CN109099016A - 主动补偿式柔性跟随液压系统、工作方法及隧洞清理机 - Google Patents

主动补偿式柔性跟随液压系统、工作方法及隧洞清理机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了主动补偿式柔性跟随液压系统、工作方法及隧洞清理机，包括主电磁阀、第一电磁阀、第三电磁阀、蓄能器、第一压力传感器、比例溢流阀、第二压力传感器及液控单向阀，第一压力传感器的信号输入端连接液控单向阀的工作油口N及比例溢流阀的工作油口I，第二压力传感器的信号输入端连接第三电磁阀的工作油口G，第一压力传感器的信号输出端与第二压力传感器的信号输出端均连接控制器。本发明液压缸在正常工作时，处于高压柔性状态。当油缸被动回缩时，多余液压油经比例溢流阀或缓冲阀流回油箱，瞬间压力的冲击由蓄能器进行吸收；当执行机构走过海生物后，油缸主动伸出，蓄能器瞬间释放压力，液压缸缸以足够的加速度伸出。

Description

主动补偿式柔性跟随液压系统、工作方法及隧洞清理机
技术领域
本发明涉及液压控制技术领域，具体涉及主动补偿式柔性跟随液压系统、工作方法及隧洞清理机。
背景技术
隧洞清理机用于清理海底隧洞内壁附着的海生物，防止海生物附着过多，影响隧洞的正常使用，其工作装置一般由液压装置进行驱动，如申请号为201621306179.4专利公开了大型隧洞附着海生物清理机器人，其中工作装置均由液压系统驱动了，其缺陷在于：在其施工过程中，由于隧洞截面呈圆弧形，且表面附着随机性海生物，以及施工过程中清理机器本体偏斜等原因，清理机器人执行机构在贴紧隧洞内壁清理海生物时，其末端执行器运动轨迹呈不规则波动，导致清理机械自身与隧洞内壁无规律的运动，致使其工作装置容易与隧洞内壁贴合不紧密或产生突然碰向隧洞内壁的现象。这样一是清理工作会不彻底，当机械自身突然远离正在清理的隧洞内壁时，工作装置与隧洞内壁脱开；二是，当机械自身突然靠近正在清理的隧洞内壁时，有可能导致工作装置的损坏，因此急需主动补偿式柔性跟随液压系统用来克服上述缺陷。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供主动补偿式柔性跟随液压系统、工作方法及隧洞清理机，解决了现有技术中隧洞清理机的执行机构与隧洞内壁贴合不紧密或产生突然碰向隧洞内壁的现象。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
主动补偿式柔性跟随液压系统，包括主电磁阀、第一电磁阀、第三电磁阀、蓄能器、比例溢流阀、传感器单元及液控单向阀，主电磁阀设有进油口P、回油口T、工作油口A及工作油口B，主电磁阀的进油口P连接液压油源，主电磁阀的回油口T连接油箱，主电磁阀的工作油口A连接液控单向阀的工作油口M，主电磁阀的工作油口B连接液控单向阀的控制油口及第一电磁阀的工作油口E，第一电磁阀工作油口F连接第三电磁阀的工作油口G及液压缸的工作油口D，第三电磁阀的工作油口H连接液控单向阀的工作油口N、蓄能器、比例溢流阀的工作油口I及液压缸的工作油口C，比例溢流阀的工作油口J连接油箱，比例溢流阀的控制端连接控制器，液压缸的工作油口C与D分别连接液压缸的无杆腔与有杆腔；
传感器单元用于检测液压缸无杆腔与有杆腔的压力。
作为优化方案，前述的主动补偿式柔性跟随液压系统，传感器单元包括第一压力传感器及第二压力传感器，第一压力传感器的信号输入端连接液控单向阀的工作油口N及比例溢流阀的工作油口I，第二压力传感器的信号输入端连接第三电磁阀的工作油口G，第一压力传感器的信号输出端与第二压力传感器的信号输出端均连接控制器。
作为优化方案，前述的主动补偿式柔性跟随液压系统，还包括缓冲阀，缓冲阀的工作油口K及控制油口连接第一电磁阀工作油口F，缓冲阀的回油口L连接油箱。
