一种多液压缸同步控制系统和控制方法与流程

1.本发明涉及超大尺寸、超重物料的液压转运装备技术领域，具体涉及一种多液压缸同步控制系统和控制方法，特别是一种负载自适应同步和位置强制同步的多液压缸同步控制系统和控制方法。


背景技术：

2.目前国内外大型重载液压举升系统多采用比例方向阀实现液压缸的高精度位置控制，其同步控制过程主要依靠比例阀和位移传感器组成的闭环系统控制油缸输出位置，这种控制方法存在以下缺陷：
3.(1)传统同步控制方式举升超重非均布载荷过程中，由于载荷不均布且载荷偏差大，因此同步控制系统存在比例阀开口度变化比较大，pid优化困难，同步控制精度差，系统鲁棒性差，中位泄露量大位置无法锁定等弊端。
4.(2)传统同步控制方式举升超重非均布载荷过程中，由于载荷物件外形尺寸存在不可避免的形位公差，尤其超大构件其外形尺寸误差较大，因此多组举升油缸与负载不能同时接触，最先接触的油缸受力过大，导致同步举升系统存在纠偏和同步能力差甚至无法正常举升的问题出现。
5.(3)传统的重载同步举升方法无法同时克服负载非均布和负载构件外形尺寸偏差的矛盾进而造成对设备制造的加工要求提高，造成工程投资加大，工程实施难度加大。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种多液压缸同步控制系统和控制方法。
7.为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种多液压缸同步控制系统，包括电气控制系统、第一电磁换向阀、多组液压缸回路和第三电磁换向阀，每组液压缸回路均包括第一液控单向阀、阻尼器、第二液控单向阀和第二电磁换向阀；
9.第一电磁换向阀1的进油口连通第一系统供油口p1，第一电磁换向阀的出油口b分流后与每组液压缸回路的阻尼器连接，阻尼器、第二液控单向阀和伺服油缸的塞腔顺次连接，第一电磁换向阀的出油口a分流后与每组液压缸回路的第一液控单向阀连接，第一液控单向阀连接伺服油缸的杆腔；第一系统回油口t1与第一电磁换向阀的回油口t连接；
10.第二系统供油口p2分流后与每组液压缸回路的第二电磁换向阀4的进油口连接，第二电磁换向阀的出油口a和出油口b分别直接连接到伺服油缸的杆腔和塞腔，第二系统回油口t2分流后与每组液压缸回路中第二电磁换向阀的回油口t连接；
11.第三电磁换向阀8的进油口连通第三系统供油口p3，第三电磁换向阀的出油口a分流后与每组液压缸回路的第二液控单向阀的控制油口连接，第三系统回油口t3与第三电磁换向阀的回油口t连接，电磁换向阀和液控单向阀均与所述电气控制系统连接。
12.进一步地，所述多液压缸同步控制系统还包括安装在伺服油缸的位移传感器，所述位移传感器与电气控制系统连接。
13.进一步地，所述多液压缸同步控制系统的控制方法，包括控制方式一，也即当油缸上升时，电气控制系统控制第一电磁换向阀的电磁铁a得电，系统供油p1通过阻尼器和第二液控单向阀到达油缸塞腔，多个油缸同步上升，之后最先接触构件的油缸停止运动，未接触的油缸继续上升直到接触构件；所有油缸接触构件后系统压力逐渐升高直到所有油缸同步举升负载。
14.进一步地，在油缸举升构件的过程中，电气控制系统通过位移传感器检测所有油缸的实时位置，当出现位置偏差超差后，通过电气控制系统控制位置最低的油缸所在的液压回路上的第二电磁换向阀的电磁铁a得电，使系统供油p2通过第二电磁换向阀的b口后到达油缸塞腔，由于第二液控单向阀的隔离作用，油液单向进入油缸塞腔，油缸速度增大从而达到位置补偿的作用，当位置偏差小于允许最大偏差值后，第二电磁换向阀断电，纠偏工作结束。
