CN114215804B - 一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，包括：油源，其连接有液压伺服系统；液压伺服系统包括左侧油缸液压伺服系统和右侧油缸液压伺服系统；左侧油缸液压伺服系统或右侧油缸液压伺服控制系统包括第一级控制单元和第二级控制单元，第一级控制单元包括：并联连接的伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ；伺服控制回路Ⅲ，其与一级缸的有杆腔相连；第二级控制单元包括：并联连接的伺服控制回路Ⅳ和伺服控制回路Ⅴ；伺服控制回路Ⅵ，其与二级缸的有杆腔相连。本发明满足了大惯性、大载荷、大流量跨度、高定位精度的特殊工况，有效解决了油缸两腔面积比超大的可控性、两并联双级油缸的运动同步性、系统运行安全性等关键问题。

Description

一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统

技术领域

本发明属于液压驱动控制和机械同步平衡控制技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统。

背景技术

某弯刀支撑机构是模拟被支撑物姿态变化必不可少的重要装置，弯刀支撑机构由上下导轨安装座、全弯刀支板、圆弧导轨副、油缸座、驱动油缸等组成。为了驱动弯刀支撑机构转动，从而使安装在弯刀支撑机构上的被支撑物姿态发生变化，需要相关的油缸提供动力，并且还要有相关的液压控制系统控制油缸伸缩。但是，目前驱动弯刀支撑机构运动还有许多需要解决的问题。比如，弯刀支撑机构的惯性大、载荷大、速度跨度大、需要的定位精度高，同时要求可控性好，抗干扰能力强。因此液压控制系统对油源系统的流量需求大。弯刀支撑机构还有多种转动速度模式，这就需要液压控制系统能够根据弯刀支撑机构的不同速度控制要求，提供相应的驱动模式。目前，常用对称的伺服比例阀驱动非对称的双级缸，对称伺服比例阀的四个控制便是相同的，这就导致对称伺服比例阀两对节流窗口的压降不同，造成活塞杆伸出、缩回两个方向运动时的流量增益不等，因而使系统的静、动态特性出现较大差异、产生严重的非线性变化。更严重的问题是当活塞杆运动方向改变时，液压缸两腔的压力同时发生突变，这种压力突变极易引起油缸腔室的气蚀或超压。因此，为提高非对称油缸的控制性能，伺服比例阀两节流边的面积梯度比与油缸两腔面积比应当尽量接近。为了解决上述问题，亟需一种新的驱动弯刀支撑机构运动的的液压控制系统。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，驱动弯刀支撑机构转动的油缸为两个双级油缸，两个双级油缸分别为左侧油缸和右侧油缸，所述左侧油缸、右侧油缸各自二级缸的活塞杆通过铰轴分别与弯刀支撑机构转动连接，左侧油缸和右侧油缸同步驱动弯刀支撑机构转动，实现弯刀机构上的被支撑物的姿态变化。

优选的是，其中，所述左侧油缸和右侧油缸的结构相同，均包括一级缸和二级缸；所述电液伺服系统通过第一级控制单元控制双级油缸的一级缸，通过第二级控制单元控制双级油缸的二级缸；其中，第一级控制单元通过伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ的组合投入使用，实现一级缸不同流量需求状态下的控制，从而满足弯刀支撑机构不同速度的控制需求；其中，伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ为并联连接，且伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ均与一级缸的无杆腔相连。

优选的是，其中，所述用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统还包括：

油源，其包括分别连接油箱的主回路电机泵组和控制油回路电机泵组；

液压伺服系统，其与所述油源相连，所述液压伺服系统包括完全相同的左侧油缸液压伺服系统和右侧油缸液压伺服系统；

所述左侧油缸液压伺服系统或右侧油缸液压伺服系统包括：

第一级控制单元，其包括：

伺服控制回路Ⅰ；

伺服控制回路Ⅱ，其与伺服控制回路Ⅰ并联后再与一级缸的无杆腔相连；

伺服控制回路Ⅲ，其与一级缸的有杆腔相连；

第二级控制单元，其包括：

伺服控制回路Ⅳ；

伺服控制回路Ⅴ，其与伺服控制回路Ⅳ为并联连接，且伺服控制回路Ⅳ、伺服控制回路Ⅴ与二级缸的无杆腔之间连接有缸旁安全阀组；

伺服控制回路Ⅵ，其与二级缸的有杆腔相连。

优选的是，其中，所述左侧油缸液压伺服系统的第二级控制单元与右侧油缸液压伺服控制系统的第二级控制单元之间设置有联通回路，所述联通回路包括二通插装阀Ⅰ和先导控制油路Ⅰ。

