CN103603843B - 油缸控制系统、控制方法及泵送机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油缸控制系统、控制方法及泵送机械；该油缸控制系统设置有闭式油泵、换向阀组、转速检测元件、排量检测单元、位置监测元件及控制单元；转速检测元件用于获取闭式油泵的转速并生成转速信号；排量检测单元用于获取闭式油泵的排量，并产生排量信号；位置监测元件用于在主油缸的活塞到达预定位置时生成到位信号；控制单元用于根据转速信号、排量信号和到位信号控制换向阀组对伺服油缸进行换向。该油缸控制系统不需要在活塞杆上设置较长长度的感应套来获取活塞的运动速度，因此，在保持主油缸长度的情况下，可以延长主油缸的有效行程；或，在保持主油缸现有行程的情况下，可以缩短主油缸的长度。

Description

油缸控制系统、控制方法及泵送机械

技术领域

本发明涉及液压控制技术，具体涉及一种油缸控制系统及控制方法；另外，本发明还涉及具有上述油缸控制系统的泵送机械。

背景技术

目前，泵送机械（比如泵车、车载泵等）已广泛应用于工程建设中；在这些泵送机械中，最核心的机构是泵送系统。如图1所示，泵送系统通常包括主油缸1、输送缸2、砼活塞3及水箱4，砼活塞3滑动设置于输送缸2中，主油缸1的活塞杆6与砼活塞3连接；泵送系统的工作原理是：当活塞杆6缩回时，输送缸2从端口8吸入物料；当活塞杆6伸出时，输送缸2从端口8泵出物料。

在上述泵送系统中，砼活塞3通过活塞杆6与活塞5相连，砼活塞3的动作频率、行程与活塞5保持一致，因此，主油缸1对整个泵送系统的排量、工作效率、使用寿命等具有非常重要的影响。为了使主油缸1起到较好的作用，通常需要保证主油缸1能够及时换向（在活塞运动至极限位置及时改变运动方向）；如主油缸1过早换向（即活塞未到极限位置就换向），主油缸1的行程无法充分利用起来，泵送系统的排量和效率均会受影响；如主油缸1过晚换向（即活塞到达极限位置停滞时间过长），则会影响泵送系统的工作效率。

为了使主油缸1及时换向，常用以下方式控制主油缸1的换向：在主油缸1的缸筒上靠近极限位置一定距离的位置设置位置监测元件7，并在活塞杆6上设置感应套，通过位置监测元件和感应套的配合来获取活塞5行程，进而算出活塞5的运动速度，结合感应套的长度、及位置监测元件所设置的位置即可预估出活塞需要多长时间到达极限位置；然后根据该预估时间控制液压油的流动方向，从而使主油缸1换向。

虽然上述方式可以实现主油缸1的换向，但是它需要在活塞杆上设置较长长度的感应套，否则无法计算出活塞5的运动速度，在主油缸总长不变的情况下，这会导致主油缸的有效行程减小；在保持主油缸原有行程的情况下，必须增加主油缸的总长，这会导致主油缸重量增加，且给安装也带来困难。

因此，如何在主油缸能够及时换向的基础上，延长主油缸的有效行程或缩短主油缸的总长度，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种油缸控制系统，利用该油缸控制系统，可在保证主油缸及时换向的基础上，延长主油缸的有效行程或缩短主油缸的总长度。在此基础上，本发明还提出一种具有该油缸控制系统的泵送机械。

另外，本发明还提出一种油缸控制方法，利用该油缸控制方法，也可以在保证主油缸及时换向的基础上，延长主油缸的有效行程或缩短主油缸的总长度。

一方面，本发明提出了一种油缸控制系统，包括闭式油泵、主油缸及换向阀组，所述闭式油泵与主油缸连接，所述闭式油泵包括主油泵、补油泵和伺服油缸，所述伺服油缸用于驱动所述主油泵的斜盘转动进而调节所述主油泵输出液压油的排量和方向，所述换向阀组用于控制所述伺服油缸的运动方向，还包括：

