基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓同步驅動系統的製作方法

2023-09-22 07:39:15 3

專利名稱：基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓同步驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及流體壓力執行機構，尤其涉及一種基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓冋步驅動系統。
背景技術：
液壓同步驅動系統，主要針對高載荷、大功率的應用場合，由兩個或兩個以上的液壓缸或液壓馬達同時驅動一個負載。這種多執行器的同步驅動，由於各執行元件的負載不同、摩擦阻力不同、洩漏不同、缸徑製造尺寸差異等因素影響，一般會存在運動位移或速度的同步。尤其在工作環境複雜、偏載嚴重即負載不均衡突出的大功率液壓同步驅動場合，比如盾構掘進機的同步推進系統、某些升降舉重機械設備，偏載是影響同步精度的主要因素。現有的液壓系統閉環同步控制技術常採用等同方式和主從方式，但它們不能保證 驅動過程中的負載均衡，不能從根本上解決在偏載情況下的同步精度問題。2010年6月23日公告的中國發明專利CN101749294A中，公開了一種實現負載均衡的液壓同步驅動控制系統，該系統通過調節比例方向閥流量來間接調控馬達進出口壓差從而實現載荷均衡，但不能實現真正嚴格意義上的速度同步，在負載均衡和速度同步驅動之間還需要更好地協調和兼顧。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓同步驅動系統，針對偏載工況直接調控液壓缸的工作壓力，並採用位移同步控制，從根本上消除偏載對同步精度的不利影響，實現位移同步和負載均衡的協調兼顧，並達到較高的同步精度。本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括液壓傳動迴路和電液控制系統；液壓傳動迴路包括油箱、兩個吸油過濾器、兩個溢流閥、兩個電機、兩個聯軸器、兩個定量泵、兩個高壓過濾器、調速閥、兩個三位四通電液換向閥、兩個液壓鎖、兩個平衡閥、兩個液壓缸、兩個兩位四通比例換向閥、兩個蓄能器；第一個電機通過第一個聯軸器與第一個定量泵連接；第一個吸油過濾器的進油口與油箱連通，出油口接第一個定量泵的進油口 ；第一個定量泵的出油口分別接第一個高壓過濾器的入油口和第一個溢流閥的進油口 ；第一個溢流閥的出油口接油箱；調速閥的進油口接第一個高壓過濾器的出油口 ；第一個三位四通電液換向閥的進油口 Pl與調速閥的出油口相連，回油口 Tl接油箱，Al 口接第一個液壓鎖的A5油口，BI 口接第一個液壓鎖的B5油口 ；第一個液壓鎖的A6油口分別接第一個液壓缸的有杆腔及第一個兩位四通比例換向閥的T3油口，B6油口接第一個平衡閥的下端油口 ；第一個平衡閥的上端油口分別接第一個液壓缸的無杆腔、第一個兩位四通比例換向閥的P3油口 ；第一個兩位四通比例換向閥的A3油口接第一個蓄能器，B3油口堵死；第二個電機通過第二個聯軸器與第二個定量泵連接；第二個吸油過濾器的進油口與油箱連通，出油口接第二個定量泵的進油口 ；第二個定量泵的出油口分別接第二個高壓過濾器的入油口和第二個溢流閥的進油口 ；第二個溢流閥的出油口接油箱；第二個三位四通電液換向閥的進油口 P2與第二個高壓過濾器的出油口相連，回油口 T2接油箱，A2 口接第二個液壓鎖的A7油口，B2口接第二個液壓鎖的B7油口 ；第二個液壓鎖的AS油口分別接第二個液壓缸的有杆腔、第二個兩位四通比例換向閥的T4油口，B8油口接第二個平衡閥的下端油口 ；第二個平衡閥的上端油口分別接第二個液壓缸的無杆腔和第二個兩位四通比例換向閥的P4油口 ；第二個兩位四通比例換向閥的A4油口接第二個蓄能器，B4油口堵死；所述電液控制系統包括基於液壓缸位移反饋的位 移同步控制迴路和基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路。