CN107061392B - 机械臂液压控制回路及动作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械臂液压控制回路及动作方法，属于机械臂的液压回路控制领域。机械臂液压控制回路包括总体液压回路、升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路，总体液压回路包括油箱、滤油器、电机、负载敏感泵、梭阀组、安全阀、压力表、压力表开关和冷却器，油箱经滤油器与负载敏感泵的进油口连接，负载敏感泵的出油口经安全阀与油箱连接，液压油从油箱经滤油器由负载敏感泵泵出，一路连接压力表和压力表开关，另一路分别经主油路与升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路连接，最后经冷却器和滤油器与油箱连接。本发明安全、系统功率损耗小，既可满足液压臂自锁又可防止油缸缩回时超速失稳。

Description

机械臂液压控制回路及动作方法

技术领域

本发明涉及机械臂的液压回路控制领域，特别是指一种机械臂液压控制回路及动作方法。

背景技术

机械臂是模仿人的手臂的一种工业操作装置，机械臂可以通过前置抓手或者其他装置按固定程序抓取、搬运物件或操作工具，可代替人的繁重重复性劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。液压系统是机械臂液压回路的核心控制系统，直接决定整个机械臂的动作性能。设计者主要考虑的是液压系统的功能和生产成本，但是对于重型精密搬运装卸机械臂而言，更应注重的是安全问题和能量利用率。搬运过程中安装重型部件，需要不确定时间的停留，此时需要保证其停留时的安全性。系统效率较低往往会造成液压油发热问题，为降油温而增加冷却装置会额外增加能量消耗和生产成本。

现有的多自由度机械臂，如申请公布号为CN103538070A的专利，一种五自由度液压伺服机械手，适用于重载和高温生产工况下的物料搬运，对于重载情况停留时间较久的机械臂，其流量和压力的自适应情况均未涉及，且其液压控制回路未说明锁定情况。

申请公布号为CN105332959A的一种搬运机械手液压控制回路，其升降液压控制回路中克服下降速度不稳定方面未涉及，安全性能还有待提升。

申请公布号为CN103603839A的防抖液压回路、臂架防抖液压回路、工程机械和工程车辆，能避免臂架重力影响或者臂架下降过程中引起臂架剧烈抖动。当液压阀处于中位，整个回路不工作时，要客服重力或保持重载位置时需锁定，仍须加液压锁保证位置精度。

发明内容

本发明提供一种安全、系统功率损耗小，既可满足液压臂自锁又可防止油缸缩回时超速失稳的机械臂液压控制回路及动作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种机械臂液压控制回路，包括总体液压回路、升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路，其中：

所述总体液压回路包括油箱、滤油器、电机、负载敏感泵、梭阀组、安全阀、压力表、压力表开关和冷却器，所述油箱经滤油器与所述负载敏感泵的进油口连接，所述负载敏感泵的出油口经所述安全阀与所述油箱连接，液压油从油箱经滤油器由负载敏感泵泵出，一路连接所述压力表和压力表开关，另一路分别经主油路与所述升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路连接，最后经冷却器和滤油器与所述油箱连接；

所述升降液压回路包括第一减压阀、第一电磁换向阀、液控单向阀、第二减压阀和单向伸缩液压缸，所述第一减压阀的进油口连接至所述总体液压回路的主油路，所述第一减压阀的出油口与所述第一电磁换向阀的进油口连接，所述第一电磁换向阀的出油口经第一油路和第二油路分别与所述单向伸缩液压缸的有杆腔和无杆腔连接；所述液控单向阀串联在所述第二油路上，所述液控单向阀的截止油液口与所述单向伸缩液压缸的无杆腔连接，所述液控单向阀的不截止油液口与所述第一电磁换向阀的工作油口连接，所述液控单向阀的控制口通过所述第二减压阀连接在第一油路上，所述第二减压阀的进油口和所述第一油路连接，所述液控单向阀的卸油口与所述油箱连接，所述液控单向阀在所述单向伸缩液压缸停止动作时对回油路进行锁紧控制；

所述回转液压回路包括第三减压阀、第二电磁换向阀、第一双向液控单向阀、液压旋转马达和背压阀，所述第三减压阀的进油口连接至所述总体液压回路的主油路，所述第三减压阀的出油口与所述第二电磁换向阀的进油口连接，所述第二电磁换向阀的出油口一路经第三油路通过第一双向液控单向阀与液压旋转马达的第一工作油口连接，另一路经第四油路通过背压阀、第一双向液控单向阀与液压旋转马达的第二工作油口连接，所述第一双向液控单向阀的不截止油液口分别与所述第二电磁换向阀的两个工作油口连接，所述第一双向液控单向阀的截止油液口分别与所述液压旋转马达的两个工作油口连接；