转速检测元件，用于直接或间接获取所述闭式油泵的转速，并生成转速信号；

排量检测单元，用于获取所述闭式油泵的排量，并产生排量信号；

位置监测元件，用于在所述主油缸的活塞到达预定位置时生成到位信号；

控制单元，用于根据所述转速信号、排量信号和到位信号控制所述换向阀组对伺服油缸进行换向。

对于该油缸控制系统，主油缸的内径、活塞杆的直径、位置监测元件与极限位置之间的距离都是可以预先获知的，结合主油缸的通流面积、闭式油泵的排量和转速，控制单元可以计算出活塞在主油缸内的运动速度；当活塞运动至预定位置时，位置监测元件会将到位信号发送给控制单元，根据活塞的运动速度、及预定位置与极限位置之间的距离可以计算出活塞将在多长时间后达到极限位置，控制单元根据计算出来的时间控制伺服油缸换向，此时闭式油泵的出油口和进油口对调，从而改变活塞在主油缸内的运动方向（即完成主油缸换向）。通过上述工作原理可以知道，该油缸控制系统可以及时对主油缸进行换向，防止憋压现象的发生；并且，与现有技术相比，它在主油缸上设置简单的位置监测元件即可，并不需要通过在活塞杆上设置较长长度的感应套来获取活塞的运动速度，因此，利用该油缸控制系统，在保持主油缸长度的情况下，可以延长主油缸的有效行程；或，在保持主油缸现有行程的情况下，缩短主油缸的长度。

另一方面，本发明还提出的一种油缸控制方法，设置有主油缸和闭式油泵，所述闭式油泵包括主油泵、补油泵和伺服油缸，所述伺服油缸用于驱动所述主油泵的斜盘转动进而调节所述主油泵输出液压油的排量和方向，所述闭式油泵用于为主油缸提供液压油；所述主油缸的预定位置上设有位置监测元件，所述位置监测元件在所述主油缸的活塞运行到预定位置时产生到位信号，包括以下步骤：

获取所述闭式油泵的转速及排量；

根据所述转速和排量计算所述主油缸的活塞的运动速度；

根据所述运动速度和到位信号控制换向阀组对伺服油缸进行换向。

进一步地，所述闭式油泵的排量通过以下两种方式之一获得：

1）检测所述闭式油泵的伺服油缸的无杆腔和有杆腔的压力，根据所述压力获取所述闭式油泵的排量；

2）检测所述闭式油泵的斜盘的转角，根据所述转角获取所述闭式油泵的排量。

通过该油缸控制方法可以及时对主油缸进行换向，防止憋压现象的发生；与现有技术相比，该油缸控制方法不需要在主油缸上设置长度较长的感应套来获取活塞的运动速度，因此，利用该油缸控制方法，在保持主油缸长度的情况下，可以延长主油缸的有效行程；或，在保持主油缸现有行程的情况下，缩短主油缸的长度。

又一方面，本发明还提出一种泵送机械，包括原动机及泵送系统，所述泵送系统包括输送缸、砼活塞及上述的油缸控制系统，所述原动机用于驱动所述闭式油泵，所述砼活塞与主油缸的活塞杆连接，所述砼活塞设置于输送缸内。

进一步地，所述排量检测单元包括压力检测元件；所述压力检测元件设置于伺服油缸上，用于检测所述闭式油泵的伺服油缸的有杆腔和无杆腔内的压力；所述排量检测单元根据所述压力获取所述闭式油泵的排量。

进一步地，所述排量检测单元包括角度传感器；所述角度传感器设置于闭式油泵上，用于检测所述斜盘的转角，所述排量检测单元根据所述转角获取所述闭式油泵的排量。

进一步地，所述转速检测元件设置于原动机上，所述转速检测元件通过检测所述原动机的转速获得所述闭式油泵的转速；或，所述转速检测元件设置于所述闭式油泵上，用于直接检测所述闭式油泵的转速。

进一步地，所述位置监测元件为行程到位开关，所述行程到位开关设置于所述主油缸的预定位置上；或，所述位置监测元件为压力传感器，所述压力传感器设置于所述主油缸的预定位置上。

进一步地，所述换向阀组包括换向阀和压力控制阀，所述换向阀的P口与补油泵的出口连通，T口与油箱连通；所述压力控制阀的两个液控口分别与换向阀的A口和B口连接，所述压力控制阀的进口与补油泵的出口连通，所述压力控制阀的回油口与油箱连通；所述压力控制阀的两个工作油口分别与所述伺服油缸的有杆腔和无杆腔连通，所述压力控制阀用于根据P口压力控制伺服油缸的有杆腔或无杆腔的压力。

进一步地，所述补油泵和换向阀之间的油路上还设有恒功率阀组；所述恒功率阀组的两个进口分别与补油泵出口和主油泵出口连通，所述恒功率阀组的回油口与油箱连通。

进一步地，所述泵送系统还包括摆阀油缸，在所述换向阀组对伺服油缸换向的同时或之后的预定时间，所述控制单元控制所述摆阀油缸换向。

与现有技术相比，通过采用上述油缸控制系统，该泵送机械可以采用长度更小的主油缸，进而节省安装空间，最终为结构设置带来便利。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中泵送系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的油缸控制系统的液压原理图之一；

