CN102650304A - 基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统，包括液压传动回路和电液控制系统。目的是在偏载情况下实现较高精度的同步运动。液压传动回路包括油箱、吸油过滤器、溢流阀、电机、联轴器、定量泵、高压过滤器、调速阀、三位四通电液换向阀、液压锁、平衡阀、液压缸、两位四通比例换向阀、蓄能器。电液控制系统包括基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路和基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路。针对偏载工况，利用比例阀控蓄能器调控液压缸的工作压力，实现不同液压缸之间的载荷均衡。从根本上消除偏载对同步精度的不利影响，实现位移同步和负载均衡的协调兼顾，并达到较高的同步精度。

Description

基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统

技术领域

本发明涉及流体压力执行机构，尤其涉及一种基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统。

背景技术

液压同步驱动系统，主要针对高载荷、大功率的应用场合，由两个或两个以上的液压缸或液压马达同时驱动一个负载。这种多执行器的同步驱动，由于各执行元件的负载不同、摩擦阻力不同、泄漏不同、缸径制造尺寸差异等因素影响，一般会存在运动位移或速度的同步。尤其在工作环境复杂、偏载严重即负载不均衡突出的大功率液压同步驱动场合，比如盾构掘进机的同步推进系统、某些升降举重机械设备，偏载是影响同步精度的主要因素。

现有的液压系统闭环同步控制技术常采用等同方式和主从方式，但它们不能保证驱动过程中的负载均衡，不能从根本上解决在偏载情况下的同步精度问题。2010年6月23日公告的中国发明专利CN101749294A中，公开了一种实现负载均衡的液压同步驱动控制系统，该系统通过调节比例方向阀流量来间接调控马达进出口压差从而实现载荷均衡，但不能实现真正严格意义上的速度同步，在负载均衡和速度同步驱动之间还需要更好地协调和兼顾。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统，针对偏载工况直接调控液压缸的工作压力，并采用位移同步控制，从根本上消除偏载对同步精度的不利影响，实现位移同步和负载均衡的协调兼顾，并达到较高的同步精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：液压传动回路和电液控制系统；液压传动回路包括油箱、两个吸油过滤器、两个溢流阀、两个电机、两个联轴器、两个定量泵、两个高压过滤器、调速阀、两个三位四通电液换向阀、两个液压锁、两个平衡阀、两个液压缸、两个两位四通比例换向阀、两个蓄能器；第一个电机通过第一个联轴器与第一个定量泵连接；第一个吸油过滤器的进油口与油箱连通，出油口接第一个定量泵的进油口；第一个定量泵的出油口分别接第一个高压过滤器的入油口和第一个溢流阀的进油口；第一个溢流阀的出油口接油箱；调速阀的进油口接第一个高压过滤器的出油口；第一个三位四通电液换向阀的进油口P1与调速阀的出油口相连，回油口T1接油箱，A1口接第一个液压锁的A5油口，B1口接第一个液压锁的B5油口；第一个液压锁的A6油口分别接第一个液压缸的有杆腔及第一个两位四通比例换向阀的T3油口，B6油口接第一个平衡阀的下端油口；第一个平衡阀的上端油口分别接第一个液压缸的无杆腔、第一个两位四通比例换向阀的P3油口；第一个两位四通比例换向阀的A3油口接第一个蓄能器，B3油口堵死；第二个电机通过第二个联轴器与第二个定量泵连接；第二个吸油过滤器的进油口与油箱连通，出油口接第二个定量泵的进油口；第二个定量泵的出油口分别接第二个高压过滤器的入油口和第二个溢流阀的进油口；第二个溢流阀的出油口接油箱；第二个三位四通电液换向阀的进油口P2与第二个高压过滤器的出油口相连，回油口T2接油箱，A2口接第二个液压锁的A7油口，B2口接第二个液压锁的B7油口；第二个液压锁的A8油口分别接第二个液压缸的有杆腔、第二个两位四通比例换向阀的T4油口，B8油口接第二个平衡阀的下端油口；第二个平衡阀的上端油口分别接第二个液压缸的无杆腔和第二个两位四通比例换向阀的P4油口；第二个两位四通比例换向阀的A4油口接第二个蓄能器，B4油口堵死；

所述电液控制系统包括基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路和基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路。所述基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路包括两个压力传感器、第一个控制器、比例放大器；第一个压力传感器检测第一个液压缸无杆腔的压力值；第二个压力传感器检测第二个液压缸无杆腔的压力值；两个压力传感器接第一个控制器；第一个控制器接比例放大器；比例放大器的输出信号作为两个两位四通比例换向阀的输入信号；所述基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路包括两个位移传感器、第二个控制器、变频器；第一个位移传感器检测第一个液压缸的活塞杆位移值；第二个位移传感器检测第二个液压缸的活塞杆位移值；两个位移传感器接第二个控制器；第二个控制器接变频器；变频器的输出信号作为第二个电机的输入信号。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1)采用了基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路，直接调控液压缸无杆腔的工作压力，可实现两个液压缸在向上推进过程中的输出推力一致，达到不同液压缸之间的负载均衡，从根本上消除偏载对同步精度的不利影响。

