CN101776107A - 串联油缸的精确的行程控制方法及行程控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联油缸的行程控制方法，包括以下步骤：通过错开布置两个油缸行程位置采集器以形成油缸行程的控制区域；根据油缸行程与控制区域之间的位置关系以及串联油缸的联通腔的连通状态判定联通腔的油液容积状态；以及根据联通腔的油液容积状态对联通腔的油液容积进行调整，以将油缸行程控制在控制区域内。本发明还公开了一种串联油缸的行程控制装置。在本发明中，油缸行程控制精度得到了提高，并且对行程过长和过短都可以进行检测。在油液容积的调整过程中，采用在每个泵送循环中逐次增加或减少油液量的方法，避免了油液容积调整工作给对串联油缸泵送工作带来的影响。

Description

串联油缸的精确的行程控制方法及行程控制装置
技术领域
本发明涉及一种应用于混凝土泵等设备的串联油缸的行程控制方法及应用该方法的行程控制装置。
背景技术
混凝土泵是通过两串联液压缸的往复运动来实现混凝土的连续泵送。两串联液压缸缸径、杆径均相同，理论上能保持同步运动。
但由于制造精度、负载、泄漏等原因，会导致两油缸不同步，随着时间的积累，其同步误差逐渐增大，如没有控制装置，会增大至***无法正常工作。
在混凝土泵上普遍采用卸压型缓冲机构来调整串联油缸的行程。如图1所示，串联油缸的第一油缸12的无杆腔123和第二油缸14的无杆腔143联通在一起成为联通腔，第一油缸的有杆腔121和第二油缸14的有杆腔141为进油腔，当有杆腔121进油时，油缸杆125后退，油缸杆145伸出；当有杆腔141进油时，油缸杆145后退，油缸杆121伸出。第一油缸12上设有泄压型缓冲机构127，第二油缸14上设有泄压型缓冲机构147。第一油缸12的行程与第二油缸12的行程相等，同时也是串联油缸的行程，即油缸行程。
但卸压型缓冲机构需在油缸上打孔，因此其位置不能灵活调节，而且随着压力、流量、缸径、杆径、换向控制***的不同，油缸缓冲距离也不同，所以难以适应复杂工况，有时会造成行程变短或行程变长的故障，导致润滑不到位或吸料性变差，这将对泵送***的耐磨特性及效率有很大影响。
专利文献WO1990004104A1披露了一种串联油缸的控制行程方式，如图2所示，两个输送缸分别通过驱动油缸以交替式压缩及吸入冲程进行推挽式操控，其中，无杆腔的油口A、B互进油口和出油口，有杆腔联通成为联通腔，由三位四通电磁阀控制其补充油液或***油液，其中，油口P为补油口，油口T为回油口。即压力油交替供入驱动油缸的活塞盖端，而这两个杆端互相连接的驱动侧，其活塞冲程可通过液压油的供给与排放得以平衡，其中，彼此之间逻辑相连的终位信号(由传感器B1、B2、B3、B4检测)触发于驱动油缸活塞的四个终端位置上。
当一个活塞的杆端终位信号已存在，同时另一个活塞的盖端终位信号不存在时，液压油液得以供入，而当一个活塞的杆端终位信号不存在，同时另一个活塞的盖端终位信号存在时，液压油液得以排出；而当两个活塞的杆端和盖端终位信号同时存在或不存在时，将停止液压油液的供给和排放。
该方案有几个缺陷：
(一)控制精度有限：在不同压力作用下，油液补充或排出的量会有较大变化，因此在相同的标准(同样的感应信号)下，控制精度会变化较大。
(二)控制范围有限：不能检测到行程过长的问题，仅能实现行程不会太短的控制。
(三)影响整机性能：如果油缸停下来等待控制到位，则每分钟的泵送次数将受较大影响，如此降低了整机效率。
发明内容
本发明目的在于提供混凝土泵等设备使用的精确的串联油缸行程控制方法，本发明的目的还在于提供一种串联油缸的行程控制装置。
