CN205446228U - 一种可用于六自由度位置调节和保持的液压系统 - Google Patents

Abstract

一种可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，包括油源(1)、四组升降回路(2)、两组横移回路(3)、行走回路(4)；升降回路(2)中的四个升降液压缸(25、26、27、28)用于实现设备的升降、俯仰、滚转三个自由度的运动；横移回路(3)两个横移液压缸(39、40)用于实现设备的横移、横摆两个自由度的运动；行走回路(4)中的液压马达(49)驱动设备实现前后的位置调整；所述横移液压缸(39、40)的活塞杆与设备的正前方向垂直。各调整回路通过比例流量阀调整设备相应的动作的速度，所需控制系统的控制环节简单，成本低，位移传感器可用于位移反馈。由于油路中设置了液压锁，确保长时间的位置保持，以实现设备的成功对接。

Description

一种可用于六自由度位置调节和保持的液压系统

技术领域

本实用新型涉及液压领域，特别涉及一种液压系统。

背景技术

在航空航天等领域，常常需要将两个大型设备进行姿态对中，以往大型设备的对中、对接，对中初始偏差小，而对中精度要求高，往往需要高精度的液压执行机构，如数字液压缸来实现高精度位置调整，数字缸属于精密液压元件，往往需要较高的制造成本，且相同行程条件下安装空间大。或者采用机械传动方法实现位置调整，但不易于实现自动控制，对人员岗位要求高。

某型设备车体长达34m，宽3m，需要与另一存在较大姿态偏差的大型设备对中、对接，达到两设备上的导轨共线，形成一段可供其它设备行走的连续的运行轨道。采用液压执行机构时，需要执行机构动作较长的位移(大于700mm)，因安装空间受限无法采用数字液压缸，动作过程要求自动化程度高，且完成姿态调整后，需要在满载状态下实现长时间位置保持。

《六自由度液压伺服运动系统研究》(肖志坚，廖峰，《机床与液压》2015，43(4))介绍了一种采用伺服作动筒的六自由度运动平台用于模拟飞机的各种飞行状态，需要采用伺服阀，伺服阀对油液污染敏感，抗干扰能力差，且控制系统传递环节多、控制策略复杂，调试困难，成本高，要求系统响应快但无长时间位置保持要求。不适用于大型设备的姿态对中液压系统控制。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，该液压系统所需控制环节简单，抗油污染能力强，布局灵活，可有效利用空间。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，包括油源、四组升降回路、两组横移回路、行走回路；油源的出油口与升降回路、横移回路和行走回路的入油口通过管路相连，油源的回油口与升降回路、横移回路和行走回路的出油口通过管路相连；

每组升降回路包括第一电磁换向阀、第一液压锁和升降液压缸；所述升降回路的入油口与第一电磁换向阀的进油口相连，升降回路的出油口与第一电磁换向阀的回油口相连；第一电磁换向阀的出油口A1与第一液压锁的入油口相连，第一液压锁的出油口与升降液压缸的无杆腔相连，升降液压缸的有杆腔与第一电磁换向阀的出油口B1相连；所述第一液压锁的开锁油路与出油口B1相连；

每组横移回路包括第二流量阀、第二电磁换向阀、双向液压锁和横移液压缸；所述横移回路的入油口与第二电磁换向阀的入油口相连，出油口与第二电磁换向阀的回油口相连；第二电磁换向阀的出油口A2与双向液压锁一个油腔的入油口相连，该油腔的出油口与横移液压缸的无杆腔相连；双向液压锁的另一个油腔的入油口与第二电磁换向阀的出油口B2相连，该油腔的出油口与横移液压缸的有杆腔相连；

行走回路包括第三流量阀、第三电磁换向阀和驱动待调整设备实现前后位置调整的液压马达；行走回路的入油口与第三电磁换向阀的入油口相连，出油口与第三电磁换向阀的回油口相连；液压马达连接在第三电磁换向阀的出油口A3和出油口B3之间；