2)采用液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控同时，还采用基于液压缸位移反馈的位移同步控制，可消除包括偏载在内的各种因素造成的同步误差，保证液压缸的位移同步，实现了位移同步和负载均匀的协调兼顾，可达到较高的同步精度。

下面通过附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图是本发明的结构原理示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明包括液压传动回路和电液控制系统。所述液压传动回路包括油箱1、两个吸油过滤器2、5，两个溢流阀3、4，两个电机6、11，两个联轴器7、10，两个定量泵8、9，两个高压过滤器13、14，调速阀15，两个三位四通电液换向阀16、17，两个液压锁18、19，两个平衡阀20、21，两个液压缸24、28，两个两位四通比例换向阀25、27，两个蓄能器29、31。第一个电机6通过第一个联轴器7与第一个定量泵8连接；第一个吸油过滤器2的进油口与油箱1连通，出油口接第一个定量泵8的进油口；第一个定量泵8的出油口分别接第一个高压过滤器13的入油口、第一个溢流阀3的进油口；第一个溢流阀3的出油口接油箱；调速阀15的进油口接第一个高压过滤器13的出油口；第一个三位四通电液换向阀16的进油口P1与调速阀15的出油口相连，回油口T1接油箱，A1口接第一个液压锁18的A5油口，B1口接第一个液压锁18的B5油口；第一个液压锁18的A6油口分别接第一个液压缸24的有杆腔、第一个两位四通比例换向阀25的T3油口，B6油口接第一个平衡阀20的下端油口；第一个平衡阀20的上端油口分别接第一个液压缸24的无杆腔、第一个两位四通比例换向阀25的P3油口；第一个两位四通比例换向阀25的A3油口接第一个蓄能器29，B3油口堵死；第二个电机11通过第二个联轴器10与第二个定量泵9连接；第二个吸油过滤器5的进油口与油箱1连通，出油口接第二个定量泵9的进油口；第二个定量泵9的出油口分别接第二个高压过滤器14的入油口和第二个溢流阀4的进油口；第二个溢流阀4的出油口接油箱；第二个三位四通电液换向阀17的进油口P2与第二个高压过滤器14的出油口相连，回油口T2接油箱，A2口接第二个液压锁19的A7油口，B2口接第二个液压锁19的B7油口；第二个液压锁19的A8油口分别接第二个液压缸28的有杆腔、第二个两位四通比例换向阀27的T4油口，B8油口接第二个平衡阀21的下端油口；第二个平衡阀21的上端油口分别接第二个液压缸28的无杆腔和第二个两位四通比例换向阀27的P4油口；第二个两位四通比例换向阀27的A4油口接第二个蓄能器31，B4油口堵死；

所述电液控制系统包括基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路和基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路。所述基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路包括两个压力传感器22、23，第一个控制器26，比例放大器30；压力传感器22、23分别检测液压缸24、28的无杆腔压力值；两个压力传感器22、23接第一个控制器26；第一个控制器26接比例放大器30；比例放大器30的输出信号作为两个两位四通比例换向阀25、27的输入信号；所述基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路包括两个位移传感器32、33，第二个控制器34，变频器12。位移传感器32、33分别检测液压缸24、28的活塞杆位移值；两个位移传感器32、33接第二个控制器34；第二个控制器34接变频器12；变频器12的输出信号作为第二个电机11的输入信号。

本发明的工作过程如下：

当两个液压缸同时向上推进(即同步举升)时，驱动液压缸24和液压缸28的两个液压系统同时工作。其中，驱动液压缸24的工作过程如下：电机6得电启动，经联轴器7驱动定量泵8转动，定量泵8经吸油过滤器2从油箱1吸油。定量泵8排出的油液分两路：第一路接溢流阀3，溢流阀3的出油口接油箱。溢流阀3可根据具体工况设定不同的开启压力，起限压作用。当定量泵8排出的油液压力达到溢流阀3的开启压力，油液便通过溢流阀3溢流回油箱。第二路经高压过滤器13过滤后流经调速阀15接入第一个三位四通电液换向阀16的P1油口。此时第一个三位四通电液换向阀16的右电磁铁得电而工作在右位，其P1口与B1口接通，T1口与A1口接通。高压油依次流经第一个三位四通电液换向阀16的P1及B1油口、第一个液压锁18的B5及B6油口、第一个平衡阀20内部的单向阀后进入到第一个液压缸24的无杆腔，驱动活塞杆向上举升负载；第一个液压缸24有杆腔中的油液通过第一个液压锁18的A6及A5油口、第一个三位四通电液换向阀16的A1及T1油口流回油箱。

