CN202418095U

CN202418095U - 一种反馈式多级液压缸

Info

Publication number: CN202418095U
Application number: CN2012200090165U
Authority: CN
Inventors: 孙丽; 邹广闻; 白杰; 张扬; 谭晓东; 殷兆钦
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2022-01-10

Abstract

本实用新型公开了一种反馈式多级液压缸，包括机械系统和反馈控制系统；所述的机械系统包括导向杆、上盖、缸筒和活塞，所述的缸筒和活塞构成多级液压腔；所述的反馈控制系统包括限位开关、限位开关触点、滤波电路、光电隔离装置、译码器、单片机、功率放大设备、步进电机、数字节流阀和流量传感器。本实用新型的每一级的油液作用面积相等，这样，当液压系统供油一定时，液压缸在往复运动时的速度和输出的力也就是恒定的，从而使数控机床主轴箱在上下往复运动时，运行平稳，无冲击，可以实现高速进给。本新型加入了反馈式控制系统，它可以有效的缓解由于外部液压力的存在而产生的冲击，使得这种多级液压缸能够更平稳的运行。

Description

一种反馈式多级液压缸

技术领域

本新型涉及流体压力执行机构和控制系统，尤其是一种能够缓解多级液压缸换级时产生的冲击的反馈式多级液压缸。

背景技术

多级液压缸因其安装距离短、行程长的特点，在机床、船舶、车辆等要求安装空间有限而行程要求却很高的场合中得到广泛应用。例如在大型机床中用于平衡机床主轴箱。但是现有的多级液压缸在换级的工作过程中，会产生很大冲击，从而影响到了多级液压缸的平稳运行。

为了克服以上所述的缺陷，必须突破传统的设计思路，提供一种在每级油缸往复运动时速度相等，每级油缸往复运动时输出力也相等的反馈式多级液压缸，其附带的反馈控制系统可以缓解换级时的冲击。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种反馈式多级液压缸，可以有效的缓解由于缸筒换级时产生的冲击，使得其在大型数控机床上应用时性能稳定、使用可靠。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种反馈式多级液压缸，包括机械系统和反馈控制系统；

所述的机械系统包括导向杆、上盖、缸筒和活塞，所述的缸筒和活塞构成多级液压腔，所述的多级液压腔包括：由上盖、缸筒I和活塞I构成的液压腔I；由活塞I、缸筒II和活塞II构成的液压腔II；由活塞II、缸筒III和活塞III构成的液压腔III；由活塞III、缸筒IV和活塞IV构成的液压腔IV；由活塞IV和进油口构成的进油腔；所述的每级活塞都与同级或次级缸筒内孔动配合连接，同时与次级活塞杆和/或导向杆套接；每级液压缸的密封面都装有密封件；每级活塞上都带有工作用油路；每级液压缸往复的有效工作面积都相等；在缸筒I上开有油口，在每级缸筒的尾端配装限位用的卡簧；

所述的反馈控制系统包括限位开关、限位开关触点、滤波电路、光电隔离装置、译码器、单片机、功率放大设备、步进电机、数字节流阀和流量传感器，所述的单片机的一端通过信号电缆依次与流量传感器的一端、译码器、光电隔离装置、滤波电路和限位开关触点连接，单片机的另一端通过信号电缆依次与功率放大设备、步进电机、滚珠丝杆和数字节流阀连接，所述的数字节流阀还分别通过信号电缆与流量传感器的另一端和多级液压缸的输油杆连接。

本实用新型的反馈控制系统工作过程如下：

反馈控制系统设定了两个输入流量设定值Q1和Q2，Q1表示多级液压缸正常运行时的输入流量，而Q2表示多级液压缸在末级液压缸即将产生换级碰撞完全时的输入流量，且Q2＜Q1。

此外还需要说明的是，单片机内置比较器的两端连接分别连接来自译码器设定的流量值和流量传感器采集的多级液压缸入口流量，对二者进行比较，形成闭环控制，下文会对如何形成闭环控制作进一步说明。

