CN107975562B - 一种数字缓冲器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字缓冲器及其应用，主要包括液压机构部分和控制***部分，其在传统液压缓冲器的基础上，结合了高速开关阀、数据处理器、控制器、传感器等数字元件，实现液压缓冲器的智能化控制，便于计算机的直接控制，方便接入其他控制***。同时油箱、阀组和缓冲缸的一体化设计，有效减小了体积，实现装置的集成化和***化。而采用高速开关阀的应用，使本发明数字缓冲器液压***可靠性大大增加，降低成本和减少油路堵塞的概率，并且一体化结构设计可减少连接点，使潜在泄露大大减少，最终使装置坚固可靠。本发明数字缓冲器控制精度高、工作过程易于实现，能够满足一些行业的特殊需求，具有良好的经济价值和市场前景。

Description

一种数字缓冲器及其应用

技术领域

本发明涉及一种数字缓冲器及其应用，特别涉及一种可数字化控制的液压缓冲器，属于缓冲器技术领域。

背景技术

缓冲器是一种用来对冲击负荷进行延长，吸收并转化冲击负荷中的能量从而减少其不良后果的装置，被广泛地应用于起重运输、冶金、港口机械、铁道车辆等各个领域，其性能好坏直接影响到机器使用寿命、操作人员安全等许多因素.因此在生产中具有非常重要的地位。

缓冲器从其核心缓冲元件和缓冲机理的角度主要分为机械弹簧式缓冲器、橡胶式缓冲器、气缸式缓冲器、液压缓冲器、液压一弹簧缓冲器、压溃式缓冲器等六大类。其中液压缓冲器因其可将大部分冲击能通过节流孔吸收转化为油液的热能并散发掉.使得缓冲效率和衰减系数比传统的缓冲器大为提高而受到更多用户的青睐。液压缓冲器主要是利用油液的不可压缩性和流动性.通过在封闭容腔中液体在可变容腔和不可变容腔之间流动以及液体的不可压缩性以达到相应的压力承载和缓冲要求。液压缓冲器工作平稳，吸收能力大，在工业上有广泛的用途。

目前使用的液压缓冲器，自动化程度低，由于受限于传统的结构，其在使用过程中，节流面积的无法根据冲击载荷的情况进行任意自动调节，更不能实现缓冲容量随工况的自适应调节。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种数字缓冲器，本发明缓冲器是在传统液压缓冲器的基础上，通过采集冲击物体的速度以及缸内压力等数据，结合数字化控制***，通过高速开关阀控制节流阀的开关进而调节节流面积，从而达到精确控制和调节缓冲的目的。

本发明还提供上述一种数字缓冲器的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种数字缓冲器，包括：

液压机构，包括外壳、缓冲缸、活塞杆、活塞、复位弹簧、缸盖、油箱及由并联阀组构成的集成阀块，所述缓冲缸置于外壳内并通过外壳两端的缸盖、集成阀块封装，活塞置于缓冲缸内且活塞一侧连接活塞杆、另一侧连接复位弹簧，活塞杆一端贯穿缸盖，复位弹簧一端连接集成阀块；所述缓冲缸的有杆腔和无杆腔分别通过油路与并联阀组连接；

控制***，包括电机、齿轮泵、速度传感器、压力传感器、数据处理器和控制器，速度传感器设置在缸盖外侧，压力传感器设置在缓冲缸上，速度传感器和压力传感器分别与数据处理器连接，数据处理器与控制器连接，控制器又与并联阀组、电机连接，电机与齿轮泵传动连接，齿轮泵设置在油箱和并联阀组连接的油路上。

优选的，所述并联阀组包括相串联的第三高速开关阀与第一节流阀、相串联的第四高速开关阀与第二节流阀、相串联的第五高速开关阀与第三节流阀，相串联的第六高速开关阀与第四节流阀、相串联的第七高速开关阀与第五节流阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀、第八高速开关阀和第九高速开关阀；其中，第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀均与缓冲缸无杆腔连接，第二高速开关阀、第三高速开关阀、第四高速开关阀、第五高速开关阀、第六高速开关阀、第七高速开关阀均与第八高速开关阀连接，第一高速开关阀还与第九高速开关阀连接，第八高速开关阀和第九高速开关阀还与缓冲缸有杆腔连接，齿轮泵设置在第一高速开关阀与第九高速开关阀连接的油路上；第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀、第四高速开关阀、第五高速开关阀、第六高速开关阀、第七高速开关阀、第八高速开关阀、第九高速开关阀均由控制器连接控制。

