CN108612689A - 一种大角度回转机构的液压控制系统及方法 - Google Patents

一种大角度回转机构的液压控制系统及方法 Download PDF

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赵志辉
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Abstract

本发明提供一种大角度回转机构的液压控制系统，大角度回转机构包括多个液压缸，多个液压缸的输出端枢转连接以沿同一方向做回转运动，液压控制系统包含进油管路、回油管路、主液压管路、与多个液压缸相对应的多个一级换向阀、分别与多个液压缸的有杆腔和无杆腔相对应的多个平衡阀、副液压管路以及二级换向阀，其中，主液压管路通过一级换向阀和平衡阀将多个液压缸的有杆腔和无杆腔连接至进油管路和回油管路；副液压管路通过二级换向阀将平衡阀连接至进油管路和回油管路。本发明的液压控制系统在液压缸经过死点位置附近时可实现浮动功能，消除回转过程中不期望的作用力，有效避免过载问题。发明同时公开了一种大角度回转机构的控制方法。

Description

一种大角度回转机构的液压控制系统及方法
技术领域
本发明涉及机械技术领域，特别涉及一种大角度回转机构的液压控制系统及方法。
背景技术
大角度回转机构适用于各个领域。例如，在光热发电领域，采用由两个液压缸构成的大角度回转机构驱动镜子沿水平方向回转，以跟踪太阳转动。此类回转机构通常使用平衡阀来锁止液压缸，以实现回转机构的定位。然而，平衡阀具有开启压力设定值，仅当平衡阀的先导控制腔内的压力高于该设定值时才能开启平衡阀。由此，当两个液压缸中的一个运行至死点位置(输出端伸至最远距离或最近距离处)时，常常由于平衡阀内先导油压无法满足设定值而关闭，导致液压缸锁止，即无法处于浮动状态，从而在回转过程中出现不期望的作用力，出现过载问题，严重影响回转机构的使用寿命。
因此，如何克服大角度回转机构在回转过程中的死点问题成为领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的缺陷，本发明提供一种角度回转机构的液压控制系统及方法，使用该系统及方法能够使液压缸在通过死点位置附近时实现浮动功能，消除回转过程中不期望的作用力，避免过载问题，保证大角度回转机构的使用寿命。
依据本发明，提供一种大角度回转机构的液压控制系统，大角度回转机构包括多个液压缸，多个液压缸的输出端枢转连接以沿同一方向做回转运动，液压控制系统包含进油管路、回油管路、主液压管路、与多个液压缸相对应的多个一级换向阀、分别与多个液压缸的有杆腔和无杆腔相对应的多个平衡阀、副液压管路以及二级换向阀，其中，
主液压管路通过一级换向阀和平衡阀将多个液压缸的有杆腔和无杆腔连接至进油管路和回油管路；
副液压管路通过二级换向阀将平衡阀连接至进油管路和回油管路。
依据本发明的一个实施例，一级换向阀包含工作油口A、工作油口B、进油口P和回油口T，主液压管路包含连接工作油口A和液压缸的有杆腔的第一支路、连接工作油口B和液压缸的无杆腔的第二支路、连接进油口P和进油管路的第三支路以及连接回油口T和回油管路的第四支路。
依据本发明的一个实施例，大角度回转机构包含两个液压缸。
依据本发明的一个实施例，一级换向阀和二级换向阀为具有换向功能的单个阀门。
依据本发明的一个实施例，二级换向阀为两位三通电磁换向阀。
依据本发明的一个实施例，一级换向阀和二级换向阀为彼此协作的一组阀门。
依据本发明的一个实施例，平衡阀包含先导控制腔，副液压管路通过二级换向阀将先导控制腔连接至进油管路和回油管路。
依据本发明，提供一种大角度回转机构的控制方法，控制方法包含：当多个液压缸中的一个运行至死点位置附近时，与液压缸对应的一级换向阀处于中位，并且驱动二级换向阀使副液压管路连通以打开平衡阀。
依据本发明的一个实施例，一级换向阀设置成在处于中位时使工作油口A、工作油口B均与回油管路连通。
依据本发明的一个实施例，其特征在于，控制方法包含：当多个液压缸停止运行时，驱动二级换向阀使平衡阀与回油管路连通以关闭平衡阀。
由于采用于上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1使用本发明的大角度回转机构的液压控制系统进行控制，液压缸经过死点位置附近时可实现浮动功能，消除回转过程中不期望的作用力，有效避免过载问题。
2通过平衡阀调速，可有效控制每个液压缸的伸出或缩回速度，使运动更加平稳，防止失速。
3多个液压缸协同动作，可实现360°无死点回转运动。
4当液压缸停止运行时，可通过平衡阀锁止，实现精准定位，同时具备过载卸压保护和补油功能。
附图说明
