CN108843659A - 液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置及方法 - Google Patents

液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置，包括：压力油源、方向控制阀、增压活塞缸、增压阀、执行油缸、执行机构、速度检测模块、控制器模块和蓄能器；压力油源与方向控制阀、蓄能器连接，执行油缸与执行机构、方向控制阀、增压阀连接，增压活塞缸与增压阀、蓄能器连接，速度检测模块与执行机构连接；控制器模块根据实际作业工况，控制增压阀实现执行油缸第一工作油腔或第二工作油腔增压。本发明提供的技术方案能够实现液压缸执行机构的快速制动并有效防止快速制动过程中的反向抖动现象。同时，本发明还提供了包括有该增压式快速制动防抖控制装置的一种液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制方法。

Description

液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置及方法
技术领域
本发明涉及机械设备液压缸控制技术领域，更具体地，涉及一种液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置方法。
背景技术
随着国民经济的高速发展，机械设备行业发展迅猛，而执行机构运行性能的好环直接影响到机械设备的性能和安全。目前，大量的机械设备都采用了液压执行油缸驱动执行机构进行工作，即利用液压油的压力驱动液压执行油缸去实现执行机构的各项作业活动。
在现有技术中，机械设备液压缸执行机构的制动过程主要是通过方向控制阀回中位时，液压执行油缸的回油腔油路关闭，执行机构由于惯性还会继续顺势运动，使得液压执行油缸的回油腔油压升高而产生了反向制动力，从而实现了执行机构的制动。也就是说，执行机构是利用液压执行油缸回油腔的背压进行制动，背压是由液压执行油缸继续运动而产生，背压值从小增长到大需要时间，从而导致液压缸执行机构的制动不及时、定位不精确。同时，当执行机构的运行速度被制动到零时，此时液压执行油缸的两工作油腔之间的油压差仍很大，使得液压缸执行机构不能立即停止运动，而是进行了反向抖动。在液压缸执行机构的制动过程中，这一反向抖动现象一般会重复出现多次，从而导致执行机构在制动过程中运行不平稳，严重影响了设备的性能和作业效率，也给设备运行和工程建设施工带来了很大的安全隐患。因此，针对液压缸执行机构的制动不及时、定位不精确，并在制动过程中存在反向抖动的现象，迫切需要找到一种技术能够实现液压缸执行机构的快速制动并有效防止快速制动过程中的反向抖动现象。
发明内容
为了解决现有液压缸执行机构制动过程中存在的上述技术问题，本发明提供了一种液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置方法，旨在实现液压缸执行机构的快速制动并有效防止快速制动过程中的反向抖动现象。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置及方法，包括：压力油源、方向控制阀、增压活塞缸、增压阀、执行油缸、执行机构、速度检测模块、控制器模块和蓄能器等；其中，所述压力油源提供的高压油连通至所述方向控制阀的高压油进油口，所述方向控制阀的油液回油口与回油路连通，所述方向控制阀的2个工作油口与所述执行油缸的2个工作油腔分别连通；所述压力油源提供的高压油也连通至所述蓄能器，所述蓄能器与所述增压活塞缸的增压无杆腔连通，所述增压活塞缸的增压有杆腔与所述增压阀的增压进油口连通，所述增压阀的2个工作油口也与所述执行油缸的2个工作油腔分别连通，所述增压阀用于所述执行油缸的第一工作油腔或第二工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔连通或切断，所述增压活塞缸用于将所述蓄能器的油液压力进行升高增压；所述执行油缸与所述执行机构连接，驱动所述执行机构进行各项作业，所述速度检测模块用于检测所述执行机构的运动速度；所述控制器模块与所述方向控制阀、增压阀和速度检测模块连接，所述控制器模块能够根据所述方向控制阀的制动控制信息和所述速度检测模块的运动速度信息，通过切换所述增压阀的工作状态，控制所述执行油缸的第一工作油腔或第二工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔连通或切断，从而实现液压缸执行机构的快速制动并有效防止快速制动过程中的反向抖动现象。
在上述技术方案中，优选地，所述蓄能器的油路上设置有手动卸压球阀和安全溢流阀，所述手动卸压球阀用来对该油路进行手动卸压，所述安全溢流阀用来设定该油路的安全压力；所述压力油源与所述蓄能器之间设置有单向阀，所述单向阀的入口与所述压力油源连通，所述单向阀的出口与所述蓄能器连通。
