CN106696341A

CN106696341A - 一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法

Info

Publication number: CN106696341A
Application number: CN201710197681.9A
Authority: CN
Inventors: 杜恒; 张玻溶; 蔡文杰; 陈淑梅; 陈晖�
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: CN106696341B

Abstract

本发明涉及一种液压机的被动式动态调平控制系统，包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱、第一、第二、第三和第四位移传感器以及第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一、第二、第三和第四动态调平液压子系统均由第一单向阀、第一、第二和第三电磁球阀以及第一、第二和第三调平溢流阀组成；第一、第二和第三电磁球阀的进油口相连通，并接第一调平液压缸的无杆腔；第一、第二、第三电磁球阀的出油口分别与第一、第二、第三调平溢流阀的进油口相连通；第一、第二和第三调平溢流阀的出油口相连通并接回油箱。本发明的被动式动态调平控制系统抗干扰能力强，稳定性高。

Description

一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压控制系统，尤其涉及一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法。

背景技术

液压机活动梁动态调平控制系统广泛应用于金属模锻成型设备、金属拉伸成型设备和复合材料模压成型设备。液压机活动梁动态调平控制系统的应用，能显著提高制件精度，减少模具磨损，延长压机寿命，现已成为衡量液压机制造水平的关键技术之一，其相关技术的突破与完善有着重要的意义。

当前，液压机的动态调平控制系统设计主要围绕以下两方面展开：

（1）动态调平控制系统设计：通过两个比例阀主动控制液压机滑块四角上下端组成力偶矩组的八根调平柱塞缸，采用双向力偶调平的原理，实现主动动态调平控制，从而提高调平精度，缩短响应时间，降低制造成本（如参考专利201010243672.7）；通过五个伺服阀主动控制液压机滑块上端的五根主缸，两个伺服阀被动控制液压机滑块下端的四根调平液压缸，实现主、被动联合动态调平控制，从而提高控制精度和响应速度（如参考专利201410015025.9）；通过对四个比例溢流阀进行控制，进而对四个液压机回程缸进行压力控制，实现被动动态调平（如参考专利201110156344.8）；通过将液压机四角下端每个对角线上的的两根双作用活塞缸作为一个控制单元组，由液压泵直接对两个控制单元组进行控制，采用力偶调平的原理，实现被动动态调平，从而在一定程度上保证液压机活动梁运动过程中的水平状态（如参考专利US4515551A）。

（2）动态调平控制方法设计：通过五轴液压同步控制器控制四个比例换向阀的方向及阀口开度，进而对四个调平液压缸进行控制，实现被动调平，从而提高调平精度和稳定性（如参考专利200910070144.3）；通过PID 控制器并设定虚拟轴模型对四个高频响比例伺服阀进行闭环控制，进而对四个调平液压缸进行位置闭环控制，实现被动调平，从而消除了凭经验来选取主动缸所带来的调平误差，提高了控制精度（如参考专利201310580365.1）；通过PID 控制器并设定虚拟轴模型对四个比例换向阀进行闭环控制，进而对四个回程缸进行闭环控制，实现被动调平（如参考专利JPH0284308A）。现有专利能够在一定程度上实现液压机活动梁的动态调平，但仍存在以下一些不足，主要表现在：

（1）电液比例动态调平控制系统制造、维修成本高。现有技术多采用电液比例控制系统进行压机活动梁的动态调平，虽具有较高的控制精度，但多采用多轴控制器与比例阀、比例伺服阀相结合或使用多个比例阀的结构构成调平控制系统，大大增加了液压机的制造成本；或采用比例阀直接对回程缸进行控制，虽简化了结构但仍无法避免调平控制系统制造成本较高的缺点。

（2）电液比例动态调平控制系统算法复杂，控制难度大。现有技术多采用PID 控制器并设定虚拟轴模型对四个高频响比例伺服阀或比例换向阀进行闭环控制，进而对四个调平液压缸或回程缸进行闭环控制，实现被动调平，但由于在实际压机调试与检修的过程中，需要根据工程师经验初选PID控制器的关键设定参数比例增益K_P、积分增益K_I、微分增益K_D，再进一步进行较为繁琐的调试，从而得到适用于实际工况下压机的PID控制器的关键设定参数，大大增加了调试和维修的时间和难度，增加了生产和维修成本。