四个升降液压缸分别安装在待调整设备的左前、右前、左后、右后位置，两个横移液压缸分别安装在待调整设备的前、后位置。

所述第一液压锁的出油口与升降液压缸的无杆腔之间还连接有桥式液压块，所述桥式液压块的中间的桥路为第一流量阀。

所述横移回路的入油口与第二电磁换向阀的入油口之间还连接有第二流量阀；所述行走回路的入油口与第三电磁换向阀的入油口之间还连接有第三流量阀。

所述第一流量阀或第二流量阀或第三流量阀为比例流量阀。

所述油源包括交流电机、定量泵、第一单向阀、第二单向阀、压力滤油器、回油滤油器和油箱；所述交流电机与定量泵相连，定量泵的吸油口与油箱相连，定量泵的出油口通过压力滤油器和第一单向阀与所述油源的出油口相连；所述油源的回油口通过第二单向阀、回油滤油器与油箱相连。

所述油源的出油口还与直动式溢流阀和油源比例溢流阀的入油口分别连接，所述直动式溢流阀的溢流压力大于油源比例溢流阀的最大溢流压力。

所述第一液压锁为软密封液压锁。

所述双向液压锁与横移液压缸的有杆腔连接的一端还连接有第一溢流阀。

所述液压马达两端还连接有两个方向相反的第二溢流阀和第三溢流阀。

所述升降液压缸的活塞杆上还安装有用于测量升降活塞杆位移的纵向位移传感器；所述横移液压缸的活塞杆上还安装有用于测量横移活塞杆位移的横移位移传感器。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1)由于油路中设置了液压锁，可实现长时间的位置保持，以实现设备的成功对接；

2)采用比例流量阀控制，位移传感器可以用于反馈，所需控制系统的控制环节简单，成本低；

3)相比伺服阀，抗油液污染能力强；

4)阀件便于集成，各液压部件的布置灵活，可有效利用空间布局；

5)本实用新型适于大型设备之间的姿态调整、对中，调试方便、易于操作，相对于数字液压缸，采用普通液压缸和比例流量阀用于控制升降液压缸动作速度，占用空间小，可实现空间受限条件下的长行程调整。

附图说明

图1为液压系统组成原理图；

图2为升降回路原理图；

图3为横移回路原理图；

图4为行走回路原理图；

图5为液压油源原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种可用于六自由度位置调节和保持的液压系统包括油源1、升降回路2、横移回路3和行走回路4。各回路之间通过管路P、管路T和管路X相连。

油源系统中采用交流电机带动定量泵来提供系统动力，各比例溢流阀用于调节系统工作压力，升降液压缸、横移液压缸分别与位移传感器一起构成执行与检测环节，回路中的流量阀配合电磁换向阀完成升降、横移系统的同步、差动动作等调整功能，以及定位精度的控制。设置软密封液压液压锁完成升降调整完毕后的锁闭功能。执行机构接近目标位置前逐渐减小流量、电磁换向阀点动控制进入控制精度。

如图2升降回路2主要由第一电磁换向阀5、6、7、8，软密封液压锁9、10、11、12，桥式液压块13、14、15、16，第一截止阀21、22、23、24，升降液压缸25、26、27、28和位移传感器29、30、31、32组成。以左前升降液压缸25的控制为例，油源1调定的压力油P经第一电磁换向阀5、软密封液压锁9、桥式液压块13、截止阀21到达左前升降液压缸25。桥式液压块13中间连接有比例流量阀17。当第一电磁换向阀5左位电磁铁通电时，压力油进入左前升降液压缸25有杆腔，无杆腔接回油T，左前升降液压缸25活塞杆回收，实现下降调整功能。当第一电磁换向阀5右位电磁铁通电时，压力油进入左前升降液压缸25无杆腔，有杆腔接回油T，左前升降液压缸25活塞杆外伸，实现上升调整功能。当同时控制第一电磁换向阀5、6电磁铁通电时，即可实现左前、右前升降液压缸同步上升或下降调整。依次类推，通过对第一电磁换向阀5、6、7、8不同组合控制，即可实现设备的整体同升、同降，前升后降、前降后升，左升右降、左降右升(共3个方向自由度)。其中第一比例流量阀17、18、19、20配合第一电磁换向阀5、6、7、8完成升降系统的同步动作及速度调整功能，第一比例流量阀的流量设定越大，升降动作的速度越大。纵向位移传感器29、30、31、32测量各活塞杆的位移，用以实现液压缸位移的实时反馈以及定位精度的控制。桥式液压块13、14、15、16用来在动作过程中平衡下降时的负载，防止系统下降时失速。软密封液压锁9、10、11、12完成调整完毕后的锁闭功能，完成升降液压缸25、26、27、28位置的锁定。设置截止阀21、22、23、24用于实现在软密封液压锁9、10、11、12失效时的备份保护。第一电磁换向阀5的中位机能为Y型。软密封液压锁9的开锁油路与出油口B1相连。软密封液压锁9的参见专利CN201021682Y。