优选的，所述油箱还分别通过有杆腔充液阀、无杆腔充液阀与缓冲缸有杆腔、缓冲缸无杆腔连接。

优选的，所述电机通过联轴器与齿轮泵传动连接。

优选的，所述缸盖外侧上还设置有位移传感器，位移传感器与数据处理器连接。

优选的，所述位移传感器选用磁致伸缩传感器。

优选的，所述液压机构与控制***为一体式结构。

优选的，所述数据处理器、控制器选用STM32单片机或PLC控制器。此设计的好处在于，STM32单片机功能强大，既有数据处理功能，又有控制功能，可实现一机多用。

优选的，所述速度传感器选用Trans-tek线速度传感器。

优选的，所述压力传感器选用P-30/0-600bar/4-20mA/G1/4A型传感器。

一种数字缓冲器的使用方法，包括以下步骤：

当冲击体接触到活塞杆头时，速度传感器实时检测冲击物体的速度、压力传感器实时检测缓冲缸内的压力，并将速度和压力信息传输给数据处理器处理，数据处理器处理后再传输给控制器，控制器得出控制信号，通过高速开关阀控制节流阀的开关进而调节节流面积。

工作原理：本数字缓冲器以高速开关阀为数字元件，利用其成本低廉、稳定性好和高速性等特点，设计了一种数字液压缓冲器。由节流阀和高速开关阀串联组成数字节流元件，将多组数字节流元件并联组成节流阀组，采用PID控制高速开关阀完成变节流控制。当冲击体接触到活塞杆时，加速度传感器实时检测冲击物体的加速度、压力传感器实时检测缓冲腔的压力，两者经过复合处理，通过数字节流单元控制实时最佳节流面积，使缓冲器节流面积根据冲击物实时调节，并且使缓冲器的缓冲容量依据传感器的信息实时调节，从而实现精确平稳的实现缓冲。

本发明的有益效果在于：

本发明数字缓冲器在传统液压缓冲器的基础上，结合了高速开关阀、数据处理器、控制器、传感器等元件，实现液压缓冲器的智能化控制，便于计算机的直接控制，方便接入其他控制***。高速开关阀的应用，减少了油路堵塞的概率，一体化结构设计可减少连接点，使潜在泄露大大减少，最终使本发明数字缓冲器液压***可靠性大大增加。油箱、阀组和缓冲缸的一体化设计，有效减小了体积，实现装置的集成化和***化。本发明数字缓冲器控制精度高、缓冲过程平稳，能够满足一些行业的特殊需求，具有良好的经济价值和市场前景。

附图说明

图1为本发明数字缓冲器的整体结构示意图；

图2为本发明数字缓冲器液压机械结构的剖面图；

图3为本发明数字缓冲器并联阀组部分的示意图；

图4为本发明数字缓冲器控制部分的示意图；

图5为本发明数字缓冲器中油箱部分的示意图；

其中：1-活塞杆，2-速度传感器，3-缸盖，4-外壳，5-油箱，6-电机，7-电机固定架，8-控制器，9-联轴器，10-数据处理器，11-齿轮泵固定架，12-齿轮泵，13、15-吸油管接头，14-吸油管，16、18-压力油管接头，17-压力油管，19-回油通道，20-集成阀块，21、22、23-油路堵头，24-第一高速开关阀，25-第二高速开关阀，26-第一节流阀，27-第二节流阀，28-第三节流阀，29-第四节流阀，30-第五节流阀，31-缓冲缸，32-活塞，33-锁紧螺母，34-复位弹簧，35、36、37-高速开关阀油路，38-压力油路，39-第三高速开关阀，40-第四高速开关阀，41-第五高速开关阀，42-第六高速开关阀，43-第七高速开关阀，44-有杆腔油管，45、46-有杆腔油道，47-第八高速开关阀，48-无杆腔充液阀，49-有杆腔充液阀，50-第九高速开关阀，51、52、53、54、55、56、58-油路堵头，57-压力传感器，59-位移传感器。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图5所示，本实施例提供一种数字缓冲器，该数字缓冲器主要包括液压机构部分和控制***部分，其中：