（3）电液比例动态调平控制系统抗干扰能力较差，电气系统的设计难度较高。现有技术中多采用模拟量信号输出的形式，实现对比例阀或伺服阀阀芯位移的控制，进而实现对四个调平液压缸或回程缸的动态调平控制，但由于模拟量输出形式的自身特性使得其所需硬件要求及环境要求较高，使得电气系统的设计较为困难，而其抗干扰能力较差，在实际工况下受复杂环境影响的几率大大增加，进而降低了整个电液控制系统的稳定性和适用性。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法，提高液压机工作的稳定性和可靠性。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种液压机的被动式动态调平控制系统，所述液压本体包括主系统油箱、上梁、主缸、第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸、第四调平液压缸、回程缸、活动梁和下梁，主系统油箱安装在上梁上端，主缸及回程缸均由主系统控制并共同驱动活动梁，使其在上梁和下梁之间实现往复运动，第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸、第四调平液压缸安装在下梁四角，并由动态调平控制系统独立控制；所述动态调平控制系统包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4均由第一单向阀、第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀、第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀组成；第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀的进油口相连通，并接第一调平液压缸的无杆腔；第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀的出油口分别与第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀的进油口相连通，构成开关式溢流阀结构；第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀的出油口相连通并接回油箱，构成多级溢流阀结构；通过第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和第四位移传感器分别采集第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸和第四调平液压缸的位移信号，并将信号输入至控制器。

进一步的，所述第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀的工作压力分别设定为、、，其中，。

进一步的，所述第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4还分别设有溢流阀恒压变流量切换装置；所述溢流阀恒压变流量切换装置由第一电磁球阀、第一调平溢流阀、第四电磁球阀、第四调平溢流阀组成；所述第一电磁球阀、第四电磁球阀进油口相连通，并接第一调平液压缸的无杆腔；所述第一调平溢流阀、第四调平溢流阀的出油口相连通，并接回油箱。

进一步的，第一调平溢流阀的工作压力与第四调平溢流阀的工作压力相同，即；所述的第一调平溢流阀的流量为第四调平溢流阀的流量的一半，即。

进一步的，所述恒压油源P1的工作压力与调平液压缸有杆腔作用面积的乘积应小于调平液压缸无杆腔压力与无杆腔作用面积的乘积，即。

进一步的，所述恒压油源P1由高压油源P3和减压阀组成；所述减压阀进油口与高压油源P3出油口相连通，减压阀出油口接第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸、第四调平液压缸的有杆腔；所述减压阀的工作压力值与恒压油源P1的工作压力相等，即。

进一步的，所述的高压油源P2由液压泵、第二单向阀、蓄能器、卸荷阀组成具有卸荷功能的油源；所述第二单向阀进油口与卸荷阀进油口及液压泵出油口相连通；所述卸荷阀的先导级控制口与蓄能器的进油口以及第二单向阀出油口相连通，同时卸荷阀出油口接油箱。

本发明还提供一种如上述所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：动态调平循环开始时刻，动态调平控制系统处于低能耗待机状态，此时第一、第二、第三和第四调平液压缸均处于最高位待机，等待液压机活动梁下行并接触第一、第二、第三和第四调平液压缸；

步骤2：第一、第二、第三和第四调平液压缸分别通过第一、第二、第三和第四位移传感器采集位移信号并将信号输入至控制器内；

步骤3：液压机活动梁接触第一、第二、第三和第四调平液压缸，第一、第二、第三和第四位移传感器开始实时采集并输出对应调平液压缸的位移信号；

步骤4：通过控制器将第一、第二、第三和第四位移传感器输入的信号进行处理，判断此时液压机活动梁是否下降至活动梁下行最低点，若已达到，则调平停止，跳转步骤7；若未达到，则转入步骤5；