图3为本发明具体实施例提供的油缸控制系统的液压原理图之二；

图4为本发明具体实施例提供的油缸控制系统的工作流程图。

附图标记说明

图1中：1—主油缸 2—输送缸 3—砼活塞 4—水箱 5—活塞

6—活塞杆 7—位置监测元件 8—端口

图2至3中：

1—主油缸 2—行程到位开关 3—闭式油泵 4—压力检测元件

5—转速检测元件 6—压力控制阀 7—换向阀 8—恒功率阀组

9—控制单元 10—调排量阀 11—摆阀油缸 12—马达

13—摆缸换向阀 31—伺服油缸 32—主油泵 33—补油泵

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图2至4详细说明本发明的具体实施例。

如图2所示，本发明具体实施例提出的油缸控制系统包括闭式油泵3、主油缸1及换向阀组，闭式油泵3与主油缸1连接，闭式油泵3包括主油泵32、补油泵33和伺服油缸31，伺服油缸31用于驱动主油泵32的斜盘转动进而调节主油泵32输出液压油的排量和方向，换向阀组用于控制伺服油缸31的运动方向；该油缸控制器系统还设有转速检测元件5、排量检测单元、位置监测元件和控制单元9，转速检测元件5用于获取闭式油泵3的转速并生成转速信号，其中，排量检测单元具体设置有压力检测元件4，压力检测元件4用于检测闭式油泵3的伺服油缸31的有杆腔和无杆腔内的压力，排量检测单元根据压力检测元件4检测到的压力生成排量信号，位置监测元件用于在主油缸1的活塞到达上述预定位置时生成到位信号，控制单元9用于根据转速信号、排量信号和到位信号控制换向阀组对伺服油缸31进行换向。其中，换向阀组包括换向阀7和压力控制阀6，换向阀7的P口与补油泵33的出口连通，T口与油箱连通；压力控制阀6的两个液控口分别与换向阀7的A口和B口连接，压力控制阀6的进口与补油泵33的出口连通，压力控制阀6的回油口与油箱连通；压力控制阀6的两个工作油口分别与伺服油缸31的有杆腔和无杆腔连通，压力控制阀6用于根据P口压力控制伺服油缸31的有杆腔或无杆腔的压力。需要说明的是，P口是指换向阀7的压力入口，T口是指换向阀7的回油口，A、B口是指换向阀7的工作油口。

如图4所示，该油缸控制系统的工作流程是：

步骤S1：压力检测元件4检测伺服油缸31的有杆腔和无杆腔两端的压力。

步骤S2：排量检测单元根据压力检测元件4的压力计算闭式油泵3的排量，对于具体的闭式油泵3，伺服油缸31有杆腔和无杆腔内的压力值与排量之间有关联，这种关联是可以预先知道的，因此，可以根据压力来获知闭式油泵3的排量。

步骤S3：转速检测元件5获取闭式油泵3的转速，需要说明的是，这里可以是直接获取比如直接检测闭式油泵3的转速，也可以是间接获取，比如：用马达12或汽车发动机带动闭式油泵3转动时，可以检测马达12或汽车发动机的转速，当然，还可以检测电机或汽车发动机与闭式油泵3之间的传动部件的转速。

步骤S4：控制单元9根据排量与转速算出闭式油泵3输出的液压油的流量。

步骤S5：对于具体的主油缸1，其内径和活塞杆直径是预先可以知道的。

步骤S6：控制单元9根据液压油的流量和主油缸1内径计算出活塞的运动速度；闭式油泵3的液压油全部供给主油缸1，当液压油从无杆腔进油时，根据流量和主油缸1内径即可算出活塞的运动速度；当液压油从有杆腔进油时，根据流量、主油缸1内径和活塞杆直径即可算出活塞的运动速度。

步骤S7：行程到位开关2的检测位置与主油缸1的极限位置之间的距离是预先可以知道的，行程到位开关2可以是直接检测活塞是否运行到预定的检测位置，也可以是间接检测活塞是否运行至检测位置，比如在活塞杆上距离活塞某一距离的位置上安装感应套，通过检测感应套是否到达预定位置来间接体现活塞是否到达某一预定位置；当行程到位开关2直接或间接检测到活塞到达预定位置时，发出到位信号。