所述摆动液压回路包括第四减压阀、第三电磁换向阀、第二双向液控单向阀和液压摆动油缸，所述第四减压阀的进油口连接至所述总体液压回路的主油路，所述第四减压阀的出油口与所述第三电磁换向阀的进油口连接，所述第三电磁换向阀的两个工作油口分别经第五油路和第六油路通过第二双向液控单向阀与液压摆动油缸的工作油口连接，所述第二双向液控单向阀的不截止油液口分别与所述第三电磁换向阀的两个工作油口连接，所述第二双向液控单向阀的截止油液口分别与所述液压摆动油缸的工作油口连接；

所述梭阀组包括第一梭阀、第二梭阀和第三梭阀，第一梭阀的出油口与所述负载敏感泵的压力信号反馈口连接，所述第一梭阀的一个进油口与所述回转液压回路中第二电磁换向阀的压力检测油口连接，另一个进油口与所述第二梭阀的出油口连接；所述第二梭阀的一个进油口与所述摆动液压回路中的第三电磁换向阀的压力检测油口连接，另一个进油口与第三梭阀的出油口连接；所述第三梭阀的一个进油口与所述升降液压回路中的第一电磁换向阀的压力检测油口连接，另一个进油口经主回油路连接至所述油箱。

另一方面，还提供一种上述的机械臂液压控制回路中升降液压回路的动作方法，包括：

步骤1：当机械臂启动举升动作，第一电磁换向阀左侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀向第一电磁换向阀供油，此时供油压力不大于第一减压阀设定的最大压力P₁，油液通过第二油路进入单向伸缩液压缸的无杆腔，此时液控单向阀不工作，与此同时，油液通过第一电磁换向阀的压力检测口进入第三梭阀的一个进油口，第三梭阀的另一个进油口经主回油路与油箱连接，通过梭阀组的压力对比监测，压力值通过负载敏感泵的压力信号反馈口反馈至流量控制阀的滑阀右腔，若不计管路的压力损失，流量控制阀的滑阀右腔压力最大和第一减压阀设定的压力P₁相等，在不大于P₁的情况下，流量控制阀的滑阀在初始调压弹簧预紧力▽P的作用下左移，负载敏感泵的控制活塞无杆腔与油箱连接，斜盘在复位弹簧的作用下倾角变大，负载敏感泵向系统供油的排量增大，油液进入单向伸缩液压缸的无杆腔，单向伸缩液压缸的活塞杆伸出，在活塞杆伸出过程中，升降液压回路通过负载敏感泵和第三梭阀的自适应调节，第一电磁换向阀的进出口压差恒定；

步骤2：当单向伸缩液压缸运动在极限位置时，系统压力经第三梭阀传递到流量控制阀的滑阀右腔，若不计管路的压力损失，流量控制阀的滑阀右腔与负载敏感泵的出口压力相等，最大为第一减压阀的设定的最大压力P₁，流量控制阀的滑阀在初始调压弹簧预紧力▽P的作用下左移，负载敏感泵的控制活塞无杆腔和油箱连接，负载敏感泵向系统供油的排量增大，当排量增大到压力切断阀设定的最大压力P_m时，压力切断阀滑阀右移，油液进入负载敏感泵控制活塞无杆腔，负载敏感泵的排量迅速降低近似零值，但输出压力仍为压力切断阀设定的最大压力P_m，负载敏感泵进入高压待机状态直到第一电磁换向阀回到中位，回到中位后，液控单向阀锁定第二油路，机械臂保持既定状态；

步骤3：当机械臂启动回降动作，第一电磁换向阀右侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀向第一电磁换向阀供油，油液通过第一油路进入单向伸缩液压缸的有杆腔，与此同时，油液经第二减压阀进入液控单向阀控制口，顶开液控单向阀内部的锥阀，单向伸缩液压缸的无杆腔开始回油，机械臂开始回降。

