CN109372829A - 一种液压步进驱动器的位置控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压步进驱动器的位置控制系统及其控制方法，位置控制系统包括主缸、第一从动缸、第二从动缸、第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀和三位四通阀，所述第一从动缸和第二从动缸内部均由一带有密封件的从动活塞和一复位弹簧组成，所述三位四通阀一端的两通口分别与液压源和油箱连接，三位四通阀另两端的通口与第一切换阀、第三切换阀的另一端连接，第一切换阀的另一端分别与第二切换阀的一端、第一从动缸的无弹簧腔连接，第二切换阀的另一端、第一从动缸的有弹簧腔并联后与主缸的无杆腔连接，主缸的有杆腔连接至第四切换阀一端、第二从动缸的有弹簧腔，第四切换阀的另一端与第二从动缸的有弹簧腔并联后与第三切换阀的一端相连。本发明无需位置传感器即可实现精确的液压缸步进运动；系统成本低，具有很强的抗油污染能力。

Description

一种液压步进驱动器的位置控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压技术领域，尤其涉及一种液压步进驱动器的位置控制系统及其控制方法。

背景技术

在大功率、位置控制响应性要求高、结构要求紧凑的场合，一般采用电液比例控制或电液伺服控制技术。但是这类技术成本较高（特别是电液伺服控制），对油液污染敏感和系统效率较低。此外，为实现位置控制，往往需要高精度的外置或内置传感器，不仅增加额外成本且安装不便、降低系统可靠性。即传感器不仅会提高成本和增加故障风险，还会影响布线，同时安装传感器有时会受到安装空间的限制。

为了降低成本和提高系统可靠性，避免或者减少使用位置控制中的传感器是一个研究热点。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种造价低，维护方便、位置控制精度高、无位移传感器的液压步进驱动器的位置控制系统及其控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种液压步进驱动器的位置控制系统，其包括主缸、第一从动缸、第二从动缸、第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀和三位四通阀，所述第一从动缸和第二从动缸内部均由一带有密封件的从动活塞和一复位弹簧组成，所述三位四通阀一端的两通口分别与液压源和油箱连接，液压源与三位四通阀之间连接安全溢流阀，三位四通阀另一端的两通口与第一切换阀、第三切换阀的一端连接，第一切换阀的另一端分别与第二切换阀的一端、第一从动缸的无弹簧腔连接，第二切换阀的另一端、第一从动缸的有弹簧腔并联后与主缸的无杆腔连接，主缸的有杆腔连接至第四切换阀一端、第二从动缸的有弹簧腔，第四切换阀的另一端与第二从动缸的无弹簧腔并联后与第三切换阀的另一端相连。

所述第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀和第四切换阀均为二位二通液压阀。

所述第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀和第四切换阀均为插装式的电磁换向阀。

采用本发明位置控制系统的控制方法，该控制方法采用三位四通阀在步进模式和步退模式中切换；

步进模式：三位四通阀左边电磁铁通电，处左位，第三切换阀和第四切换阀接通；第一切换阀接通，第二切换阀关闭，第一从动缸的活塞在液压源和主缸有杆腔内部压力差异的影响下向上运动，液压油由液压管路流到主缸的无杆腔，主缸的活塞杆执行单一且精确的正向位置步进；主缸的有杆腔的液压油通过液压油管经过第四切换阀、第三切换阀、三位四通阀流回油箱；在第一从动缸的活塞到达终点位置后，第一切换阀关闭，第二切换阀接通，第一从动缸的弹簧将活塞推回到其初始位置，第一从动缸的活塞在向下运动期间，由于第一从动缸底部移位的液压油消耗在其顶侧有弹簧腔，输出的液压油回到其从动缸弹簧腔，主缸的活塞杆保持不动；在上述步进的模式中，第二从动缸的活塞始终保持在相同位置不动；步进时，第一切换阀、第二切换阀的切换频率和第一从动缸的有效容积决定了主缸的伸出速度；