作为优化方案，前述的主动补偿式柔性跟随液压系统，比例溢流阀是电比例溢流阀，电比例溢流阀的电控端连接控制器。
作为优化方案，前述的主动补偿式柔性跟随液压系统，液压油源与油箱之间还设有溢流阀，溢流阀的液控端连接液压油源。
作为优化方案，前述的主动补偿式柔性跟随液压系统，液压油源是主泵。
作为优化方案，前述的主动补偿式柔性跟随液压系统，液压油源与溢流阀之间通过软管连接。
作为优化方案，前述的主动补偿式柔性跟随液压系统，第三电磁阀的工作油口H与液压缸的工作油口C之间通过软管连接，第三电磁阀的工作油口G与液压缸的工作油口D之间也通过软管连接。
基于前述的主动补偿式柔性跟随液压系统的工作方法，其特征在于：
S1：第一压力传感器与第二压力传感器将所检测的压力值反馈至控制器，控制器计算第一压力传感器与第二压力传感器的差值，对比差值与控制器预设值，调节比例溢流阀的触发压力；
S2：液压油源的油液经进油口P流向工作油口A；工作油口A的油液开启单向阀，第三电磁阀导通，油液进入至液压缸的无杆腔与有杆腔，液压缸处于差动状态；
当液压缸的活塞杆收缩时：液压缸的无杆腔的油液经比例溢流阀流向油箱，或经第三电磁阀流向液压缸的有杆腔，或流向蓄能器；液压缸有杆腔的油液由液压缸无杆腔的油液补充；
当液压缸的活塞杆伸出时：液压缸的有杆腔的油液经第三电磁阀流向液压缸的无杆腔，或经缓冲阀流向油箱，或经比例溢流阀流向油箱；液压缸的无杆腔的油液由进油口P依次经过主电磁阀、单向阀进行补充，或由蓄能器补充。
隧洞清理机，其特征在于：设有前述的主动补偿式柔性跟随液压系统。
本发明所达到的有益效果：本发明液压缸在正常工作时，处于高压柔性状态。当执行机构经过海生物凸起时，油缸被动回缩，多余液压油经比例溢流阀或缓冲阀流回油箱，瞬间压力的冲击由蓄能器进行吸收；当执行机构走过海生物后，油缸主动伸出，蓄能器瞬间释放压力，液压缸缸以足够的加速度伸出，运动平稳后油液由主泵进行补充，直至以设定输出力再次压紧隧洞内壁，继续进行清理。整个过程无需人工参与，主泵和蓄能器主动补偿隧洞内壁不规则变化，实现了执行机构对隧洞内壁的实时柔性跟随动作，同时保护了隧洞内壁不被损坏。
附图说明
图1是本发明的原理图；
附图标记的含义：1-主泵；2-溢流阀；3-主电磁阀；4-第一电磁阀；5-缓冲阀；6-第三电磁阀；7-蓄能器；8-第一压力传感器；9-比例溢流阀；10-液压缸；11-第二压力传感器；12-液控单向阀；13-油箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示：本实施例公开了主动补偿式柔性跟随液压系统，包括主电磁阀3、第一电磁阀4、第三电磁阀6、蓄能器7、第一压力传感器8、比例溢流阀9、第二压力传感器11及液控单向阀12，主电磁阀3设有进油口P、回油口T、工作油口A及工作油口B，主电磁阀3的进油口P连接液压油源，主电磁阀3的回油口T连接油箱13，主电磁阀3的工作油口A连接液控单向阀12的工作油口M，主电磁阀3的工作油口B连接液控单向阀12的控制油口及第一电磁阀4的工作油口E，第一电磁阀4工作油口F连接第三电磁阀6的工作油口G及液压缸10的工作油口D，第三电磁阀6的工作油口H连接液控单向阀12的工作油口N、蓄能器7、比例溢流阀9的工作油口I及液压缸10的工作油口C，比例溢流阀9的工作油口J连接油箱13，比例溢流阀9的控制端连接用于调控比例溢流阀9的控制器，液压缸10的工作油口C与D分别连接液压缸10的无杆腔与有杆腔；
第一压力传感器8的信号输入端连接液控单向阀12的工作油口N及比例溢流阀9的工作油口I，第二压力传感器11的信号输入端连接第三电磁阀6的工作油口G，第一压力传感器8的信号输出端与第二压力传感器11的信号输出端均连接控制器。
