串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置

《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》是長沙中聯重工科技發展股份有限公司於2010年3月24日申請的專利，該專利的申請號為2010101401608，申請公布號為CN101776107A，公布日為2010年7月14日，發明人是高榮芝、李沛林。

《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》包括以下步驟：通過錯開布置兩個油缸行程位置採集器以形成油缸行程的控制區域；根據油缸行程與控制區域之間的位置關係以及串聯油缸的聯通腔的連通狀態判定聯通腔的油液容積狀態；以及根據聯通腔的油液容積狀態對聯通腔的油液容積進行調整，以將油缸行程控制在控制區域內。該發明還公開了一種串聯油缸的行程控制裝置。在該發明中，油缸行程控制精度得到了提高，並且對行程過長和過短都可以進行檢測。在油液容積的調整過程中，採用在每個泵送循環中逐次增加或減少油液量的方法，避免了油液容積調整工作給對串聯油缸泵送工作帶來的影響。

2013年10月，《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》獲得第十五屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置
• 類別：專利
• 公布號：CN101776107A
• 公布日：2010年7月14日
• 申請號：2010101401608
• 申請日：2010年3月24日
• 申請人：長沙中聯重工科技發展股份有限公司
• 地址：湖南省長沙市銀盆南路361號
• 發明人：高榮芝、李沛林
• 分類號：F15B21/02（2006.01）I、F15B15/28（2006.01）I
• 專利代理機構：北京康信智慧財產權代理有限責任公司
• 代理人：余剛

專利背景

混凝土泵是通過兩串聯液壓缸的往復運動來實現混凝土的連續泵送。兩串聯液壓缸缸徑、桿徑均相同，理論上能保持同步運動。

但由於製造精度、負載、泄漏等原因，會導致兩油缸不同步，隨著時間的積累，其同步誤差逐漸增大，如沒有控制裝置，會增大至系統無法正常工作。

在混凝土泵上普遍採用卸壓型緩衝機構來調整串聯油缸的行程。如圖1所示，串聯油缸的第一油缸12的無桿腔123和第二油缸14的無桿腔143聯通在一起成為聯通腔，第一油缸的有桿腔121和第二油缸14的有桿腔141為進油腔，當有桿腔121進油時，油缸桿125後退，油缸桿145伸出；當有桿腔141進油時，油缸桿145後退，油缸桿121伸出。第一油缸12上設有泄壓型緩衝機構127，第二油缸14上設有泄壓型緩衝機構147。第一油缸12的行程與第二油缸12的行程相等，同時也是串聯油缸的行程，即油缸行程。

但卸壓型緩衝機構需在油缸上打孔，因此其位置不能靈活調節，而且隨著壓力、流量、缸徑、桿徑、換向控制系統的不同，油缸緩衝距離也不同，所以難以適應複雜工況，有時會造成行程變短或行程變長的故障，導致潤滑不到位或吸料性變差，這將對泵送系統的耐磨特性及效率有很大影響。

專利文獻WO1990004104A1披露了一種串聯油缸的控制行程方式，如圖2所示，兩個輸送缸分別通過驅動油缸以交替式壓縮及吸入衝程進行推挽式操控，其中，無桿腔的油口A、B互進油口和出油口，有桿腔聯通成為聯通腔，由三位四通電磁閥控制其補充油液或排泄油液，其中，油口P為補油口，油口T為回油口。即壓力油交替供入驅動油缸的活塞蓋端，而這兩個桿端互相連線的驅動側，其活塞衝程可通過液壓油的供給與排放得以平衡，其中，彼此之間邏輯相連的終位信號（由感測器B1、B2、B3、B4檢測）觸發於驅動油缸活塞的四個終端位置上。

當一個活塞的桿端終位信號已存在，同時另一個活塞的蓋端終位信號不存在時，液壓油液得以供入，而當一個活塞的桿端終位信號不存在，同時另一個活塞的蓋端終位信號存在時，液壓油液得以排出；而當兩個活塞的桿端和蓋端終位信號同時存在或不存在時，將停止液壓油液的供給和排放。

該方案有幾個缺陷：

（一）控制精度有限：在不同壓力作用下，油液補充或排出的量會有較大變化，因此在相同的標準（同樣的感應信號）下，控制精度會變化較大。

（二）控制範圍有限：不能檢測到行程過長的問題，僅能實現行程不會太短的控制。

（三）影響整機性能：如果油缸停下來等待控制到位，則每分鐘的泵送次數將受較大影響，如此降低了整機效率。

發明內容

專利目的

《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》目的在於提供混凝土泵等設備使用的精確的串聯油缸行程控制方法，該發明的目的還在於提供一種串聯油缸的行程控制裝置。