液压机构，包括外壳4、缓冲缸31、活塞杆1、活塞32、复位弹簧34、缸盖3、油箱5及由并联阀组构成的集成阀块20，缓冲缸31安装在外壳4内并通过外壳两端的缸盖3、集成阀块20封装，活塞32置于缓冲缸31内且活塞一侧连接活塞杆1、另一侧连接复位弹簧34，活塞杆1一端贯穿缸盖3另一端被锁紧螺母33锁紧在活塞32上，复位弹簧34一端连接集成阀块20；缓冲缸31的有杆腔和无杆腔分别通过油路与并联阀组连接；

控制***，包括电机6、齿轮泵12、速度传感器2、压力传感器57、数据处理器10和控制器8，速度传感器2安装在缸盖3外侧，压力传感器57安装在缓冲缸无杆腔一侧，速度传感器2和压力传感器57分别与数据处理器10连接，数据处理器10与控制器8连接，控制器8又与并联阀组、电机6连接，电机6与齿轮泵12传动连接，齿轮泵12设置在油箱5和并联阀组连接的油路上。

作为核心部件之一的并联阀组包括相串联的第三高速开关阀39与第一节流阀26、相串联的第四高速开关阀40与第二节流阀27、相串联的第五高速开关阀41与第三节流阀28，相串联的第六高速开关阀42与第四节流阀29、相串联的第七高速开关阀43与第五节流阀30、第一高速开关阀24、第二高速开关阀25、第八高速开关阀47和第九高速开关阀50；其中，第一节流阀26、第二节流阀27、第三节流阀28、第四节流阀29、第五节流阀30、第一高速开关阀24、第二高速开关阀25均与缓冲缸无杆腔连接，第二高速开关阀25、第三高速开关阀39、第四高速开关阀40、第五高速开关阀41、第六高速开关阀42、第七高速开关阀43均与第八高速开关阀47连接，第一高速开关阀24还与第九高速开关阀50连接，第八高速开关阀47和第九高速开关阀50还与缓冲缸有杆腔连接，齿轮泵12设置在第一高速开关阀24与第九高速开关阀50连接的油路上；第一高速开关阀24、第二高速开关阀25、第三高速开关阀39、第四高速开关阀40、第五高速开关阀41、第六高速开关阀42、第七高速开关阀43、第八高速开关阀47、第九高速开关阀50均由控制器8连接控制。油箱5还分别通过有杆腔充液阀49、无杆腔充液阀48与缓冲缸有杆腔、缓冲缸无杆腔连接。

具体地，电机6的输出轴通过联轴器9与齿轮泵12传动连接，电机无特殊要求，普通交流电机均可适用。数据处理器10、控制器8选用STM32单片机，STM32单片机功能强大，既有数据处理功能，又有控制功能，可实现一机多用。速度传感器选用Trans-tek线速度传感器，压力传感器选用P-30/0-600bar/4-20mA/G1/4A型传感器。

本实施例中，液压机构与控制***为一体式结构，保证该数字缓冲器的整体性，同时方便携带和操作使用。在外壳4上焊接有电机固定架7和齿轮泵固定架11，电机6和齿轮泵12被分别安装在电机固定架7和齿轮泵固定架11上，保证其稳定性和整体性。齿轮泵12通过吸油管14与油箱5连接并通过压力油管17与集成阀块20上开设的压力油路38连接，集成阀块20上还开设有连通其内部高速开关阀的高速开关阀油路(35、36、37)，高速开关阀油路35、36、37与有杆腔油道46、有杆腔油管44、有杆腔油道45依次连通；在集成阀块20上还设置有油路堵头(21、22、23、51、52、53、54、55、56、58)，可用于释放液压油；

实施例2：

一种数字缓冲器，结构如实施例1所述，其不同之处在于：缸盖3外侧上还安装有位移传感器59，位移传感器59与数据处理器10连接。本实施例中，位移传感器59选用磁致伸缩传感器，可准确检测到活塞杆的位移量。数据处理器10、控制器8选用PLC控制器。