优选的是，其中，所述油源的主回路电机泵组包括：

多台并联连接的电机泵组，每台电机泵组采用恒压式变量油泵，多台电机泵组的先导压力控制油口汇合后，连接有比例溢流阀，每台电机泵组的出口均安装有电磁溢流阀Ⅰ；

蓄能器组系统，其经单向阀与多台并联的电机泵组相连；

所述油源的控制油回路电机泵组包括：

恒压变量泵，其出口依次连接有电磁溢流阀Ⅱ、单向阀；

所述控制油回路电机泵组还配置有蓄能器模块。

优选的是，其中，所述第一级控制单元的伺服控制回路Ⅰ上设置有伺服阀Ⅰ，所述伺服控制回路Ⅱ上设置有伺服阀Ⅱ；

所述伺服控制回路Ⅰ的A口与一级缸的无杆腔之间设置有二通插装阀Ⅱ，所述二通插装阀Ⅱ的控制油路上连接有梭阀Ⅰ；所述伺服控制回路Ⅱ的A口与一级缸的无杆腔之间设置有二通插装阀Ⅲ，所述二通插装阀Ⅲ的控制油路上连接有梭阀Ⅱ；所述二通插装阀Ⅱ和二通插装阀Ⅲ采取带主动控制盖板，插装件选用带O形密封圈和阻尼头的锥阀件；

所述梭阀Ⅰ的两个入口分别与一级缸的无杆腔A路和X路相连，梭阀Ⅰ的出口连接有电磁提升阀Ⅰ，所述电磁提升阀Ⅰ与二通插装阀Ⅱ相连；

所述梭阀Ⅱ的两个入口分别与一级缸的无杆腔A路和X路相连，梭阀Ⅱ的出口连接有电磁提升阀Ⅱ，所述电磁提升阀Ⅱ与二通插装阀Ⅲ相连；

所述伺服控制回路Ⅲ上设置有伺服阀Ⅲ，所述伺服阀Ⅲ的B口封堵，A口接入一级缸的有杆腔油路，一级缸的有杆腔油路上还设置有单向补油阀；

一级缸的无杆腔油路上设置有安全阀Ⅰ，一级缸的有杆腔油路上设置有安全阀Ⅱ。

优选的是，其中，所述第二级控制单元的伺服控制回路Ⅳ上设置有伺服阀Ⅳ，所述伺服控制回路Ⅴ上设置有伺服阀Ⅴ；

所述伺服阀Ⅳ连接有二通插装阀Ⅳ，所述伺服阀Ⅴ连接有二通插装阀Ⅴ；

所述二通插装阀Ⅳ的控制油路上连接有第一两级梭阀，两级梭阀包括梭阀Ⅲ和梭阀Ⅳ，所述梭阀Ⅲ的两个入口分别与二级缸的无杆腔P路和X路相连，梭阀Ⅲ的出口与梭阀Ⅳ的其中一个入口相连，所述梭阀Ⅳ的另一个入口与二通插装阀Ⅳ的控制油路相连，梭阀Ⅳ的出口连接有电磁提升阀Ⅲ，所述电磁提升阀Ⅲ与二通插装阀Ⅳ相连；

所述二通插装阀Ⅴ的控制油路上连接有第二两级梭阀，两级梭阀包括梭阀Ⅴ和梭阀Ⅵ，所述梭阀Ⅴ的两个入口分别与二级缸的无杆腔P路和X路相连，梭阀Ⅴ的出口与梭阀Ⅵ的其中一个入口相连，所述梭阀Ⅵ的另一个入口与二通插装阀Ⅴ的控制油路相连，梭阀Ⅵ的出口连接有电磁提升阀Ⅳ，所述电磁提升阀Ⅳ与二通插装阀Ⅴ相连；

所述伺服控制回路Ⅵ上设置有伺服阀Ⅵ，所述伺服阀Ⅵ的B口封堵，A口接入二级缸的有杆腔油路。

优选的是，其中，所述缸旁安全阀组包括：

锁紧回路，其包括二通插装阀Ⅵ和先导控制油路Ⅱ；

预起回路，其与所述锁紧回路为并联连接，所述预起回路上设置有电磁球阀和节流孔；

所述缸旁安全阀组集成安装在二级缸上，且缸旁安全阀组与伺服控制回路Ⅳ、伺服控制回路Ⅴ采用长软管连接。

优选的是，其中，所述液压系统还设置有电控系统，所述电控系统包括：

XM42运动控制器，其分别通过SERCOS Ⅲ总线连接有两个S20两轴控制模块，S20两轴控制模块用于实现第一级控制单元和第二级控制单元的伺服控制。

本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，满足了大惯性、大载荷、大流量跨度、高定位精度的特殊工况，并有效解决了油缸两腔面积比超大的可控性、两并联双级油缸的运动同步性、系统运行安全性等关键问题，取得了良好的应用效果，可为今后类似系统设计提供一定参考。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统的原理框图；