15.进一步地，电气控制系统关闭第一电磁换向阀，通过程序控制使第二电磁换向阀和伺服油缸的位移传感器构成位置强闭环，通过闭环控制程序强制各油缸同步举升构件。
16.进一步地，油缸下降时，电气控制系统控制第一电磁换向阀的电磁铁b和第三电磁换向阀得电，系统供油p1通过第一液控单向阀到达油缸杆腔，系统供油p3打开第二液控单向阀，油缸塞腔的液压油通过第二液控单向阀和阻尼器后多个油缸同步下降。
17.进一步地，在构件下降的过程中，电气控制系统通过位移传感器检测所有油缸的实时位置，当出现位置偏差超差后，电气控制系统将位置最高的油缸所在的液压回路上的第二电磁换向阀的电磁铁b得电，系统回油t2通过电磁阀的b口与伺服油缸的塞腔连通，伺服油缸塞腔的压力油通过第二液控单向阀和第二电磁换向阀同时回油，当位置偏差小于允许最大偏差值后，电磁换向阀断电，纠偏工作结束。
18.进一步地，控制方式六在控制方式五的基础上，电气控制系统关闭第一电磁换向阀，通过程序控制使第二电磁换向阀和伺服油缸的位移传感器构成位置强闭环，通过闭环控制程序强制各油缸同步下降。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明提供的一种负载自适应同步和位置强制同步的多液压缸同步控制系统和控制方法，可通过先负载平衡后位置平衡无缝接的技术，实现非均布超重负载的同步升降控制。通过第一电磁换向阀和第三电磁换向阀及多组油缸组成的负载自适应回路可满足大型重载非均布构件接触面不平而引起的油缸超载，虚接触，多组油缸输出力偏差大等问题。通过第二电磁阀和第一电磁阀组成位置纠偏补偿回路，即可满足所有油缸可靠接触构件并能等效出力的要求又可满足基本位置同步的要求。通过第二电磁阀和伺服油缸组成位置强闭环，实现多组油缸高精度同步运行的要求。本发明仅通过三个电磁阀及若干必要的液控单向阀和节流阀即可实现超大超重构件在空载、接触、提升、下降过程中的同步运行、同步出力、抗非均布载荷偏载的功能。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、
目的和优点将会变得更明显：
22.图1是本发明的一种实施方式结构示意图；
23.图中：1、第一电磁换向阀；2、第一液控单向阀；3、阻尼器；4、第二电磁换向阀；5、第二液控单向阀；6、溢流阀；7、伺服油缸；8、第三电磁换向阀。
具体实施方式
24.现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记，第1组液压缸回路与第2～n组液压缸回路相同，附图中仅标注第1组液压缸回路进行说明。图中的电磁换向阀代表普通电磁换向阀或比例电磁换向阀，其他元件亦是如此。
25.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
26.实施例1
27.如图1所示，一种多液压缸同步控制系统，包括电气控制系统、第一电磁换向阀1、多组液压缸回路和第三电磁换向阀8，每组液压缸回路均包括第一液控单向阀2、阻尼器3、第二液控单向阀5和第二电磁换向阀4；第一电磁换向阀1的进油口连通第一系统供油口p1，第一电磁换向阀1的出油口b分流后与每组液压缸回路的阻尼器并联连接，阻尼器3、第二液控单向阀5和伺服油缸7的塞腔顺次连接，第一电磁换向阀1的出油口a与每组液压缸回路的第一液控单向阀2分流后连接，第一液控单向阀2连接伺服油缸7的杆腔；第一系统回油口t1与第一电磁换向阀1的回油口t连接；第二系统供油口p2分流后与每组液压缸回路的第二电磁换向阀4的进油口连接，第二电磁换向阀4的出油口a和出油口b分别直接连接到伺服油缸7的杆腔和塞腔，第二系统回油口t2分流后与每组液压缸回路中第二电磁换向阀4的回油口t连接；第三电磁换向阀8的进油口连通第三系统供油口p3，第三电磁换向阀8的出油口a分流后与每组液压缸回路的第二液控单向阀5的控制油口连接，第三系统回油口t3与第三电磁换向阀8的回油口t连接，电磁换向阀和液控单向阀均与所述电气控制系统连接。