技術方案

《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》提供了一種串聯油缸的行程控制方法，包括以下步驟：通過錯開布置兩個油缸行程位置採集器以形成油缸行程的控制區域；根據油缸行程與控制區域之間的位置關係以及串聯油缸的聯通腔的連通狀態判定聯通腔的油液容積狀態，其中，油缸行程與控制區域之間的位置關係為：未到達控制區域、到達控制區域、超過控制區域，聯通腔的油液容積狀態為：過少、合適、過多，聯通腔的連通狀態包括有桿腔聯通和無桿腔連通；以及根據聯通腔的油液容積狀態對聯通腔的油液容積進行調整，以將油缸行程控制在控制區域內。

優選地，通過調整兩個行程位置採集器的錯開距離來調整油缸行程的控制精度。

優選地，在兩個泵送循環完成時，通過統計兩個油缸行程位置採集器的信號有無情況來確定油缸行程與控制區域之間的關係。

優選地，當油缸行程未到達控制區域或超過控制區域時，在接下來的每個泵送循環中逐次增加或減少補油量或泄油量，直到油缸行程位於控制區域內。

優選地，當油缸行程位於控制區域內時，在接下來的每個泵送循環中，保持補油量或泄油量不變。

優選地，油缸行程由補油量或泄油量來控制，補油量或泄油量通過控制開關電磁閥開啟時間或比例閥流量或伺服閥流量來控制。

另一方面，該發明提供了一種混凝土泵的串聯油缸的行程控制裝置，其包括信號採集裝置、信號處理裝置和補泄油液壓系統，其中信號採集裝置包括錯開布置兩個油缸行程位置採集器，以形成油缸行程的控制區域；信號處理裝置根據油缸行程與控制區域之間的位置關係以及串聯油缸的聯通腔的連通狀態判定聯通腔的油液容積狀態，並根據聯通腔的油液容積狀態控制補泄油液壓系統對聯通腔的油液容積進行調整。

優選地，上述串聯油缸的兩個油缸分別設有油缸行程位置採集器。

優選地，上述油缸行程位置採集器設定於油缸有桿腔或油缸無桿腔或水箱上，或其它可檢測到活塞或活塞桿位置的地方。

優選地，上述補泄油液壓系統包括：第一電磁換向閥，用於選擇串聯油缸的聯通腔的連通狀態；第二電磁換向閥，使聯通腔具有三種狀態：與供油系統連通的補油狀態、與低壓端或油箱連通的泄油狀態以及原樣保持狀態。

上述補泄油液壓系統中可以增加比例閥或伺服閥，以對補油流量或泄油流量進行控制。

有益效果

《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》通過將油缸行程控制在一控制區域內，並根據聯通腔的連通狀態來調整聯通腔的油液容積，其行程控制精度得到了提高，並且對行程過長和過短都可以進行檢測。在油液容積的調整過程中，採用在每個泵送循環中逐次增加或減少油液量的方法，避免了油液容積調整工作給對串聯油缸泵送工作帶來的影響，以保證整機效率。

附圖說明

圖1示出了2010年3月以前技術的具有卸壓型緩衝機構以調整油缸行程的串聯油缸的示意圖；

圖2示出了2010年3月以前技術的通過採集活塞桿終端信號來調整油缸行程的混凝土泵的示意圖；

圖3示出了根據《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》的串聯油缸行程控制裝置的原理框圖；

圖4示出了根據該發明串聯油缸的行程控制裝置的信號採集裝置的一種布局示意圖；

圖5示出了根據該發明串聯油缸的行程控制裝置的信號採集裝置的另一種布局示意圖；以及

圖6示出了根據該發明串聯油缸的行程控制裝置的補泄油液壓系統的原理框圖。

權利要求

1.一種串聯油缸的行程控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：通過錯開布置兩個油缸行程位置採集器以形成油缸行程的控制區域；根據油缸行程與所述控制區域之間的位置關係以及所述串聯油缸的聯通腔的連通狀態判定所述聯通腔的油液容積狀態，其中，所述油缸行程與控制區域之間的位置關係為：未到達控制區域、到達控制區域、超過控制區域，所述聯通腔的油液容積狀態為：過少、合適、過多，所述聯通腔的連通狀態包括有桿腔聯通和無桿腔連通；以及根據所述聯通腔的油液容積狀態對所述聯通腔的油液容積進行調整，以將所述油缸行程控制在所述控制區域內。

2.根據權利要求1所述的串聯油缸的行程控制方法，其特徵在於，通過調整所述兩個油缸行程位置採集器的錯開距離來調整所述油缸行程的控制精度。

3.根據權利要求1所述的串聯油缸的行程控制方法，其特徵在於，在兩個泵送循環完成時，通過統計所述兩個油缸行程位置採集器的信號有無情況來確定所述油缸行程與所述控制區域之間的關係。