为此，本发明提供了一种串联油缸的行程控制方法，包括以下步骤：通过错开布置两个油缸行程位置采集器以形成油缸行程的控制区域；根据油缸行程与控制区域之间的位置关系以及串联油缸的联通腔的连通状态判定联通腔的油液容积状态，其中，油缸行程与控制区域之间的位置关系为：未到达控制区域、到达控制区域、超过控制区域，联通腔的油液容积状态为：过少、合适、过多，联通腔的连通状态包括有杆腔联通和无杆腔连通；以及根据联通腔的油液容积状态对联通腔的油液容积进行调整，以将油缸行程控制在控制区域内。
优选地，通过调整两个行程位置采集器的错开距离来调整油缸行程的控制精度。
优选地，在两个泵送循环完成时，通过统计两个油缸行程位置采集器的信号有无情况来确定油缸行程与控制区域之间的关系。
优选地，当油缸行程未到达控制区域或超过控制区域时，在接下来的每个泵送循环中逐次增加或减少补油量或泄油量，直到油缸行程位于控制区域内。
优选地，当油缸行程位于控制区域内时，在接下来的每个泵送循环中，保持补油量或泄油量不变。
优选地，油缸行程由补油量或泄油量来控制，补油量或泄油量通过控制开关电磁阀开启时间或比例阀流量或伺服阀流量来控制。
另一方面，本发明提供了一种混凝土泵的串联油缸的行程控制装置，其包括信号采集装置、信号处理装置和补泄油液压***，其中信号采集装置包括错开布置两个油缸行程位置采集器，以形成油缸行程的控制区域；信号处理装置根据油缸行程与控制区域之间的位置关系以及串联油缸的联通腔的连通状态判定联通腔的油液容积状态，并根据联通腔的油液容积状态控制补泄油液压***对联通腔的油液容积进行调整。
优选地，上述串联油缸的两个油缸分别设有油缸行程位置采集器。
优选地，上述油缸行程位置采集器设置于油缸有杆腔或油缸无杆腔或水箱上，或其它可检测到活塞或活塞杆位置的地方。
优选地，上述补泄油液压***包括：第一电磁换向阀，用于选择串联油缸的联通腔的连通状态；第二电磁换向阀，使联通腔具有三种状态：与供油***连通的补油状态、与低压端或油箱连通的泄油状态以及原样保持状态。
上述补泄油液压***中可以增加比例阀或伺服阀，以对补油流量或泄油流量进行控制。
在本发明中，通过将油缸行程控制在一控制区域内，并根据联通腔的连通状态来调整联通腔的油液容积，其行程控制精度得到了提高，并且对行程过长和过短都可以进行检测。在油液容积的调整过程中，采用在每个泵送循环中逐次增加或减少油液量的方法，避免了油液容积调整工作给对串联油缸泵送工作带来的影响，以保证整机效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：
图1示出了现有技术的具有卸压型缓冲机构以调整油缸行程的串联油缸的示意图；
图2示出了现有技术的通过采集活塞杆终端信号来调整油缸行程的混凝土泵的示意图；
图3示出了根据本发明的串联油缸行程控制装置的原理框图；
图4示出了根据本发明串联油缸的行程控制装置的信号采集装置的一种布局示意图；
图5示出了根据本发明串联油缸的行程控制装置的信号采集装置的另一种布局示意图；以及
图6示出了根据本发明串联油缸的行程控制装置的补泄油液压***的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图3示出了根据本发明的串联油缸的行程控制装置的原理框图。如图所示，行程控制装置包括油缸行程的信号采集装置10、补泄油液压***20和信号处理装置30。信号采集装置10包括两个相对错开安装的接近开关，即前接近开关和后接近开关；信号处理装置30一端与液压***相连，另一端与相对错开的信号采集装置10相连；补泄油液压***20与串联油缸联通腔相连。
其中，信号采集装置可装于油缸有杆腔或油缸无杆腔或水箱上，或其它可检测到活塞或活塞杆位置的地方。
图4和图5示出了根据本发明的串联油缸的行程控制装置的信号采集装置的两种局部示意图。如图4和图5所示，砼缸11、13用于输送混凝土，水箱15用以冷却及提供更换零部件空间，油缸12、14为泵送***执行机构，换向信号发生器16、17用于控制泵送***换向并保持持续工作。
