆弱，因此对油液污染特别敏感，其阀芯容易被油液中的杂质磨损而导致失灵，因此必须配备过滤精度很高的过滤系统；3)由于电液伺服阀对温度变化较敏感，而阀控油动机电液伺服系统的能量损耗很严重，其节流发热较大，因此必须配备较完善的冷却系统；4)由于电液伺服阀由外部供油，因此需要一套泵站系统提供恒压油源，从而增大了系统整体的体积和复杂程度；5)当系统处于非工作周期时(保压工况和空转工况)，系统仍处运行状态，增加了运行成本。上述缺点使得阀控油动机电液伺服系统的成本较高。
为了克服阀控油动机电液伺服系统的缺点，出现了一种直驱式容积控制电液伺服系统(DDVC系统)，这种系统(参见图3)的液压主回路采用闭式油路，其油泵D3的两个油口分别连接活塞式油动机U3的两个工作腔，在系统中还设有用于平衡系统正反运行时油量容积差的补油阀(两个液控单向阀H31、H32)及用于锁住活塞杆的锁阀(两个液控单向阀H33、H34)；运行时通过交流伺服电机M3控制油泵D3的输出流量和液压油的流动方向，进而控制油动机U3的活塞行程。这种系统具有以下优点：1)由于液压主回路是闭式回路，系统用油量很少且受外界污染机会较少，因此只需要小油箱(油罐)即可，而且系统中无敏感元件，因此也不需要配备过滤装置；2)由于直驱式容积控制电液伺服系统中没有节流元件，压力损耗很小，因此油泵工作时产生的热量很少，系统可以自散热，不需要配备冷却系统；3)系统只在执行机构工作时，才启动交流伺服电机，当系统处于非工作周期时(保压工况和空转工况)几乎不消耗能量，其运行成本很低。因此直驱式容积控制电液伺服系统相对阀控油动机电液伺服系统成本较低，但是由于交流伺服电机和油泵组合的灵敏性要低于电液伺服阀的灵敏性，因此这种系统的响应速度较慢，无法应用于对快关功能要求较高的大功率汽轮机。
【发明内容】
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种响应速度快的、控制精度高，运行成本低的单向弹簧快速缩回的液压伺服系统。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种单向弹簧快速缩回的液压伺服系统，包括油箱、伺服电机、双向泵、活塞式油缸、弹簧、两个锁阀和两个补油阀；所述伺服电机连接并控制双向泵运行；所述油缸具有两个工作腔，其中一个工作腔为有杆腔，另一个工作腔为无杆腔，其活塞杆设于有杆腔中；所述弹簧的一端与固定着地物固接，另一端与油缸的活塞杆固接，而且其伸缩方向与活塞杆的伸缩方向相同；所述双向泵具有两个油口，分别为第一油口和第二油口；
所述两个锁阀分别为第一锁阀和第二锁阀；所述双向泵的第一油口经第一锁阀连接油缸的无杆腔，其第二油口经第二锁阀连接油缸的有杆腔；
所述两个补油阀分别为第一补油阀和第二补油阀；所述油箱经第一补油阀连接双向泵的第一油口，经第二补油阀连接双向泵的第二油口；
所述锁阀和补油阀均为液控单向阀，其中第一锁阀和第一补油阀的控制油口连接双向泵的第二油口，第二锁阀和第二补油阀的控制油口连接双向泵的第一油口；
所述油缸内设有液位传感器，所述液位传感器经一解调器、一伺服放大器连接并控制伺服电机运行；
其特征在于：还包括液控安全阀和快关电磁阀；所述液控安全阀具有一个控制油口、一个进油口和一个出油口，其进油口经一单向阀连接油缸的有杆腔，其出油口连接油缸的无杆腔，并经一节流阀连接其控制油口；
所述快关电磁阀具有一个进油口和一个出油口，其进油口连接液控安全阀的进油口和油箱，其出油口连接液控安全阀地控制油口；
所述油缸的有杆腔经一溢流阀连接油箱，其无杆腔经另一溢流阀连接油箱。
进一步的，所述油箱是设有进油口的封闭式油箱，其进油口经一预压式空气滤清器连接外部油源。