所述基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路包括兩個壓力傳感器、第一個控制器、比例放大器；第一個壓力傳感器檢測第一個液壓缸無杆腔的壓力值；第二個壓力傳感器檢測第二個液壓缸無杆腔的壓力值；兩個壓力傳感器接第一個控制器；第一個控制器接比例放大器；比例放大器的輸出信號作為兩個兩位四通比例換向閥的輸入信號；所述基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路包括兩個位移傳感器、第二個控制器、變頻器；第一個位移傳感器檢測第一個液壓缸的活塞杆位移值；第二個位移傳感器檢測第二個液壓缸的活塞杆位移值；兩個位移傳感器接第二個控制器；第二個控制器接變頻器；變頻器的輸出信號作為第二個電機的輸入信號。本發明與背景技術相比，具有的有益效果是I)採用了基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路，直接調控液壓缸無杆腔的工作壓力，可實現兩個液壓缸在向上推進過程中的輸出推力一致，達到不同液壓缸之間的負載均衡，從根本上消除偏載對同步精度的不利影響。2)採用液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控同時，還採用基於液壓缸位移反饋的位移同步控制，可消除包括偏載在內的各種因素造成的同步誤差，保證液壓缸的位移同步，實現了位移同步和負載均勻的協調兼顧，可達到較高的同步精度。下面通過附圖和實施例對本發明作進一步說明。


附圖是本發明的結構原理示意圖。
具體實施例方式如附圖所示，本發明包括液壓傳動迴路和電液控制系統。所述液壓傳動迴路包括油箱I、兩個吸油過濾器2、5，兩個溢流閥3、4，兩個電機6、11，兩個聯軸器7、10，兩個定量泵8、9，兩個高壓過濾器13、14，調速閥15，兩個三位四通電液換向閥16、17，兩個液壓鎖18、19，兩個平衡閥20、21，兩個液壓缸24、28，兩個兩位四通比例換向閥25、27，兩個蓄能器29、31。第一個電機6通過第一個聯軸器7與第一個定量泵8連接；第一個吸油過濾器2的進油口與油箱I連通，出油口接第一個定量泵8的進油口 ；第一個定量泵8的出油口分別接第一個高壓過濾器13的入油口、第一個溢流閥3的進油口 ；第一個溢流閥3的出油口接油箱；調速閥15的進油口接第一個高壓過濾器13的出油口 ；第一個三位四通電液換向閥16的進油口 Pl與調速閥15的出油口相連，回油口 Tl接油箱，Al 口接第一個液壓鎖18的A5油口，BI 口接第一個液壓鎖18的B5油口 ；第一個液壓鎖18的A6油口分別接第一個液壓缸24的有杆腔、第一個兩位四通比例換向閥25的T3油口，B6油口接第一個平衡閥20的下端油口 ；第一個平衡閥20的上端油口分別接第一個液壓缸24的無杆腔、第一個兩位四通比例換向閥25的P3油口 ；第一個兩位四通比例換向閥25的A3油口接第一個蓄能器29，B3油口堵死；第二個電機11通過第二個聯軸器10與第二個定量泵9連接；第二個吸油過濾器5的進油口與油箱I連通，出油口接第二個定量泵9的進油口 ；第二個定量泵9的出油口分別接第二個高壓過濾器14的入油口和第二個溢流閥4的進油口 ；第二個溢流閥4的出油口接油箱；第二個三位四通電液換向閥17的進油口 P2與第二個高壓過濾器14的出油口相連，回油口 T2接油箱，A2 口接第二個液壓鎖19的A7油口，B2 口接第二個液壓鎖19的B7油口 ；第二個液壓鎖19的AS油口分別接第二個液壓缸28的有杆腔、第二個兩位四通比例換向閥27的T4油口，B8油口接第二個平衡閥21的下端油口 ；第二個平衡閥21的上端油口分別接第二個液壓缸28的無杆腔和第二個兩位四通比例換向閥27的P4油口 ；第二個兩位四通比例換向閥27的A4油口接第二個蓄能器31，B4油口堵死；所述電液控制系統包括基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路和基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路。