行程位置采集器18、19位于油缸和砼缸之间的水箱15位置，用于对泵送的行程状态进行评价和判断。行程位置采集器18、19一前一后布置(或者称为错开布置)，其控制区域L的大小将决定油缸行程的控制精度。控制区域L越小，控制越精确，该控制区域L方便进行调节。
在图4中，行程位置采集器18用于检测油缸12的行程，其位置靠前；行程位置采集器19用于检测油缸14的行程，其位置靠后，当行程位置采集器18、19由接近开关构成时，行程位置采集器18称为前接近开关，行程位置采集器19则称为后接近开关。
在图5中，行程位置采集器18、19用于检测同一油缸的行程，其一前一后设置。
油缸12和油缸14的运动过程和行程完全相同，行程位置采集器18、19分别用于检测两油缸行程时(如图4所示)，在换向信号发生器16、17发生故障时可以作为换向信号发生器使用，如此可增加混凝土泵的工作可靠性。
另外，两个接近开关位置的装配是根据不同的要求变化的，因此没有作出限定，只是给出了举例，也就是精度。行业内的技术人员可根据自己需要作出调整的。
图6示出了根据本发明串联油缸的行程控制装置的补泄油液压***的原理框图。如图6所示，补泄油液压***20包括两位电磁换向阀21和三位电磁换向阀22和供油***23。
其中，串联油缸的由无杆腔连通构成的联通腔连接至两位电磁换向阀21的出油口A，串联油缸的由有杆腔连通构成的联通腔连接至两位电磁换向阀21的出油口B，两位换向阀21的进油口连通三位换向阀的出油口A，回油口封堵，根据联通腔为无杆腔或有杆腔，电磁铁T1a具有失电和得电两种状态。其中，无杆腔对应于低压状态，有杆腔对应于高压状态。
三位换向阀的出油口B封堵，进油口P接供油***23，回油口T接油箱以回油。电磁铁T2a和T2b控制三位电磁换向阀22的三种状态：补液状态、泄油状态和既不补油也***油的状态。
串联油缸的行程控制方法如下：由两个相对错开的行程位置采集器形成一个控制区域，通过判断油缸行程与该区域的关系来控制连通腔的补泄油状态，以实现油缸行程的控制。
具体地，通过行程位置采集器18、19的逻辑关系可判断出联通腔的油液容积状态，结合两电磁阀21、22的控制，实现对联通腔的油液容积进行控制，从而控制油缸行程即泵送行程。
本发明的控制方法由两部分组成：状态判断、控制量计算。
一、状态判断
油缸行程的状态主要包括三种：未到位即油缸行程未到达控制区域、到位即油缸行程位于控制区域内、过到位即油缸行程超过控制区域。
通过水箱上前后接近开关的布置可区分以上三种情况。
判断方式：在两个泵送循环完成后，统计前后接近开关的信号情况：两接近开关均没信号-----未到位；前接近开关有而后接近开关无信号------到位；两接近开关均有信号------过到位。
如图5所示，如果油缸退回来，前后接近开关18、19都没感应到信号，则油缸行程就短了(未到位)，但是如果前后接近开关18、19都感应到信号，则油缸行程就长了(过到位)，在本发明中，希望油缸退回后正好处在这两个接近开关之间，这样就叫做“到位”。
联通腔油量状态判断方式：低压时，油缸联通腔为无杆腔；高压时，油缸联通腔为有杆腔。
联通腔的油液容积与行程到位的状态之间的关系如表一所示。
表一：
Figure GSA00000053233700081
二、控制量计算
通过控制开关电磁阀的开启时间模仿比例阀的开度变化，实现对联通腔油液的精细控制。整个控制过程有两部分组成：
(1)初始状态确定：
A)联通腔油液过多：泄油，打开电磁阀22，持续时间为t秒，即电磁铁T2a得电t秒；
B)联通腔油液过少：补油，打开电磁阀22，持续时间t秒，即T2b电磁铁得电t秒。
以上初始状态值的确定仅在第一次泵送循环时完成，确定逼近算法初始值，该逼近算法将在下面描述。
(2)过程值逼近：当油缸行程未到达控制区域或超过控制区域时，在接下来的每个泵送循环中逐次增加补油量或泄油量，直到油缸行程位于控制区域内。除第一次的所有泵送循环，当出现联通腔油液不多不少时，保持上一周期补油或泄油状态不变。