步骤5：比较第一、第二、第三和第四调平液压缸位移值大小并按位置由高到低的顺序依次标记此时刻调平液压缸C1、调平液压缸C2、调平液压缸C3、调平液压缸C4,并记录此时调平液压缸C1的高度为、调平液压缸C2的高度为，调平液压缸C3的高度为、调平液压缸C4的高度为，故、、、之间满足关系；同时，标记此时刻调平液压缸C1所对应的动态调平液压子系统为E1、调平液压缸C2所对应的动态调平液压子系统为E2、调平液压缸C3所对应的动态调平液压子系统为E3、调平液压缸C4所对应的动态调平液压子系统为E4；标记此时刻动态调平液压子系统E1中第一调平溢流阀为R11、第二调平溢流阀为R12、第三调平溢流阀为R13；标记此时刻动态调平液压子系统E2中第一调平溢流阀为R21、第二调平溢流阀为R22、第三调平溢流阀为R23；标记此时刻动态调平液压子系统E3中第一调平溢流阀为R31、第二调平溢流阀为R32、第三调平溢流阀为R33；标记此时刻动态调平液压子系统E4中第一调平溢流阀为R41、第二调平溢流阀为R42、第三调平溢流阀为R43；

步骤6：计算此时刻C1与C4的高度偏差，即，并判断高度偏差是否大于工艺所需压制精度，若已满足工艺所需压制精度要求，即,则返回步骤4；若不满足工艺所需压制精度要求，即，则需要进行动态调平控制；

步骤7：初始化动态调平控制系统的参数，令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R21工作，R22、R23不工作；令E3中R31工作，R32、R33不工作；令E4中R41工作，R42、R43不工作；

步骤8：判断液压机工作是否停止，若未停止，则动态调平控制系统进入低能耗待机状态；若停止，则动态调平控制系统停止运行。

进一步的，在步骤S6中，若不满足工艺所需压制精度要求，进行动态调平控制具体包括以下步骤：

步骤6.1：如果，则令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R22工作，R21、R23不工作；令E3中R32工作，R31、R33不工作；令E4中R43工作，R41、R42不工作；

步骤6.2：如果，则令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R21工作，R22、R23不工作；令E3中R32工作，R31、R33不工作；令E4中R43工作，R41、R42不工作；

步骤6.3：如果，则令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R22工作，R21、R23不工作；令E3中R32工作，R31、R33不工作；令E4中R43工作，R41、R42不工作；

步骤6.4：如果，则令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R22工作，R21、R23不工作；令E3中R33工作，R31、R32不工作；令E4中R43工作，R41、R42不工作；

步骤6.5：如果，则令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R21工作，R22、R23不工作；令E3中R31工作，R32、R33不工作；令E4中R43工作，R41、R42不工作；

步骤6.6：如果，则令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R21工作，R22、R23不工作；令E3中R33工作，R31、R32不工作；令E4中R43工作，R41、R42不工作；

步骤6.7：如果，则令E1中R11工作，R12、R13不工作；令E2中R23工作，R21、R22不工作；令E3中R33工作，R31、R32不工作；令E4中R43工作，R41、R42不工作；

步骤6.8：完成上述调平溢流阀工作状态的切换后，返回步骤4。

进一步的，所述的控制器可选用可编程控制器、单片机，所述控制器的运算速度高于各个液压调平子系统布置的第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀响应频率，并且第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀的频响应不小于25Hz。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1）采用开关式多级溢流阀的结构，与现有技术中所采用的电液比例控制系统相比，其大幅降低了调平系统的制造、维修成本，提高了系统的可靠性。多个溢流阀之间采用并联的结构，设置了大小不同的开启压力，通过与每个溢流阀串联的电磁球阀的通断来选择溢流阀是否参与工作，进而实现调平液压缸无杆腔不同压力的切换。通过上述结构，即组成开关式多级溢流阀被动式动态调平控制系统，与现有技术中由比例阀或比例伺服阀所组成的电液比例控制系统相比，其显著降低了调平系统的制造、维修成本，提高了系统的可靠性，能够满足一般客户的精度要求。

2）提出了一种适用于开关式多级溢流阀控被动式动态调平控制系统的控制方法，与现有技术中多采用的PID闭环控制方法相比，其大幅降低了编程的难度，提高了系统的易用性。给出了动态调平控制阶段内任意时刻如何选择参与工作的溢流阀的判据，控制算法简单易懂，且无需采用高级的控制器进行闭环控制，大幅降低了编程的难度，提高了系统的易用性。同时，随着每个动态调平液压子系统中所布置的溢流阀级数的增加，使预设调压区间内各调平溢流阀之间设定的工作压力间隔缩小，从而使动态调平控制精度提高。故在实际工况下可针对不同的制造精度要求，主动选择所布置的溢流阀级数。