图1示出了依据本发明的大角度回转机构的液压控制系统一实施例的示意图；
图2A-2H示出了图1所示的大角度回转机构在回转过程中不同状态下的示意图；
图3示出了依据本发明的大角度回转机构的液压控制系统另一实施例的示意图。
附图标记说明：
1二级换向阀，21～22一级换向阀，31～34平衡阀，41第一液压缸，411有杆腔，412无杆腔，42第二液压缸，421有杆腔，422无杆腔，43第三液压缸，5进油管路，6回油管路，7主液压管路，71第一支路，72第二支路，73第三支路，74第四支路，8副液压管路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本申请以包含第一液压缸41和第二液压缸42的回转机构为例进行说明。其中，第一液压缸41和第二液压缸42的输出端枢转连接，以沿同一方向做360°圆周运动。依据本发明的大角度回转机构的液压控制系统(以下简称液压控制系统)总体包括进油管路5、回油管路6、主液压管路7、一级换向阀21～22、平衡阀31～34、副液压管路8以及二级换向阀1。其中，第一液压缸41通过主液压管路7经由一级换向阀21连接至进油管路5和回油管路6，平衡阀31和32分别设置于连接第一液压缸41的有杆腔411和无杆腔412的主液压管路7上。同样地，第二液压缸42通过主液压管路7经由一级换向阀22连接至进油管路5和回油管路6，平衡阀33和34分别设置于连接第二液压缸42的有杆腔421和无杆腔422的主液压管路7上。副液压管路8通过二级换向阀1将平衡阀31～34连接至进油管路5和回油管路6。
具体地，在本实施例中，一级换向阀21～22为包含工作油口A、工作油口B、进油口P和回油口T并且具有换向功能的单个阀门。作为选择地，一级换向阀21～22也可以是彼此协作的一组阀门。液压管路7可以包含连接工作油口A至有杆腔411和421的第一支路71、连接工作油口B至无杆腔412和422的第二支路72、连接进油口P至进油管路5的第三支路73以及连接回油口T至回油管路6的第四支路。平衡阀31～32分别设置于连接第一液压缸14的第一支路71和第二支路72上，以调节第一液压缸41的运行速度并在第一液压缸41停止运行时锁止第一液压缸41；平衡阀33～34分别设置于连接第二液压缸42的第一支路71和第二支路72上，以调节第二液压缸42的运行速度并在第二液压缸42停止运行时锁止第二液压缸42。
在本实施例中，二级换向阀1为两位三通电磁换向阀。作为选择地，二级换向阀也可以是能够将平衡阀31～34选择性地连通至进油管路5或回油管路6的其他单个阀门或彼此协作的一组阀门。副液压管路8通过二级换向阀1将平衡阀31～34的先导控制腔连接至进油管路5和回油管路6，以通过二级换向阀1的换向实现先导控制腔与进油管路5或回油管路6的连通。
依据本发明的液压控制系统的运行原理为：当第一液压缸41运行至死点附近时，设置一级换向阀21失电处于中位——即工作油口A、B与回油口T接通，二级换向阀1使副液压管路8连通。此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀，一路沿液压管路7接通到一级换向阀22，供油给第二液压缸42以使其正常运行，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34。而此时一级换向阀21处于中位，第一液压缸41的有杆腔411和无杆腔412通过平衡阀31和32和一级换向阀21接通到回油管路6，实现浮动，在大角度回转机构的作用下跟随第二液压缸42运行。同理，第二液压缸42通过死点位置附近时，第二液压缸42亦实现浮动，在大角度回转机构作用下跟随第一液压缸41运行，因此没有不希望的载荷作用在机构上，从而避免通过死区时的过载问题。
以下将结合附图2A-2H详细叙述液压控制系统在大角度回转机构运行至不同状态时的控制过程：
运行位置如图2A所示时，第一液压缸41完全伸出，到达死点位置时，一级换向阀21失电处于中位，工作油口A、B与回油口T接通，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀22，一级换向阀22的HV03.a电磁铁得电，在左位工作，供油给第二液压缸42的有杆腔421，第二液压缸42缩回，驱动机构顺时针转动，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，而此时一级换向阀21处于中位，第一液压缸41的有杆腔411和无杆腔412通过平衡阀31和32和一级换向阀21接通到回油管路6，实现浮动，在机构驱动下跟随第二液压缸42运行，第一液压缸41缩回，无载荷通过死点位置。