当译码器设定值为Q1时，单片机内置的比较器的一端采集此信号，在第一个控制周期经过单片机处理发出相应的信号，经过功率放大设备，输入到步进电机，使其转过相应数量的步距角，带动安装在步进电机上的滚珠丝杆，滚珠丝杆带动数字节流阀的阀芯移动，使数字节流阀对应的阀口达到流量值Q1所需的开度，从而使控制多级液压缸液压系统的输入流量为Q1，多级液压缸按平时的速度正常运行。当缸筒和法兰盖装配体运行到位置a时压下限位开关，限位开关触点动作，产生开关信号，此信号通过滤波电路减少机械信号产生的震荡，而后此信号通过光电隔离设备来触发译码器使其切换到Q2值的输入状态，此时单片机比较器一端采集的是Q2的信号，经过单片机处理输出信号，而后此信号经过功率放大设备驱动步进电机逆向转动减小相应步距角，而后通过滚珠丝杆变为直线位移，使节流阀芯产生Q2信号对应的阀口，从而减少流量，达到减速目的。此外在多级液压缸的入口处增加流量传感器，将测得的入口流量值反馈到单片机比较器的另一端与设定值做比较运算，在一个控制周期之后，由于输出值为0，此时步进电机停止转动，数字节流阀保持阀口开度不变，维持多级液压缸的流量值输入不变，使控制系统为闭环控制，从而使控制系统更加不受外界因素干扰，变得更加稳定可靠。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型的每一级的油液作用面积相等，这样，当液压系统供油一定时，液压缸在往复运动时的速度和输出的力也就是恒定的，从而使数控机床主轴箱在上下往复运动时，运行平稳，无冲击，可以实现高速进给，也就很大的提高机床的动态响应速度和加工精度。但是虽然这样的结构在一定程度上减少了换级产生的冲击，但是由于最外部的液压力没有得到平衡从而使得末级活塞液压力的冲击仍然存在，并没有彻底解决多级液压缸换级时冲击过大的问题。所以本新型加入了反馈式控制系统，它可以有效的缓解由于外部液压力的存在而产生的冲击，使得这种多级液压缸能够更平稳的运行。

2.由于本实用新型的缸筒和法兰盖装配体的没有外部力平衡，所以在其工作的限位中必然会受到冲击，而且冲击力会很大，所以要设计相应的控制系统来减少冲击。而降低运行速度无疑是减少冲击的最好方法，而降低速度的最好途径就是在液压缸外部安装节流阀，通过减小节流阀的阀口开度从而实现整个液压回路流量的降低，达到减小整个缸筒和法兰盖装配体的运行速度的目的，从而实现减少冲击的目的。

3.本实用新型在多级液压缸的入口处增加流量传感器，将测得的入口流量值反馈到单片机做负反馈，使控制系统为闭环控制，从而使控制系统更加稳定、可靠。

4.本实用新型通过限位开关进行流量切换，减小流量降低运行速度，可以在换级时产生更小的冲击力，运行更加平稳，更加满足运行需要。

5.本实用新型由于流量可以调节，使得其应用更加灵活。

附图说明

本实用新型共有附图2张，其中：

图1是本新型的反馈式多级液压缸结构示意图。

图2是本新型的反馈控制结构示意图。

图中：1、限位开关，2、法兰盖，3、缸筒I，4、输油杆，5、滤波电路，6、光电隔离装置，7、译码器，8、单片机，9、功率放大设备，10、步进电机，11、滚珠丝杆，12、节流阀芯，13、数字节流阀，14、流量传感器，15、限位开关触点，16、导向杆，17、上盖，18、密封件，19、活塞I，20、缸筒II，21、活塞II，22、缸筒III，23、活塞III，24、卡簧，25、缸筒IV，26、活塞IV，27、进油口，28、液压腔I，29、液压腔II，30、液压腔III，31、液压腔IV，32、进油腔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步地描述。本实用新型的机械结构如图1所示包括导向杆16、上盖17、缸筒和活塞，其特征在于所述的缸筒和活塞可构成多级液压腔。其中包含有由上盖17、缸筒I3和活塞I19构成的液压腔I28；由活塞I19、缸筒II20和活塞II21构成的液压腔II29；由活塞II21、缸筒III22和活塞III23构成的液压腔III30，由活塞III23、缸筒IV25和活塞IV26构成的液压腔IV31以及由活塞IV26和进油口27构成的进油腔32。所述的每级活塞都与同级或次级缸筒内孔动配合连接，同时与次级活塞杆和/或导向杆16套接；每级液压缸的密封面都装有密封件18；每级活塞上都带有工作用油路；每级液压缸的往复有效面积都相等。在缸筒I3上开有进出油孔，在每级缸筒的尾端配装限位用的卡簧24。