3）通过开关式多级溢流阀控被动式动态调平控制系统与控制方法的结合，显著增强了电液控制系统的抗干扰能力，提高了整个电液控制系统的稳定性。采用开关式多级溢流阀的结构并结合本发明所提出的控制方法，可将现有技术中多采用的模拟量输出形式简化为更可靠的开关量输出形式，使系统抗干扰能力显著提高。同时，由于采用开关量输出形式，极大程度的简化了电气系统，增大了控制器的选型范围，便于实际工况下控制器的选型设计，进而大幅缩短了设计周期，显著增强了系统的实用性、适用性和稳定性。

4）本发明提供的被动式动态调平控制系统可采用带有卸荷功能的油源，以充分利用被动式动态调平的优势，降低整个系统的能量输入，增加液压泵的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是本发明实施例的液压机本体结构示意图；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3是本发明实施例的一种液压机的被动式动态调平控制系统的液压原理图；

图4是本发明实施例的带有溢流阀恒压变流量切换装置的液压机的被动式动态调平控制系统示意图；

图5为在图4所示的被动式动态调平控制系统的基础上增加一个调平溢流阀的示意图；

图6为在图5所示的被动式动态调平控制系统的基础上再增加一个调平溢流阀的示意图；

图7是本发明实施例的带有油源压力控制功能的液压机的被动式动态调平控制系统示意图；

图8是本发明实施例的带有油源卸荷功能的液压机的被动式动态调平控制系统示意图；

图9是本发明实施例的液压机的被动式动态调平控制系统的开关式多级溢流阀结构示意图；

图10是本发明实施例的液压机的被动式动态调平控制系统在图9基础上进行扩展的开关式多级溢流阀结构示意图；

图11是本发明实施例的液压机的被动式动态调平控制系统在图10基础上进行扩展的开关式多级溢流阀结构示意图；

图12是本发明实施例的一种液压机的被动式动态调平控制方法流程图。

图中：1-主系统油箱，2-上梁，3-主缸，4-活动梁，5-第一调平液压缸，6-下梁，7-第二调平液压缸，8-第三调平液压缸，9-第四调平液压缸，10-立柱，11-回程缸，12-油箱，13-第一调平溢流阀，13A-第四调平溢流阀，14-第一电磁球阀，14A-第四电磁球阀，15-第一单向阀，16-第二电磁球阀，17-第三电磁球阀，18-第一位移传感器，19-第三调平溢流阀，20-第二调平溢流阀，21-第二位移传感器，22-第三位移传感器，23-第四位移传感器，24-减压阀，25-液压泵，26-第二单向阀，27-蓄能器，28-卸荷阀；

P1为恒压油源，P2为高压油源，P3为高压油源，S1为第一动态调平液压子系统，S2为第二动态调平液压子系统，S3为第三动态调平液压子系统，S4为第四动态调平液压子系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图3所示，本实施例的一种液压机的被动式动态调平控制系统，所述液压本体包括主系统油箱1、上梁2、主缸3、第一调平液压缸5、第二调平液压缸7、第三调平液压缸8、第四调平液压缸9、回程缸11、活动梁4和下梁6，主系统油箱1安装在上梁2上端，主缸3及回程缸11均由主系统控制并共同驱动活动梁4，使其在上梁2和下梁6之间实现往复运动，第一调平液压缸5、第二调平液压缸7、第三调平液压缸8、第四调平液压缸9安装在下梁6四角，并由动态调平控制系统独立控制；所述动态调平控制系统包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱、第一位移传感器18、第二位移传感器21、第三位移传感器22、第四位移传感器23、第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4均由第一单向阀15、第一电磁球阀14、第二电磁球阀16、第三电磁球阀17、第一调平溢流阀13、第二调平溢流阀20、第三调平溢流阀19组成；第一电磁球阀14、第二电磁球阀16、第三电磁球阀17的进油口相连通，并接第一调平液压缸5的无杆腔；第一电磁球阀14、第二电磁球阀16、第三电磁球阀17的出油口分别与第一调平溢流阀13、第二调平溢流阀20、第三调平溢流阀19的进油口相连通，构成开关式溢流阀结构；第一调平溢流阀13、第二调平溢流阀20、第三调平溢流阀19的出油口相连通并接回油箱，构成多级溢流阀结构；通过第一位移传感器18、第二位移传感器21、第三位移传感器22和第四位移传感器23分别采集第一调平液压缸5、第二调平液压缸7、第三调平液压缸8和第四调平液压缸9的位移信号，并将信号输入至控制器。

