CN109915441A - 大容积伺服油缸卸载防冲击方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种大容积伺服油缸卸载防冲击方法及装置，属于液压伺服控制技术领域。所述方法包括获取在卸载过程中的有杆腔的第一腔体长度及无杆腔的第二腔体长度的第一比值；确定安装在有杆腔回油流路上的第一比例阀与安装在无杆腔回油流路上的第二比例阀的开度值，使第一比例阀的开度值与第二比例阀的开度值的第二比值等于第一比值；以及根据第一比例阀的开度值控制第一比例阀，根据第二比例阀的开度值控制第二比例阀。该方法通过控制两个比例开关阀的开口，最终使前后腔卸压同步，达到消除卸载冲击的目的，通过同步卸压而减小冲击力。

Description

大容积伺服油缸卸载防冲击方法及装置

技术领域

本申请属于液压伺服控制技术领域，特别涉及一种大容积伺服油缸卸载防冲击的方法及装置。

背景技术

在航空、航天、煤矿、船舶、高铁、石油等众多行业对于产品部件或产品整体的强度试验中，液压伺服加载的应用越来越多，液压油缸一般包括缸体及设置在缸体内的活塞杆，活塞杆底部的阀芯将油缸分为有杆腔及无杆腔(前后腔)。进行油缸伺服加载试验时，通过换向阀切换加载和卸载两个状态。加载状态时，油缸前后腔接通伺服阀，通过伺服阀连通液压***的高压和回油通道，达到伺服控制的功能；卸载状态时，油缸前后腔连通回油管路。

伺服加载试验完成后，虽然油缸载荷为零，但前后腔仍有压力，只是前后腔压力与对应活塞面积成反比。故控制油缸从加载状态切换至卸载状态时，油缸前后腔高压油会迅速从两个回油口流回，使前后腔同时卸压，以此达到油缸内部压力卸载的目的。但是由于大容积油缸前后腔油液量较大，当前后腔容积相差较大时，卸载速度会有较大差距，从而导致前后腔卸载不同步，对外表现为油缸输出一定载荷，此现象即卸载冲击。小容积油缸冲击表现不明显，而大容积油缸有时会有较大冲击，为避免该现象，需要对大容积油缸的卸载回路进行一定改进。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种大容积伺服油缸卸载防冲击方法、装置、控制器及可读存储介质。

本申请的第一个方面，一种大容积伺服油缸卸载防冲击方法，用于卸载油缸的有杆腔及无杆腔内的压力，该方法包括：

获取在卸载过程中的有杆腔的第一腔体长度及无杆腔的第二腔体长度的第一比值；确定安装在有杆腔回油流路上的第一比例阀与安装在无杆腔回油流路上的第二比例阀的开度值，使第一比例阀的开度值与第二比例阀的开度值的第二比值等于第一比值；以及根据第一比例阀的开度值控制第一比例阀，根据第二比例阀的开度值控制第二比例阀。

根据本申请的至少一个实施方式，获取第一比值包括：

分别获取第一腔体长度及第二腔体长度；以及根据第一腔体长度及第二腔体长度确定第一比值。

根据本申请的至少一个实施方式，获取第一比值还可以包括：

获取活塞的底端阀芯的位置，活塞的底端阀芯为有杆腔与无杆腔的分界结构；以及根据阀芯的位置及已知的活塞缸体长度确定第一比值。

根据本申请的至少一个实施方式，确定第一比例阀的开度值与第二比例阀的开度值包括：

判断所述第一比值是否大于1；以及根据第一比值给出第一比例阀及第二比例阀的开度值信号，开度值信号被设置成若第一比值大于1，则第一比例阀的开度值设为1，第二比例阀的开度值设为第一比值的倒数；否则，第一比例阀的开度值设为第一比值，第二比例阀的开度设为1。

本申请的第二个方面，一种大容积伺服油缸卸载防冲击装置，包括：第一比值获取模块，用于获取在卸载过程中的有杆腔的第一腔体长度及无杆腔的第二腔体长度的第一比值；比例阀开度值确定模块，用于确定安装在有杆腔回油流路上的第一比例阀与安装在无杆腔回油流路上的第二比例阀的开度值，使第一比例阀的开度值与第二比例阀的开度值的第二比值等于第一比值；以及阀门控制模块，用于根据第一比例阀的开度值控制第一比例阀，根据第二比例阀的开度值控制第二比例阀。