具体的，本实施例还包括缓冲阀5，缓冲阀5的工作油口K及控制油口连接第一电磁阀4工作油口F，缓冲阀5的回油口L连接油箱13。
缓冲阀5的作用是为了防止液压缸10突然收缩时，对液压缸10造成冲击，损坏液压缸10。
液压缸10的活塞杆输出端部连接用于作业的执行机构。
具体的，比例溢流阀9是电比例溢流阀，电比例溢流阀的电控端连接控制器。
为了起到保护液压油源，防止液压油源损坏，优选在液压油源与油箱13之间还设有溢流阀2，溢流阀2的液控端连接液压油源。
本实施例的液压油源是主泵1，液压油源与溢流阀2之间通过软管连接，第三电磁阀6的工作油口H与液压缸10的工作油口C之间通过软管连接，第三电磁阀6的工作油口G与液压缸10的工作油口D之间也通过软管连接。
本实施例还公开了上述主动补偿式柔性跟随液压系统的工作方法：
现结合附图作一一说明：首先，第一压力传感器8与第二压力传感器11将所检测的压力值反馈至控制器，控制器计算第一压力传感器8与第二压力传感器11之间的差值，然后对该差值与控制器的预设值进行比较，继而调节比例溢流阀9的触发压力。
当开始工作时，液压油源的油液经主电磁阀3由进油口P流向工作油口A，工作油口A的油液开启单向阀12，第三电磁阀6的导通实现了液压缸10有杆腔与无杆腔之间的导通。油液进入至液压缸10有杆腔与无杆腔，由于无杆腔的油液面积大于有杆腔的油压面积，液压缸10处于差动状态。
当活塞杆前端的执行机构突然触碰到凸起物或其他原因导致活塞杆需要紧急收缩时，液压缸10的无杆腔的油液可分三个路径回油，一是经比例溢流阀9或缓冲阀5流向油箱13，二是经第三电磁阀6流向（H-G）液压缸10的有杆腔；三是流向蓄能器7，由于是三路回油，因此能够有足够的油路快速地将无杆腔的油液回收，流向蓄能器7预设一定的压力，并且与液压缸10的无杆腔之间并未设置任何阀，因此能够满足快速吸收油液的要求。
另一方面：液压缸10有杆腔的油液主要由液压缸10无杆腔经第三电磁阀6进行补充。
当活塞杆前端的执行机构突然触碰到凹陷物或其他原因导致活塞杆需要紧急伸出时。
液压缸10的无杆腔中油液也可由三路补充油液，一是：流向蓄能器7中的油液流向液压缸10的无杆腔；二是：液压缸10的有杆腔中油液经第三电磁阀6流向液压缸10的无杆腔中，三是进油口P依次经主电磁阀3进入至液压缸10的无杆腔；上述过程中蓄能器7的响应速度最快，能够达到快速响应的要求。
液压缸10的有杆腔的油液经第三电磁阀6流向液压缸10的无杆腔，或经缓冲阀5流向油箱13，或经比例溢流阀9流向油箱13。在此过程中，缓冲阀5仅在液压缸10的瞬间产生较大压力时起到作用。
由于活塞杆突然动作时，回油及补油均有多路油路进行，并且由于蓄能器7与液压缸10的无杆腔之间并未设置任何阀，因此能够快速响应。
缓冲阀5对于液压缸10的突然缩入起到缓冲的作用，避免瞬时间产生较大的作用力，延长液压缸10及执行机构的使用寿命。
本实施例还公开了隧洞清理机，设有权本实施例上述的主动补偿式柔性跟随液压系统。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：包括主电磁阀（3）、第一电磁阀（4）、第三电磁阀（6）、蓄能器（7）、比例溢流阀（9）、传感器单元及液控单向阀（12），所述主电磁阀（3）设有进油口P、回油口T、工作油口A及工作油口B，主电磁阀（3）的进油口P连接液压油源，主电磁阀（3）的回油口T连接油箱（13），主电磁阀（3）的工作油口A连接液控单向阀（12）的工作油口M，主电磁阀（3）的工作油口B连接液控单向阀（12）的控制油口及第一电磁阀（4）的工作油口E，第一电磁阀（4）工作油口F连接第三电磁阀（6）的工作油口G及液压缸（10）的工作油口D，第三电磁阀（6）的工作油口H连接液控单向阀（12）的工作油口N、蓄能器（7）、比例溢流阀（9）的工作油口I及液压缸（10）的工作油口C，比例溢流阀（9）的工作油口J连接油箱（13），所述比例溢流阀（9）的控制端连接控制器，液压缸（10）的工作油口C与D分别连接液压缸（10）的无杆腔与有杆腔；