从上述可知，本发明的有益效果在于：如图3所示，各动态调平液压子系统中电磁球阀及调平溢流阀数量均为3个，通过各个动态调平液压子系统设置的多级电磁球阀及与其串联的多级溢流阀，从而组成开关式多级溢流阀结构。通过多级电磁球阀独立控制各溢流阀的通断，实现调平液压缸大腔压力的开关式多级切换控制。采用开关式多级溢流阀的结构，与现有技术中所采用的电液比例控制系统相比，其大幅降低了调平系统的制造、维修成本，提高了系统的可靠性。

如图1-2所示，本发明提供的液压机本体组成包括主系统油箱1、上梁2、主缸3、活动梁4、第一调平液压缸5、下梁6。图2为图1的A-A向视图，表示第一调平液压缸5、第二调平液压缸7、第三调平液压缸8、第四调平液压缸9、立柱10、回程缸11的方位。其中，主系统油箱1安装在上梁2上端，主缸3及回程缸11均由主系统控制并共同驱动活动梁4，使其在上梁2和下梁6之间实现往复运动。同时，第一调平液压缸5、第二调平液压缸7、第三调平液压缸8、第四调平液压缸9安装在下梁6四角，并由动态调平控制系统独立控制。

在本实施例中，所述第一调平溢流阀13、第二调平溢流阀20、第三调平溢流阀19、工作压力分别设定为、、，其中，。第一电磁球阀14、第二电磁球阀16、第三电磁球阀17的通流能力应分别大于第一调平溢流阀13、第二调平溢流阀20、第三调平溢流阀19的通流能力，以确保在一般工况下各调平液压缸无杆腔内油液能够通过各调平溢流阀正常溢流。

在本实施例中，所述第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4还分别设有溢流阀恒压变流量切换装置；所述溢流阀恒压变流量切换装置由第一电磁球阀14、第一调平溢流阀13、第四电磁球阀14A、第四调平溢流阀13A组成；所述第一电磁球阀14、第四电磁球阀14A进油口相连通，并接第一调平液压缸5的无杆腔；所述第一调平溢流阀13、第四调平溢流阀13A的出油口相连通，并接回油箱。对于图2所示的一种液压机的被动式动态调平控制系统而言，当液压机的活动梁4下行速度过快使得动态调平控制系统调平时间较短时，易造成各调平液压缸中位置最高的缸的无杆腔出油口流量过大，使得溢流阀溢流口开度相对较小而无法快速溢流，进而出现压力控制失效的情况。因此，液压机动态调平控制系统运行前，可根据液压机动态调平控制系统预设调平段（调平液压缸下行段）速度曲线中的最高速度值判断是否需要加入溢流阀恒压变流量切换装置，若预设调平段最高速度大于，则可选用第四调平溢流阀13A作为第一调平溢流阀13的恒压变流量切换阀，通过第一电磁球阀14、第四电磁球阀14A分别独立控制第一调平溢流阀13、第四调平溢流阀13A，以避免溢流阀因溢流口开度相对较小无法快速溢流而造成的压力控制失效现象。

当液压机的调平液压缸下行的平均速度大于时，即时，则第四电磁球阀14A得电而第一电磁球阀14失电，进而使第四调平溢流阀13A工作而第一调平溢流阀13不工作，液压机动态调平控制系统进行高速动态调平控制；当液压机的调平液压缸下行的平均速度小于时，即时，则第一电磁球阀14得电而第四电磁球阀14A失电，进而使第一调平溢流阀13工作而第四调平溢流阀13A不工作，液压机动态调平控制系统进行低速动态调平控制。