根据本申请的至少一个实施方式，第一比值获取模块包括：

长度获取单元，用于分别获取第一腔体长度及第二腔体长度；以及第一比值的第一计算单元，用于根据第一腔体长度及第二腔体长度计算所述第一比值。

根据本申请的至少一个实施方式，第一比值获取模块包括：

阀芯位置确定单元，用于获取活塞的底端阀芯的位置，活塞的底端阀芯为有杆腔与无杆腔的分界结构；以及第一比值的第二计算单元，用于根据阀芯的位置及已知的活塞缸体长度确定第一比值。

根据本申请的至少一个实施方式，比例阀开度值确定模块包括：

判断单元，用于判断第一比值是否大于1；以及开度值信号生成单元，用于根据第一比值给出第一比例阀及第二比例阀的开度值信号，开度值信号被设置成若第一比值大于1，则第一比例阀的开度值设为1，第二比例阀的开度值设为第一比值的倒数；否则，第一比例阀的开度值设为第一比值，第二比例阀的开度设为1。

本申请的第三个方面，一种大容积伺服油缸卸载防冲击控制器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序用于实现如上所述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法。

本申请的第四个方面，一种可读存储介质，可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时用于实现如上描述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法。

本申请分析和计算了油缸的活塞杆在任意位置/状态下，前后腔卸压所需要的油液容积量，并设计控制***的控制逻辑，控制两个比例开关阀的开口，最终使前后腔卸压同步，达到消除卸载冲击的目的。本申请的关键在于减小油缸前后两腔卸压的速度差，使其同步卸压，从而减小冲击力。

附图说明

图1是本申请大容积伺服油缸卸载防冲击方法的一实施方式的流程图。

图2是本申请图1所示实施方式的液压控制工作原理图。

图3是本申请大容积伺服油缸卸载防冲击方法的另一实施方式的流程图。

图4是本申请大容积伺服油缸卸载防冲击装置的一优选实施方式的***组成示意图。

图5是适于用实现本申请实施方式的终端或控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

如图1所示，根据本申请第一方面，提供了一种大容积伺服油缸卸载防冲击方法，用于卸载油缸的有杆腔及无杆腔内的压力，该方法包括：

S1、获取在卸载过程中的有杆腔的第一腔体长度及无杆腔的第二腔体长度的第一比值；

参考图2，为卸载防冲击***液压原理图，其中，1—伺服油缸，加载的执行机构；2—液控开关阀，控制伺服阀接通油缸；3—比例开关阀，控制油缸前后两腔比例卸压；4—伺服阀，控制油缸按照载荷谱进行伺服加载；5—换向阀，控制液控开关阀的通断。P为供油，T为回油，虚线为控制油，A腔为有杆腔，B腔为无杆腔。

工作过程为：试验开始前，先将泵站启动，供油口P建立工作压力。开始试验时，控制换向阀5得电换向，控制油驱动液控开关阀2打开，此时伺服阀4可按照规定的载荷谱来控制伺服油缸1进行伺服加载。加载完成后，伺服油缸1输出力卸载到零。此时控制***处于待命状态，可以继续进行下一个试验，当不再进行试验，需要给伺服油缸前后腔卸压，此时控制换向阀5失电，伺服油缸1前后腔油液通过比例开关阀3回油，从而将伺服油缸1前后腔卸压，即可结束整个试验。前后两腔卸压通过比例开关阀回油，调节比例开关阀的开口量即可调节回油的流量，从而控制卸压速度。

该发明的核心技术点在于分析和计算油缸在任意位置时，前后腔卸压所需要的油液容积量，并设计控制***的控制逻辑，控制两个比例开关阀的开口，最终使前后腔卸压同步，达到消除卸载冲击的目的。

解决问题的关键在于减小油缸前后两腔卸压的速度差，使其同步卸压，从而减小冲击力。

计算油缸在任意位置，A、B腔卸压所需的油液体积。根据液体可压缩性理论，液体的体积模量公式为：

式中，K——液体体积模量；ΔP——液体压力的变化值；V₀——液体初始体积；ΔV——液体受压ΔP后体积的变化值。

A、B腔卸压所需油液量即该公式中ΔV。

式中：ΔP_A＝P_A-P_回，ΔP_B＝P_B-P_回。其中P_A，P_B——A，B腔压力；P_回为***回油压力，回油压力一般很低，此处简化计算取0；V_A0＝S_A·L_A，V_B0＝S_B·L_B。其中S_A，S_B——A，B腔活塞作用面积；L_A、L_B——当前位置A、B腔的长度；

将上两式代入式(2)得A、B腔卸压体积比为：

此处由于油缸载荷为零，故有

P_A·S_A＝P_B·S_B (4)