本发明提供的单向弹簧快速缩回的液压伺服系统，由伺服电机和双向泵对汽轮机阀门进行低速度精确控制，由液控安全阀、快关电磁阀和弹簧对汽轮机阀门进行快速动作控制，因此其控制精度高，响应速度快；而且由于油缸是由伺服电机直接驱动的，与伺服阀驱动油缸的液压执行机构相比，其有效工作压力提高了三分之一，也即相同尺寸油缸推拉力大了三分之一；对液压系统液压清洁度的要求也可以从伺服阀控系统的NAS5级降低到NAS8级，大大降低了系统运行维护的成本，提高了系统运行的可靠性。
【附图说明】
图1是本发明实施例的单向弹簧快速缩回的液压伺服系统的液压图；
图2是现有的阀控油动机的电液伺服系统的液压图；
图3是现有的直驱式容积控制电液伺服系统的液压图。
【具体实施方式】
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种单向弹簧快速缩回的液压伺服系统，包括油箱Y1、伺服电机SM1、双向泵PM1、活塞式油缸U1、弹簧TH、两个锁阀和两个补油阀；所述伺服电机SM1连接并控制双向泵PM1运行；所述油缸U1具有两个工作腔，其中一个工作腔为有杆腔，另一个工作腔为无杆腔，其活塞杆设于有杆腔中；所述弹簧TH的一端与固定着地物固接，另一端与油缸U1的活塞杆固接，而且其伸缩方向与活塞杆的伸缩方向相同；所述双向泵PM1具有两个油口，分别为第一油口和第二油口；
所述两个锁阀分别为第一锁阀R11和第二锁阀R12；所述双向泵PM1的第一油口经第一锁阀R11连接油缸U1的无杆腔，其第二油口经第二锁阀R12连接油缸U1的有杆腔；
所述两个补油阀分别为第一补油阀R13和第二补油阀R14；所述油箱Y1经第一补油阀R13连接双向泵PM1的第一油口，经第二补油阀R14连接双向泵PM1的第二油口；
所述锁阀和补油阀均为液控单向阀，其中第一锁阀R11和第一补油阀R13的控制油口连接双向泵PM1的第二油口，第二锁阀R12和第二补油阀R14的控制油口连接双向泵PM1的第一油口；
所述油缸U1内设有液位传感器(图中未示)，所述液位传感器经一解调器TD1、一伺服放大器S1连接并控制伺服电机SM1运行；
其特征在于：还包括液控安全阀CTV1和快关电磁阀CCF1；所述液控安全阀CTV1具有一个控制油口、一个进油口和一个出油口，其进油口经一单向阀连接油缸U1的有杆腔，其出油口连接油缸U1的无杆腔，并经一节流阀ORI1连接其控制油口；
所述快关电磁阀CCF1具有一个进油口和一个出油口，其进油口连接液控安全阀CTV1的进油口和油箱Y1，其出油口连接液控安全阀CTV1的控制油口；
所述油缸的有杆腔经一溢流阀RF2连接油箱Y1，其无杆腔经另一溢流阀RF1连接油箱Y1。
本发明实施例中，所述油箱是设有进油口的封闭式油箱，其进油口经一预压式空气滤清器连接外部油源。
本发明实施例中，所述油缸U1的有杆腔接有一个油缸压力表M1，其无杆腔接有一个油缸压力表M2；
本发明实施例控制汽轮机阀门时，将汽轮机阀门的阀位信号CTRL1接入伺服放大器S1；
在正常状态下，快关电磁阀CCF1处于通电状态，此时其进油口与其出油口连通，油箱Y1中的液压油经快关电磁阀CCF1加载至液控安全阀CTV1的控制油口，使得液控安全阀CTV1关闭，此时汽轮机阀门由伺服电机SM1根据汽轮机阀门的阀位控制信号CTRL1和油缸U1内的液位传感器的反馈信号进行低速度精确控制，当伺服放大器S1检测到汽轮机阀门的阀位控制信号CTRL1发生变化时，即将其与液位传感器的反馈信号进行比较后将变化值送至伺服电机SM1，伺服电机SM1根据上述变化值控制双向泵PM1正转或反转，进而控制油缸U1的活塞杆伸出或缩回，使油缸U1的活塞杆带动汽轮机阀门作出相应的动作；
当汽轮机阀门需要快速动作时，快关电磁阀CCF1处于失电状态，此时其进油口与其出油口关断，液控安全阀CTV1的控制油口失压，使得液控安全阀CTV1导通，此时油缸U1的无杆腔与油箱直接连通，在弹簧TH的弹力作用下，油缸U1的无杆腔中的液压油经液控安全阀CTV1快速回流至油箱Y1中，使得油缸U1的活塞杆快速缩回，从而带动汽轮机的阀门快速关闭。