同时，为了满足调平液压缸以更高速度进行动态调平控制的要求，可将溢流阀恒压变流量切换装置进行扩展，进一步增加溢流阀恒压变流量切换装置中的调平溢流阀数量和相对应的电磁球阀数量。如当液压机动态调平控制系统预设调平段的最高速度大于时，可在现有溢流阀恒压变流量切换装置中（如图4所示意结构）进一步增加一个调平溢流阀和相对应的电磁球阀（如图5所示意结构），并使此次新增加的调平溢流阀的工作压力与第一调平溢流阀13的工作压力相同，而其流量则为第一调平溢流阀13的流量的4倍；当液压机动态调平控制系统预设调平段的最高速度大于时，在已增加一个调平溢流阀和相对应的电磁球阀的基础上（如图5所示意结构）再次增加一个调平溢流阀和相对应的电磁球阀（如图6所示意结构），并使此次新增加的调平溢流阀的工作压力仍与第一调平溢流阀13的工作压力相同，而其流量则为第一调平溢流阀13的流量的8倍。推而广之，实际应用中亦可根据具体工况来选择原有溢流阀恒压变流量切换装置中所需增加的调平溢流阀和相对应电磁球阀的数量，并且新增加的调平溢流阀的工作压力始终与第一调平溢流阀13的工作压力相同，而其流量的选择则遵循上述规律。

在本实施例中，第一调平溢流阀13的工作压力与第四调平溢流阀13A的工作压力相同，即；所述的第一调平溢流阀13的流量为第四调平溢流阀13A的流量的一半，即。

在本实施例中，所述恒压油源P1的工作压力与调平液压缸有杆腔作用面积的乘积应小于调平液压缸无杆腔压力与无杆腔作用面积的乘积，即。为保证当第一调平液压缸5、第二调平液压缸7、第三调平液压缸8、第四调平液压缸9无杆腔压力为时各调平液压缸均能够上升至行程最高位，并且四个调平液压缸的规格相同，故恒压油源P1的工作压力可根据其中任意一个调平液压缸上下腔受力关系确定。现以第一调平液压缸5为例，设第一调平液压缸5无杆腔作用面积均为，有杆腔面积均为，若此时第一调平液压缸5无杆腔压力为，则可计算出恒压油源P1的工作压力，即满足：

(1)

并且，为方便控制，可进一步的令公式(1)中的第一调平液压缸5无杆腔压力等于第一调平溢流阀13的工作压力，即可使第一调平溢流阀13、第二调平溢流阀20、第三调平溢流阀19中任意一个调平溢流阀单独工作时调平液压缸均能够上升至行程最高位。

在本实施例中，所述恒压油源P1由高压油源P3和减压阀24组成；所述减压阀24进油口与高压油源P3出油口相连通，减压阀24出油口接第一调平液压缸5、第二调平液压缸7、第三调平液压缸8、第四调平液压缸9的有杆腔；所述减压阀24的工作压力值与恒压油源P1的工作压力相等，即。如图7所示，通过减压阀24可将高压油源P3的出油口压力稳定在有杆腔所需工作压力，故减压阀24的工作压力值应与公式(1)中恒压油源P1的工作压力相等，即

在本实施例中，所述的高压油源P2由液压泵25、第二单向阀26、蓄能器27、卸荷阀28组成具有卸荷功能的油源；所述第二单向阀26进油口与卸荷阀28进油口及液压泵25出油口相连通；所述卸荷阀28的先导级控制口与蓄能器27的进油口以及第二单向阀26出油口相连通，同时卸荷阀28出油口接油箱。如图8所示，采用由第二单向阀26、蓄能器27、卸荷阀28组成的卸荷系统，可充分利用被动式动态调平的特点，大幅降低整个动态调平控制系统的能量输入，并且可以有效的防止系统失压，减少油液脉动，提高系统自身的可靠性和稳定性；同时，为保证在多个调平循环的系统初始化过程中无需频繁使卸荷阀28启闭造成液压泵25的频繁供油，故蓄能器27应通过核算后采用较大容量的蓄能器27。

工作时，先调定卸荷阀28的开启压力与第一调平溢流阀13的工作压力相等，则此时卸荷阀28的关闭压力与开启压力的关系为。其次，当液压机动态调平控制系统开始工作后，液压泵25开启，使各动态调平液压子系统中调平液压缸上升至最高位（未接触活动梁4）且保持四个调平液压缸无杆腔压力恒定为，蓄能器27充油直至后卸荷阀28开启，液压泵25卸荷，待蓄能器27内压力降至卸荷阀28关闭压力时，液压泵25再次加载。

