本发明公开的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，涉及适用于上下运动不平衡负载工况下的阀控缸系统，属于机电一体化技术领域。本发明包括缸筒、活塞杆、液控口A、液控口B、液控口C，还包括位移传感器滑动杆、位移传感器套筒、伺服阀A和伺服阀B。本发明通过在三腔缸内部安转位移传感器，简化了阀控缸系统的安装，并且可以方便测量液压缸的位移，得到较高的控制精度，此外，本发明用伺服阀代替蓄能器对三腔缸平衡负载腔进行控制，可以使平衡腔的压力保持稳定，更好的平衡负载，简化控制算法的复杂度，并可提高对活塞杆位移的控制精度。
1.一种用于不平衡负载的阀控缸系统，包括缸筒(3)、活塞杆(4)、液控口A(6)、液控口B(8)、液控口C(10)，所述的缸筒(3)、活塞杆(4)为中空结构，活塞杆(4)嵌套在缸筒(3)之内，并可沿中心轴线滑动；其特征在于：还包括位移传感器滑动杆(1)、位移传感器套筒(2)、伺服阀A(11)和伺服阀B(12)；所述的位移传感器套筒(2)为中空结构；所述的位移传感器滑动杆(1)、位移传感器套筒(2)、缸筒(3)、活塞杆(4)的中心轴线重合；缸筒(3)下端开有用于安装位移传感器套筒(2)的螺纹孔，位移传感器套筒(2)与缸筒(3)之间以螺纹方式连接并用密封圈密封，位移传感器套筒(2)的前端插入缸筒(3)之内，后端位于缸筒(3)的外面，位移传感器套筒(2)的后端带有控制器，连接后位于缸筒(3)的外面；活塞杆(4)上端开有固定位移传感器滑动杆(1)的螺纹孔，位移传感器滑动杆(1)与活塞杆(4)之间以螺纹方式连接并用密封圈密封；位移传感器滑动杆(1)套于位移传感器套筒(2)之内，并可沿中心轴线滑动；
缸筒(3)和活塞杆(4)下端之间形成液控腔A(5)，油液通过液控口A(6)进入液控腔A(5)，缸筒(3)和活塞杆(4)上端之间形成液控腔C(9)，油液通过液控口C(10)进入液控腔C(9)，缸筒(3)和活塞杆(4)之间的移动接触面用密封圈密封；位移传感器套筒(2)和缸筒(3)之间形成液控腔B(7)，油液通过液控口B(8)进入液控腔B(6)，位移传感器套筒(2)和缸筒(3)之间的移动接触面用密封圈密封；伺服阀A(11)的供油口P通入高压油，回油口T与油箱相连，节流口A堵死，节流口B通过液控口A(6)与液控腔A(5)相连；伺服阀B(12)的供油口P通入高压油，回油口T与油箱相连，节流口A通过液控口C(10)与液控腔C(9)相连，节流口B通过液控口B(8)与液控腔B(7)相连。
2.如权利要求1所述的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，其特征在于：所述的位移传感器滑动杆(1)为具有传感器功能的杆状结构。
3.如权利要求1或2所述的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，其特征在于：工作过程为，当活塞杆(4)带动负载向上运动时，伺服阀A(11)直通，高压油经伺服阀A(11)的节流口B、液控口A(6)进入液控腔A(5)，用以抵消不平衡负载的重力，通过控制伺服阀A(11)的节流口B的开度，使平衡腔的压力保持稳定；伺服阀B(12)直通，高压油经伺服阀B(12)的节流口B、液控口B(8)进入液控腔B(7)，用以克服除不平衡负载以外的其它负载，以便驱动活塞杆(4)带动负载伸出，通过控制器和位移传感器实时监测活塞杆(4)的位移，构成对活塞杆(4)的闭环控制，提高对活塞杆(4)位移的控制精度；
当活塞杆(4)带动负载向下运动时，伺服阀A(11)斜通，油液从液控腔A(5)通过液控口A(6)、伺服阀A(11)的节流口B、回到油箱，用节流口B的节流作用来抵消不平衡负载，通过控制伺服阀A(11)的节流口B的开度，使平衡腔的压力保持稳定；伺服阀B(12)斜通，高压油经伺服阀B(12)的节流口A、液控口C(10)进入液控腔C(9)，用以克服除不平衡负载以外的其它负载，以便驱动活塞杆(4)带动负载缩回，通过控制器和位移传感器实时监测活塞杆(4)的位移，构成对活塞杆(4)的闭环控制。
一种用于不平衡负载的阀控缸系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种阀控缸系统，尤其涉及用于不平衡负载的阀控缸系统，属于机电一体化技术领域。
背景技术