所述传感器单元用于检测液压缸（10）无杆腔与有杆腔的压力。
2.根据权利要求1所述的主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：所述传感器单元包括第一压力传感器（8）及第二压力传感器（11），所述第一压力传感器（8）的信号输入端连接液控单向阀（12）的工作油口N及比例溢流阀（9）的工作油口I，第二压力传感器（11）的信号输入端连接第三电磁阀（6）的工作油口G，第一压力传感器（8）的信号输出端与第二压力传感器（11）的信号输出端均连接控制器。
3.根据权利要求1所述的主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：还包括缓冲阀（5），所述缓冲阀（5）的工作油口K及控制油口连接第一电磁阀（4）工作油口F，所述缓冲阀（5）的回油口L连接油箱（13）。
4.根据权利要求1所述的主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：所述比例溢流阀（9）是电比例溢流阀，所述电比例溢流阀的电控端连接控制器。
5.根据权利要求1所述的主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：所述液压油源与油箱（13）之间还设有溢流阀（2），溢流阀（2）的液控端连接液压油源。
6.根据权利要求1或5所述的主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：所述液压油源是主泵（1）。
7.根据权利要求6所述的主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：所述液压油源与溢流阀（2）之间通过软管连接。
8.根据权利要求1所述的主动补偿式柔性跟随液压系统，其特征在于：所述第三电磁阀（6）的工作油口H与液压缸（10）的工作油口C之间通过软管连接，所述第三电磁阀（6）的工作油口G与液压缸（10）的工作油口D之间也通过软管连接。
9.主动补偿式柔性跟随液压系统的工作方法，其特征在于：
S1：第一压力传感器（8）与第二压力传感器（11）将所检测的压力值反馈至控制器，控制器计算第一压力传感器（8）与第二压力传感器（11）的差值，对比所述差值与控制器预设值，调节比例溢流阀（9）的触发压力；
S2：液压油源的油液经进油口P流向工作油口A；工作油口A的油液开启单向阀（12），第三电磁阀（6）导通，油液进入至液压缸（10）的无杆腔与有杆腔，液压缸（10）处于差动状态；
当液压缸（10）的活塞杆收缩时：液压缸（10）的无杆腔的油液经比例溢流阀（9）流向油箱（13），或经第三电磁阀（6）流向液压缸（10）的有杆腔，或流向蓄能器（7）；液压缸（10）有杆腔的油液由液压缸（10）无杆腔的油液补充；
当液压缸（10）的活塞杆伸出时：液压缸（10）的有杆腔的油液经第三电磁阀（6）流向液压缸（10）的无杆腔，或经缓冲阀（5）流向油箱（13），或经比例溢流阀（9）流向油箱（13）；液压缸（10）的无杆腔的油液由进油口P依次经过主电磁阀（3）、单向阀（12）进行补充，或由蓄能器（7）补充。
10.隧洞清理机，其特征在于：设有权利要求1至8任意一项所述的主动补偿式柔性跟随液压系统。
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