[发明专利]多腔体液压缸及其控制系统和控制方法

摘要

一种多腔体液压缸，包括复合缸筒和复合活塞杆。所述缸筒和活塞杆形成四个密闭的空腔A、B、C、D，一种液压缸控制系统及其控制方法，包括四个与多腔体液压缸四个空腔相连的插装式两位三通电磁开关阀和一个与四个电磁开关阀相连的比例节流阀。通过控制所述两位三通电磁开关阀和所述三位四通伺服阀，可以选择四个密闭的第一空腔A、B、C、D是否与泵的出油口P和油箱回油口T连通或截止，从而获得不同有效作用面积。在所述活塞杆上设置一个负载力传感器，实时测量所述活塞杆上的负载，也即是多腔体液压缸负载。根据负载反馈，通过所述电磁开关阀组和所述伺服阀组的控制，选择合适的有效作用面积，实现液压缸最大输出力与负载力匹配，最后通过伺服阀的比例节流功能，实现高精度的位置或力的控制。

主权项

一种多腔体液压缸的控制方法，包括多腔体液压缸和多腔体液压缸的控制系统，多腔体液压缸包括复合缸筒(1)和复合活塞杆(2)，所述复合缸筒(1)包括外缸筒(107)和内缸筒(103)，所述内缸筒(103)与外缸筒(107)同轴布设，并且所述内缸筒(103)设置在外缸筒(107)内，所述内缸筒(103)与外缸筒(107)的一端密封，另一端开口，所述复合活塞杆包括外活塞杆(203)和内活塞杆(204)，所述外活塞杆(203)和所述内活塞杆(204)的一端固联在一起，所述内活塞杆(204)的另一端设置在内缸筒(103)内且内活塞与所述内缸筒(103)大小相匹配，所述外活塞杆(203)的另一端设置在外缸筒与内缸筒之间的间隙中且外活塞与外缸筒与内缸筒之间的间隙大小相匹配，所述外活塞杆(203)在外缸筒与内缸筒之间的间隙中形成的有杆腔为第三空腔C，无杆腔为第二空腔B，所述内活塞杆(204)在内缸筒(103)中形成的有杆腔为第四空腔D，无杆腔为第一空腔A，所述第一空腔A、第二空腔B、第三空腔C、第四空腔D均设有油路与外部控制油路连通，所述复合缸筒(1)通过压力传感器(102)与端环(101)连接，所述复合活塞杆(2)上设有检测复合活塞杆(2)负载力的负载力传感器(7)，所述内缸筒(103)与外缸筒(107)之间通过第一密封套筒(106)密封，所述外活塞杆(203)与外缸筒(107)内壁和内缸筒(103)外壁之间通过第二密封套筒(108)密封，所述内缸筒(103)与外缸筒(107)之间通过第一端盖(105)和第二端盖(112)固连在一起，所述多腔体液压缸的控制系统，用于控制上述多腔体液压缸，所述第一空腔A、第二空腔B、第三空腔C、第四空腔D分别与开关阀组(3)中的第一开关阀的油口C1、第二开关阀的油口C2、第三开关阀的油口C3和第四开关阀的油口C4连接，所述第一开关阀的油口A1、所述第二开关阀的油口A2、所述第三开关阀的油口A3和所述第四开关阀的油口A4并联后与比例节流阀(4)的出油口连通，所述第一开关阀的油口B1、所述第二开关阀的油口B2、所述第三开关阀的油口B3和所述第四开关阀的油口B4并联后通过低压回油通道Ts与油箱连通，所述比例节流阀(4)的高压进油口与恒压变量泵(5)和安全溢流阀(6)构成的动力源的高压出油口连通；其特征在于，所述复合活塞杆设置一个检测复合活塞杆负载力的负载力传感器，设负载力传感器的实时变负载为FLn，设整个多腔体液压缸的有效作用面积为Ae，设：所述第一空腔A进油时对应的作用面积为Al1，所述第二空腔B进油时对应的作用面积为Al2，所述第四空腔D进油时对应的作用面积为Al3，所述第三空腔C进油时对应的作用面积为Ar，所述四个开关阀的控制为xk[k＝1，2，3，4],xk对应开关阀的两种位置状态，设xk的值为0或1，当xk为0时，对应开关阀关闭，当xk为1时，对应开关阀开启，通过控制所述四个开关阀的不同位置组合，得到不同的有效作用面积Ae，整个多腔体液压缸的有效作用面积为Ae可以用如下公式表达：Ae＝Al1·x1+Al2·x2+Al3·x3‑Ar·x4设Ps和Qs为泵源的输出压力和流量，Pn和Qn分别为第n个执行器的负载压力和负载流量，设△W为系统由控制阀导致的总的功率节流损失，则：ΔW=PsQs-Σ1NPnQn]]>当△W为零时系统功耗最小，则只要使得负载压力Pn在与泵源压力Ps相等时，公式如下：ΔW=Ps(Qs-Σ1NQn)]]>则系统功耗消耗最小为零；设Aen为第n个执行器的理想有效作用面积：Aen＝FLn/Pn选取与Aen的值最接近的有效作用面积Ae为所要选择的有效作用面积，从而可以确定四个开关阀的组合，实现多腔体液压缸动作。