图2为用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统左侧油缸液压伺服系统原理图；

图3为用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统右侧油缸液压伺服系统原理图；

图4为液压伺服系统中的第一级控制单元原理图；

图5为液压伺服系统中的第二级控制单元原理图；

图6为两个双级油缸的第二级控制单元之间的联通回路原理图；

图7为用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统的油源原理图；

图8为蓄能器组的原理图。

其中，各部件对应标记分别为：伺服控制回路Ⅰ01，伺服控制回路Ⅱ02，伺服控制回路Ⅲ03，伺服控制回路Ⅳ04，伺服控制回路Ⅴ05，伺服控制回路Ⅵ06，联通回路07，锁紧回路08，预启回路09，左侧油缸50，右侧油缸60，二通插装阀Ⅰ22，梭阀Ⅶ33，梭阀Ⅷ34，电磁提升阀Ⅴ35，电机泵组2，比例溢流阀5，电磁溢流阀Ⅰ3，单向插装阀4，蓄能器组23，蓄能器24，恒压变量泵7，电磁溢流阀Ⅱ8，单向阀9，蓄能器模块10，伺服阀Ⅰ11，伺服阀Ⅱ12，二通插装阀Ⅱ131，梭阀Ⅰ141，伺服阀Ⅵ31，二通插装阀Ⅲ132，梭阀Ⅱ142，电磁提升阀Ⅰ151，电磁提升阀Ⅱ152，伺服阀Ⅲ16，单向补油阀18，安全阀Ⅰ171，安全阀Ⅱ172，伺服阀Ⅳ25，伺服阀Ⅴ26，二通插装阀Ⅳ271，二通插装阀Ⅴ272，梭阀Ⅲ281，梭阀Ⅳ291，电磁提升阀Ⅲ301，梭阀Ⅴ282，梭阀Ⅵ292，电磁提升阀Ⅳ302，二通插装阀Ⅵ19，电磁球阀20，节流孔21，电磁提升阀Ⅵ36。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

某弯刀支撑机构是模拟被支撑物姿态变化必不可少的重要装置，弯刀支撑机构由上下导轨安装座、全弯刀支板、圆弧导轨副、油缸座、驱动油缸等组成。需要进行旋转运动的弯刀支板总重约100吨，转动惯量约64300kg·m²，弯刀支板运动时，油缸的活塞杆始终受压，并且油缸需要克服机构重力矩、惯性力矩、摩擦力矩以及气动力矩，这些力矩合计约2000kNm。弯刀支撑机构的运动方式包括步进式和连续式，弯刀支撑机构带动其上的被支撑物进行连续变迎角运动时，要求弯刀支板连续变迎角的角速度在0.2°/s～1°/s之间，角度定位精度为±0.01°；被支撑物步进变迎角要求弯刀支撑机构角速度为2°/s，角度定位精度±0.01°；此外紧急情况下要求弯刀支撑机构回零角速度达到3°/s。

由弯刀支撑机构几何运动关系可知，油缸的最大运动速度约为450mm/s，定位精度约±1mm。油缸所需行程为6m，但由于结构空间限制，单级油缸安装距不足，因此需采用双级油缸，双级油缸的每一级行程为3m。同时，由于整体结构空间与安装接口的限制，一只大缸径双级油缸无法布置，需采用2只相对较小缸径双级油缸，与弯刀支板分别通过两侧铰轴连接，通过两个双级油缸并联驱动弯刀支板。两只双级油缸规格相同，综合考虑负载与压杆稳定性因素，额定压力取25MPa，一级缸径、杆径分别为440、420 mm，二级缸径、杆径分别为310、290mm。

弯刀支撑机构具有惯性大、载荷大、速度跨度大、需要的定位精度高的特点，同时要求可控性好，抗干扰能力强，电液伺服系统综合了电气与液压两方面的优点，比较适合本项目特殊工况，但系统需实现高压力、大流量跨度、高定位精度，且两各双级油缸需保证良好的可控性与运动同步性，涉及诸多技术难题，需逐一针对性解决。

首先是流量需求问题。油缸运动速度非常高，对油源系统的流量需求非常大，双级油缸工作模式对流量影响也较大。如果双级油缸采用先后独立伸缩工作模式，流量需求将达到约8200 L/min；如果采用等比例伸缩工作模式，流量需求降低为6500L/min，但是在等比例伸缩工作模式下，需要解决左、右侧油缸每级对应同步的问题。

其次是对称伺服比例阀对非对称双级油缸的控制问题。双级油缸在综合负载与压杆稳定性因素下，结构尺寸已固化确定，但油缸两腔面积比超大，一级缸两腔面积比约为1:11，二级缸两腔面积比约为1:8，通常非对称缸是用对称伺服比例阀控制的，由于非对称缸两腔的有效作用面积不等，使流经液压缸两腔的流量不相等，而对称伺服比例阀的四个控制边是相同的，这就使得对称伺服比例阀两对节流窗口的阀压降不同，造成活塞杆伸出、缩回两个方向运动时的流量增益不等，因而使系统的静、动态特性出现较大差异，产生严重的非线性。更严重的问题是当活塞杆运动方向改变时，液压缸两腔的压力同时发生突变，这种压力突变极易引起油缸腔室的气蚀或超压。为提高非对称缸的控制性能，伺服比例阀两节流边的面积梯度比与油缸两腔面积比应当尽量接近，但是在目前标准伺服比例阀产品中，伺服比例阀两节流边的面积梯度比以1:1、1:2、3:4居多，根本没有与1:8、1:11接近的产品。