与此同时，驱动液压缸28的工作过程如下：电机11得电启动，经联轴器10驱动定量泵9转动，定量泵9经吸油过滤器5从油箱1吸油。定量泵9排出的油液分两路：第一路接溢流阀4，溢流阀4的出油口接油箱。溢流阀4可根据具体工况设定不同的开启压力，起限压作用。当定量泵9排出的油液压力达到溢流阀4的开启压力，油液便通过溢流阀4溢流回油箱。第二路经高压过滤器14过滤后接入第二个三位四通电液换向阀17的P2油口。此时第二个三位四通电液换向阀17的右电磁铁得电而工作在右位，其P2口与B2口接通，T2口与A2口接通。高压油依次流经第二个三位四通电液换向阀17的P2及B2油口、第二个液压锁19的B7及B8油口、第二个平衡阀21内部的单向阀后进入到第二个液压缸28的无杆腔，驱动活塞杆向上举升负载；第二个液压缸28有杆腔中的油液通过第二个液压锁19的A8及A7油口、第二个三位四通电液换向阀17的A2及T2油口流回油箱。

当两个液压缸同时向上推进(即同步举升)时，电液控制系统的工作过程如下：在基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路中，采用主从控制方式，以液压缸24的状态为基准。液压缸24活塞杆向上举升负载的速度可通过调速阀15调节。位移传感器32、33分别实时检测液压缸24、28的活塞杆位移值，并传送到控制器34。控制器34进行相应数据处理，得到两液压缸24、28之间的位移偏差，并基于此位移偏差生成控制信号，通过变频器12调节电机11的电源频率进而调控电机转速，改变定量泵9的输出流量，控制液压缸28的运行速度和位移，使液压缸向减小位移偏差的方向运动，直至位移偏差为零，最终实现液压缸28对液压缸24的位移跟踪控制，满足同步举升的工作要求。

在基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路中，压力传感器22、23分别实时检测液压缸24、28的无杆腔压力值，并传送到控制器26。控制器26进行相应数据处理，得到两液压缸24、28之间的无杆腔压力偏差，并基于此压力偏差生成控制信号，经比例放大器30放大后控制两位四通比例换向阀25、27，进而控制蓄能器29、31的接入状态，调控进入液压缸24、28的油液工作压力，最终使液压缸24、28的无杆腔压力值达到一致。而液压缸24、28的无杆腔压力值就是两液压缸的输出推力。因此当液压缸24、28的无杆腔压力值一致时，液压缸24、28的负载达到均衡，消除了偏载对同步精度的不利影响。具体而言，在举升过程中出现偏载现象时，当液压缸24所承受的载荷大于液压缸28所承受的载荷时，即液压缸24、28之间的无杆腔压力偏差大于零时，控制器根据压力偏差值进行相应的运算处理，输出控制信号并经比例放大器30放大后：控制比例换向阀27不得电，即蓄能器31不接入系统；同时控制比例换向阀25的电磁铁得电，比例换向阀25的P3口接通A3口，蓄能器29接入液压缸24的无杆腔油路，吸收能量以减少液压缸24的无杆腔压力；并根据压力偏差值的大小控制比例换向阀25的电磁铁输入电流或电压大小，控制比例换向阀25的开口度，从而控制蓄能器29接入系统的流量。最终使压力偏差值趋于零，实现两液压缸24、28之间的载荷均衡，消除偏载造成的同步误差。反之，当液压缸24所承受的载荷小于液压缸28所承受的载荷时，即液压缸24、28之间的无杆腔压力偏差小于零时，控制器根据压力偏差值进行相应的运算处理，输出控制信号并经比例放大器30放大后：控制比例换向阀25不得电，即蓄能器29不接入系统；同时控制比例换向阀27的电磁铁得电，比例换向阀27的P4口接通A4口，蓄能器31接入液压缸28的无杆腔油路，吸收能量以减少液压缸28的无杆腔压力；并根据压力偏差值的大小控制比例换向阀27的电磁铁输入电流或电压大小，控制比例换向阀27的开口度，从而控制蓄能器31接入系统的流量。最终使压力偏差值趋于零，实现两液压缸28、24之间的载荷均衡，消除偏载造成的同步误差。

当两个液压缸向上同步举升完成后下降时，驱动液压缸24和液压缸28的两个液压系统同时工作。其中，液压缸24的液压驱动系统中，第一个三位四通电液换向阀16的左电磁铁得电而工作在左位，其P1口与A1口接通，T1口与B1口接通。压力油液流入第一个液压缸24的有杆腔，驱动活塞杆向下运动，回油从第一个液压缸24的无杆腔排出。与此同时，液压缸28的液压驱动系统中，第二个三位四通电液换向阀17的左电磁铁得电而工作在左位，其P2口与A2口接通，T2口与B2口接通。压力油液流入第二个液压缸28的有杆腔，驱动活塞杆向下运动，回油从第二个液压缸28的无杆腔排出。下降过程中，比例换向阀25、27都不得电，蓄能器29、31均不接入系统。平衡阀20、21可有效防止下降中出现超速现象。