步骤S8：控制单元9根据到位信号代表活塞与极限位置的距离和活塞速度算出活塞将在多长时间后到达极限位置，并在计算出来的时间后发出换向信号；换向阀7根据换向信号改变压力控制阀6的进油方向和出油方向，对应地，伺服油缸31的有杆腔和无杆腔内的压力发生改变，在伺服油缸31的驱动下，闭式油泵3的斜盘的摆角发生变化，使闭式油泵3的出油方向和进油方向对调，相应地，主油缸1的进油方向和出油方向对调，从而实现主油缸1换向。

通过上述工作过程可以知道，该油缸控制系统可以及时对主油缸1进行换向，防止憋压现象的发生；并且，与现有技术相比，它不需要通过在活塞杆上设置较长长度的感应套来获取活塞的运动速度，因此，在保持主油缸1现有长度的情况下，可以延长主油缸1的有效行程；或，在保持主油缸1现有行程的情况下，缩短主油缸1的长度。

图3是另一种油缸控制系统的原理图，它更适用于混凝土泵车，在混凝土泵车上，泵送系统设置有两个主油缸1、两个输送缸、两个砼活塞、S阀、摆阀油缸11及料斗，每个主油缸1的活塞杆连接一个砼活塞，砼活塞滑动设置于输送缸内，摆阀油缸11驱动S阀交替地与两个主油缸1连通；当主油缸1的活塞杆缩回时，输送缸与料斗连通，并从料斗内吸入混凝土，当活塞杆伸出时，输送缸与S阀连通，并泵出混凝土。与图2所示的油缸控制系统不同的是，图3所示的油缸控制系统还可以控制摆阀油缸11，为确保S阀的动作与输送缸的动作协调，将摆阀油缸11的换向动作与主油缸1的换向动作关联起来，具体地，在换向阀组对伺服油缸31换向的同时，控制单元9向摆缸换向阀13发出换向信号，摆缸换向阀13根据换向信号改变摆阀油缸11的运动方向，当然，在某些情况下，主油缸1和摆阀油缸11的响应时间并不相同，为使泵送系统达到较好的配合效果，可以在换向阀组对伺服油缸31进行换向之后的预定时间，控制单元9再向摆缸换向阀13发出换向信号。

在进一步地实施例中，补油泵33和换向阀7之间的油路上还设有恒功率阀组8；恒功率阀组8的两个进口分别与补油泵33的出口和主油泵32的出口连接，恒功率阀组8的回油口与油箱连通。通过设置恒功率阀组8，可以使油缸控制系统工作在恒定的功率下，使整个系统的工作特性容易掌控。需要说明的是，恒功率阀组8的具体结构可以参考现有技术。

在进一步地实施例中，为了方便根据需要调整闭式油泵的最大排量，可在油缸控制系统中设置调排量阀10，具体地，调排量阀10的入口与补油泵33连接，出口经单向阀与油箱连接。

在其它实施例中，可以使用压力传感器来间接检测活塞是否运行到位；通常，在具体的油缸控制系统中，活塞即将到达极限位置但仍与极限位置有距离时，靠近极限位置一端的液压油的压力会急剧上升，因此，可以在靠近极限位置的区域设置压力传感器，通过压力传感器的压力突变来反馈活塞的位置，进而获知活塞与极限位置的距离。

在其它实施例中，可以通过直接检测闭式油泵3的斜盘的转角来获取闭式油泵3的排量，具体地，闭式油泵3设置有用于检测斜盘转角的角度传感器，排量检测元件根据角度传感器获取的转角计算出闭式油泵的排量。

需要说明的是，通常，压力控制阀6集成于闭式油泵3上，无疑，独立设置压力控制阀6也是可以实现上述功能的。另外，换向阀也可以采用其它结构形式，比如电比例阀。另外，还可以使用电磁换向阀代替压力控制阀6和换向阀7。

本发明具体实施例提出的泵送机械设置有上述的油缸控制系统，与现有技术相比，该泵送机械的主油缸1的长度更短，安装空间更小，结构设置更为便利。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种油缸控制系统，包括闭式油泵(3)、主油缸(1)及换向阀组，所述闭式油泵(3)与主油缸(1)连接，所述闭式油泵(3)包括主油泵(32)、补油泵(33)和伺服油缸(31)，所述伺服油缸(31)用于驱动所述主油泵(32)的斜盘转动进而调节所述主油泵(32)输出液压油的排量和方向，所述换向阀组用于控制所述伺服油缸(31)的运动方向，其特征在于，还包括：