其反馈控制系统结构如图1-2所示，位置a指的是限位开关1安装的位置，位置b指的是缸筒和法兰盖2装配体运动的极限位置。正常运行时，限位开关1的触点不动作，此时单片机8比较器一端接受的是来自于译码器7Q1的信号，而后此信号经过单片机8处理发出的相应的信号，经功率放大设备9后使步进电机10转过相对应数量的步距角，而后通过滚珠丝杆11变为直线位移，使数字节流阀13芯12打开与Q1值相相对应的阀口，使整个液压回路的流量为Q1。步进电机10转一定的步数，则数字节流阀13开启相应的开度，可控制相应的流量，此外把多级液压缸入口的流量Q1由流量传感器14检出经流量传感器14反馈到单片机8比较器的另一端与设定值比较，在一个控制周期之后，由于输出值为0，此时步进电机10停止转动，数字节流阀13保持阀口大小不变，维持多级液压缸的流量值输入不变，使控制系统为闭环控制，从而使控制系统更加不受外界因素干扰，变得更加稳定可靠。

当缸筒和法兰盖2装配体运动到位置a时，限位开关1被触发，其触点动作，发出开关信号，此时单片机8接受的是Q2信号，而后经过单片机8的运算，发出Q1-Q2对应的信号，反相输入步进电机10，通过步进电机10反向转动Q1-Q2对应的步距角，使数字节流阀13的阀口减小到Q2所需的开度，从而使整个液压回路的流量降低到Q2，从而使缸筒和法兰盖2装配体的运动速度降低，使得在其达到位置b时产生的冲击大大降低。

Claims

1.一种反馈式多级液压缸，其特征在于：包括机械系统和反馈控制系统；

所述的机械系统包括导向杆(16)、上盖(17)、缸筒和活塞，所述的缸筒和活塞构成多级液压腔，所述的多级液压腔包括：由上盖(17)、缸筒I(3)和活塞I(19)构成的液压腔I(28)；由活塞I(19)、缸筒II(20)和活塞II(21)构成的液压腔II(29)；由活塞II(21)、缸筒III(22)和活塞III(23)构成的液压腔III(30)；由活塞III(23)、缸筒IV(25)和活塞IV(26)构成的液压腔IV(31)；由活塞IV(26)和进油口(27)构成的进油腔(32)；所述的每级活塞都与同级或次级缸筒内孔动配合连接，同时与次级活塞杆和/或导向杆(16)套接；每级液压缸的密封面都装有密封件(18)；每级活塞上都带有工作用油路；每级液压缸往复的有效工作面积都相等；在缸筒I(3)上开有油口，在每级缸筒的尾端配装限位用的卡簧(24)；

所述的反馈控制系统包括限位开关(1)、限位开关触点(15)、滤波电路(5)、光电隔离装置(6)、译码器(7)、单片机(8)、功率放大设备(9)、步进电机(10)、数字节流阀(13)和流量传感器(14)，所述的单片机(8)的一端通过信号电缆依次与流量传感器(14)的一端、译码器(7)、光电隔离装置(6)、滤波电路(5)和限位开关触点(15)连接，单片机(8)的另一端通过信号电缆依次与功率放大设备(9)、步进电机(10)、滚珠丝杆(11)和数字节流阀(13)连接，所述的数字节流阀(13)还分别通过信号电缆与流量传感器(14)的另一端和多级液压缸的输油杆(4)连接。