如图9所示，为了满足更高精度的要求，可进一步增加每个动态调平液压子系统中所布置的电磁球阀及调平溢流阀的数量，使开关式多级溢流阀结构的级数增加，从而组成图9中所示意的扩展型开关式多级溢流阀结构（如图10中各动态调平液压子系统中电磁球阀及调平溢流阀数量均为5个、图11中各动态调平液压子系统中电磁球阀及调平溢流阀数量均为7个）,即通过进一步增加电磁球阀及调平溢流阀数量使开关式多级溢流阀结构得到扩展，从而在预设调压区间内减少各调平溢流阀之间设定的工作压力间隔，增加预设调压区间内的调压点，提高动态调平控制策略的控制精度。推而广之，每个动态调平液压子系统中电磁球阀及调平溢流阀数量均可扩展至N个，为便于工程应用，并权衡其精度要求和制造成本，各动态调平液压子系统中调平溢流阀数量范围为3~7个。

结合图1、3和12所示，本发明还提供一种如上述所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统的控制方法，包括以下步骤：

在进行步骤1之前，先依次按顺序调定动态调平液压子系统S1中第一调平溢流阀13、第二调平溢流阀20、第三调平溢流阀19的工作压力为、、，其中、、之间应满足的关系，且的取值应不超过实际工况下所使用调平液压缸的无杆腔所能承受的最大压力的一半，其他三个动态调平液压子系统S2~S4中各调平溢流阀工作压力调定方式与S1完全相同；同时，调定恒压油源P1的工作压力为，其中的取值应满足公式(1)。

在步骤1中，液压机动态调平开始，使各动态调平液压子系统中第一电磁开关阀14得电，四个调平液压缸上升至最高位（未接触活动梁）且保持四个调平液压缸无杆腔压力恒定为；四个调平液压缸有杆腔通过恒压油源P1进行供油并使压力恒定为。同时，四个调平液压缸上所安装的位移传感器采集位移值并输入至控制器内。

在步骤3中，液压机活动梁下行至接触四个调平液压缸，四个调平液压缸由于受活动梁下压致使调平液压缸无杆腔压缩，且由于各四角调平液压子系统均在调平液压缸无杆腔进油油路上设置单向阀，使此时各调平液压缸无杆腔回油油液仅能通过调平溢流阀回油箱，故此时四个调平液压缸无杆腔压力由相应的动态调平液压子系统中的调平溢流阀控制。

在步骤8中，待液压机活动梁上行至调平液压缸最高位时，四个调平液压子系统均令第一电磁球阀14工作，其余电磁球阀不工作，进而使各调平液压子系统中第一调平溢流阀13工作，其余调平溢流阀不工作，使四个调平缸无杆腔压力切换至，从而使四个调平液压缸再次上升至行程最高位，实现动态调平控制系统初始化过程并待机等待下一调平循环开始。

在本实施例中，在步骤S6中，若不满足工艺所需压制精度要求，进行动态调平控制具体包括以下步骤：

在本实施例中，所述的控制器可选用可编程控制器、单片机，所述控制器的运算速度高于各个液压调平子系统布置的第一电磁球阀14、第二电磁球阀16、第三电磁球阀17的响应频率，并且第一电磁球阀14、第二电磁球阀16、第三电磁球阀17的频响应不小于25Hz。

综上所述，本发明提供的一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法，其大幅降低了调平系统的制造、维修成本，提高了系统的可靠性。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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

1.一种液压机的被动式动态调平控制系统，所述液压本体包括主系统油箱（1）、上梁（2）、主缸（3）、第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）、回程缸（11）、活动梁（4）和下梁（6），主系统油箱（1）安装在上梁（2）上端，主缸（3）及回程缸（11）均由主系统控制并共同驱动活动梁（4），使其在上梁（2）和下梁（6）之间实现往复运动，第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）安装在下梁（6）四角，并由动态调平控制系统独立控制；其特征在于：所述动态调平控制系统包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱（12）、第一位移传感器（18）、第二位移传感器（21）、第三位移传感器（22）、第四位移传感器（23）、第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4均由第一单向阀（15）、第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）、第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）组成；第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）的进油口相连通，并接第一调平液压缸（5）的无杆腔；第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）的出油口分别与第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的进油口相连通，构成开关式溢流阀结构；第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的出油口相连通并接回油箱（12），构成多级溢流阀结构；通过第一位移传感器（18）、第二位移传感器（21）、第三位移传感器（22）和第四位移传感器（23）分别采集第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）和第四调平液压缸（9）的位移信号，并将信号输入至控制器。