4.根據權利要求1所述的串聯油缸的行程控制方法，其特徵在於，當所述油缸行程未到達所述控制區域或超過所述控制區域時，在接下來的每個泵送循環中逐次增加或減少補油量或泄油量，直到油缸行程位於所述控制區域內。

5.根據權利要求4所述的串聯油缸的行程控制方法，其特徵在於，當所述油缸行程位於控制區域內時，在接下來的每個泵送循環中，保持補油量或泄油量不變。

6.根據權利要求1所述的串聯油缸的行程控制方法，其特徵在於，所述油缸行程由補油量或泄油量來控制，所述補油量或泄油量通過控制開關電磁閥開啟時間或比例閥流量或伺服閥流量來控制。

7.一種串聯油缸的行程控制裝置，其特徵在於，包括信號採集裝置、信號處理裝置和補泄油液壓系統，其中所述信號採集裝置包括錯開布置兩個油缸行程位置採集器，以形成油缸行程的控制區域；所述信號處理裝置根據油缸行程與所述控制區域之間的位置關係以及所述串聯油缸的聯通腔的連通狀態判定所述聯通腔的油液容積狀態，並根據所述聯通腔的油液容積狀態控制所述補泄油液壓系統對所述聯通腔的油液容積進行調整。

8.根據權利要求7所述的串聯油缸的行程控制裝置，其特徵在於，所述兩個油缸行程位置採集器分別設定在所述串聯油缸的兩個油缸上，或者，所述兩個油缸行程位置採集器設定在所述串聯油缸的兩個油缸中的一個油缸上。

9.根據權利要求7所述的串聯油缸的行程控制裝置，其特徵在於，所述油缸行程位置採集器設定於油缸有桿腔或油缸無桿腔或水箱上。

10.根據權利要求7所述的串聯油缸的行程控制裝置，其特徵在於，所述補泄油液壓系統包括：第一電磁換向閥，用於選擇所述串聯油缸的聯通腔的連通狀態；第二電磁換向閥，使所述聯通腔具有三種狀態：與供油系統連通的補油狀態、與低壓端或油箱連通的泄油狀態以及原樣保持狀態。

技術領域

《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》涉及一種套用於混凝土泵等設備的串聯油缸的行程控制方法及套用該方法的行程控制裝置。

實施方式

圖3示出了根據《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》的串聯油缸的行程控制裝置的原理框圖。如圖所示，行程控制裝置包括油缸行程的信號採集裝置10、補泄油液壓系統20和信號處理裝置30。信號採集裝置10包括兩個相對錯開安裝的接近開關，即前接近開關和後接近開關；信號處理裝置30一端與液壓系統相連，另一端與相對錯開的信號採集裝置10相連；補泄油液壓系統20與串聯油缸聯通腔相連。

其中，信號採集裝置可裝於油缸有桿腔或油缸無桿腔或水箱上，或其它可檢測到活塞或活塞桿位置的地方。

圖4和圖5示出了根據《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》的串聯油缸的行程控制裝置的信號採集裝置的兩種局部示意圖。如圖4和圖5所示，砼缸11、13用於輸送混凝土，水箱15用以冷卻及提供更換零部件空間，油缸12、14為泵送系統執行機構，換向信號發生器16、17用於控制泵送系統換向並保持持續工作。

行程位置採集器18、19位於油缸和砼缸之間的水箱15位置，用於對泵送的行程狀態進行評價和判斷。行程位置採集器18、19一前一後布置（或者稱為錯開布置），其控制區域L的大小將決定油缸行程的控制精度。控制區域L越小，控制越精確，該控制區域L方便進行調節。

在圖4中，行程位置採集器18用於檢測油缸12的行程，其位置靠前；行程位置採集器19用於檢測油缸14的行程，其位置靠後，當行程位置採集器18、19由接近開關構成時，行程位置採集器18稱為前接近開關，行程位置採集器19則稱為後接近開關。

在圖5中，行程位置採集器18、19用於檢測同一油缸的行程，其一前一後設定。

油缸12和油缸14的運動過程和行程完全相同，行程位置採集器18、19分別用於檢測兩油缸行程時（如圖4所示），在換向信號發生器16、17發生故障時可以作為換向信號發生器使用，如此可增加混凝土泵的工作可靠性。

另外，兩個接近開關位置的裝配是根據不同的要求變化的，因此沒有作出限定，只是給出了舉例，也就是精度。行業內的技術人員可根據自己需要作出調整的。

圖6示出了根據《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》串聯油缸的行程控制裝置的補泄油液壓系統的原理框圖。如圖6所示，補泄油液壓系統20包括兩位電磁換向閥21和三位電磁換向閥22和供油系統23。