综上所述，目前亟需一种能够有效解决油缸两腔面积比超大的可控性、两并联双级油缸的运动同步性、系统运行安全性等关键问题的电液伺服系统。

一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，驱动弯刀支撑机构转动的油缸为两个双级油缸，两个双级油缸分别为左侧油缸和右侧油缸，所述左侧油缸、右侧油缸各自二级缸的活塞杆通过铰轴分别与弯刀支撑机构转动连接，左侧油缸和右侧油缸同步驱动弯刀支撑机构转动，实现弯刀机构上的被支撑物的姿态变化。

优选的是，其中，所述左侧油缸和右侧油缸的结构相同，均包括一级缸和二级缸；所述电液伺服系统通过第一级控制单元控制双级油缸的一级缸，通过第二级控制单元控制双级油缸的二级缸；其中，第一级控制单元通过伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ的组合投入使用，实现一级缸不同流量需求状态下的控制，从而满足弯刀支撑机构不同速度的控制需求；其中，伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ为并联连接，且伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ均与一级缸的无杆腔相连。

如图1-8所示：本发明的一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，包括：

油源，其包括分别连接油箱的主回路电机泵组和控制油回路电机泵组；

液压伺服系统，其与所述油源相连，所述液压伺服系统包括完全相同的左侧油缸液压伺服系统和右侧油缸液压伺服系统；

所述左侧油缸液压伺服系统或右侧油缸液压伺服系统包括：

第一级控制单元，其包括：

伺服控制回路Ⅰ；

伺服控制回路Ⅱ，其与伺服控制回路Ⅰ并联后再与一级缸的无杆腔相连；

伺服控制回路Ⅲ，其与一级缸的有杆腔相连；

第二级控制单元，其包括：

伺服控制回路Ⅳ；

伺服控制回路Ⅴ，其与伺服控制回路Ⅳ为并联连接，且伺服控制回路Ⅳ、伺服控制回路Ⅴ与二级缸的无杆腔之间连接有缸旁安全阀组；

伺服控制回路Ⅵ，其与二级缸的有杆腔相连。

工作原理：液压伺服控制系统中采用主回路电机泵组和蓄能器组系统一起给两并联双级油缸供油，控制油回路电机泵组为控制油路供油；用于控制左侧油缸50的左侧油缸液压伺服系统和用于控制右侧油缸60的右侧油缸液压伺服控制系统完全相同，以左侧油缸液压伺服系统为例，第一级控制单元用于控制一级缸中一级缸，第二级控制单元用于控制二级缸，从而实现对一个双级油缸的伺服控制。左侧油缸和右侧油缸分别由各自的第一级控制单元和第二级控制单元进行控制，从而同步控制驱动弯刀支板运动。第二级控制单元中的伺服控制回路Ⅳ、伺服控制回路Ⅴ与二级缸的无杆腔之间连接有缸旁安全阀组，缸旁安全阀组用于实现二级缸的安全锁紧和小流量预起功能。

在上述技术方案中，所述左侧油缸液压伺服系统的第二级控制单元与右侧油缸液压伺服控制系统的第二级控制单元之间设置有联通回路，所述联通回路包括二通插装阀Ⅰ22和先导控制油路Ⅰ，二通插装阀Ⅰ22开启时，将左测油缸和右侧油缸的二级缸无杆腔连通，可采用一个第二级控制单元控制；二通插装阀Ⅰ22关闭时，左侧油缸和右侧油缸互联油路断开，可分别采用各自的第二级控制单元做主动控制。此设置可有效解决如下问题：本液压伺服系统驱动的弯刀支板，结构刚度较大，当导轨副安装间隙较小时，可将二通插装阀Ⅰ开启，采用一个第二级控制单元控制，保证两侧油缸出力相同，且运动同步；如果导轨副安装间隙过大或后期使用中间隙变大，需要两侧油缸经同步控制来提供额外刚度的情况下，可将二通插装阀Ⅰ22关闭，各级油缸均做主动同步控制达到控制效果。如图2、图3、图5和图6所示，先导控制油路Ⅰ为由梭阀Ⅶ33、梭阀Ⅷ34和电磁提升阀Ⅴ35组成的控制油路，其中，梭阀Ⅶ33、梭阀Ⅷ34组成第三两级梭阀，梭阀Ⅶ33的两个入口分别与P路和X路相连，梭阀Ⅶ33的出口与梭阀Ⅷ34的一个入口相连，梭阀Ⅷ34的另一个入口与二通插装阀Ⅰ22相连，梭阀Ⅶ33的出口与电磁提升阀Ⅴ35相连，所述电磁提升阀Ⅴ35与二通插装阀Ⅰ22相连。先导控制油路Ⅰ用于通过梭阀Ⅶ33和梭阀Ⅷ34两次采集油路压力，即先由梭阀Ⅶ33采集P路和X路的压力，再由梭阀Ⅷ34采集梭阀Ⅶ33出口和二通插装阀Ⅰ22控制油口的压力，经过选择高压油路供向电磁提升阀Ⅴ35，实现二通插装阀Ⅰ22的主动控制，进而实现联通回路的通断。

