一种油缸控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种油缸控制系统及控制方法，用于降低油源消耗，控制油缸伸缩，包括多路阀和第一单向阀，所述油缸有杆腔与多路阀连接，所述油缸无杆腔经第一单向阀与多路阀连接，所述的油缸控制系统还连接设置控制器、旁通回路单元、压力传感单元、多冗余单元和蓄能单元，所述的控制器通过压力传感单元与旁通回路单元连接，控制器通过压力传感单元的指令控制旁通回路单元工作，所述的多冗余单元与蓄能单元连接，控制油缸伸缩。本发明专利技术采用旁通回路实现液压油缸控制，降低系统搭建成本、减小系统发热，降低冷却系统负荷；控制系统采用电液控制技术，可扩展性强，便于实现自动化控制；提高速度控制回路负载适应性；有较好的节能效果提高系统控制精度。

An oil cylinder control system and control method

【技术实现步骤摘要】
一种油缸控制系统及控制方法
本专利技术属于电液领域，尤其涉及一种油缸控制系统及控制方法。
技术介绍
液压油缸在机械行业应用十分广泛。液压油缸一般有两个油腔，通过不同油腔进油及回油可实现油缸活塞杆的伸出及缩回。受油缸结构及使用方式限制，一般油缸无杆腔液压油作用面积与有杆腔作用面积不同，我们将无杆腔面积与有杆腔面积之比称作缸杆比，缸杆比一般大于1。当有杆腔进油而无杆腔回油时，回油流量如下式所示。Q有-i·Q无从上式可以看出，当液压系统油源流量固定不变时，缸杆比越大，无杆腔回油流量越大。以某型钻机给进油缸为例，其缸杆比达到2.1，这样，钻机给进油缸无杆腔进油时，有杆腔回油流量是有杆腔进油流量的2.1倍，若在液压系统设计时，根据系统流量选择油缸控制多路阀，由于油缸缸杆比大，无杆腔回油流量太大，会在无杆腔产生较大的背压，在钻机等举升装置中，需要一定的背压以平衡举升装置及钻具的自重，但是当缸杆较大时，油缸有杆腔背压过大，系统功率损失较大，发热严重，而且油缸缩回速度受背压影响较大，油缸缩回速度不可控。若根据无杆腔回油流量选择多路阀，虽解决了无杆腔背压问题，但这将大大增加液压系统搭建成本。另一种方法是多路阀采用非对称阀芯，此方法成本相对于第一种方法较低，但存在阀芯需要定制，供货周期较长，通用性较差等问题，而且由于无法实现对多路阀A、B口单独控制，所以系统的负载适应性较差，当外负载较大时，无法实现油缸速度的精确控制，易发生油缸失速，造成设备损坏，甚至引发安全事故。在部分大尺寸油缸控制中，采用两个电控比例换向阀分别单独控制油缸有杆腔及无杆腔流量以达到匹配系统的目的，此类方案虽解决了流量不对称的问题，但大大增加系统搭建成本，而且由于电控系统可靠性问题，当系统发生故障时，需要专业维修人员进行维修，操作人员无法快速判断系统故障，而导致系统无法正常工作，因此其使用范围受到了较大的限制。另一方面随着油缸尺寸的增大，由于油缸伸缩过程中，系统流量差异较大，特别是在油缸伸出过程中，需要大流量供给，因此造成油源功率储备较大，在油缸主要应用于举升情况下，大流量油液主要克服油缸及负载重力势能，在油缸频繁往复过程中，为克服重力需要消耗大量的能量。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种油缸控制系统及控制方法，以解决现有技术中存在系统背压较大、液压油发热严重、系统搭建成本高、通用性较差、高能耗等问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种油缸控制系统，用于降低油源消耗，控制油缸伸缩，包括多路阀和第一单向阀，所述油缸有杆腔与多路阀连接，所述油缸无杆腔经第一单向阀与多路阀连接，所述的油缸控制系统还连接设置控制器、旁通回路单元、压力传感单元、多冗余单元和蓄能单元，所述的控制器通过压力传感单元与旁通回路单元连接，控制器通过压力传感单元的指令控制旁通回路单元工作，所述的多冗余单元与蓄能单元连接，控制油缸伸缩。进一步地，所述的旁通回路单元包括第二单向阀和第一换向阀，所述的油缸与第二单向阀连接，第二单向阀的控制油口与第一换向阀的控制油口连接，所述控制器控制第二单向阀开启和第一换向阀的动作。进一步地，油源包括控制油源和控制油源，所述多路阀的液控端分别与控制油源、控制油源连接；所述油缸经第一单向阀与多路阀连接，油缸无杆腔至多路阀油路不通，多路阀至油缸无杆腔油路通。进一步地，所述的压力传感单元包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器连接于控制油源与多路阀先导油口之间；所述第二压力传感器分别与控制器、第二单向阀连接。进一步地，所述的油缸控制系统还设置第一减压阀，所述第一减压阀的控制端与控制器连接，第一减压阀分别与第一换向阀的控制油口连接，所述多冗余单元包括第二减压阀和截止阀，所述第二减压阀分别与蓄能单元、第一换向阀的控制油口连接，所述截止阀分别与第一减压阀、控制油源连接。进一步地，所述的油缸控制系统还设置第二换向阀和和梭阀，所述的梭阀分别与控制油源、控制油源和第二换向阀连接。进一步地，所述的蓄能单元包括蓄能器，所述的蓄能器分别与第一减压阀和第二换向阀连接。一种油缸控制方法，所述的控制方法包括本专利技术所述的油缸控制系统。具体地，通过第一压力传感器获取控制油源压力，当控制油源压力大于多路阀开启压力时，控制器根据多路阀输出特性，计算出油缸理论缩回速度，然后通过第二压力传感器获取第一换向阀的压力，控制器通过匹配第一换向阀的输出特性，根据输出特性计算出第一换向阀对应的开口量，从而控制第一减压阀的工作压力，以控制第一换向阀打开，控制油缸伸缩。本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：(1)本专利技术实现油缸控制，系统搭建成本低，可有效解决油缸无杆腔大流量背压问题；大流量回油不通过多路直接回油箱，减小了系统发热，降低了冷却系统负荷；控制系统采用电液控制技术，可扩展性强，便于实现自动化控制；提高了速度控制回路负载适应性；有较好的节能效果；(2)在第二换向阀的控制回路中增加越权截止阀及独立控制减压阀，当电气回路故障时或者控制油源故障时，可通过越权控制，单独控制无杆腔油液释放，一方面可避免系统完全失效，无法工作，带来的安全隐患，另一方面为专业的电气维修工程师争取检修时间。附图说明图1是实施例1中液压系统原理图；图2是常规油缸液压控制系统原理图；图3是实施例1中油缸伸出原理图；图4是实施例1中油缸缩回原理图；图中各标号表示：1、油缸；2、第一单向阀；3、第二单向阀；4、第一换向阀；5、多路阀；6、截止阀；7、梭阀；8、第一压力传感器；9、第一减压阀；10、控制器；11、第二压力传感器；12、蓄能器；13、安全阀；14、第二换向阀；15、第二减压阀。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。一种油缸控制系统，用于降低油源消耗，控制油缸伸缩，包括多路阀和第一单向阀，所述油缸有杆腔与多路阀连接，所述油缸无杆腔经第一单向阀与多路阀连接，所述的油缸控制系统还连接设置控制器、旁通回路单元、压力传感单元、多冗余单元和蓄能单元，所述的控制器通过压力传感单元与旁通回路单元连接，控制器通过压力传感单元的指令控制旁通回路单元工作，所述的多冗余单元与蓄能单元连接，控制油缸伸缩。油缸流出的液压油经过旁通回路流回油缸的油箱。旁通回路控制可实现油缸控制，系统搭建成本低，可有效解决大缸杆比油缸无杆腔现存的技术问题，此外，系统搭建采用可采用常规多路阀，提高了系统的通用性；其余的零部件和零部件之间的连接关系也可采用常规的设计。本专利技术的各部件之间的“连接”关系，均采用该领域常规连接方式进行连接。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专利技术中的具体含义。下面将结合本专利技术实施例中的附图1～4，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细的描述，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1：遵从上述技术方案，结合图1～4，图中各字母标号均为了方便描述。本实施例提供一种油缸控制系统，用于降低油源消耗，控制油缸1伸缩，油源向油缸1提供液压油，控制系统包括多路阀5和第一单向阀2，油缸1有杆腔与多路阀5连接，所述油缸1无杆腔经第一单向阀2与多路阀5连接，多路阀5优选为液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油缸控制系统，用于降低油源消耗，控制油缸(1)伸缩，包括多路阀(5)和第一单向阀(2)，所述油缸(1)有杆腔与多路阀(5)连接，所述油缸(1)无杆腔经第一单向阀(2)与多路阀(5)连接，其特征在于，所述的油缸控制系统还连接设置控制器(10)、旁通回路单元、压力传感单元、多冗余单元和蓄能单元，所述的控制器(10)通过压力传感单元与旁通回路单元连接，控制器(10)通过压力传感单元的指令控制旁通回路单元工作，所述的多冗余单元与蓄能单元连接，控制油缸(1)伸缩。