在上述技术方案中，优选地，所述增压阀为三位三通电磁换向阀，所述增压阀的第一位工作状态将所述执行油缸的第一工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔连通、第二工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔切断；所述增压阀的第二位工作状态将所述执行油缸的第二工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔连通、第一工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔切断；所述增压阀的中位状态将所述执行油缸的第一工作油腔和第二工作油腔都与所述增压活塞缸的增压有杆腔切断。
在上述技术方案中，优选地，所述方向控制阀为三位四通电磁换向阀，所述方向控制阀的第一位工作状态和第二位工作状态分别控制所述执行油缸驱动所述执行机构进行向右和向左运动；所述方向控制阀在中位状态时，控制所述执行油缸进行制动。
在上述技术方案中，优选地，所述控制器模块在液压缸执行机构的制动过程中根据所述方向控制阀由第一位工作状态或第二位工作状态切换到中位状态的制动信号立即控制所述增压阀将所述执行油缸的背压制动油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔短时连通增压到最高油压，使得液压缸执行机构的制动力矩达到最大，实现快速制动；当液压缸执行机构的运动速度被快速制动到零、即将出现反向运动的抖动现象时，所述控制器模块立即根据所述速度检测模块检测到的所述执行机构的运动速度下降到约为0作为信号来控制所述增压阀将所述执行油缸的另一工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔也短时连通增压到最高油压，使得所述执行油缸的2个工作油腔的油压差瞬间减小到接近于零，所述执行油缸反向运动的驱动力矩大幅减小，从而实现了液压缸执行机构的快速制动并有效防止了快速制动过程中的反向抖动现象。
本发明所提供的技术方案具有的显著有益效果：
在液压缸执行机构进行制动的过程中，当液压缸执行机构由运行状态切换到进行制动的起始点，所述控制器模块立即控制所述增压阀将所述执行油缸的背压制动油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔短时连通，所述增压活塞缸用于将所述蓄能器的油液压力进行升高增压，使得所述执行油缸背压制动油腔的油压立即设定为最高，制动力矩达到最大，有效实现了执行油缸机构的快速制动；
当液压缸执行机构的运动速度被快速制动到零、即将出现反向运动的抖动现象时，所述速度检测模块立即检测到所述执行机构的运动速度下降到约为0，并将其作为信号传递给所述控制器模块，所述控制器模块依此信号迅速控制所述增压阀将所述执行油缸的另一工作油腔与所述增压活塞缸的增压有杆腔短时连通，所述执行油缸另一工作油腔的油压也立即设定为最高，所述执行油缸的2个工作油腔的油压差瞬间减小到接近于零，使得所述执行机构在即将出现反向抖动的起始点就大幅度失去了反向运动的驱动力矩，从而实现了液压缸执行机构的快速制动并有效防止了快速制动过程中的反向抖动现象。
附图说明
图1为本发明所述液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置的结构简图。
图2为本发明所述液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置的控制框图。
图中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1-压力油源；
2-方向控制阀，201-高压油进油口，202-第一工作油口，203-第二工作油口，204-油液回油口，21-第一位工作状态，22-第二位工作状态，23-中位状态；
3-增压活塞缸，31-增压无杆腔，32-增压有杆腔；
4-增压阀，401-增压进油口，402-第一工作油口，403-第二工作油口，41-第一位工作状态，42-第二位工作状态，43-中位状态；
5-执行油缸，51-第一工作油腔，52-第二工作油腔；
6-执行机构；
7-速度检测模块；
8-控制器模块；
9-蓄能器；
10-手动卸压球阀；
11-安全溢流阀；
12-单向阀。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1为本发明所述液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置的结构简图；图2为本发明所述液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置的控制框图。