第一液压缸41通过死点位置后，运行位置如图2B所示，一级换向阀21的HV02.b电磁铁得电，切换到右位工作，一级换向阀22保持左位工作，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀21和22，供油给第一液压缸41和42有杆腔，第一液压缸41和42同时缩回，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，第一液压缸41和42无杆腔油液通过平衡阀32和33回油，从而实现第一液压缸41和42的同时缩回，由于无杆腔通过平衡阀回油，可有效控制第一液压缸41和42的缩回速度，使运动更加平稳，防止失速。
随后，第一液压缸41和42同时缩回，直到运行位置如图2C所示，第二液压缸42完全缩回，到达死点位置时，一级换向阀22失电处于中位，工作油口A、B与回油口T接通，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀21，一级换向阀21保持在右位工作，供油给第一液压缸41有杆腔，第一液压缸41缩回，驱动机构顺时针转动，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，而此时一级换向阀22处于中位，第二液压缸42的有杆腔和无杆腔通过平衡阀33和34和一级换向阀22接通到回油管路6，实现浮动，在机构驱动下跟随第一液压缸41运行，第二液压缸42伸出，无载荷通过死点位置。
第二液压缸42通过死点位置后，运行位置如图2D所示，一级换向阀22的HV03.b电磁铁得电，切换到右位工作，一级换向阀21保持右位工作，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀21和22，供油给第一液压缸41有杆腔和4.2无杆腔，第一液压缸41缩回和第二液压缸42伸出，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，第一液压缸41无杆腔和第二液压缸42有杆腔油液通过平衡阀32和34回油，从而实现第一液压缸41缩回和第二液压缸42伸出，由于通过平衡阀回油，可有效控制第一液压缸41的缩回速度和第二液压缸42的伸出速度，使运动更加平稳，防止失速。
第一液压缸41缩回和4.2伸出，直到运行位置如图2E所示，第一液压缸41完全缩回，到达死点位置时，一级换向阀21失电处于中位，工作油口A、B与回油口T接通，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀22，一级换向阀22保持在右位工作，供油给第二液压缸42无杆腔，第二液压缸42伸出，驱动机构顺时针转动，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，而此时一级换向阀21处于中位，第一液压缸41的有杆腔和无杆腔通过平衡阀31和32和一级换向阀21接通到回油管路6，实现浮动，在机构驱动下跟随第二液压缸42运行，第一液压缸41伸出，无载荷通过死点位置。
第一液压缸41通过死点位置后，运行位置如图2F所示，一级换向阀21的HV02.a电磁铁得电，切换到左位工作，一级换向阀22保持右位工作，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀21和22，供油给第一液压缸41和42无杆腔，第一液压缸41和42同时伸出，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，第一液压缸41和42有杆腔油液通过平衡阀31和34回油，从而实现第一液压缸41和42同时伸出，由于通过平衡阀回油，可有效控制第一液压缸41和42的伸出速度，使运动更加平稳，防止失速。
第一液压缸41和42同时伸出，直到运行位置如图2G所示，第二液压缸42完全伸出，到达死点位置时，一级换向阀22失电处于中位，工作油口A、B与回油口T接通，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀21，一级换向阀21保持在左位工作，供油给第一液压缸41无杆腔，第一液压缸41伸出，驱动机构顺时针转动，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，而此时一级换向阀22处于中位，第二液压缸42的有杆腔和无杆腔通过平衡阀33和34和一级换向阀22接通到回油管路6，实现浮动，在机构驱动下跟随第一液压缸41运行，第二液压缸42缩回，无载荷通过死点位置。