再一方面，还提供一种上述的机械臂液压控制回路中升降液压回路和回转液压回路的动作方法，包括：

步骤1：升降液压回路中，当机械臂启动举升动作，第一电磁换向阀左侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀和第一电磁换向阀向单向伸缩液压缸的无杆腔供油，其所需流量为Q₁，其进油路串联的第一减压阀的设定压力为P₁，与此同时，回转液压回路中，机械臂的腰部回转动作，第二电磁换向阀左侧进入工作状态，主油路通过第三减压阀向第二电磁换向阀供油，其所需油量为Q₂，其进油路串联的第三减压阀设定的压力为P₂；

步骤2：假设P₁﹥P₂，此时通过第三梭阀和第一梭阀的压力监测及反馈，使负载敏感泵的出口压力达到P₁，液压旋转马达所在回路的第三减压阀降压至P₂，使第二电磁换向阀两端的压差维持在第三减压阀的调定范围之内，若不计液压回路中油液泄露，负载敏感泵的输出流量Q大于Q₁+Q₂，实现单向伸缩液压缸的液压旋转马达的联合动作。

本发明具有以下有益效果：

本发明引入负载敏感泵、梭阀组和多个减压阀，自适应自适应调节系统压力和流量需求，且仅提供所需求的流量和压力，进行流量—压力参数的调节以求保证机械臂重载运行安全的要求下降低系统功率损耗，达到节能环保；多个减压阀根据液压执行元件的不同而设定不同的压力，可实现单泵驱动多个液压执行元件的联合动作，且各个液压执行元件不受负载变化及其他液压执行元件动作的干扰。本发明的机械臂的液压控制回路，其升降液压回路中，利用第一减压阀调定的压力控制打开液控单向阀的压力，通过控制液控单向阀中锥阀芯开口大小来控制回流流量，使得单向伸缩液压缸平稳缩回，防止了油缸因自重和载荷双重作用而产生超速失稳现象的发生。在多自由度机械臂液压系统空间布局有限的情况下，通过减压阀和外泄式液控单向阀调节升降液压回路，简化了回路的同时既可以满足液压臂自锁，又可以防止油缸缩回时超速失稳。本发明安全、系统功率损耗小，既可满足液压臂自锁又可防止油缸缩回时超速失稳。

附图说明

图1为本发明的机械臂液压控制回路整体示意图；

其中，1：油箱；2：滤油器；3：安全阀；4：负载敏感泵；5：电机；6：压力切断器；7：流量控制阀；8：压力表开关；9：压力表；10.1：第三减压阀；10.2：第四减压阀；10.3：第一减压阀；11.1：第二电磁换向阀；11.2：第三电磁换向阀；11.3：第一电磁换向阀；12：第三油路；13:第四油路；14.1：第一双向液控单向阀；14.2：第二双向液控单向阀；15：液压旋转马达；16：背压阀；17：第五油路；18：液压摆动油缸；19：第六油路；20：第二减压阀；21：第一油路；22：单向伸缩液压阀；23：第二油路；24：液控单向阀；25：梭阀组；25.1：第一梭阀；25.2：第二梭阀；25.3：第三梭阀；26：冷却器；X：负载敏感泵压力信号反馈口；X1：第二电磁换向阀的压力检测油口；X2：第三电磁换向阀的压力检测油口；X3：第一电磁换向阀的压力检测油口。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种机械臂液压控制回路，如图1所示，包括总体液压回路、升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路，其中：

总体液压回路包括油箱1、滤油器2、电机5、负载敏感泵4、梭阀组25、安全阀3、压力表9、压力表开关8和冷却器26，油箱1经滤油器2与负载敏感泵4的进油口连接，负载敏感泵4的出油口经安全阀3与油箱1连接，液压油从油箱1经滤油器2由负载敏感泵4泵出，一路连接压力表9和压力表开关8，另一路分别经主油路与升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路连接，最后经冷却器26和滤油器2与油箱1连接；

升降液压回路包括第一减压阀10.3、第一电磁换向阀11.3、液控单向阀24、第二减压阀20和单向伸缩液压缸22，第一减压阀10.3的进油口连接至总体液压回路的主油路，第一减压阀10.3的出油口与第一电磁换向阀11.3的进油口连接，第一电磁换向阀11.3的出油口经第一油路21和第二油路23分别与单向伸缩液压缸22的有杆腔和无杆腔连接；液控单向阀24串联在第二油路23上，液控单向阀24的截止油液口与单向伸缩液压缸22的无杆腔连接，液控单向阀24的不截止油液口与第一电磁换向阀11.3的工作油口连接，液控单向阀24的控制口通过第二减压阀20连接在第一油路21上，液控单向阀24为外泄式液控单向阀，外泄式液控单向阀卸油口和油箱1连接，液控单向阀24可在单向伸缩液压缸22停止动作时对回油路进行锁紧控制，第二减压阀20的进油口和第一油路21连接，液控单向阀24的卸油口与油箱1连接，液控单向阀24在单向伸缩液压缸22停止动作时对回油路进行锁紧控制；