所述基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路包括兩個壓力傳感器22、23，第一個控制器26，比例放大器30 ;壓力傳感器22、23分別檢測液壓缸24、28的無杆腔壓力值；兩個壓力傳感器22、23接第一個控制器26 ;第一個控制 器26接比例放大器30 ;比例放大器30的輸出信號作為兩個兩位四通比例換向閥25、27的輸入信號；所述基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路包括兩個位移傳感器32、33，第二個控制器34，變頻器12。位移傳感器32、33分別檢測液壓缸24、28的活塞杆位移值；兩個位移傳感器32、33接第二個控制器34 ;第二個控制器34接變頻器12 ;變頻器12的輸出信號作為第二個電機11的輸入信號。本發明的工作過程如下當兩個液壓缸同時向上推進(即同步舉升)時，驅動液壓缸24和液壓缸28的兩個液壓系統同時工作。其中，驅動液壓缸24的工作過程如下電機6得電啟動，經聯軸器7驅動定量泵8轉動，定量泵8經吸油過濾器2從油箱I吸油。定量泵8排出的油液分兩路第一路接溢流閥3，溢流閥3的出油口接油箱。溢流閥3可根據具體工況設定不同的開啟壓力，起限壓作用。當定量泵8排出的油液壓力達到溢流閥3的開啟壓力，油液便通過溢流閥3溢流回油箱。第二路經高壓過濾器13過濾後流經調速閥15接入第一個三位四通電液換向閥16的Pl油口。此時第一個三位四通電液換向閥16的右電磁鐵得電而工作在右位，其Pl 口與BI 口接通，Tl 口與Al 口接通。高壓油依次流經第一個三位四通電液換向閥16的Pl及BI油口、第一個液壓鎖18的B5及B6油口、第一個平衡閥20內部的單向閥後進入到第一個液壓缸24的無杆腔，驅動活塞杆向上舉升負載；第一個液壓缸24有杆腔中的油液通過第一個液壓鎖18的A6及A5油口、第一個三位四通電液換向閥16的Al及Tl油口流回油箱。與此同時，驅動液壓缸28的工作過程如下電機11得電啟動，經聯軸器10驅動定量泵9轉動，定量泵9經吸油過濾器5從油箱I吸油。定量泵9排出的油液分兩路第一路接溢流閥4，溢流閥4的出油口接油箱。溢流閥4可根據具體工況設定不同的開啟壓力，起限壓作用。當定量泵9排出的油液壓力達到溢流閥4的開啟壓力，油液便通過溢流閥4溢流回油箱。第二路經高壓過濾器14過濾後接入第二個三位四通電液換向閥17的P2油口。此時第二個三位四通電液換向閥17的右電磁鐵得電而工作在右位，其P2 口與B2 口接通，T2 口與A2 口接通。高壓油依次流經第二個三位四通電液換向閥17的P2及B2油口、第二個液壓鎖19的B7及B8油口、第二個平衡閥21內部的單向閥後進入到第二個液壓缸28的無杆腔，驅動活塞杆向上舉升負載；第二個液壓缸28有杆腔中的油液通過第二個液壓鎖19的A8及A7油口、第二個三位四通電液換向閥17的A2及T2油口流回油箱。當兩個液壓缸同時向上推進(即同步舉升)時，電液控制系統的工作過程如下在基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路中，採用主從控制方式，以液壓缸24的狀態為基準。液壓缸24活塞杆向上舉升負載的速度可通過調速閥15調節。位移傳感器32、33分別實時檢測液壓缸24、28的活塞杆位移值，並傳送到控制器34。控制器34進行相應數據處理，得到兩液壓缸24、28之間的位移偏差，並基於此位移偏差生成控制信號，通過變頻器12調節電機11的電源頻率進而調控電機轉速，改變定量泵9的輸出流量，控制液壓缸28的運行速度和位移，使液壓缸向減小位移偏差的方向運動，直至位移偏差為零，最終實現液壓缸28對液壓缸24的位移跟蹤控制，滿足同步舉升的工作要求。在基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路中，壓力傳感器22、23分別實時檢測液壓缸24、28的無杆腔壓力值，並傳送到控制器26。控制器26進行相應數據處理， 得到兩液壓缸24、28之間的無杆腔壓力偏差，並基於此壓力偏差生成控制信號，經比例放大器30放大後控制兩位四通比例換向閥25、27，進而控制蓄能器29、31的接入狀態，調控進入液壓缸24、28的油液工作壓力，最終使液壓缸24、28的無杆腔壓力值達到一致。