在上述技术方案中，如图7所示，所述油源的主回路电机泵组包括：

10台并联连接的电机泵组2，10台电机泵组2可根据弯刀支板的速度需求灵活组合投入使用，每台电机泵组2采用DP同步变量控制方式的恒压式变量油泵，10台电机泵组2的先导压力控制油口汇合后，连接有比例溢流阀5，比例溢流阀5设定所有恒压式变量油泵的恒压点，实现恒压式变量油泵恒压点的远程无级调节；每台电机泵的出口均安装有电磁溢流阀Ⅰ3，电磁溢流阀Ⅰ3用于恒压式变量油泵空载状态下的启停，进而调节接入P1管口的恒压式变量泵数量，电磁溢流阀Ⅰ3也可作为安全阀使用；图6中，每台电机泵组2的出口设置有单向插装阀4，2#~9#为略去的8组并联电机泵组。本发明提供的用于两并联双级油缸的液压控制系统采用两级等比例伸缩工作模式，在此模式下，不仅流量需求降低为6500 L/min，有效降低了制造成本，而且等比例伸缩工作模式规避了先后独立伸缩模式下高速运行中在两级切换瞬间过渡不平顺难题。在此基础上，油源多泵并联向两双级油缸供油。油泵选用恒压变量式，当系统压力低于设定压力时，泵以最大流量供油；当系统压力达到设定压力时，泵进入恒压工况，根据负载的需要改变供往系统的流量，而保持系统压力基本不变，减少系统发热、提高效率。并联泵组采用同样结构、同样设定、同样参数，负载实现均匀分布，提高了泵的使用寿命。

如图8所示的蓄能器组系统，其经单向阀与10台并联的电机泵组相连，蓄能器组系统设置为8组并联连接的蓄能器组23，每组蓄能器组包括了12个蓄能器24，蓄能器组系统经P1管口与图7所示油源的P1管口相连；图8中的蓄能器组系统中的两个省略号表示4组蓄能器组23；

所述油源的控制油回路电机泵组包括：

采用DR控制方式的恒压变量泵7，其出口依次连接有电磁溢流阀Ⅱ8、单向阀9，由恒压变量泵7上集成的恒压阀设定控制油压力，恒压变量泵7出口的电磁溢流阀Ⅱ8可以实现恒压变量泵7的空载启动，也可以作为安全阀使用；

所述控制油回路电机泵组还配置有2个蓄能器模块10，可用于控制油回路失压情况下提供控制油。

在上述技术方案中，如图2、图3和图4所示，所述第一级控制单元的伺服控制回路Ⅰ上设置有伺服阀Ⅰ11，所述伺服控制回路Ⅱ上设置有伺服阀Ⅱ12；其中，伺服阀Ⅰ11采用NG25通径伺服阀，用于在0.2°/s~1°/s连续变迎角流量需求下投入使用；伺服阀Ⅱ12采用NG50通径伺服阀，用于在2°/s的阶梯变迎角流量需求下投入使用；伺服阀Ⅰ11和伺服阀Ⅱ12一起在3°/s紧急回零最大流量需求下使用；

所述伺服控制回路Ⅰ的A口与一级缸的无杆腔之间设置有二通插装阀Ⅱ131，所述二通插装阀Ⅱ131的控制油路上连接有梭阀Ⅰ141；所述伺服控制回路Ⅱ的A口与一级缸的无杆腔之间分别设置有二通插装阀Ⅲ132，所述二通插装阀Ⅲ132的控制油路上连接有梭阀Ⅱ142；鉴于一级缸活塞杆始终受压，二通插装阀Ⅱ131和二通插装阀Ⅲ132用于保证一级缸无杆腔的双向锁紧，当二通插装阀Ⅱ131开启，二通插装阀Ⅲ132关闭时，只有伺服阀Ⅰ11投入使用；当二通插装阀Ⅱ131关闭，二通插装阀Ⅲ132开启时，只有伺服阀Ⅱ12投入使用；当二通插装阀Ⅱ131和二通插装阀Ⅲ132同时开启时，伺服阀Ⅰ11和伺服阀Ⅱ12一起投入使用；所述二通插装阀Ⅱ131和二通插装阀Ⅲ132采取带主动控制盖板，插装件选用带O形密封圈和阻尼头的锥阀件，主动控制盖板能够调节启闭时间和阀芯最大开度，有效消除大流量油液快速启闭时产生的冲击，主动控制盖板为先导控制；