回转液压回路包括第三减压阀10.1、第二电磁换向阀11.1、第一双向液控单向阀14.1、液压旋转马达15和背压阀16，第三减压阀10.1的进油口连接至总体液压回路的主油路，第三减压阀10.1的出油口与第二电磁换向阀11.1的进油口连接，第二电磁换向阀11.1的出油口一路经第三油路12通过第一双向液控单向阀14.1与液压旋转马达15的第一工作油口连接，另一路经第四油路13通过背压阀16、第一双向液控单向阀14.1与液压旋转马达15的第二工作油口连接，第一双向液控单向阀14.1的不截止油液口分别与第二电磁换向阀11.1的两个工作油口连接，第一双向液控单向阀14.1的截止油液口分别与液压旋转马达15的两个工作油口连接，第一双向液控单向阀14.1控制口各以对方的正向进油口连接，第一双向液控单向阀14.1进行液压旋转马达15的进、回油同时锁紧控制；背压阀16串联于第四油路13上，保证液压旋转马达15运动速度稳定，减少启动时的冲击，液压旋转马达15可实现机器臂腰部或腕部的旋转动作；

摆动液压回路包括第四减压阀10.2、第三电磁换向阀11.2、第二双向液控单向阀14.2和液压摆动油缸18，第四减压阀10.2的进油口连接至总体液压回路的主油路，第四减压阀10.2的出油口与第三电磁换向阀11.2的进油口连接，第三电磁换向阀11.2的两个工作油口分别经第五油路17和第六油路19通过第二双向液控单向阀14.2与液压摆动油缸18的工作油口连接，第二双向液控单向阀14.2的不截止油液口分别与第三电磁换向阀11.2的两个工作油口连接，第二双向液控单向阀14.2的截止油液口分别与液压摆动油缸18的工作油口连接，第二双向液控单向阀14.2控制口各以对方的正向进油口连接，第二双向液控单向阀14.2进行液压摆动油缸18的进、回油路同时锁紧控制，液压摆动油缸可实现机械臂腕部或肩部的摆动动作。

梭阀组25包括第一梭阀25.1、第二梭阀25.2和第三梭阀25.3，第一梭阀25.1的出油口与负载敏感泵压力信号反馈口X连接，第一梭阀25.1的一个进油口与回转液压回路中第二电磁换向阀11.1的压力检测油口X1连接，另一个进油口与第二梭阀25.2的出油口连接；第二梭阀25.2的一个进油口与摆动液压回路中的第三电磁换向阀11.2的压力检测油口X2连接，另一个进油口与第三梭阀25.3的出油口连接；第三梭阀25.3的一个进油口与升降液压回路中的第一电磁换向阀11.3的压力检测油口X3连接，另一个进油口经主回油路经连接至油箱1。

本发明引入负载敏感泵、梭阀组和多个减压阀，自适应自适应调节系统压力和流量需求，且仅提供所需求的流量和压力，进行流量—压力参数的调节以求保证机械臂重载运行安全的要求下降低系统功率损耗，达到节能环保；多个减压阀根据液压执行元件的不同而设定不同的压力，可实现单泵驱动多个液压执行元件的联合动作，且各个液压执行元件不受负载变化及其他液压执行元件动作的干扰。本发明的机械臂的液压控制回路，其升降液压回路中，利用第一减压阀调定的压力控制打开液控单向阀的压力，通过控制液控单向阀中锥阀芯开口大小来控制回流流量，使得单向伸缩液压缸平稳缩回，防止了油缸因自重和载荷双重作用而产生超速失稳现象的发生。在多自由度机械臂液压系统空间布局有限的情况下，通过减压阀和外泄式液控单向阀调节升降液压回路，简化了回路的同时既可以满足液压臂自锁，又可以防止油缸缩回时超速失稳。本发明安全、系统功率损耗小，既可满足液压臂自锁又可防止油缸缩回时超速失稳。