转速检测元件(5)，用于直接或间接获取所述闭式油泵(3)的转速，并生成转速信号；

排量检测单元，用于获取所述闭式油泵(3)的排量，并产生排量信号；

位置监测元件，用于在所述主油缸(1)的活塞到达预定位置时生成到位信号；

控制单元(9)，用于根据所述转速信号、排量信号和到位信号控制所述换向阀组对伺服油缸(31)进行换向。

2.一种油缸控制方法，设置有主油缸(1)和闭式油泵(3)，所述闭式油泵(3)包括主油泵(32)、补油泵(33)和伺服油缸(31)，所述伺服油缸(31)用于驱动所述主油泵(32)的斜盘转动进而调节所述主油泵(32)输出液压油的排量和方向，所述闭式油泵(3)用于为主油缸(1)提供液压油；所述主油缸(1)的预定位置上设有位置监测元件，所述位置监测元件在所述主油缸(1)的活塞运行到预定位置时产生到位信号，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述闭式油泵(3)的转速及排量；

根据所述转速和排量计算所述主油缸(1)的活塞的运动速度；

根据所述运动速度和到位信号控制换向阀组对伺服油缸(31)进行换向。

3.根据权利要求2所述的油缸控制方法，其特征在于，所述闭式油泵(3)的排量通过以下两种方式之一获得：

1)检测所述闭式油泵(3)的伺服油缸(31)的有杆腔和无杆腔内的压力，根据所述有杆腔和无杆腔内的压力获取所述闭式油泵(3)的排量；

2)检测所述闭式油泵(3)的斜盘的转角，根据所述转角获取所述闭式油泵(3)的排量。

4.一种泵送机械，包括原动机及泵送系统，其特征在于，所述泵送系统包括输送缸、砼活塞及权利要求1所述的油缸控制系统，所述原动机用于驱动所述闭式油泵(3)，所述砼活塞与主油缸(1)的活塞杆连接，所述砼活塞设置于输送缸内。

5.根据权利要求4所述的泵送机械，其特征在于，所述排量检测单元包括压力检测元件(4)；所述压力检测元件(4)设置于伺服油缸(31)上，用于检测所述闭式油泵(3)的伺服油缸(31)的有杆腔和无杆腔内的压力；所述排量检测单元根据所述有杆腔和无杆腔内的压力获取所述闭式油泵(3)的排量。

6.根据权利要求4所述的泵送机械，其特征在于，所述排量检测单元包括角度传感器；所述角度传感器设置于闭式油泵(3)上，用于检测所述斜盘的转角，所述排量检测单元根据所述转角获取所述闭式油泵(3)的排量。

7.根据权利要求4所述的泵送机械，其特征在于，所述转速检测元件(5)设置于原动机上，所述转速检测元件(5)通过检测所述原动机的转速获得所述闭式油泵(3)的转速；或，所述转速检测元件(5)设置于所述闭式油泵(3)上，用于直接检测所述闭式油泵(3)的转速。

8.根据权利要求4所述的泵送机械，其特征在于，所述位置监测元件为行程到位开关(2)，所述行程到位开关(2)设置于所述主油缸(1)的预定位置上；或，所述位置监测元件为压力传感器，所述压力传感器设置于所述主油缸(1)的预定位置上。

9.根据权利要求4所述的泵送机械，其特征在于，所述换向阀组包括换向阀(7)和压力控制阀(6)，所述换向阀(7)的P口与补油泵(33)的出口连通，T口与油箱连通；所述压力控制阀(6)的两个液控口分别与换向阀(7)的A口和B口连接，所述压力控制阀(6)的进口与补油泵(33)的出口连通，所述压力控制阀(6)的回油口与油箱连通；所述压力控制阀(6)的两个工作油口分别与所述伺服油缸(31)的有杆腔和无杆腔连通，所述压力控制阀(6)用于根据P口压力控制伺服油缸(31)的有杆腔或无杆腔的压力。

10.根据权利要求9所述的泵送机械，其特征在于，所述补油泵(33)和换向阀(7)之间的油路上还设有恒功率阀组(8)；所述恒功率阀组(8)的两个进口分别与补油泵(33)出口和主油泵(32)出口连通，所述恒功率阀组(8)的回油口与油箱连通。

11.根据权利要求4至10任一项所述的泵送机械，其特征在于，所述泵送系统还包括摆阀油缸(11)，在所述换向阀组对伺服油缸(31)换向的同时或之后的预定时间，所述控制单元(9)控制所述摆阀油缸(11)换向。