当两个液压缸承重静止时，液压锁20、21可长时间保持液压缸处于停止定位锁紧状态。

本发明不局限于上述两个及两个以上的液压缸同步驱动的情况，同时也适用于执行机构为液压马达的同步系统。此外，所述基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路，还可采用比例方向阀或比例调速阀等阀控方式来调节液压缸速度和位移，实现位移同步。诸如此类的变换，只要不超出本发明的精神和权力要求的保护范围，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统，包括液压传动回路和电液控制系统，其特征在于：

1)所述液压传动回路包括油箱(1)、两个吸油过滤器(2、5)、两个溢流阀(3、4)、两个电机(6、11)、两个联轴器(7、10)、两个定量泵(8、9)、两个高压过滤器(13、14)、调速阀(15)、两个三位四通电液换向阀(16、17)、两个液压锁(18、19)、两个平衡阀(20、21)、两个液压缸(24、28)、两个两位四通比例换向阀(25、27)、两个蓄能器(29、31)；第一个电机(6)通过第一个联轴器(7)与第一个定量泵(8)连接；第一个吸油过滤器(2)的进油口与油箱(1)连通，出油口接第一个定量泵(8)的进油口；第一个定量泵(8)的出油口分别接第一个高压过滤器(13)的入油口、第一个溢流阀(3)的进油口；第一个溢流阀(3)的出油口接油箱；调速阀(15)的进油口接第一个高压过滤器(13)的出油口；第一个三位四通电液换向阀(16)的进油口P1与调速阀(15)的出油口相连，回油口T1接油箱，A1口接第一个液压锁(18)的A5油口，B1口接第一个液压锁(18)的B5油口；第一个液压锁(18)的A6油口分别接第一个液压缸(24)的有杆腔、第一个两位四通比例换向阀(25)的T3油口，B6油口接第一个平衡阀(20)的下端油口；第一个平衡阀(20)的上端油口分别接第一个液压缸(24)的无杆腔、第一个两位四通比例换向阀(25)的P3油口；第一个两位四通比例换向阀(25)的A3油口接第一个蓄能器(29)，B3油口堵死；第二个电机(11)通过第二个联轴器(10)与第二个定量泵(9)连接；第二个吸油过滤器(5)的进油口与油箱(1)连通，出油口接第二个定量泵(9)的进油口；第二个定量泵(9)的出油口分别接第二个高压过滤器(14)的入油口和第二个溢流阀(4)的进油口；第二个溢流阀(4)的出油口接油箱；第二个三位四通电液换向阀(17)的进油口P2与第二个高压过滤器(14)的出油口相连，回油口T2接油箱，A2口接第二个液压锁(19)的A7油口，B2口接第二个液压锁(19)的B7油口；第二个液压锁(19)的A8油口分别接第二个液压缸(28)的有杆腔、第二个两位四通比例换向阀(27)的T4油口，B8油口接第二个平衡阀(21)的下端油口；第二个平衡阀(21)的上端油口分别接第二个液压缸(28)的无杆腔和第二个两位四通比例换向阀(27)的P4油口；第二个两位四通比例换向阀(27)的A4油口接第二个蓄能器(31)，B4油口堵死；

2)所述电液控制系统包括基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路和基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路。

2.根据权利要求1所述的基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统，其特征在于，所述基于液压缸无杆腔压力反馈的载荷均衡调控回路包括两个压力传感器(22、23)、第一个控制器(26)、比例放大器(30)；第一个压力传感器(22)检测第一个液压缸(24)无杆腔的压力值；第二个压力传感器(23)检测第二个液压缸(28)无杆腔的压力值；两个压力传感器(22、23)接第一个控制器(26)；第一个控制器(26)接比例放大器(30)；比例放大器(30)的输出信号作为两个两位四通比例换向阀(25、27)的输入信号。

3.根据权利要求1所述的基于比例阀控蓄能器调节偏载的液压同步驱动系统，其特征在于，所述基于液压缸位移反馈的位移同步控制回路包括两个位移传感器(32、33)、第二个控制器(34)、变频器(12)；第一个位移传感器(32)检测第一个液压缸(24)的活塞杆位移值；第二个位移传感器(33)检测第二个液压缸(28)的活塞杆位移值；两个位移传感器(32、33)接第二个控制器(34)；第二个控制器(34)接变频器(12)；变频器(12)的输出信号作为第二个电机(11)的输入信号。

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