进一步的，第一电磁换向阀11.3、第二电磁换向阀11.1和第三电磁换向阀11.2均为三位五通电磁换向阀，中位机能均为Y型或H型，分别便于液控单向阀24、第一双向液控单向阀14.1和第二双向液控单向阀14.2泄压，提高定位精度，第一电磁换向阀11.3、第二电磁换向阀11.1和第三电磁换向阀11.2均可以通过接收控制信号实现阀芯灵敏转向。

进一步的，升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路均为一路或多路，多路的升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路均并联于总体液压回路上，多路的升降液压回路、多路回转液压回路和多路摆动液压回路中各级的连接与分别与单个升降液压回路、单个回转液压回路和单个摆动液压回路的连接相同。

优选的，第一减压阀10.3和第二减压阀20均串联在升降液压回路上，第三减压阀10.1串联在回转液压回路上，第四减压阀10.2串联在摆动液压回路上，第一减压阀10.3、第二减压阀20、第三减压阀10.1和第四减压阀10.2均为单泵驱动多个液压执行元件的联合动作，每个液压执行元件不受负载变化及其他液压执行元件动作的干扰。

另一方面，本发明提供一种机械臂液压控制回路中升降液压回路的动作方法，包括：

步骤1：当机械臂启动举升动作，第一电磁换向阀11.3左侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀10.3向第一电磁换向阀11.3供油，此时供油压力不大于第一减压阀10.3设定的最大压力P₁，油液通过第二油路23进入单向伸缩液压缸22的无杆腔，此时液控单向阀24不工作，与此同时，油液通过第一电磁换向阀11.3的压力检测口X3进入第三梭阀25.3的一个进油口，第三梭阀25.3的另一个进油口经主回油路与油箱1连接，通过梭阀组25的压力对比监测，压力值通过负载敏感泵4的压力信号反馈口X反馈至流量控制阀7的滑阀右腔，若不计管路的压力损失，流量控制阀7的滑阀右腔压力最大和第一减压阀10.3设定的压力P₁相等，在不大于P₁的情况下，流量控制阀7的滑阀在初始调压弹簧预紧力▽P的作用下左移，负载敏感泵4的控制活塞无杆腔与油箱1连接，斜盘在复位弹簧的作用下倾角变大，负载敏感泵向系统供油的排量增大，油液进入单向伸缩液压缸22的无杆腔，单向伸缩液压缸22的活塞杆伸出，在活塞杆伸出过程中，升降液压回路通过负载敏感泵4和第三梭阀25.3的自适应调节，第一电磁换向阀11.3的进出口压差恒定，不受负载变化的影响；

步骤2：当单向伸缩液压缸22运动在极限位置时，系统压力经第三梭阀25.3传递到流量控制阀7的滑阀右腔，若不计管路的压力损失，流量控制阀7的滑阀右腔与负载敏感泵4的出口压力相等，最大为第一减压阀10.3的设定的最大压力P₁，流量控制阀7的滑阀在初始调压弹簧预紧力▽P的作用下左移，负载敏感泵4的控制活塞无杆腔和油箱1连接，负载敏感泵4向系统供油的排量增大，当排量增大到压力切断阀6设定的最大压力P_m时，压力切断阀6滑阀右移，油液进入负载敏感泵4控制活塞无杆腔，负载敏感泵4的排量迅速降低近似零值，但输出压力仍为压力切断阀6设定的最大压力P_m，负载敏感泵4进入高压待机状态直到第一电磁换向阀11.3回到中位，回到中位后，液控单向阀24锁定第二油路23，机械臂保持既定状态；

步骤3：当机械臂启动回降动作，第一电磁换向阀11.3右侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀10.3向第一电磁换向阀11.3供油，油液通过第一油路21进入单向伸缩液压缸22的有杆腔，与此同时，油液经第二减压阀20进入液控单向阀24控制口，顶开液控单向阀24内部的锥阀，单向伸缩液压缸22的无杆腔开始回油，机械臂开始回降。

进一步的，液控单向阀24为外泄式，此时对于外泄式液控单向阀，其稳定开启的条件为：

P_K×S₁-P_无杆腔×S₂≥f (1)

式(1)中，P_K：液控单向阀24的控制口压力；P_无杆腔：单向伸缩液压缸22的无杆腔压力；S₁：液控单向阀24控制活塞的截面积；S₂：液控单向阀24控制活塞杆的截面积；f：液控单向阀24的开启力；