而液壓缸24、28的無杆腔壓力值就是兩液壓缸的輸出推力。因此當液壓缸24、28的無杆腔壓力值一致時，液壓缸24、28的負載達到均衡，消除了偏載對同步精度的不利影響。具體而言，在舉升過程中出現偏載現象時，當液壓缸24所承受的載荷大於液壓缸28所承受的載荷時，即液壓缸24、28之間的無杆腔壓力偏差大於零時，控制器根據壓力偏差值進行相應的運算處理，輸出控制信號並經比例放大器30放大後控制比例換向閥27不得電，即蓄能器31不接入系統；同時控制比例換向閥25的電磁鐵得電，比例換向閥25的P3 口接通A3 口，蓄能器29接入液壓缸24的無杆腔油路，吸收能量以減少液壓缸24的無杆腔壓力；並根據壓力偏差值的大小控制比例換向閥25的電磁鐵輸入電流或電壓大小，控制比例換向閥25的開口度，從而控制蓄能器29接入系統的流量。最終使壓力偏差值趨於零，實現兩液壓缸24、28之間的載荷均衡，消除偏載造成的同步誤差。反之，當液壓缸24所承受的載荷小於液壓缸28所承受的載荷時，即液壓缸24、28之間的無杆腔壓力偏差小於零時，控制器根據壓力偏差值進行相應的運算處理，輸出控制信號並經比例放大器30放大後控制比例換向閥25不得電，即蓄能器29不接入系統；同時控制比例換向閥27的電磁鐵得電，比例換向閥27的P4 口接通A4 口，蓄能器31接入液壓缸28的無杆腔油路，吸收能量以減少液壓缸28的無杆腔壓力；並根據壓力偏差值的大小控制比例換向閥27的電磁鐵輸入電流或電壓大小，控制比例換向閥27的開口度，從而控制蓄能器31接入系統的流量。最終使壓力偏差值趨於零，實現兩液壓缸28、24之間的載荷均衡，消除偏載造成的同步誤差。當兩個液壓缸向上同步舉升完成後下降時，驅動液壓缸24和液壓缸28的兩個液壓系統同時工作。其中，液壓缸24的液壓驅動系統中，第一個三位四通電液換向閥16的左電磁鐵得電而工作在左位，其Pl 口與Al 口接通，Tl 口與BI 口接通。壓力油液流入第一個液壓缸24的有杆腔，驅動活塞杆向下運動，回油從第一個液壓缸24的無杆腔排出。與此同時，液壓缸28的液壓驅動系統中，第二個三位四通電液換向閥17的左電磁鐵得電而工作在左位，其P2 口與A2 口接通，T2 口與B2 口接通。壓力油液流入第二個液壓缸28的有杆腔，驅動活塞杆向下運動，回油從第二個液壓缸28的無杆腔排出。下降過程中，比例換向閥25、27都不得電，蓄能器29、31均不接入系統。平衡閥20、21可有效防止下降中出現超速現象。當兩個液壓缸承重靜止時，液壓鎖20、21可長時間保持液壓缸處於停止定位鎖緊狀態。本發明不局限於上述兩個及兩個以上的液壓缸同步驅動的情況，同時也適用於執行機構為液壓馬達的同步系統。此外，所述基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路，還可 採用比例方向閥或比例調速閥等閥控方式來調節液壓缸速度和位移，實現位移同步。諸如此類的變換，只要不超出本發明的精神和權力要求的保護範圍，均落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓同步驅動系統，包括液壓傳動迴路和電液控制系統，其特徵在於 1)所述液壓傳動迴路包括油箱(I)、兩個吸油過濾器(2、5)、兩個溢流閥(3、4)、兩個電機(6、11)、兩個聯軸器(7、10)、兩個定量泵(8、9)、兩個高壓過濾器(13、14)、調速閥(15)、兩個三位四通電液換向閥(16、17)、兩個液壓鎖(18、19)、兩個平衡閥(20、21)、兩個液壓缸(24、28)、兩個兩位四通比例換向閥(25、27)、兩個蓄能器(29、31);第一個電機(6)通過第一個聯軸器(7)與第一個定量泵(8)連接；第一個吸油過濾器(2)的進油ロ與油箱(I)連通，出油ロ接第一個定量泵(8)的進油ロ ；第一個定量泵(8)的出油ロ分別接第一個高壓過濾器(13)的入油ロ、第一個溢流閥(3)的進油ロ ；第一個溢流閥(3)的出油ロ接油箱；調速閥(15)的進油ロ接第一個高壓過濾器(13)的出油ロ ；第一個三位四通電液換向閥(16)的進油ロ Pl與調速閥(15)的出油ロ相連，回油ロ Tl接油箱，Al