28.电磁换向阀和液控单向阀均与所述电气控制系统连接。所述多液压缸同步控制系统还包括安装在伺服油缸7的位移传感器，所述位移传感器与电气控制系统连接。所述每组液压缸回路还包括溢流阀6。
29.一种负载自适应同步和位置强制同步的多液压缸同步控制系统和控制方法，控制方式一，当负载自适应同步上升时，第一电磁换向阀1电磁铁a得电，其余电磁阀不得电。系统供油p1通过第一电磁换向阀1的b口后经由阻尼器3和第二液控单向阀5进入伺服油缸7塞腔。多个油缸同步上升，之后最先接触构件的油缸停止运动，未接触的油缸继续上升直到接触构件；所有油缸接触构件后系统压力逐渐升高直到所有油缸同步举升负载。在此种情况下，油缸同步运动与构件表面平整度无关，与油缸接触构件的先后无关，同时与负载均布情况无关，所有油缸将以合力的方式同步举升负载构件。
30.其中，阻尼器具有提高被压和平衡负载分配流量的作用。当负载较轻时，阻尼器提
供的压差可使第二液控单向阀5可靠打开，同时可提高负载刚度，可使所有油缸在非均布载荷下达到流量的均匀分配，达到同步上升的目的。溢流阀6用来限制油缸塞腔压力在安全范围内，当出现极端不平衡或者冲击负载的时候，可以保证油缸油液压力在安全范围内避免泄漏、爆管等问题出现。
31.控制方式四，当负载需要下降时，第三电磁换向阀8得电，第一电磁换向阀1不得电时，所有油缸可在负载重力的作用下自动下降，此为进入事故模式，用于事故状态下负载构件的下放。正常下降时，电气控制系统控制第三电磁换向阀8得电，第一电磁换向阀1的电磁铁b得电，此时系统供油p3经过第三电磁换向阀8的a口到达第二液控单向阀5的控制口打开第二液控单向阀使伺服油缸7的塞腔与系统回油t连通。系统供油p1通过电磁换向阀1的a口经第一液控单向阀2进入伺服液压缸7的杆腔，油缸缩回，负载下降。
32.实施例2
33.在实施例1的基础上，本实例提供的一种负载自适应同步和位置强制同步的多液压缸同步控制系统和控制方法(控制方式二)，在油缸带动负载举升过程中，电气控制系统实时检测伺服油缸7的位移传感器值，当其中一个或几个油缸的位移值小于所有其他油缸的位移值且偏差超过允许范围后，电气控制系统发送信号给位置较低的油缸回路所对应的第二电磁换向阀4的电磁铁a进行位置纠偏。电磁铁a得电后，系统供油p2通过第二电磁阀4的b口与伺服油缸7的塞腔连通，由于第二液控单向阀5的单项隔离作用，油液单向进入油缸塞腔，油缸速度增大从而达到位置补偿的作用，当位置偏差小于允许最大偏差值后，第二电磁换向阀4断电，纠偏工作结束。
34.实施例3
35.在实施例1的基础上，本实例提供的一种负载自适应同步和位置强制同步的多液压缸同步控制系统和控制方法(控制方式五)，在油缸带动负载下降过程中，电气控制系统实时检测伺服油缸7的位移传感器值，当其中一个或几个油缸的位移值小于所有其他油缸的位移值且偏差超过允许范围后，电气控制系统发送信号给位置较高的油缸回路所对应的第二电磁换向阀4的电磁铁b进行位置纠偏。电磁铁b得电后，系统回油t2通过第二电磁换向阀4的b口与伺服油缸7的塞腔连通，伺服油缸塞腔的压力油通过第二液控单向阀5和第二电磁阀4同时回油，回油通道加大，油缸下降速度增大，而达到位置补偿的作用，当位置偏差小于允许最大偏差值后，第二电磁换向阀4断电，纠偏工作结束。