所述梭阀Ⅰ141的两个入口分别与一级缸的无杆腔A路和X路相连，梭阀Ⅰ141的出口连接有电磁提升阀Ⅰ151，所述电磁提升阀Ⅰ151与二通插装阀Ⅱ131相连；

所述梭阀Ⅱ142的两个入口分别与一级缸的无杆腔A路和X路相连，梭阀Ⅱ142的出口连接有电磁提升阀Ⅱ152，所述电磁提升阀Ⅱ152与二通插装阀Ⅲ132相连；

采用梭阀Ⅰ141、梭阀Ⅱ142采集无杆腔A路和X路压力，经过选择高压油路供向电磁提升阀Ⅰ151和电磁提升阀Ⅱ152，分别实现二通插装阀Ⅱ131和二通插装阀Ⅲ132的主动控制。图3中，1A管口连向一级缸的无杆腔，1B管口连向一级缸的有杆腔。

所述伺服控制回路Ⅲ上设置有伺服阀Ⅲ16，所述伺服阀Ⅲ16的B口封堵，A口接入一级缸的有杆腔油路，一级缸的有杆腔油路上还设置有单向补油阀18，用于防止一级缸的有杆腔吸空；

一级缸的无杆腔油路上设置有安全阀Ⅰ171，一级缸的有杆腔油路上设置有安全阀Ⅱ172，安全阀Ⅰ171和安全阀Ⅱ172用于消除压力峰值避免冲击。

第一级控制单元采用伺服阀Ⅰ11、伺服阀Ⅱ12和伺服阀Ⅲ16三位三通的非常规设置，分别控制一级缸的无杆腔和有杆腔，控制器可根据有杆腔的伺服阀Ⅲ16与无杆腔的伺服阀Ⅰ11和/或伺服阀Ⅱ12的节流边面积比，发出大小比例匹配、方向不同的信号即可分别控制一级缸的无杆腔和有杆腔，有效解决了面积比不匹配导致的控制性能问题。

在上述技术方案中，如图2、图3、图5和图6所示，所述第二级控制单元的伺服控制回路Ⅳ上设置有伺服阀Ⅳ25，所述伺服控制回路Ⅴ上设置有伺服阀Ⅴ26；

所述伺服阀Ⅳ25连接有二通插装阀Ⅳ271，所述伺服阀Ⅴ26连接有二通插装阀Ⅴ272；

所述二通插装阀Ⅳ271的控制油路上连接有第一两级梭阀，所述第一两级梭阀包括梭阀Ⅲ281和梭阀Ⅳ291，所述梭阀Ⅲ281的两个入口分别与二级缸的无杆腔P路和X路相连，梭阀Ⅲ281的出口与梭阀Ⅳ291的其中一个入口相连，所述梭阀Ⅳ291的另一个入口与二通插装阀Ⅳ271的控制油路相连，梭阀Ⅳ291的出口连接有电磁提升阀Ⅲ301，所述电磁提升阀Ⅲ301与二通插装阀Ⅳ271相连；

所述二通插装阀Ⅴ272的控制油路上连接有第二两级梭阀，所述第二两级梭阀包括梭阀Ⅴ282和梭阀Ⅵ292，所述梭阀Ⅴ282的两个入口分别与二级缸的无杆腔P路和X路相连，梭阀Ⅴ282的出口与梭阀Ⅵ292的其中一个入口相连，所述梭阀Ⅵ292的另一个入口与二通插装阀Ⅴ272的控制油路相连，梭阀Ⅵ292的出口连接有电磁提升阀Ⅳ302，所述电磁提升阀Ⅳ302与二通插装阀相连Ⅴ272；

所述伺服控制回路Ⅵ上设置有伺服阀Ⅵ31，所述伺服阀Ⅵ31的B口封堵，A口接入二级缸的有杆腔油路。

第二级控制单元原理配置基本与第一级控制单元相同，即伺服阀Ⅳ25和伺服阀Ⅴ26用于控制二级缸的无杆腔，当二通插装阀Ⅳ271开启，二通插装阀Ⅴ272关闭时，只有伺服阀Ⅳ25投入使用；当二通插装阀Ⅳ271关闭，二通插装阀Ⅴ272开启时，只有伺服阀Ⅴ26投入使用；当二通插装阀Ⅳ271和二通插装阀Ⅴ272同时开启时，伺服阀Ⅳ25和伺服阀Ⅴ26一起投入使用；伺服阀Ⅵ31用于控制二级缸的有杆腔。图5和图6中，2A管口连向二级缸的无杆腔，2B管口连向二级缸的有杆腔。

在上述技术方案中，如图4所示，所述缸旁安全阀组包括：

锁紧回路，其包括二通插装阀Ⅵ19和先导控制油路Ⅱ；

预起回路，其与所述锁紧回路为并联连接，所述预起回路上设置有电磁球阀20和节流孔21；

所述缸旁安全阀组集成安装在二级缸上，且缸旁安全阀组与伺服控制回路Ⅳ、伺服控制回路Ⅴ采用长软管连接。

这样的设置方式可有效解决如下问题：受空间限制，只能将第一级控制单元集成在一级缸的缸底，而第二级控制单元只能布置在就近支架阀台上，由于油缸运动且存在摆动，二级缸不可避免需采用软管连接，且管路较长、容腔较大。缸旁安全阀组体积较小，可集成在二级缸上，入口为长软管，出口通过短硬管与二级缸的无杆腔油口连接，因此其锁紧回路可以实现二级缸的安全锁紧，而不受前端软管可靠性的影响；而预起回路可在的锁紧回路的二通插装阀Ⅵ19开启前实现预先开启，压力平衡后再开启二通插装阀Ⅵ19，有效消除大流量冲击。而基于活塞杆受压工况，二级缸的有杆腔不需增设此复杂阀组。如图2、图3和图5所示，先导控制油路Ⅱ上安装有电磁提升阀Ⅵ36，通过电磁提升阀Ⅵ36控制二通插装阀Ⅵ19的开、关，从而实现预起回路的预先开启。