当单向伸缩液压缸处于回缩状态时：

P_有杆腔×S₄＝F+P_无杆腔×S₃ (2)

式(2)中，P_有杆腔：单向伸缩液压缸22的有杆腔的压力，P_K等于P_有杆腔；S₃：单向伸缩液压缸22的无杆腔的截面积；S₄：单向伸缩液压缸22的有杆腔的截面积；F：单向伸缩液压缸22的负载力；

将式(2)代入式(1)，整理得：

P_有杆腔(S₃·S₁-S₂·S₄)+F·S₂≥f·S₃ (3)

由于S₃﹥S₄，S₁﹥S₂，式(3)均能成立，也就是说，升降液压回路在单向伸缩液压缸22缩回时一般不会出现振动现象；液控单向阀的锥形阀芯为棱边型阻力，属于可控液阻，改变液阻的大小可以改变通过的流量，此时的P_有杆腔通过第一减压阀10.3调出较小的稳定压力P′_k，但依然满足式(3)的要求，通过P′_k控制液控单向阀24中锥阀芯开口大小来控制回流流量，第二油路23的回油流量得以控制，使得单向伸缩液压缸22平稳缩回，防止了单向伸缩液压缸22因自重和载荷双重作用而产生超速失稳现象的发生。

再一方面，本发明提供一种机械臂液压控制回路中升降液压回路和回转液压回路的动作方法，包括：

步骤1：升降液压回路中，当机械臂启动举升动作，第一电磁换向阀11.3左侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀10.3和第一电磁换向阀11.3向单向伸缩液压缸22的无杆腔供油，其所需流量为Q₁，其进油路串联的第一减压阀10.3的设定压力为P₁，与此同时，回转液压回路中，机械臂的腰部回转动作，第二电磁换向阀11.1左侧进入工作状态，主油路通过第三减压阀10.1向第二电磁换向阀11.1供油，其所需油量为Q₂，其进油路串联的第三减压阀10.1设定的压力为P₂；

步骤2：假设P₁﹥P₂，此时通过第三梭阀25.3和第一梭阀25.2的压力监测及反馈，使负载敏感泵4的出口压力达到P₁，液压旋转马达15所在回路的第三减压阀10.1降压至P₂，使第二电磁换向阀11.1两端的压差维持在第三减压阀10.1的调定范围之内，根据节流调速原理，单向伸缩液压缸22或液压旋转马达15在负载变化的影响下，通过各自的减压阀的流量基本不变，因而可以提高各自回路的速度刚度、改善速度的稳定性，若不计液压回路中油液泄露，负载敏感泵4的输出流量Q大于Q₁+Q₂，实现单向伸缩液压缸22的液压旋转马达15的联合动作。

综上，与现有技术相比，本发明引入负载敏感泵、梭阀组和多个减压阀，自适应自适应调节系统压力和流量需求，且仅提供所需求的流量和压力，进行流量—压力参数的调节以求保证机械臂重载运行安全的要求下降低系统功率损耗，达到节能环保；多个减压阀根据液压执行元件的不同而设定不同的压力，可实现单泵驱动多个液压执行元件的联合动作，且各个液压执行元件不受负载变化及其他液压执行元件动作的干扰。本发明的机械臂的液压控制回路，其升降液压回路中，利用第一减压阀调定的压力控制打开液控单向阀的压力，通过控制液控单向阀中锥阀芯开口大小来控制回流流量，使得单向伸缩液压缸平稳缩回，防止了油缸因自重和载荷双重作用而产生超速失稳现象的发生。在多自由度机械臂液压系统空间布局有限的情况下，通过减压阀和外泄式液控单向阀调节升降液压回路，简化了回路的同时既可以满足液压臂自锁，又可以防止油缸缩回时超速失稳。本发明安全、系统功率损耗小，既可满足液压臂自锁又可防止油缸缩回时超速失稳。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种机械臂液压控制回路，其特征在于，包括总体液压回路、升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路，其中：

所述总体液压回路包括油箱、滤油器、用于为负载敏感泵提供动力的电机、负载敏感泵、梭阀组、安全阀、压力表、压力表开关和冷却器，所述油箱经滤油器与所述负载敏感泵的进油口连接，所述负载敏感泵的出油口经所述安全阀与所述油箱连接，液压油从油箱经滤油器由负载敏感泵泵出，一路连接所述压力表和压力表开关，另一路分别经主油路与所述升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路连接，最后经冷却器和滤油器与所述油箱连接；