将式(4)代入式(3)得：

S2、确定安装在有杆腔回油流路上的第一比例阀与安装在无杆腔回油流路上的第二比例阀的开度值，使第一比例阀的开度值与第二比例阀的开度值的第二比值等于第一比值；

由式5得，前后腔的卸压油液量的比值即油缸前后两腔长度的比值。设计液压回路，在A、B腔回油路上安装两个比例开关阀，根据卸载时油缸的位置，控制比例开关阀的开口值。

S3、根据第一比例阀的开度值控制第一比例阀，根据第二比例阀的开度值控制第二比例阀。

根据本申请的至少一个实施方式，获取第一比值包括：

分别获取第一腔体长度及第二腔体长度；以及根据第一腔体长度及第二腔体长度确定第一比值。

可以理解的是，获取第一腔体长度及第二腔体长度可以采用测位计或长度传感器，也可以采用其它的实现方式，例如一个实施方式中，在油缸的无杆腔的底壁设置第一电容的一部分，在活塞底部的阀芯朝向无杆腔的底壁的一面设置该第一电容的另一部分，通过电容来表征两者之间的距离，从而得出无杆腔的长度，同理可以得出有杆腔的长度。

根据本申请的至少一个实施方式，获取第一比值还可以包括：

获取活塞的底端阀芯的位置，活塞的底端阀芯为有杆腔与无杆腔的分界结构；以及根据阀芯的位置及已知的活塞缸体长度确定第一比值。

可以理解的是，阀芯在缸体内运动，通过传感器获得阀芯的位置，即可以得到两个腔体长度的比值。

根据本申请的至少一个实施方式，确定第一比例阀的开度值与第二比例阀的开度值包括：

判断所述第一比值是否大于1；以及根据第一比值给出第一比例阀及第二比例阀的开度值信号，开度值信号被设置成若第一比值大于1，则第一比例阀的开度值设为1，第二比例阀的开度值设为第一比值的倒数；否则，第一比例阀的开度值设为第一比值，第二比例阀的开度设为1。

如图3所示，给出了该实施方式的流程图，图3中，K1为第一比例阀的开度信号，K2为第二比例阀的开度信号，第一比例阀或第二比例阀开度设为1一般表示全开，该实施例能够最大程度的使用比例阀，只需将其中开度较大的一个比例阀全开，而另一个比例阀根据第一比例计算开度值即可。

作为对上述各图所示方法的实现，本申请第二个方面提供了一种大容积伺服油缸卸载防冲击装置的一个实施方式，该装置实施方式与图1所示的方法实施方式相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。

如图4所示，该大容积伺服油缸卸载防冲击装置，包括：第一比值获取模块，用于获取在卸载过程中的有杆腔的第一腔体长度及无杆腔的第二腔体长度的第一比值；比例阀开度值确定模块，用于确定安装在有杆腔回油流路上的第一比例阀与安装在无杆腔回油流路上的第二比例阀的开度值，使第一比例阀的开度值与第二比例阀的开度值的第二比值等于第一比值；以及阀门控制模块，用于根据第一比例阀的开度值控制第一比例阀，根据第二比例阀的开度值控制第二比例阀。

根据本申请的至少一个实施方式，第一比值获取模块包括：

长度获取单元，用于分别获取第一腔体长度及第二腔体长度；以及第一比值的第一计算单元，用于根据第一腔体长度及第二腔体长度计算所述第一比值。

根据本申请的至少一个实施方式，第一比值获取模块包括：

阀芯位置确定单元，用于获取活塞的底端阀芯的位置，活塞的底端阀芯为有杆腔与无杆腔的分界结构；以及第一比值的第二计算单元，用于根据阀芯的位置及已知的活塞缸体长度确定第一比值。

根据本申请的至少一个实施方式，比例阀开度值确定模块包括：

判断单元，用于判断第一比值是否大于1；以及开度值信号生成单元，用于根据第一比值给出第一比例阀及第二比例阀的开度值信号，开度值信号被设置成若第一比值大于1，则第一比例阀的开度值设为1，第二比例阀的开度值设为第一比值的倒数；否则，第一比例阀的开度值设为第一比值，第二比例阀的开度设为1。

本申请分析和计算了油缸的活塞杆在任意位置/状态下，前后腔卸压所需要的油液容积量，并设计控制***的控制逻辑，控制两个比例开关阀的开口，最终使前后腔卸压同步，达到消除卸载冲击的目的。本申请的关键在于减小油缸前后两腔卸压的速度差，使其同步卸压，从而减小冲击力。