在上述技术方案中，所述电液伺服系统还设置有电控系统，所述电控系统包括：

XM42运动控制器，其分别通过SERCOS Ⅲ总线连接有两个S20两轴控制模块，S20两轴控制模块用于实现第一级控制单元和第二级控制单元的伺服控制。

电控系统采用“一个XM42运动控制器+两个S20两轴模块+伺服比例阀”的分布式控制方案。XM42集运动控制与逻辑控制于一体，实现油缸同步运动、位置和速度控制、系统状态监测及安全逻辑控制等。XM42和轴控制模块之间通过SERCOSⅢ总线通信，构成一个相对独立的驱动环网。XM42为 SERCOSⅢ主站设备，S20 两轴模块为从站设备，SERCOS Ⅲ在主站和从站均采用特定的硬件（FPGA），减轻主 CPU的通信任务，并确保了快速的实时数据处理和基于硬件的同步。整个网络可以达到小于 20ns 的同步精度以及小于 100ns 的实时性。单级油缸单轴控制，由XM42内集成的针对液压应用特有的单轴控制器，实现单级油缸位置闭环控制、内环速度控制、状态反馈/主动阻尼控制、速度前馈控制、比例阀特性补偿等；双级油缸并联同步控制，利用XM42的同步模式，采取平均值同步控制的方式，生成虚拟同步控制轴，以两根油缸的实时位置的平均值作为同组两油缸的实时位置指令，使运动控制过程中的位置偏差最小化，同时优选利用XM42虚拟同步轴比例积分控制，设置虚拟轴的比例积分环节参数，对单轴液压轴进行补偿，可以对单独的每一根液压轴匹配合适的控制参数，保证最终控制效果。逻辑控制通过S20IO子站配置相应的模拟量和数字量模块，实现伺服比例阀使能控制、状态监控、外控锁紧阀的通断、接近开关状态信号的采集监控等功能。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，驱动弯刀支撑机构转动的油缸为两个双级油缸，两个双级油缸分别为左侧油缸和右侧油缸，所述左侧油缸、右侧油缸各自二级缸的活塞杆通过铰轴分别与弯刀支撑机构转动连接，左侧油缸和右侧油缸同步驱动弯刀支撑机构转动，实现弯刀机构上的被支撑物的姿态变化；

所述左侧油缸和右侧油缸的结构相同，均包括一级缸和二级缸；所述电液伺服系统通过第一级控制单元控制双级油缸的一级缸，通过第二级控制单元控制双级油缸的二级缸；其中，第一级控制单元通过伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ的组合投入使用，实现一级缸不同流量需求状态下的控制，从而满足弯刀支撑机构不同速度的控制需求；其中，伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ为并联连接，且伺服控制回路Ⅰ和伺服控制回路Ⅱ均与一级缸的无杆腔相连；

所述电液伺服系统还包括：

油源，其包括分别连接油箱的主回路电机泵组和控制油回路电机泵组；

液压伺服系统，其与所述油源相连，所述液压伺服系统包括完全相同的左侧油缸液压伺服系统和右侧油缸液压伺服系统；

所述左侧油缸液压伺服系统或右侧油缸液压伺服系统包括：

第一级控制单元，其包括：

伺服控制回路Ⅰ；

伺服控制回路Ⅱ，其与伺服控制回路Ⅰ并联后再与一级缸的无杆腔相连；

伺服控制回路Ⅲ，其与一级缸的有杆腔相连；

第二级控制单元，其包括：

伺服控制回路Ⅳ；

伺服控制回路Ⅴ，其与伺服控制回路Ⅳ为并联连接，且伺服控制回路Ⅳ、伺服控制回路Ⅴ与二级缸的无杆腔之间连接有缸旁安全阀组；

伺服控制回路Ⅵ，其与二级缸的有杆腔相连；

所述左侧油缸液压伺服系统的第二级控制单元与右侧油缸液压伺服控制系统的第二级控制单元之间设置有联通回路，所述联通回路包括二通插装阀Ⅰ和先导控制油路Ⅰ；先导控制油路Ⅰ为由梭阀Ⅶ、梭阀Ⅷ和电磁提升阀Ⅴ组成的控制油路，其中，梭阀Ⅶ、梭阀Ⅷ组成第三两级梭阀，梭阀Ⅶ的两个入口分别与P路和X路相连，梭阀Ⅶ的出口与梭阀Ⅷ的一个入口相连，梭阀Ⅷ的另一个入口与二通插装阀Ⅰ相连，梭阀Ⅶ的出口与电磁提升阀Ⅴ相连，所述电磁提升阀Ⅴ与二通插装阀Ⅰ相连。