如图3横移回路主要由第二比例流量阀33、34，第二电磁换向阀35、36，双向液压锁37、38，横移液压缸39、40，横移位移传感器41、42，第一溢流阀43、44组成，以前横移液压缸39控制为例，油源1调定的压力油P经第二比例流量阀33，第二电磁换向阀35，双向液压锁37到达前横移液压缸，当第二电磁换向阀35左位电磁铁通电时，压力油进入前横移液压缸39有杆腔，无杆腔接回油T，前横移液压缸39活塞杆回收，实现左移调整功能。当第二电磁换向阀35右位电磁铁通电时，压力油进入前横移液压缸39无杆腔，有杆腔接回油T，前横移液压缸39活塞杆外伸，实现右移调整功能。当同时控制电磁换向阀35、36电磁铁通电时，即可实现前、后横移液压缸同步左移、右移，或差动调整(2个方向的自由度)。其中第二比例流量阀33、34配合电磁换向阀35、36完成横移液压缸同步动作及速度调整，位移传感器41、42用于测量横移活塞杆的位移，实现液压缸位移的实时反馈以及定位精度的控制。双向液压锁37、38完成调整完毕后的锁闭功能。为防止双向液压锁37、38卡滞导致横移液压缸有杆腔憋压，损坏横移液压缸，在横移液压缸有杆腔设置了溢流阀43、44来保护横移液压缸，所述溢流阀43、44为叠加溢流阀。所述第二电磁换向阀35、36的中位机能为Y型。

如图4行走回路4包括第三比例流量阀45，第三电磁换向阀46，第二溢流阀47，第三溢流阀48和液压马达49。油源1调定的压力油P经第三比例流量阀45，第三电磁换向阀46到液压马达49，当电磁换向阀46电磁铁左位通电时，液压马达正转，通过传动系统带动平台车车体前进，当电磁换向阀46电磁铁右位通电时，液压马达49反转，通过传动系统带动平台车后退(即一个方向自由度)。通过比例流量阀45可实现前进、后退速度调整。比例流量阀45的流量调整可通过程序自动或手控手动实现。为防止平台车行进过程中，突然刹车制动造成液压马达正、反腔压力升高，损坏马达，在液压马达49两端设置叠加溢流阀47、48。所述第三电磁换向阀46的中位机能为O型。

如图5油源1中采用交流电机53带动定量泵52来提供系统动力，液压油由油箱50经截止阀51进入定量泵52吸油口，定量泵52出口压力油依次通过压力滤油器54、第一单向阀55到达油源1的出油口，与升降回路2、横移回路3和行走回路4的入油口相连，油源1的出油口分别与直动式溢流阀60、油源比例溢流阀59的入油口相连。油源比例溢流阀59和直动式溢流阀60的回油及各回路回油T经第二单向阀61，风冷器62，回油滤油器64返回油箱50。油源比例溢流阀59用于调节系统工作压力，直动式溢流阀60用于系统的安全保护。直动式溢流阀60的溢流压力与比例溢流阀59的最大溢流压力之比为1.1-1.3，直动式溢流阀60的溢流压力设置在10-13MPa。比例溢流阀59的最大溢流压力不大于8MPa。当油源比例溢流阀59出现故障时，可关闭第三截止阀58，利用直动式溢流阀60完成工作压力调整。油源系统中设置风冷器62用于对油液进行冷却，保证油温在允许的范围内，油温最高温度不大于65℃。滤油器54、64，温度传感器63，压力传感器57，压力表56，空气滤清器65等液压附件，用于油源系统状态的监测与故障诊断。定量泵52的吸油口与油箱50之间还连接有第二截止阀51。X管路为泄油回路与油箱相连，所述的直动式溢流阀60、定量泵52、液压马达49的泄油口与泄油回路X相连。

设备上设置前调整装置，后调整装置和油源1。油源1为框架结构，设置在车架尾部，通过液压管路连接前调整装置、后调整装置的液压回路。后调整装置包括设置在两侧的升降液压缸27、28、设置在中间的一路后横移液压缸40，安装在中间下部位置的液压马达49，后升降横移调整控制阀块和行走控制阀块。后升降横移调整控制阀块包括第一电磁换向阀7、8，软密封液压锁11、12，桥式液压块15、16，第一截止阀23、24，第二比例流量阀34，第二电磁换向阀36，双向液压锁38和第一溢流阀44。行走控制阀块包括第三比例流量阀45、第三电磁换向阀46、第二溢流阀47和第三溢流阀48。