本申请的第三个方面，一种大容积伺服油缸卸载防冲击控制器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序用于实现如上所述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法。

本申请的第四个方面，一种可读存储介质，可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时用于实现如上描述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法。

第三方面中，控制器可以是单片机，或由单片机等制作的自动控制设备，也可以是上位机，诸如计算机设备，下面参考图5，其示出了适于用来实现本申请实施方式的计算机设备500的结构示意图。图5示出的计算机设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施方式的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，计算机设备500包括中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有设备500操作所需的各种程序和数据。CPU501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。

特别地，根据本申请的实施方式，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施方式包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施方式中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)501执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请的计算机存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施方式的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施方式中所涉及到的模块或单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块或单元也可以设置在处理器中，这些模块或单元的名称在某种情况下并不构成对该模块或单元本身的限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.大容积伺服油缸卸载防冲击方法，用于卸载油缸的有杆腔及无杆腔内的压力，其特征在于，所述方法包括：

获取在卸载过程中的所述有杆腔的第一腔体长度及所述无杆腔的第二腔体长度的第一比值；

确定安装在所述有杆腔回油流路上的第一比例阀与安装在所述无杆腔回油流路上的第二比例阀的开度值，使所述第一比例阀的开度值与所述第二比例阀的开度值的第二比值等于所述第一比值；以及

根据所述第一比例阀的开度值控制第一比例阀，根据所述第二比例阀的开度值控制第二比例阀。

2.如权利要求1所述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法，其特征在于，所述获取第一比值包括：

分别获取所述第一腔体长度及所述第二腔体长度；以及

根据所述第一腔体长度及所述第二腔体长度确定所述第一比值。

3.如权利要求1所述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法，其特征在于，所述获取第一比值包括：

获取活塞的底端阀芯的位置，所述活塞的底端阀芯为所述有杆腔与所述无杆腔的分界结构；以及

根据所述阀芯的位置及已知的活塞缸体长度确定所述第一比值。

4.如权利要求1所述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法，其特征在于，确定所述第一比例阀的开度值与所述第二比例阀的开度值包括：

判断所述第一比值是否大于1；以及

根据所述第一比值给出第一比例阀及第二比例阀的开度值信号，所述开度值信号被设置成若所述第一比值大于1，则所述第一比例阀的开度值设为1，所述第二比例阀的开度值设为所述第一比值的倒数；否则，所述第一比例阀的开度值设为所述第一比值，所述第二比例阀的开度设为1。

5.大容积伺服油缸卸载防冲击装置，其特征在于，包括：

第一比值获取模块，用于获取在卸载过程中的所述有杆腔的第一腔体长度及所述无杆腔的第二腔体长度的第一比值；

比例阀开度值确定模块，用于确定安装在所述有杆腔回油流路上的第一比例阀与安装在所述无杆腔回油流路上的第二比例阀的开度值，使所述第一比例阀的开度值与所述第二比例阀的开度值的第二比值等于所述第一比值；以及

阀门控制模块，用于根据所述第一比例阀的开度值控制第一比例阀，根据所述第二比例阀的开度值控制第二比例阀。

6.如权利要求5所述的大容积伺服油缸卸载防冲击装置，其特征在于，所述第一比值获取模块包括：

长度获取单元，用于分别获取所述第一腔体长度及所述第二腔体长度；以及

第一比值的第一计算单元，用于根据所述第一腔体长度及所述第二腔体长度计算所述第一比值。

7.如权利要求5所述的大容积伺服油缸卸载防冲击装置，其特征在于，所述第一比值获取模块包括：

阀芯位置确定单元，用于获取活塞的底端阀芯的位置，所述活塞的底端阀芯为所述有杆腔与所述无杆腔的分界结构；以及

第一比值的第二计算单元，用于根据所述阀芯的位置及已知的活塞缸体长度确定所述第一比值。

8.如权利要求5所述的大容积伺服油缸卸载防冲击装置，其特征在于，所述比例阀开度值确定模块包括：

判断单元，用于判断所述第一比值是否大于1；以及

开度值信号生成单元，用于根据所述第一比值给出第一比例阀及第二比例阀的开度值信号，所述开度值信号被设置成若所述第一比值大于1，则所述第一比例阀的开度值设为1，所述第二比例阀的开度值设为所述第一比值的倒数；否则，所述第一比例阀的开度值设为所述第一比值，所述第二比例阀的开度设为1。

9.大容积伺服油缸卸载防冲击控制器，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序用于实现如权利要求1-4任一项所述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法。

10.一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-4任一项所述的大容积伺服油缸卸载防冲击方法。