36.实施例4
37.在实施例2和实例3的基础上，本实例提供的一种负载自适应同步和位置强制同步的多液压缸同步控制系统和控制方法，在油缸带动负载上升或下降过程中，当负载自适应回路和位置纠偏回路都无法保证所有油缸的同步误差小于允许值时，电气系统将自动切换到位置强制同步回路。
38.此时，第一电磁换向阀1断电，进而第一液控单向阀2隔断第一电磁换向阀1与伺服油缸7的连通。第三电磁换向阀8断电，第二液控单向阀5将第一电磁换向阀1与伺服油缸7之间的回路隔断。此时，伺服油缸的升降控制仅与第二电磁换向阀4相关。第二电磁换向阀4和伺服油缸7的位移传感器在电气控制系统的参与下形成位置强闭环，通过控制系统程序设定，所有油缸强制进行位置同步。
39.具体地，在油缸举升构件的过程中，如果由于构件质量分布的均匀度特别差或者
由于机械机构的固有摩擦等原因导致多缸同步误差任然较大，电气控制系统关闭第一电磁换向阀，通过程序控制使第二电磁换向阀和伺服油缸7的位移传感器构成位置强闭环，通过闭环控制程序强制各油缸同步举升构件(控制方式三)。
40.如果由于构件质量分布的均匀度特别差或者由于机械机构的固有摩擦等原因导致多缸同步误差任然较大，电气控制系统关闭第一电磁换向阀，通过程序控制使第二电磁换向阀和伺服油缸7的位移传感器构成位置强闭环，通过闭环控制程序强制各油缸同步下降(控制方式六)。
41.本发明提供的集成负载自适应同步和位置强制同步的多液压缸同步控制系统和控制方法，通过控制方式一，第一电磁换向阀控制液压油的通断后，可使所有油缸均能可靠接触大型构件表面，阻尼器根据各油缸负载的不同进行流量分配使所有油缸在可靠接触大型构件的情况下同步上升。相似原理，通过控制方式四，所有油缸在构件负载压力下可以同步下降。在控制方式一和控制方式四的模式下，多组油缸均能可靠接触构件，安全性高，尤其适用于超重超长构件的升降作业。
42.控制方式二和控制方式五是在控制方式一和控制方式四的基础上进行偏差补偿纠偏控制，使大型构件在安全可靠升降的过程中仍然能保持良好的同步效果，提高同步精度。
43.控制方式三和控制方式六适用于在以上所有控制方式均不能保证同步的极端情况下控制大型超重构件的平稳安全升降，通过控制程序的强制同步，保证大型构件不失稳，不滑落，强制所有油缸同步升降，满足升降安全和同步稳定的要求。
44.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

技术特征：
1.一种多液压缸同步控制系统，其特征在于，包括电气控制系统、第一电磁换向阀、多组液压缸回路和第三电磁换向阀，每组液压缸回路均包括第一液控单向阀、阻尼器、第二液控单向阀和第二电磁换向阀；第一电磁换向阀1的进油口连通第一系统供油口p1，第一电磁换向阀的出油口b分流后与每组液压缸回路的阻尼器连接，阻尼器、第二液控单向阀和伺服油缸的塞腔顺次连接，第一电磁换向阀的出油口a分流后与每组液压缸回路的第一液控单向阀连接，第一液控单向阀连接伺服油缸的杆腔；第一系统回油口t1与第一电磁换向阀的回油口t连接；第二系统供油口p2分流后与每组液压缸回路的第二电磁换向阀4的进油口连接，第二电磁换向阀的出油口a和出油口b分别直接连接到伺服油缸的杆腔和塞腔，第二系统回油口t2分流后与每组液压缸回路中第二电磁换向阀的回油口t连接；第三电磁换向阀的进油口连通第三系统供油口p3，第三电磁换向阀的出油口a分流后与每组液压缸回路的第二液控单向阀的控制油口连接，第三系统回油口t3与第三电磁换向阀的回油口t连接，电磁换向阀和液控单向阀均与所述电气控制系统连接。