实施例3：

一种如实施例1所述的数字缓冲器的使用方法，具体操作步骤如下：

当冲击体接触到活塞杆头时，速度传感器2实时检测冲击物体的速度、压力传感器57实时检测缓冲缸内的压力，并将速度和压力信息传输给数据处理器10处理，数据处理器10处理后再传输给控制器8，控制器8得出控制信号，通过高速开关阀控制节流阀的开关进而调节节流面积，从而达到精确控制和调节缓冲的目的。

数据处理器和控制器为STM32单片机，事先向单片机内写入编好的程序，速度传感器和压力传感器将实时采集到的信息传输给单片机后，单片机会根据内部程序发出相应指令，来控制高速开关阀的运行，以此达到智能、精确控制和调节缓冲的目的。至于事先写入的内部程序则是本领域技术人员根据缓冲器的工作情况以及人员经验进行设计编写而成，并不在本申请保护范围之列。

Claims (6)

1.一种数字缓冲器，其特征在于，包括：

液压机构，包括外壳、缓冲缸、活塞杆、活塞、复位弹簧、缸盖、油箱及由并联阀组构成的集成阀块，所述缓冲缸置于外壳内并通过外壳两端的缸盖、集成阀块封装，活塞置于缓冲缸内且活塞一侧连接活塞杆、另一侧连接复位弹簧，活塞杆一端贯穿缸盖，复位弹簧一端连接集成阀块；所述缓冲缸的有杆腔和无杆腔分别通过油路与并联阀组连接；

控制***，包括电机、齿轮泵、速度传感器、压力传感器、数据处理器和控制器，速度传感器设置在缸盖外侧，压力传感器设置在缓冲缸上，速度传感器和压力传感器分别与数据处理器连接，数据处理器与控制器连接，控制器又与并联阀组、电机连接，电机与齿轮泵传动连接，齿轮泵设置在油箱和并联阀组连接的油路上；

所述并联阀组包括相串联的第三高速开关阀与第一节流阀、相串联的第四高速开关阀与第二节流阀、相串联的第五高速开关阀与第三节流阀，相串联的第六高速开关阀与第四节流阀、相串联的第七高速开关阀与第五节流阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀、第八高速开关阀和第九高速开关阀；其中，第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀均与缓冲缸无杆腔连接，第二高速开关阀、第三高速开关阀、第四高速开关阀、第五高速开关阀、第六高速开关阀、第七高速开关阀均与第八高速开关阀连接，第一高速开关阀还与第九高速开关阀连接，第八高速开关阀和第九高速开关阀还与缓冲缸有杆腔连接，齿轮泵设置在第一高速开关阀与第九高速开关阀连接的油路上；第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀、第四高速开关阀、第五高速开关阀、第六高速开关阀、第七高速开关阀、第八高速开关阀、第九高速开关阀均由控制器连接控制；

所述油箱还分别通过有杆腔充液阀、无杆腔充液阀与缓冲缸有杆腔、缓冲缸无杆腔连接；

所述缸盖外侧上还设置有位移传感器，位移传感器与数据处理器连接；

所述液压机构与控制***为一体式结构。

2.如权利要求1所述的数字缓冲器，其特征在于，所述电机通过联轴器与齿轮泵传动连接。

3.如权利要求1所述的数字缓冲器，其特征在于，所述位移传感器选用磁致伸缩传感器。

4.如权利要求1所述的数字缓冲器，其特征在于，所述数据处理器、控制器选用STM32单片机或PLC控制器。

5.如权利要求1所述的数字缓冲器，其特征在于，所述速度传感器选用Trans-tek线速度传感器；所述压力传感器选用P-30/0-600bar/4-20mA/G1/4A型传感器。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的数字缓冲器的使用方法，包括以下步骤：

当冲击体接触到活塞杆头时，速度传感器实时检测冲击物体的速度、压力传感器实时检测缓冲缸内的压力，并将速度和压力信息传输给数据处理器处理，数据处理器处理后再传输给控制器，控制器得出控制信号，通过高速开关阀控制节流阀的开关进而调节节流面积。