其中，串聯油缸的由無桿腔連通構成的聯通腔連線至兩位電磁換向閥21的出油口A，串聯油缸的由有桿腔連通構成的聯通腔連線至兩位電磁換向閥21的出油口B，兩位換向閥21的進油口連通三位換向閥的出油口A，回油口封堵，根據聯通腔為無桿腔或有桿腔，電磁鐵T1a具有失電和得電兩種狀態。其中，無桿腔對應於低壓狀態，有桿腔對應於高壓狀態。

三位換向閥的出油口B封堵，進油口P接供油系統23，回油口T接油箱以回油。電磁鐵T2a和T2b控制三位電磁換向閥22的三種狀態：補液狀態、泄油狀態和既不補油也不泄油的狀態。

串聯油缸的行程控制方法如下：由兩個相對錯開的行程位置採集器形成一個控制區域，通過判斷油缸行程與該區域的關係來控制連通腔的補泄油狀態，以實現油缸行程的控制。

具體地，通過行程位置採集器18、19的邏輯關係可判斷出聯通腔的油液容積狀態，結合兩電磁閥21、22的控制，實現對聯通腔的油液容積進行控制，從而控制油缸行程即泵送行程。

《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》的控制方法由兩部分組成：狀態判斷、控制量計算。

一、狀態判斷

油缸行程的狀態主要包括三種：未到位即油缸行程未到達控制區域、到位即油缸行程位於控制區域內、過到位即油缸行程超過控制區域。

通過水箱上前後接近開關的布置可區分以上三種情況。

判斷方式：在兩個泵送循環完成後，統計前後接近開關的信號情況：兩接近開關均沒信號-----未到位；前接近開關有而後接近開關無信號------到位；兩接近開關均有信號------過到位。

如圖5所示，如果油缸退回來，前後接近開關18、19都沒感應到信號，則油缸行程就短了（未到位），但是如果前後接近開關18、19都感應到信號，則油缸行程就長了（過到位），在該發明中，希望油缸退回後正好處在這兩個接近開關之間，這樣就叫做“到位”。

聯通腔油量狀態判斷方式：低壓時，油缸聯通腔為無桿腔；高壓時，油缸聯通腔為有桿腔。

聯通腔的油液容積與行程到位的狀態之間的關係如表一所示。

表一

行程到位的狀態	聯通腔油液容積
	低壓	高壓
未到位	多	少
到位	不多不少	不多不少
過到位	少	多

二、控制量計算

通過控制開關電磁閥的開啟時間模仿比例閥的開度變化，實現對聯通腔油液的精細控制。整個控制過程有兩部分組成：

（1）初始狀態確定：

A）聯通腔油液過多：泄油，打開電磁閥22，持續時間為t秒，即電磁鐵T2a得電t秒；

B）聯通腔油液過少：補油，打開電磁閥22，持續時間t秒，即T2b電磁鐵得電t秒。

以上初始狀態值的確定僅在第一次泵送循環時完成，確定逼近算法初始值，該逼近算法將在下面描述。

（2）過程值逼近：當油缸行程未到達控制區域或超過控制區域時，在接下來的每個泵送循環中逐次增加補油量或泄油量，直到油缸行程位於控制區域內。除第一次的所有泵送循環，當出現聯通腔油液不多不少時，保持上一周期補油或泄油狀態不變。

補油或泄油的具體算法的實施例

表二給出了在每個泵送循環中遞增係數相同的補油量或泄流量的實例，即根據第n-1次泵送循環的狀態推導第n次泵送循環的狀態。

表二

	泵送循環		備註
	第n-1次	第n次
			kl=1.2 k2=1.1
聯通腔油液狀態	/	多
補泄油狀態	補油	補油
補泄油時間	t	t/k1
聯通腔油液狀態	/	少
補泄油狀態	補油	補油
補泄油時間	t	t*k2
聯通腔油液狀態	/	少
補泄油狀態	泄油	泄油
補泄油時間	t	t*k2
聯通腔油液狀態	/	多
補泄油狀態	泄油	泄油
補泄油時間	t	t/k1

當t值小於100毫秒後，狀態反轉。即補油狀態變泄油，泄油狀態變補油，重新設定初始值t，然後再依據以上算法重新逼近。

以上數值如t＝100毫秒，數值K1＝1.2；K2＝1.1等，均為舉例，可以根據需要來設定。

榮譽表彰

2013年10月，《串聯油缸的精確的行程控制方法及行程控制裝置》獲得第十五屆中國專利優秀獎。