前调整装置包括分别设置在两侧的升降液压缸25、26，设置在中间的前横移液压缸39和前升降横移调整控制阀块。前升降横移调整控制阀块包括第一电磁换向阀5、6，软密封液压锁9、10，桥式液压块13、14，第一截止阀21、22，第二比例流量阀33，第二电磁换向阀35，双向液压锁37和第一溢流阀43。

升降液压缸25、26、27、28和横移液压缸39、40通过耳轴与设备相连。

将升降、横移调整功能阀件设置在升降横移调整控制阀块上，行走回路功能控制阀件设置在行走控制阀块上。每个调整控制阀块控制相应调整装置上一组升降、横移液压缸的动作，通过调速阀17、18、19、20、比例流量阀33、34和电磁换向阀5、6、7、8或电磁换向阀35、36配合实现对升降和横移液压缸动作速度和方向的控制，从而实现调整装置的各项规定动作。执行机构接近目标位置前逐渐减小流量、电磁换向阀点动控制进入控制精度。

四个升降液压缸25、26、27、28分别安装在设备的左前、右前、左后、右后位置，两个横移液压缸39、40分别安装在设备的前、后位置。

当四个升降液压缸平行升降时，设备实现升降的位置调整；

当位置在左前和右前与位置在左后和右后的两个升降液压缸平行升降，但两组液压缸的升降高度不同时，设备实现俯仰的位置调整。

当位置在左前和左后与位置在右前和右后的两个升降液压缸平行升降，但两组液压缸的升降高度不同时，设备实现滚转的位置调整。

当两个位置在前后的两个横移液压缸平行运动时，设备实现横移的位置调整。

当两个位置在前后的两个横移液压缸反向运动时，设备实现横摆的位置调整。

当液压马达被驱动时，设备实现前后的位置调整。

从而，设备可以实现六自由度位置调节。

姿态调整动作流程：

1)油源1启动，通过比例溢流阀59设定工作压力；

2)姿态调整设备就位；

3)五自由度调整(升降、俯仰、滚转、横移、横摆)：

调整装置上升降液压缸同升、同降实现垂直方向调整，即升降；

调整装置上升降液压缸前升、后降，或前降、后升，即俯仰；

调整装置上升降液压缸左升、右降，或左降、右升，即滚转；

调整装置上横移液压缸同时左移或右移，即横移；

调整装置上横移液压缸前缸左移、后缸右移或反之，即为横摆。

根据上层控制系统给出的偏差数据，控制相应调整控制阀块上的电磁换向阀，升降液压缸25、26、27、28、横移液压缸39、40执行相应动作；过程中检测位移传感器，需控制升降液压缸同步位移误差不大于5mm，定位精度不大于3mm。

4)姿态确认：根据测量装置给出位置偏差数据进行确认，若满足精度要求，则完成姿态调整，若不满足，则重复步骤3进行姿态调整，直至满足要求；

5)设备前进后退调整到位(第六自由度调整)。

6)控制要素

a.同步动作控制：当检测到两缸位移误差超过5mm时，则控制位移较大的油缸电磁换向阀断电，点动位移较小的油缸对应的电磁换向阀，每次通电100ms(设为可调整参数)；当两缸位移误差小于1mm时，两油缸电磁换向阀恢复通电。

位移：均指单次指令所对应的位移值。

b.定位精度控制实施：当位移传感器测量值与油缸设定位移输入值误差小于2mm时，控制油缸电磁换向阀断电。油缸动作完成，比较油缸输出位移值Y＇与给定输入值Y的偏差，应小于3mm，如误差大于3mm，则点动相应电磁阀，每次通电100ms(设置为可调参数)。

c.启动或停止时，为使动作平稳，采用逐渐增加或减小信号方式。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：包括油源(1)、四组升降回路(2)、两组横移回路(3)、行走回路(4)；油源(1)的出油口与升降回路(2)、横移回路(3)和行走回路(4)的入油口通过管路相连，油源(1)的回油口与升降回路(2)、横移回路(3)和行走回路(4)的出油口通过管路相连；