第二液压缸42通过死点位置后，运行位置如图2H所示，一级换向阀22的HV03.a电磁铁得电，切换到左位工作，一级换向阀21保持左位工作，此时来自供油管路5的液压油通过二级换向阀1，一路沿液压管路7接通到一级换向阀21和22，供油给第一液压缸41无杆腔和4.2有杆腔，第一液压缸41伸出和第二液压缸42缩回，另一路沿副液压管路8接通到平衡阀31～34的先导控制腔，打开平衡阀31～34，第一液压缸41有杆腔和第二液压缸42无杆腔油液通过平衡阀31和33回油，从而实现第一液压缸41伸出和第二液压缸42缩回，由于通过平衡阀回油，可有效控制第一液压缸41的伸出速度和第二液压缸42的缩回速度，使运动更加平稳，防止失速。
随后，第一液压缸41伸出和第二液压缸42缩回，直到运行位置如图2A所示，第一液压缸41完全伸出，到达死点位置时，机构完成360°回转，开始下一个循环。
当第一液压缸41和42停止运行，需要锁止时，设置一级换向阀21和22均失电处于中位，工作油口A、B与回油口T接通，此时二级换向阀1阀芯换向，将来自供油管路5的液压油断开，接通到回油管路6，因此平衡阀31～34的先导控制腔与回油管路6接通，先导油压变为零，平衡阀31～34关闭，将第一液压缸41和42锁止，实现镜子的精准定位，但由于一级换向阀21和22处于中位，故同时具备过载卸压保护和补油功能。
图3示出了依据本发明的又一实施例。在该实施例中，大角度回转机构包含第一液压缸41、第二液压缸42和第三液压缸43。其中，第一液压缸41、第二液压缸42和第三液压缸43的输出端枢转连接，以沿同一方向做360°圆周运动。基于同样的原理，当其中任何一个液压缸处于死点位置附近时，控制此液压缸的一级换向阀失电处于中位，此液压缸浮动，在机构作用下跟随其他液压缸运行，从而避免通过死点时的过载问题；当液压缸不在死点位置附近运行时，控制此液压缸的换向阀处于左或右工作位，此液压缸伸出或者缩回，驱动机构运行。作为选择地，大角度回转机构还可以包含三个以上液压缸。
以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种大角度回转机构的液压控制系统，所述大角度回转机构包括多个液压缸，所述多个液压缸的输出端枢转连接以沿同一方向做回转运动，其特征在于，所述液压控制系统包含进油管路、回油管路、主液压管路、与所述多个液压缸相对应的多个一级换向阀、分别与所述多个液压缸的有杆腔和无杆腔相对应的多个平衡阀、副液压管路以及二级换向阀，其中，
所述主液压管路通过所述一级换向阀和所述平衡阀将所述多个液压缸的有杆腔和无杆腔连接至所述进油管路和所述回油管路；
所述副液压管路通过所述二级换向阀将所述平衡阀连接至所述进油管路和所述回油管路。
2.根据权利要求1所述的大角度回转机构的液压控制系统，其特征在于，所述一级换向阀包含工作油口A、工作油口B、进油口P和回油口T，所述主液压管路包含连接所述工作油口A和所述液压缸的有杆腔的第一支路、连接所述工作油口B和所述液压缸的无杆腔的第二支路、连接所述进油口P和所述进油管路的第三支路以及连接所述回油口T和所述回油管路的第四支路。
3.根据权利要求1所述的大角度回转机构的液压控制系统，其特征在于，所述大角度回转机构包含两个液压缸。
4.根据权利要求1所述的大角度回转机构的液压控制系统，其特征在于，所述一级换向阀和所述二级换向阀为具有换向功能的单个阀门。
5.根据权利要求4所述的大角度回转机构的液压控制系统，其特征在于，所述二级换向阀为两位三通电磁换向阀。
6.根据权利要求1所述的大角度回转机构的液压控制系统，其特征在于，所述一级换向阀和所述二级换向阀为彼此协作的一组阀门。
7.根据权利要求1所述的大角度回转机构的液压控制系统，其特征在于，所述平衡阀包含先导控制腔，所述副液压管路通过所述二级换向阀将所述先导控制腔连接至所述进油管路和所述回油管路。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的大角度回转机构的液压控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包含：当多个液压缸中的一个运行至死点位置附近时，与所述液压缸对应的一级换向阀处于中位，并且驱动二级换向阀使副液压管路连通以打开平衡阀。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述一级换向阀设置成在处于中位时使工作油口A、工作油口B均与回油管路连通。
10.根据权利要求9所述的大角度回转机构的液压控制系统，其特征在于，所述控制方法包含：当所述多个液压缸停止运行时，驱动所述二级换向阀使所述平衡阀与回油管路连通以关闭平衡阀。
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