所述升降液压回路包括第一减压阀、第一电磁换向阀、液控单向阀、第二减压阀和单向伸缩液压缸，所述第一减压阀的进油口连接至所述总体液压回路的主油路，所述第一减压阀的出油口与所述第一电磁换向阀的进油口连接，所述第一电磁换向阀的出油口经第一油路和第二油路分别与所述单向伸缩液压缸的有杆腔和无杆腔连接；所述液控单向阀串联在所述第二油路上，所述液控单向阀的截止油液口与所述单向伸缩液压缸的无杆腔连接，所述液控单向阀的不截止油液口与所述第一电磁换向阀的工作油口连接，所述液控单向阀的控制口通过所述第二减压阀连接在第一油路上，所述第二减压阀的进油口和所述第一油路连接，所述液控单向阀的卸油口与所述油箱连接，所述液控单向阀在所述单向伸缩液压缸停止动作时对回油路进行锁紧控制；

所述回转液压回路包括第三减压阀、第二电磁换向阀、第一双向液控单向阀、液压旋转马达和背压阀，所述第三减压阀的进油口连接至所述总体液压回路的主油路，所述第三减压阀的出油口与所述第二电磁换向阀的进油口连接，所述第二电磁换向阀的出油口一路经第三油路通过第一双向液控单向阀与液压旋转马达的第一工作油口连接，另一路经第四油路通过背压阀、第一双向液控单向阀与液压旋转马达的第二工作油口连接，所述第一双向液控单向阀的不截止油液口分别与所述第二电磁换向阀的两个工作油口连接，所述第一双向液控单向阀的截止油液口分别与所述液压旋转马达的两个工作油口连接；

所述摆动液压回路包括第四减压阀、第三电磁换向阀、第二双向液控单向阀和液压摆动油缸，所述第四减压阀的进油口连接至所述总体液压回路的主油路，所述第四减压阀的出油口与所述第三电磁换向阀的进油口连接，所述第三电磁换向阀的两个工作油口分别经第五油路和第六油路通过第二双向液控单向阀与液压摆动油缸的工作油口连接，所述第二双向液控单向阀的不截止油液口分别与所述第三电磁换向阀的两个工作油口连接，所述第二双向液控单向阀的截止油液口分别与所述液压摆动油缸的工作油口连接；

所述梭阀组包括第一梭阀、第二梭阀和第三梭阀，第一梭阀的出油口与所述负载敏感泵的压力信号反馈口连接，所述第一梭阀的一个进油口与所述回转液压回路中第二电磁换向阀的压力检测油口连接，另一个进油口与所述第二梭阀的出油口连接；所述第二梭阀的一个进油口与所述摆动液压回路中的第三电磁换向阀的压力检测油口连接，另一个进油口与第三梭阀的出油口连接；所述第三梭阀的一个进油口与所述升降液压回路中的第一电磁换向阀的压力检测油口连接，另一个进油口经主回油路连接至所述油箱。

2.根据权利要求1所述的机械臂液压控制回路，其特征在于，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀均为三位五通电磁换向阀，中位机能为Y型或H型。

3.根据权利要求2所述的机械臂液压控制回路，其特征在于，所述升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路均为一路或多路，多路的升降液压回路、回转液压回路和摆动液压回路均并联于所述总体液压回路上。

4.根据权利要求3所述的机械臂液压控制回路，其特征在于，所述第一减压阀和第二减压阀均串联在所述升降液压回路上，所述第三减压阀串联在所述回转液压回路上，所述第四减压阀串联在所述摆动液压回路上，所述第一减压阀、第二减压阀、第三减压阀和第四减压阀均为单泵驱动多个液压执行元件的联合动作，每个液压执行元件不受负载变化及其他液压执行元件动作的干扰。