【技术特征摘要】
1.一种油缸控制系统，用于降低油源消耗，控制油缸(1)伸缩，包括多路阀(5)和第一单向阀(2)，所述油缸(1)有杆腔与多路阀(5)连接，所述油缸(1)无杆腔经第一单向阀(2)与多路阀(5)连接，其特征在于，所述的油缸控制系统还连接设置控制器(10)、旁通回路单元、压力传感单元、多冗余单元和蓄能单元，所述的控制器(10)通过压力传感单元与旁通回路单元连接，控制器(10)通过压力传感单元的指令控制旁通回路单元工作，所述的多冗余单元与蓄能单元连接，控制油缸(1)伸缩。2.根据权利要求1所述的油缸控制系统，其特征在于，所述的旁通回路单元包括第二单向阀(3)和第一换向阀(4)，所述的油缸(1)与第二单向阀(3)连接，第二单向阀(3)的控制油口与第一换向阀(4)的控制油口连接，所述控制器(10)控制第二单向阀(3)开启和第一换向阀(4)的动作。3.根据权利要求2所述的油缸控制系统，其特征在于，所述油源包括控制油源(1)和控制油源(2)，所述多路阀(5)的液控端分别与控制油源(1)、控制油源(2)连接；所述油缸(1)经第一单向阀(2)与多路阀(5)连接，油缸(1)无杆腔至多路阀(5)油路不通，多路阀(5)至油缸(1)无杆腔油路通。4.根据权利要求3所述的油缸控制系统，其特征在于，所述的压力传感单元包括第一压力传感器(8)和第二压力传感器(11)，所述第一压力传感器(8)连接于控制油源(1)与多路阀(5)先导油口之间；所述第二压力传感器(11)分别与控制器(10)、第二单向阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡东，鲁飞飞，田宏亮，常江华，孙道明，翁寅生，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61