ロ接第一個液壓鎖(18)的A5油ロ，BI ロ接第一個液壓鎖(18)的B5油ロ ；第一個液壓鎖(18)的A6油ロ分別接第ー個液壓缸(24)的有杆腔、第一個兩位四通比例換向閥(25)的T3油ロ，B6油ロ接第一個平衡閥(20)的下端油ロ ；第一個平衡閥(20)的上端油ロ分別接第一個液壓缸(24)的無杆腔、第一個兩位四通比例換向閥(25)的P3油ロ ；第一個兩位四通比例換向閥(25)的A3油ロ接第一個蓄能器(29)，B3油ロ堵死；第二個電機(11)通過第二個聯軸器(10)與第二個定量泵(9)連接；第二個吸油過濾器(5)的進油ロ與油箱(I)連通，出油ロ接第二個定量泵(9)的進油ロ ；第二個定量泵(9)的出油ロ分別接第二個高壓過濾器(14)的入油口和第二個溢流閥⑷的進油ロ ；第二個溢流閥⑷的出油ロ接油箱；第二個三位四通電液換向閥(17)的進油ロ P2與第二個高壓過濾器(14)的出油ロ相連，回油ロ T2接油箱，A2 ロ接第二個液壓鎖(19)的A7油ロ，B2 ロ接第二個液壓鎖(19)的B7油ロ ；第二個液壓鎖(19)的A8油ロ分別接第二個液壓缸(28)的有杆腔、第二個兩位四通比例換向閥(27)的T4油ロ，B8油ロ接第二個平衡閥(21)的下端油ロ ；第二個平衡閥(21)的上端油ロ分別接第二個液壓缸(28)的無杆腔和第二個兩位四通比例換向閥(27)的P4油ロ ；第二個兩位四通比例換向閥(27)的A4油ロ接第二個蓄能器(31)，B4油ロ堵死； 2)所述電液控制系統包括基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路和基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路。
2.根據權利要求I所述的基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓同步驅動系統，其特徵在於，所述基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路包括兩個壓力傳感器(22、23)、第一個控制器(26)、比例放大器(30);第一個壓カ傳感器(22)檢測第一個液壓缸(24)無杆腔的壓カ值；第二個壓カ傳感器(23)檢測第二個液壓缸(28)無杆腔的壓カ值；兩個壓力傳感器(22、23)接第一個控制器(26);第一個控制器(26)接比例放大器(30);比例放大器(30)的輸出信號作為兩個兩位四通比例換向閥(25、27)的輸入信號。
3.根據權利要求I所述的基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓同步驅動系統，其特徵在於，所述基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路包括兩個位移傳感器(32、33)、第二個控制器(34)、變頻器(12);第一個位移傳感器(32)檢測第一個液壓缸(24)的活塞杆位移值；第二個位移傳感器(33)檢測第二個液壓缸(28)的活塞杆位移值；兩個位移傳感器(32,33)接第二個控制器(34);第二個控制器(34)接變頻器(12);變頻器(12)的輸出信號作為第二個電機(11)的輸入信號。
全文摘要
本發明公開了一種基於比例閥控蓄能器調節偏載的液壓同步驅動系統，包括液壓傳動迴路和電液控制系統。目的是在偏載情況下實現較高精度的同步運動。液壓傳動迴路包括油箱、吸油過濾器、溢流閥、電機、聯軸器、定量泵、高壓過濾器、調速閥、三位四通電液換向閥、液壓鎖、平衡閥、液壓缸、兩位四通比例換向閥、蓄能器。電液控制系統包括基於液壓缸位移反饋的位移同步控制迴路和基於液壓缸無杆腔壓力反饋的載荷均衡調控迴路。針對偏載工況，利用比例閥控蓄能器調控液壓缸的工作壓力，實現不同液壓缸之間的載荷均衡。從根本上消除偏載對同步精度的不利影響，實現位移同步和負載均衡的協調兼顧，並達到較高的同步精度。
文檔編號F15B11/22GK102650304SQ20121016871
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者夏毅敏, 金耀 申請人:中南大學