5.权利要求1-4任一所述的机械臂液压控制回路中升降液压回路的动作方法，其特征在于，包括：

步骤1：当机械臂启动举升动作，第一电磁换向阀左侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀向第一电磁换向阀供油，此时供油压力不大于第一减压阀设定的最大压力P₁，油液通过第二油路进入单向伸缩液压缸的无杆腔，此时液控单向阀不工作，与此同时，油液通过第一电磁换向阀的压力检测口进入第三梭阀的一个进油口，第三梭阀的另一个进油口经主回油路与油箱连接，通过梭阀组的压力对比监测，压力值通过负载敏感泵的压力信号反馈口反馈至流量控制阀的滑阀右腔，若不计管路的压力损失，流量控制阀的滑阀右腔压力最大和第一减压阀设定的压力P₁相等，在不大于P₁的情况下，流量控制阀的滑阀在初始调压弹簧预紧力▽P的作用下左移，负载敏感泵的控制活塞无杆腔与油箱连接，斜盘在复位弹簧的作用下倾角变大，负载敏感泵向系统供油的排量增大，油液进入单向伸缩液压缸的无杆腔，单向伸缩液压缸的活塞杆伸出，在活塞杆伸出过程中，升降液压回路通过负载敏感泵和第三梭阀的自适应调节，第一电磁换向阀的进出口压差恒定；

步骤2：当单向伸缩液压缸运动在极限位置时，系统压力经第三梭阀传递到流量控制阀的滑阀右腔，若不计管路的压力损失，流量控制阀的滑阀右腔与负载敏感泵的出口压力相等，最大为第一减压阀的设定的最大压力P₁，流量控制阀的滑阀在初始调压弹簧预紧力▽P的作用下左移，负载敏感泵的控制活塞无杆腔和油箱连接，负载敏感泵向系统供油的排量增大，当排量增大到压力切断阀设定的最大压力P_m时，压力切断阀滑阀右移，油液进入负载敏感泵控制活塞无杆腔，负载敏感泵的排量迅速降低近似零值，但输出压力仍为压力切断阀设定的最大压力P_m，负载敏感泵进入高压待机状态直到第一电磁换向阀回到中位，回到中位后，液控单向阀锁定第二油路，机械臂保持既定状态；

步骤3：当机械臂启动回降动作，第一电磁换向阀右侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀向第一电磁换向阀供油，油液通过第一油路进入单向伸缩液压缸的有杆腔，与此同时，油液经第二减压阀进入液控单向阀控制口，顶开液控单向阀内部的锥阀，单向伸缩液压缸的无杆腔开始回油，机械臂开始回降。

6.根据权利要求5所述的机械臂液压控制回路中升降液压回路的动作方法，其特征在于，所述步骤3中，所述液控单向阀为外泄式，此时对于外泄式液控单向阀，其稳定开启的条件为：

P_K×S₁-P_无杆腔×S₂≥f (1)

式(1)中，P_K：液控单向阀的控制口压力；P_无杆腔：单向伸缩液压缸的无杆腔压力；S₁：液控单向阀控制活塞的截面积；S₂：液控单向阀控制活塞杆的截面积；f：液控单向阀的开启力；

当单向伸缩液压缸处于回缩状态时：

P_有杆腔×S₄＝F+P_无杆腔×S₃ (2)

式(2)中，P_有杆腔：单向伸缩液压缸的有杆腔的压力，P_K等于P_有杆腔；S₃：单向伸缩液压缸的无杆腔的截面积；S₄：单向伸缩液压缸的有杆腔的截面积；F：单向伸缩液压缸的负载力；

将式(2)代入式(1)，整理得：

P_有杆腔(S₃·S₁-S₂·S₄)+F·S₂≥f· S₃ (3)

由于S₃﹥S₄，S₁﹥S₂，式(3)均能成立，液控单向阀为可控液阻。

7.权利要求1-4任一所述的机械臂液压控制回路中升降液压回路和回转液压回路的动作方法，其特征在于，包括：

步骤1：升降液压回路中，当机械臂启动举升动作，第一电磁换向阀左侧进入工作状态，主油路通过第一减压阀和第一电磁换向阀向单向伸缩液压缸的无杆腔供油，其所需流量为Q₁，其进油路串联的第一减压阀的设定压力为P₁，与此同时，回转液压回路中，机械臂的腰部回转动作，第二电磁换向阀左侧进入工作状态，主油路通过第三减压阀向第二电磁换向阀供油，其所需油量为Q₂，其进油路串联的第三减压阀设定的压力为P₂；

步骤2：假设P₁﹥P₂，此时通过第三梭阀和第一梭阀的压力监测及反馈，使负载敏感泵的出口压力达到P₁，液压旋转马达所在回路的第三减压阀降压至P₂，使第二电磁换向阀两端的压差维持在第三减压阀的调定范围之内，若不计液压回路中油液泄露，负载敏感泵的输出流量Q大于Q₁+Q₂，实现单向伸缩液压缸的液压旋转马达的联合动作。