如图1所示，根据本发明的实施例的液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置，包括：压力油源1、方向控制阀2、增压活塞缸3、增压阀4、执行油缸5、执行机构6、速度检测模块7、控制器模块8和蓄能器9等；压力油源1提供的高压油连通至方向控制阀2的高压油进油口201，方向控制阀2的油液回油口204与回油路连通，方向控制阀2的第一工作油口202与执行油缸5的第一工作油腔51连通，方向控制阀2的第二工作油口203与执行油缸5的第二工作油腔52连通；压力油源1提供的高压油也连通至蓄能器9，蓄能器9与增压活塞缸3的增压无杆腔31连通，增压活塞缸3的增压有杆腔32与增压阀4的增压进油口401连通，增压阀4的第一工作油口402与执行油缸5的第一工作油腔51连通，增压阀4的第二工作油口403与执行油缸5的第二工作油腔52连通，增压阀4用于执行油缸5的第一工作油腔51或第二工作油腔52与增压活塞缸3的增压有杆腔32连通或切断，增压活塞缸3用于将蓄能器9的油液压力进行升高增压；执行油缸5与执行机构6连接，驱动执行机构6进行各项作业，速度检测模块7用于检测执行机构6的运动速度；控制器模块8与方向控制阀2、增压阀4和速度检测模块7连接，方向控制阀2把对执行机构6的制动控制信息传递给控制器模块8，速度检测模块7将执行机构6的运动速度信息传递给控制器模块8，控制器模块8能够根据方向控制阀2的制动控制信息和速度检测模块7的运动速度信息，通过切换增压阀4的工作状态，从而控制执行油缸5的第一工作油腔51或第二工作油腔52与增压活塞缸3的增压有杆腔32连通或切断，最终实现液压缸执行机构的快速制动并有效防止快速制动过程中的反向抖动现象。
在本实施例中，蓄能器9的油路上设置有手动卸压球阀10和安全溢流阀11，手动卸压球阀10用来对该油路进行手动卸压，安全溢流阀11用来设定该油路的安全压力（本实施例为8MPa）；压力油源1与蓄能器9之间设置有单向阀12，单向阀12的入口与压力油源1连通，单向阀12的出口与蓄能器9连通。
在本实施例中，增压阀4为O型机能的三位三通电磁换向阀，增压阀4的第一位工作状态41将执行油缸5的第一工作油腔51与增压活塞缸3的增压有杆腔32连通、第二工作油腔52与增压活塞缸3的增压有杆腔32切断；增压阀4的第二位工作状态42将执行油缸5的第二工作油腔52与增压活塞缸3的增压有杆腔32连通、第一工作油腔51与增压活塞缸3的增压有杆腔32切断；增压阀4的中位状态43将执行油缸5的第一工作油腔51和第二工作油腔52都与增压活塞缸3的增压有杆腔32切断。
在本实施例中，方向控制阀2为O型机能的三位四通电磁换向阀，当方向控制阀2在第一位工作状态21时，压力油源1提供的高压油进入执行油缸5的第一工作油腔51驱动执行机构6进行向右运动；当方向控制阀2在第二位工作状态22时，压力油源1提供的高压油进入执行油缸5的第二工作油腔52驱动执行机构6进行向左运动；当方向控制阀2在中位状态23时，执行油缸5的两工作油腔的油路被关闭，执行油缸5驱动执行机构6进行制动。
在本实施例中，增压活塞缸3是利用增压无杆腔31和增压有杆腔32两者之间的作用面积不等进行增压，其增压计算公式：
P31×A31=P32×A32
式中：P31为增压无杆腔31的压力值；A31为增压无杆腔31的作用面积；P32为增压有杆腔32的压力值；A32为增压有杆腔32的作用面积。
增压有杆腔32的作用面积A32小于增压无杆腔31的作用面积A31，从而导致增压有杆腔32的压力值P32大于增压无杆腔31的压力值P31，而增压无杆腔31是与蓄能器9连通，即增压活塞缸3的增压有杆腔32能够实现对蓄能器8油液压力的增压。增压活塞缸3实际增压的大小取决于增压无杆腔31与增压有杆腔32的作用面积比值A31/ A32（本实施例增压活塞缸3的A31/ A32为4/1，即能将蓄能器9的油液压力放大至4倍，由于蓄能器9的油液压力已被安全溢流阀11设定为8MPa，则增压活塞缸3的增压有杆腔32增压后的油液压力达32MPa）。
在本实施例中，当执行油缸5驱动执行机构6在向右运动的状态下进行制动时，执行油缸5的第二工作油腔52为背压油腔；当执行油缸5驱动执行机构6在向左运动的状态下进行制动时，执行油缸5的第一工作油腔51为背压油腔。
在本实施例中，仅以液压缸执行机构在向右运动状态下进行制动控制时的增压式快速制动防抖控制过程为例进行了详细说明，但本发明并不受此限制，本发明可用于液压缸执行机构在任意方向运动状态下进行快速制动防抖控制。
当方向控制阀2处于第一位工作状态21、增压阀4处于中位状态43时，压力油源1的高压油通过方向控制阀2的高压油进油口201和第一工作油口202进入到执行油缸5的第一工作油腔51驱动执行机构6进行向右运动，执行油缸5的第二工作油腔52的油液通过方向控制阀2的第二工作油口203和油液回油口204完成回油。