2.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的工作压力分别设定为、、，其中，。

3.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4还分别设有溢流阀恒压变流量切换装置；所述溢流阀恒压变流量切换装置由第一电磁球阀（14）、第一调平溢流阀（13）、第四电磁球阀（14A）、第四调平溢流阀（13A）组成；所述第一电磁球阀（14）、第四电磁球阀（14A）进油口相连通，并接第一调平液压缸（5）的无杆腔；所述第一调平溢流阀（13）、第四调平溢流阀（13A）的出油口相连通，并接回油箱（12）。

4.根据权利要求3所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：第一调平溢流阀（13）的工作压力与第四调平溢流阀（13A）的工作压力相同，即；所述的第一调平溢流阀（13）的流量为第四调平溢流阀（13A）的流量的一半，即。

5.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述恒压油源P1的工作压力与调平液压缸有杆腔作用面积的乘积应小于调平液压缸无杆腔压力与无杆腔作用面积的乘积，即。

6.根据权利要求5所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述恒压油源P1由高压油源P3和减压阀（24）组成；所述减压阀（24）进油口与高压油源P3出油口相连通，减压阀（24）出油口接第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）的有杆腔；所述减压阀（24）的工作压力值与恒压油源P1的工作压力相等，即。

7.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述的高压油源P2由液压泵（25）、第二单向阀（26）、蓄能器（27）、卸荷阀（28）组成具有卸荷功能的油源；所述第二单向阀（26）进油口与卸荷阀（28）进油口及液压泵（25）出油口相连通；所述卸荷阀（28）的先导级控制口与蓄能器（27）的进油口以及第二单向阀（26）出油口相连通，同时卸荷阀（28）出油口接油箱（12）。

8.一种根据1所述的液压机的被动式动态调平控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：动态调平循环开始时刻，动态调平控制系统处于低能耗待机状态，此时第一、第二、第三和第四调平液压缸均处于最高位待机，等待液压机活动梁（4）下行并接触第一、第二、第三和第四调平液压缸；

步骤3：液压机活动梁（4）接触第一、第二、第三和第四调平液压缸，第一、第二、第三和第四位移传感器开始实时采集并输出对应调平液压缸的位移信号；

步骤4：通过控制器将第一、第二、第三和第四位移传感器输入的信号进行处理，判断此时液压机活动梁（4）是否下降至活动梁（4）下行最低点，若已达到，则调平停止，跳转步骤7；若未达到，则转入步骤5；

步骤5：比较第一、第二、第三和第四调平液压缸位移值大小并按位置由高到低的顺序依次标记此时刻调平液压缸C1、调平液压缸C2、调平液压缸C3、调平液压缸C4,并记录此时调平液压缸C1的高度为、调平液压缸C2的高度为，调平液压缸C3的高度为、调平液压缸C4的高度为，故、、、之间满足关系；同时，标记此时刻调平液压缸C1所对应的动态调平液压子系统为E1、调平液压缸C2所对应的动态调平液压子系统为E2、调平液压缸C3所对应的动态调平液压子系统为E3、调平液压缸C4所对应的动态调平液压子系统为E4；标记此时刻动态调平液压子系统E1中第一调平溢流阀（为R11、第二调平溢流阀为R12、第三调平溢流阀为R13；标记此时刻动态调平液压子系统E2中第一调平溢流阀为R21、第二调平溢流阀为R22、第三调平溢流阀为R23；标记此时刻动态调平液压子系统E3中第一调平溢流阀为R31、第二调平溢流阀为R32、第三调平溢流阀为R33；标记此时刻动态调平液压子系统E4中第一调平溢流阀为R41、第二调平溢流阀为R42、第三调平溢流阀为R43；

9.根据权利要求8所述一种液压机的被动式动态调平控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤S6中，若不满足工艺所需压制精度要求，进行动态调平控制具体包括以下步骤：

10.根据权利要求8所述一种液压机的被动式动态调平控制系统的控制方法，其特征在于：所述的控制器可选用可编程控制器、单片机，所述控制器的运算速度高于各个液压调平子系统布置的第一电磁球阀(14)、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）响应频率，并且第一电磁球阀(14)、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）的频响应不小于25Hz。