2.如权利要求1所述的用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，所述油源的主回路电机泵组包括：

多台并联连接的电机泵组，每台电机泵组采用恒压式变量油泵，多台电机泵组的先导压力控制油口汇合后，连接有比例溢流阀，每台电机泵组的出口均安装有电磁溢流阀Ⅰ；

蓄能器组系统，其经单向阀与多台并联的电机泵组相连；

所述油源的控制油回路电机泵组包括：

恒压变量泵，其出口依次连接有电磁溢流阀Ⅱ、单向阀；

所述控制油回路电机泵组还配置有蓄能器模块。

3.如权利要求1所述的用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，所述第一级控制单元的伺服控制回路Ⅰ上设置有伺服阀Ⅰ，所述伺服控制回路Ⅱ上设置有伺服阀Ⅱ；

所述伺服控制回路Ⅰ的A口与一级缸的无杆腔之间设置有二通插装阀Ⅱ，所述二通插装阀Ⅱ的控制油路上连接有梭阀Ⅰ；所述伺服控制回路Ⅱ的A口与一级缸的无杆腔之间设置有二通插装阀Ⅲ，所述二通插装阀Ⅲ的控制油路上连接有梭阀Ⅱ；所述二通插装阀Ⅱ和二通插装阀Ⅲ采取带主动控制盖板，插装件选用带O形 密封圈和阻尼头的锥阀件；

所述梭阀Ⅰ的两个入口分别与一级缸的无杆腔A路和X路相连，梭阀Ⅰ的出口连接有电磁提升阀Ⅰ，所述电磁提升阀Ⅰ与二通插装阀Ⅱ相连；

所述梭阀Ⅱ的两个入口分别与一级缸的无杆腔A路和X路相连，梭阀Ⅱ的出口连接有电磁提升阀Ⅱ，所述电磁提升阀Ⅱ与二通插装阀Ⅲ相连；

所述伺服控制回路Ⅲ上设置有伺服阀Ⅲ，所述伺服阀Ⅲ的B口封堵，A口接入一级缸的有杆腔油路，一级缸的有杆腔油路上还设置有单向补油阀；

一级缸的无杆腔油路上设置有安全阀Ⅰ，一级缸的有杆腔油路上设置有安全阀Ⅱ。

4.如权利要求1所述的用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，所述第二级控制单元的伺服控制回路Ⅳ上设置有伺服阀Ⅳ，所述伺服控制回路Ⅴ上设置有伺服阀Ⅴ；

所述伺服阀Ⅳ连接有二通插装阀Ⅳ，所述伺服阀Ⅴ连接有二通插装阀Ⅴ；

所述二通插装阀Ⅳ的控制油路上连接有第一两级梭阀，两级梭阀包括梭阀Ⅲ和梭阀Ⅳ，所述梭阀Ⅲ的两个入口分别与二级缸的无杆腔P路和X路相连，梭阀Ⅲ的出口与梭阀Ⅳ的其中一个入口相连，所述梭阀Ⅳ的另一个入口与二通插装阀Ⅳ的控制油路相连，梭阀Ⅳ的出口连接有电磁提升阀Ⅲ，所述电磁提升阀Ⅲ与二通插装阀Ⅳ相连；

所述二通插装阀Ⅴ的控制油路上连接有第二两级梭阀，两级梭阀包括梭阀Ⅴ和梭阀Ⅵ，所述梭阀Ⅴ的两个入口分别与二级缸的无杆腔P路和X路相连，梭阀Ⅴ的出口与梭阀Ⅵ的其中一个入口相连，所述梭阀Ⅵ的另一个入口与二通插装阀Ⅴ的控制油路相连，梭阀Ⅵ的出口连接有电磁提升阀Ⅳ，所述电磁提升阀Ⅳ与二通插装阀Ⅴ相连；

所述伺服控制回路Ⅵ上设置有伺服阀Ⅵ，所述伺服阀Ⅵ的B口封堵，A口接入二级缸的有杆腔油路。

5.如权利要求1所述的用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，所述缸旁安全阀组包括：

锁紧回路，其包括二通插装阀Ⅵ和先导控制油路Ⅱ；

预起回路，其与所述锁紧回路为并联连接，所述预起回路上设置有电磁球阀和节流孔；

所述缸旁安全阀组集成安装在二级缸上，且缸旁安全阀组与伺服控制回路Ⅳ、伺服控制回路Ⅴ采用长软管连接。

6.如权利要求1所述的用于驱动弯刀支撑机构的电液伺服系统，其特征在于，所述电液伺服系统还设置有电控系统，所述电控系统包括：

XM42运动控制器，其分别通过SERCOS Ⅲ总线连接有两个S20两轴控制模块，S20两轴控制模块用于实现第一级控制单元和第二级控制单元的伺服控制。

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