当执行油缸5驱动执行机构6进行制动时，方向控制阀2由第一位工作状态21切换到中位状态23，第一工作油口202和第二工作油口203都被切断，执行油缸4的第一工作油腔51和第二工作油腔52都分别形成封闭腔，但执行机构6由于惯性还会继续向右运动，执行机构6进行制动需要先产生反向（向左）的制动力矩才能进行制动，制动力矩大小取决于执行油缸5的第二工作油腔52（即背压油腔）的油压大小。因此，控制器模块8此时（即液压缸执行机构由运行状态切换到进行制动的起始点）立即控制增压阀4切换到第二位工作状态42一段时间（本实施例约为0.1秒），将执行油缸5的第二工作油腔52（即背压油腔）与增压活塞缸3的增压有杆腔32短时连通，由于增压活塞缸3已对蓄能器9进行了增压（本实施例中增压活塞缸3的增压有杆腔32增压后的油液压力约为32MPa），从而使得执行油缸5的第二工作油腔52（即背压油腔）的油压立即设定为最高值（本实施例约为32MPa），进行制动的制动力矩瞬间达到了最大，有效实现了液压缸执行机构的快速制动。
当执行机构6的运动速度被快速制动减小到零时，由于此时执行油缸5的第二工作油腔52的油压很高（本实施例约为32MPa）、第一工作油腔51的油压较低，即执行油缸5的第二工作油腔52与第一工作油腔51的之间的油压差很大，执行机构6必将会在油压差所产生的反向力矩的作用下出现反向运动趋势；而在此时，本发明中的速度检测模块7迅速检测到执行机构6的运动速度下降到了约为0，并将其作为信号传递给控制器模块8，控制器模块8依此信号迅速控制增压阀4切换到第一位工作状态41一段时间（本实施例约为0.08秒），将执行油缸5的第一工作油腔51与增压活塞缸3的增压有杆腔32短时连通，执行油缸5的第一工作油腔51的油压也立即设定为最高值（本实施例约为32MPa），执行油缸5的第二工作油腔52与第一工作油腔51的油压差瞬间减小到接近于零（即油压差所产生的反向力矩也瞬间减小到接近于零），从而使得该执行机构6在即将出现反向抖动的起始点就大幅度失去了反向运动的驱动力矩，反向抖动的幅度得到明显抑制；依此过程，如图2所示，进行增压式快速制动防抖控制1次或多次（本实施例为1次），则可使得该液压缸执行机构能够实现快速制动、并能有效防止快速制动过程中的反向抖动现象。
仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (5)

1.一种液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置，其特征在于，包括：压力油源(1)、方向控制阀(2)、增压活塞缸(3)、增压阀(4)、执行油缸(5)、执行机构(6)、速度检测模块(7)、控制器模块(8)和蓄能器(9)；
所述压力油源(1)提供的高压油连通至所述方向控制阀(2)的高压油进油口(201)，所述方向控制阀(2)的油液回油口(204)与回油路连通，所述方向控制阀(2)的2个工作油口与所述执行油缸(5)的2个工作油腔分别连通；
所述压力油源(1)提供的高压油也连通至所述蓄能器(9)，所述蓄能器(9)与所述增压活塞缸(3)的增压无杆腔(31)连通，所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)与所述增压阀(4)的增压进油口(401)连通，所述增压阀(4)的2个工作油口也与所述执行油缸(5)的2个工作油腔分别连通，所述增压阀(4)用于所述执行油缸(5)的第一工作油腔(51)或第二工作油腔(52)与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)连通或切断，所述增压活塞缸(3)用于将所述蓄能器(9)的油液压力进行升高增压；
所述执行油缸(5)与所述执行机构(6)连接，驱动所述执行机构(6)进行各项作业，所述速度检测模块(7)用于检测所述执行机构(6)的运动速度；
所述控制器模块(8)与所述方向控制阀(2)、增压阀(4)和速度检测模块(7)连接，所述控制器模块(8)能够根据所述方向控制阀(2)的制动控制信息和所述速度检测模块(7)的运动速度信息，通过切换所述增压阀(4)的工作状态，控制所述执行油缸(5)的第一工作油腔(51)或第二工作油腔(52)与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)连通或切断，从而实现液压缸执行机构的快速制动并有效防止快速制动过程中的反向抖动现象。
2.根据权利要求1所述的液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置，其特征在于，所述蓄能器(9)的油路上设置有手动卸压球阀(10)和安全溢流阀(11)；所述压力油源(1)与所述蓄能器(9)之间设置有单向阀(12)，所述单向阀(12)的入口与所述压力油源(1)连通，所述单向阀(12)的出口与所述蓄能器(9)连通。