步退模式：将三位四通阀右边电磁铁通电，处右位，第一切换阀和第二切换阀接通；第三切换阀接通，第四切换阀关闭，第二从动缸的活塞在液压源和主缸无杆腔内部压力差异的影响下向上运动，液压油由液压管路流到主缸的有杆腔，主缸的活塞杆执行单一且精确的负向位置步进；主缸的无杆腔的液压油通过液压油管经过第二切换阀、第一切换阀、三位四通阀流回油箱；在第二从动缸的活塞到达终点位置后，第三切换阀关闭，第四切换阀接通，第二从动缸的弹簧将活塞推回到其初始位置，第二从动缸的活塞在向下运动期间，由于第二从动缸底部移位的液压油消耗在其顶侧有弹簧腔，输出的液压油回到其从动缸弹簧腔，主缸的活塞杆保持不动；在上述步退的模式中，第一从动缸的活塞始终保持在相同位置不动；步退时，第三切换阀、第四切换阀的切换频率和第二从动缸的有效容积决定了主缸的缩回时的速度。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：

1、与液压比例控制系统和伺服控制系统相比较有造价低，维护方便，对环境要求低等优势，与普通液压控制系统相比，又有自动化程度高，位置控制精度高，可以在极端条件下（灰尘，污垢或强磁场）无故障运行。

2、良好的流量控制，不受压力差、阀动力学和尺寸的影响：两个方向的逐步位置控制（上下），例如在紧急情况下高速旁路（上下）通过打开四个切换阀来实现快速复位或全工作行程；无需位置传感器即可实现精确的增量运动；系统成本低，具有很强的抗油污染能力。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明位置控制系统包括主缸1、第一从动缸3、第二从动缸2、第一切换阀4、第二切换阀5、第三切换阀8、第四切换阀9和三位四通阀6，所述第一从动缸3和第二从动缸2内部均由一带有密封件的从动活塞和一复位弹簧组成，所述三位四通阀6一端的两通口分别与液压源和油箱7连接，液压源与三位四通阀6之间连接安全溢流阀10，三位四通阀6另一端的两通口与第一切换阀4、第三切换阀8的一端连接，第一切换阀4的另一端分别与第二切换阀5的一端、第一从动缸3的无弹簧腔连接，第二切换阀5的另一端、第一从动缸3的有弹簧腔并联后与主缸1的无杆腔连接，主缸1的有杆腔连接至第四切换阀9一端、第二从动缸2的有弹簧腔，第四切换阀9的另一端与第二从动缸2的无弹簧腔并联后与第三切换阀8的另一端相连。

所述第一切换阀4、第二切换阀5、第三切换阀8和第四切换阀9均为二位二通液压阀。

所述第一切换阀4、第二切换阀5、第三切换阀8和第四切换阀9均为插装式的电磁换向阀。

采用上述位置控制系统的控制方法，该控制方法采用三位四通阀6在步进模式和步退模式中切换；

步进模式：三位四通阀6左边电磁铁通电，处左位，第三切换阀8和第四切换阀9接通；第一切换阀4接通，第二切换阀5关闭，第一从动缸3的活塞在液压源和主缸1有杆腔内部压力差异的影响下向上运动，液压油由液压管路流到主缸1的无杆腔，主缸1的活塞杆执行单一且精确的正向位置步进；主缸1的有杆腔的液压油通过液压油管经过第四切换阀9、第三切换阀8、三位四通阀6流回油箱7；在第一从动缸3的活塞到达终点位置后，第一切换阀4关闭，第二切换阀5接通，第一从动缸3的弹簧将活塞推回到其初始位置，第一从动缸3的活塞在向下运动期间，由于第一从动缸3底部移位的液压油消耗在其顶侧有弹簧腔，输出的液压油回到其从动缸弹簧腔，主缸1的活塞杆保持不动；在上述步进的模式中，第二从动缸2的活塞始终保持在相同位置不动；步进时，第一切换阀4、第二切换阀5的切换频率和第一从动缸3的有效容积决定了主缸1的伸出速度；