补油或泄油的具体算法的实施例
表二给出了在每个泵送循环中递增系数相同的补油量或泄流量的实例，即根据第n-1次泵送循环的状态推导第n次泵送循环的状态。
表二
Figure GSA00000053233700101
当t值小于100ms后，状态反转。即补油状态变泄油，泄油状态变补油，重新设定初始值t，然后再依据以上算法重新逼近。
本领域技术人员可以理解，以上数值如t＝100ms，数值K1＝1.2；K2＝1.1等，均为举例，可以根据需要来设定。
通过以上描述可以看出，在本发明中，通过将油缸行程控制在一控制区域内，并根据联通腔的连通状态来调整联通腔的油液容积，其行程控制精度得到了提高，并且对行程过长和过短都可以进行检测。在油液容积的调整过程中，采用在每个泵送循环中逐次增加或减少油液量的方法，以降低对串联油缸泵送次数的影响，从而提高整机效率。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联油缸的行程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过错开布置两个油缸行程位置采集器以形成油缸行程的控制区域；
根据油缸行程与所述控制区域之间的位置关系以及所述串联油缸的联通腔的连通状态判定所述联通腔的油液容积状态，其中，所述油缸行程与控制区域之间的位置关系为：未到达控制区域、到达控制区域、超过控制区域，所述联通腔的油液容积状态为：过少、合适、过多，所述联通腔的连通状态包括有杆腔联通和无杆腔连通；以及
根据所述联通腔的油液容积状态对所述联通腔的油液容积进行调整，以将所述油缸行程控制在所述控制区域内。
2.根据权利要求1所述的串联油缸的行程控制方法，其特征在于，通过调整所述两个行程位置采集器的错开距离来调整所述油缸行程的控制精度。
3.根据权利要求1所述的串联油缸的行程控制方法，其特征在于，在两个泵送循环完成时，通过统计所述两个油缸行程位置采集器的信号有无情况来确定所述油缸行程与所述控制区域之间的关系。
4.根据权利要求1所述的串联油缸的行程控制方法，其特征在于，当所述油缸行程未到达所述控制区域或超过所述控制区域时，在接下来的每个泵送循环中逐次增加或减少补油量或泄油量，直到油缸行程位于所述控制区域内。
5.根据权利要求4所述的串联油缸的行程控制方法，其特征在于，当所述油缸行程位于控制区域内时，在接下来的每个泵送循环中，保持补油量或泄油量不变。
6.根据权利要求1所述的串联油缸的行程控制方法，其特征在于，所述油缸行程由补油量或泄油量来控制，所述补油量或泄油量通过控制开关电磁阀开启时间或比例阀流量或伺服阀流量来控制。
7.一种串联油缸的行程控制装置，其特征在于，包括信号采集装置、信号处理装置和补泄油液压***，其中
所述信号采集装置包括错开布置两个油缸行程位置采集器，以形成油缸行程的控制区域；
所述信号处理装置根据油缸行程与所述控制区域之间的位置关系以及所述串联油缸的联通腔的连通状态判定所述联通腔的油液容积状态，并根据所述联通腔的油液容积状态控制所述补泄油液压***对所述联通腔的油液容积进行调整。
8.根据权利要求7所述的串联油缸的行程控制装置，其特征在于，所述串联油缸的两个油缸分别设有油缸行程位置采集器，或者，其中一个油缸设置有两个行程位置采集器。
9.根据权利要求7所述的串联油缸的行程控制装置，其特征在于，所述油缸行程位置采集器设置于油缸有杆腔或油缸无杆腔或水箱上。
10.根据权利要求7所述的串联油缸的行程控制装置，其特征在于，所述补泄油液压***包括：第一电磁换向阀，用于选择所述串联油缸的联通腔的连通状态；第二电磁换向阀，使所述联通腔具有三种状态：与供油***连通的补油状态、与低压端或油箱连通的泄油状态以及原样保持状态。
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