3.根据权利要求1、权利要求2所述的液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置，其特征在于，所述增压阀(4)为三位三通电磁换向阀，所述增压阀(4)的第一位工作状态(41)将所述执行油缸(5)的第一工作油腔(51)与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)连通、第二工作油腔(52)与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)切断；所述增压阀(4)的第二位工作状态(42)将所述执行油缸(5)的第二工作油腔(52)与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)连通、第一工作油腔(51)与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)切断；所述增压阀(4)的中位状态(43)将所述执行油缸(5)的第一工作油腔(51)和第二工作油腔(52)都与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)切断。
4.根据权利要求1、权利要求2所述的液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制装置，其特征在于，所述方向控制阀(2)为三位四通电磁换向阀，所述方向控制阀(2)的第一位工作状态(21)和第二位工作状态(22)分别控制所述执行油缸(5)驱动所述执行机构(6)进行向右和向左运动；所述方向控制阀(2)在中位状态(23)时，控制所述执行油缸(5)进行制动。
5.一种液压缸执行机构的增压式快速制动防抖控制方法，其特征在于，用于包含有压力油源(1)、方向控制阀(2)、增压活塞缸(3)、增压阀(4)、执行油缸(5)、执行机构(6)、速度检测模块(7)、控制器模块(8)和蓄能器(9)的增压式快速制动防抖控制装置；所述压力油源(1)提供的高压油连通至所述方向控制阀(2)的高压油进油口(201)，所述方向控制阀(2)的油液回油口(204)与回油路连通，所述方向控制阀(2)的2个工作油口与所述执行油缸(5)的2个工作油腔分别连通；所述压力油源(1)提供的高压油也连通至所述蓄能器(9)，所述蓄能器(9)与所述增压活塞缸(3)的增压无杆腔(31)连通，所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)与所述增压阀(4)的增压进油口(401)连通，所述增压阀(4)的2个工作油口也与所述执行油缸(5)的2个工作油腔分别连通；所述执行油缸(5)与所述执行机构(6)连接，驱动所述执行机构(6)进行各项作业，所述速度检测模块(7)用于检测所述执行机构(6)的运动速度；所述控制器模块(8)与所述方向控制阀(2)、增压阀(4)和速度检测模块(7)连接；
所述增压式快速制动防抖控制方法：
在液压缸执行机构进行制动过程中，所述方向控制阀(2)由第一位工作状态(21)或第二位工作状态(22)切换到中位状态(23)时，所述控制器模块(8)立即控制所述增压阀(4)将所述执行油缸(5)的背压制动油腔与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)短时连通，所述增压活塞缸(2)用于将所述蓄能器(9)的油液压力进行升高增压，使得所述执行油缸(5)背压制动油腔的油压立即设定为最高，制动力矩达到最大，实现快速制动；当液压缸执行机构的运动速度被快速制动到零、即将出现反向运动的抖动现象时，所述速度检测模块(7)立即检测到所述执行机构(6)的运动速度下降到约为0，并将其作为信号传递给所述控制器模块(8)，所述控制器模块(8)依此信号迅速控制所述增压阀(4)将所述执行油缸(5)的另一工作油腔与所述增压活塞缸(3)的增压有杆腔(32)短时连通，所述执行油缸(5)另一工作油腔的油压也立即设定为最高，所述执行油缸(5)的2个工作油腔的油压差瞬间减小到接近于零，使得所述执行机构(6)在即将出现反向抖动的起始点就大幅度失去了反向运动的驱动力矩，从而实现了液压缸执行机构的快速制动并有效防止了快速制动过程中的反向抖动现象。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111704034A (zh) * 2020-05-15 2020-09-25 河北雷萨重型工程机械有限责任公司 起重机及伸缩油缸控制方法

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