2.根据权利要求1所述的多液压缸同步控制系统，其特征在于，所述多液压缸同步控制系统还包括安装在伺服油缸的位移传感器，所述位移传感器与电气控制系统连接。3.采用如权利要求1～2任一项所述多液压缸同步控制系统的控制方法，其特征在于，包括控制方式一，也即当油缸上升时，电气控制系统控制第一电磁换向阀的电磁铁a得电，系统供油p1通过阻尼器和第二液控单向阀到达油缸塞腔，多个油缸同步上升，之后最先接触构件的油缸停止运动，未接触的油缸继续上升直到接触构件；所有油缸接触构件后系统压力逐渐升高直到所有油缸同步举升负载。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在油缸举升构件的过程中，电气控制系统通过位移传感器检测所有油缸的实时位置，当出现位置偏差超差后，通过电气控制系统控制位置最低的油缸所在的液压回路上的第二电磁换向阀的电磁铁a得电，使系统供油p2通过第二电磁换向阀的b口后到达油缸塞腔，由于第二液控单向阀的隔离作用，油液单向进入油缸塞腔，油缸速度增大从而达到位置补偿的作用，当位置偏差小于允许最大偏差值后，第二电磁换向阀断电，纠偏工作结束。5.根据权利要求4所述的控制方法，，其特征在于，电气控制系统关闭第一电磁换向阀，通过程序控制使第二电磁换向阀和伺服油缸的位移传感器构成位置强闭环，通过闭环控制程序强制各油缸同步举升构件。6.采用如权利要求1～2任一项所述多液压缸同步控制系统的控制方法，其特征在于，当油缸下降时，电气控制系统控制第一电磁换向阀的电磁铁b和第三电磁换向阀得电，系统供油p1通过第一液控单向阀到达油缸杆腔，系统供油p3打开第二液控单向阀，油缸塞腔的液压油通过第二液控单向阀和阻尼器后多个油缸同步下降。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在构件下降的过程中，电气控制系统通过位移传感器检测所有油缸的实时位置，当出现位置偏差超差后，电气控制系统将位置最高的油缸所在的液压回路上的第二电磁换向阀的电磁铁b得电，系统回油t2通过电磁阀的b口与伺服油缸的塞腔连通，伺服油缸塞腔的压力油通过第二液控单向阀和第二电磁换向阀同时回油，当位置偏差小于允许最大偏差值后，电磁换向阀断电，纠偏工作结束。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，控制方式六在控制方式五的基础上，
电气控制系统关闭第一电磁换向阀，通过程序控制使第二电磁换向阀和伺服油缸的位移传感器构成位置强闭环，通过闭环控制程序强制各油缸同步下降。

技术总结
本发明涉及超大尺寸、超重构件的液压提升及转运装备技术领域，公开了一种多液压缸同步控制系统和控制方法，包括电气控制系统、第一电磁换向阀、多组液压缸回路和第三电磁换向阀，每组液压缸回路均包括第一液控单向阀、阻尼器、第二液控单向阀和第二电磁换向阀。通过第一电磁换向阀和第三电磁换向阀及多组油缸组成的负载自适应回路可满足大型重载非均布构件接触面不平而引起的油缸超载，虚接触，多组油缸输出力偏差大等问题。通过第二电磁阀和第一电磁阀组成位置纠偏补偿回路，既可满足所有油缸可靠接触构件并能等效出力的要求又可满足基本位置同步的要求。通过第二电磁阀和伺服油缸组成位置强闭环，实现多组油缸高精度同步运行的要求。步运行的要求。步运行的要求。


技术研发人员：张永锋 宁博 刘杰 王亚强 郝瑾 温肖
受保护的技术使用者：中国重型机械研究院股份公司
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/10/20