步退模式：将三位四通阀6右边电磁铁通电，处右位，第一切换阀4和第二切换阀5接通；第三切换阀8接通，第四切换阀9关闭，第二从动缸2的活塞在液压源和主缸1无杆腔内部压力差异的影响下向上运动，液压油由液压管路流到主缸1的有杆腔，主缸1的活塞杆执行单一且精确的负向位置步进；主缸1的无杆腔的液压油通过液压油管经过第二切换阀5、第一切换阀4、三位四通阀6流回油箱7；在第二从动缸2的活塞到达终点位置后，第三切换阀8关闭，第四切换阀9接通，第二从动缸2的弹簧将活塞推回到其初始位置，第二从动缸2的活塞在向下运动期间，由于第二从动缸2底部移位的液压油消耗在其顶侧有弹簧腔，输出的液压油回到其从动缸弹簧腔，主缸1的活塞杆保持不动；在上述步退的模式中，第一从动缸3的活塞始终保持在相同位置不动。步退时，第三切换阀8、第四切换阀9的切换频率和第二从动缸2的有效容积决定了主缸1的缩回时的速度。

以上对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种液压步进驱动器的位置控制系统，其特征在于：其包括主缸、第一从动缸、第二从动缸、第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀和三位四通阀，所述第一从动缸和第二从动缸内部均由一带有密封件的从动活塞和一复位弹簧组成，所述三位四通阀一端的两通口分别与液压源和油箱连接，液压源与三位四通阀之间连接安全溢流阀，三位四通阀另一端的两通口与第一切换阀、第三切换阀的一端连接，第一切换阀的另一端分别与第二切换阀的一端、第一从动缸的无弹簧腔连接，第二切换阀的另一端、第一从动缸的有弹簧腔并联后与主缸的无杆腔连接，主缸的有杆腔连接至第四切换阀一端、第二从动缸的有弹簧腔，第四切换阀的另一端与第二从动缸的无弹簧腔并联后与第三切换阀的另一端相连。

2.根据权利要求1所述的一种液压步进驱动器的位置控制系统，其特征在于：所述第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀和第四切换阀均为二位二通液压阀。

3.根据权利要求1所述的一种液压步进驱动器的位置控制系统，其特征在于：所述第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀和第四切换阀均为插装式的电磁换向阀。

4.采用权利要求1所述位置控制系统的控制方法，其特征在于：该控制方法采用三位四通阀在步进模式和步退模式中切换；

步进模式：三位四通阀左边电磁铁通电，处左位，第三切换阀和第四切换阀接通；第一切换阀接通，第二切换阀关闭，第一从动缸的活塞在液压源和主缸有杆腔内部压力差异的影响下向上运动，液压油由液压管路流到主缸的无杆腔，主缸的活塞杆执行单一且精确的正向位置步进；主缸的有杆腔的液压油通过液压油管经过第四切换阀、第三切换阀、三位四通阀流回油箱；在第一从动缸的活塞到达终点位置后，第一切换阀关闭，第二切换阀接通，第一从动缸的弹簧将活塞推回到其初始位置，第一从动缸的活塞在向下运动期间，由于第一从动缸底部移位的液压油消耗在其顶侧有弹簧腔，输出的液压油回到其从动缸弹簧腔，主缸的活塞杆保持不动；在上述步进的模式中，第二从动缸的活塞始终保持在相同位置不动；步进时，第一切换阀、第二切换阀的切换频率和第一从动缸的有效容积决定了主缸的伸出速度；

步退模式：将三位四通阀右边电磁铁通电，处右位，第一切换阀和第二切换阀接通；第三切换阀接通，第四切换阀关闭，第二从动缸的活塞在液压源和主缸无杆腔内部压力差异的影响下向上运动，液压油由液压管路流到主缸的有杆腔，主缸的活塞杆执行单一且精确的负向位置步进；主缸的无杆腔的液压油通过液压油管经过第二切换阀、第一切换阀、三位四通阀流回油箱；在第二从动缸的活塞到达终点位置后，第三切换阀关闭，第四切换阀接通，第二从动缸的弹簧将活塞推回到其初始位置，第二从动缸的活塞在向下运动期间，由于第二从动缸底部移位的液压油消耗在其顶侧有弹簧腔，输出的液压油回到其从动缸弹簧腔，主缸的活塞杆保持不动；在上述步退的模式中，第一从动缸的活塞始终保持在相同位置不动；步退时，第三切换阀、第四切换阀的切换频率和第二从动缸的有效容积决定了主缸的缩回时的速度。