每组升降回路(2)包括第一电磁换向阀(5、6、7、8)、第一液压锁(9、10、11、12)和升降液压缸(25、26、27、28)；所述升降回路(2)的入油口与第一电磁换向阀(5、6、7、8)的进油口相连，升降回路(2)的出油口与第一电磁换向阀(5、6、7、8)的回油口相连；第一电磁换向阀(5、6、7、8)的出油口A1与第一液压锁(9、10、11、12)的入油口相连，第一液压锁(9、10、11、12)的出油口与升降液压缸(25、26、27、28)的无杆腔相连，升降液压缸(25、26、27、28)的有杆腔与第一电磁换向阀(5、6、7、8)的出油口B1相连；所述第一液压锁(9、10、11、12)的开锁油路与出油口B1相连；

每组横移回路(3)包括第二流量阀(33、34)、第二电磁换向阀(35、36)、双向液压锁(37、38)和横移液压缸(39、40)；所述横移回路(3)的入油口与第二电磁换向阀(35、36)的入油口相连，出油口与第二电磁换向阀(35、36)的回油口相连；第二电磁换向阀(35、36)的出油口A2与双向液压锁(37、38)一个油腔的入油口相连，该油腔的出油口与横移液压缸(39、40)的无杆腔相连；双向液压锁(37、38)的另一个油腔的入油口与第二电磁换向阀(35、36)的出油口B2相连，该油腔的出油口与横移液压缸(39、40)的有杆腔相连；

行走回路(4)包括第三流量阀(45)、第三电磁换向阀(46)和驱动待调整设备实现前后位置调整的液压马达(49)；行走回路(4)的入油口与第三电磁换向阀(46)的入油口相连，出油口与第三电磁换向阀(46)的回油口相连；液压马达(49)连接在第三电磁换向阀(46)的出油口A3和出油口B3之间；

四个升降液压缸(25、26、27、28)分别安装在待调整设备的左前、右前、左后、右后位置，两个横移液压缸(39、40)分别安装在待调整设备的前、后位置。

2.一种如权利要求1所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述第一液压锁(9、10、11、12)的出油口与升降液压缸(25、26、27、28)的无杆腔之间还连接有桥式液压块(13、14、15、16)，所述桥式液压块(13、14、15、16)的中间的桥路为第一流量阀(17、18、19、20)。

3.一种如权利要求2所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述横移回路(3)的入油口与第二电磁换向阀(35、36)的入油口之间还连接有第二流量阀(33，34)；所述行走回路(4)的入油口与第三电磁换向阀(46)的入油口之间还连接有第三流量阀(45)。

4.一种如权利要求3所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述第一流量阀(17、18、19、20)或第二流量阀(33、34)或第三流量阀(45)为比例流量阀。

5.一种如权利要求1至3之一所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述油源(1)包括交流电机(53)、定量泵(52)、第一单向阀(55)、第二单向阀(61)、压力滤油器(54)、回油滤油器(64)和油箱(50)；所述交流电机(53)与定量泵(52)相连，定量泵(52)的吸油口与油箱(50)相连，定量泵(52)的出油口通过压力滤油器(54)和第一单向阀(55)与所述油源(1)的出油口相连；所述油源(1)的回油口通过第二单向阀(61)、回油滤油器(64)与油箱(50)相连。

6.一种如权利要求1至3之一所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述油源(1)的出油口还与直动式溢流阀(60)和油源比例溢流阀(59)的入油口分别连接，所述直动式溢流阀(60)的溢流压力大于油源比例溢流阀(59)的最大溢流压力。

7.一种如权利要求1至3之一所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述第一液压锁(9、10、11、12)为软密封液压锁。

8.一种如权利要求1至3之一所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述双向液压锁(37、38)与横移液压缸(39、40)的有杆腔连接的一端还连接有第一溢流阀(43、44)。

9.一种如权利要求1至3之一所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述液压马达(49)两端还连接有两个方向相反的第二溢流阀(47)和第三溢流阀(48)。

10.一种如权利要求1至3之一所述的可用于六自由度位置调节和保持的液压系统，其特征在于：所述升降液压缸的活塞杆上还安装有用于测量升降活塞杆位移的纵向位移传感器(29、30、31、32)；所述横移液压缸的活塞杆上还安装有用于测量横移活塞杆位移的横移位移传感器(41、42)。