[0002] 液压缸是一种典型的直线驱动机构，由于其功率密度比大被广泛应用在冶金、工程机械、液压电梯等工业过程中。在一些对液压缸的位置控制精度要求比较高的场合下，一般使用三位四通的伺服阀或比例阀对液压缸的两腔进行控制，以得到较高的控制精度。伺服阀控缸或比例阀控缸系统需要液压能源来驱动其工作。在一些应用场合中，液压缸的负载具有严重的不平衡特性，即在伸出和缩回的过程中，液压缸的负载存在很大的差异。这种情况下，会导致液压缸的位置控制精度也不对称，其伸出和缩回的过程中，液压缸的位置控制精度不一致。为了解决不对称负载的问题，有人提出了采用三腔缸作为执行机构，如图1所示，三腔缸来作为执行机构的系统包括蓄能器、三腔缸、伺服阀，其中三腔缸包括缸筒和活塞杆。三腔缸的不同之处在于其具有三个控制腔，比常规的液压缸多出了一个负载平衡腔，通过在负载平衡腔处连接一个蓄能器，为平衡腔提供一定的压力，从而使平衡腔始终产生一个力，用来抵消一部分不平衡负载。这种三腔缸在解决不平衡负载方面确实发挥了一定的作用，但是其本身也具有一定的问题。第一，目前现有的三腔缸其内部无法安转位移传感器，要想测量液压缸的位移只能通过外加位移传感器的方式，这使得阀控缸系统的安装设计比较复杂。第二，目前现有的三腔缸的平衡腔是通过蓄能器为其提供压力的，当三腔缸的活塞缸运动时，平衡腔的容积是随之变化的，在油缸伸出过程中，平衡腔体积逐渐变大，此时蓄能器内的油液就会逐渐释放充入到平衡腔内，而随着蓄能器内油液的减少，其皮囊就会膨胀，皮囊内的充气压力就会逐渐降低，就会导致平衡腔的压力逐渐降低，同样平衡腔产生的平衡力就会降低。同样当油缸在缩回过程中，平衡腔产生的平衡力就会逐渐增加。可以看出，采用蓄能器的方式，产生的平衡力是变化的，且是不可控的。所以其对不平衡负载的平衡效果较差。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是在不平衡负载的工作条件下，实现更好地平衡三腔缸活塞杆的负载，并实现对活塞杆位移更高精度的控制。本发明公开的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，适用于不平衡负载工作条件，可实现在三腔缸内部安转用于测量液压缸位移的传感器，实时监测三腔缸活塞杆的位移状态，此外，可以使平衡腔的压力保持稳定，提高对活塞杆位移的控制精度。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 本发明的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，包括缸筒、活塞杆、液控口A、液控口B、液控口C，还包括位移传感器滑动杆、位移传感器套筒、伺服阀A和伺服阀B，其中位移传感器滑动杆、位移传感器套筒、缸筒、活塞杆的中心轴线重合，位移传感器套筒、缸筒、活塞杆为中空结构；活塞杆嵌套在缸筒之内，并可沿中心轴线滑动；缸筒下端开有用于安装位移传感器套筒的螺纹孔，位移传感器套筒与缸筒之间以螺纹方式连接并用密封圈密封，位移传感器套筒的前端插入缸筒之内，后端位于缸筒的外面，位移传感器套筒的后端带有控制器；活塞杆上端开有固定移传感器滑动杆的螺纹孔，位移传感器滑动杆与活塞杆之间以螺纹方式连接并用密封圈密封；位移传感器滑动杆套于位移传感器套筒之内，并可沿中心轴线滑动；缸筒和活塞杆下端之间形成液控腔A，油液通过液控口A进入液控腔A，缸筒和活塞杆上端之间形成液控腔C，油液通过液控口C进入液控腔C，缸筒和活塞杆之间的移动接触面用密封圈密封；位移传感器套筒和缸筒之间形成液控腔B，油液通过液控口B进入液控腔B，位移传感器套筒和缸筒之间的移动接触面用密封圈密封；伺服阀A的供油口P与高压油相连，回油口T与油箱相连，节流口A堵死，节流口B通过液控口A6与液控腔A5相连；伺服阀B的供油口P与高压油相连，回油口T与油箱相连，节流口A通过液控口C与液控腔C相连，节流口B通过液控口B与液控腔B相连。
[0006] 所述的位移传感器滑动杆为具有传感器功能的杆状结构。
[0007] 本发明公开的一种用于不平衡负载的阀控缸系统的工作过程为：
[0008] 当活塞杆带动负载伸出时，伺服阀A直通，高压油经伺服阀A的节流口B、液控口A进入液控腔A，用以抵消不平衡负载，通过控制伺服阀的节流口开度，使平衡腔的压力保持稳定；伺服阀B直通，高压油经伺服阀B的节流口B、液控口B进入液控腔B，用以克服除不平衡负载以外的其它负载，以便驱动活塞杆带动负载伸出，通过控制器和位移传感器，可以实时监测活塞杆的位移，构成对活塞杆4的闭环控制，所述的位移传感器包括位移传感器滑动杆和位移传感器套筒。
[0009] 当活塞杆带动负载缩回时，伺服阀A斜通，油液从液控腔A通过液控口A、伺服阀A的节流口B、回到油箱，用节流口B的节流作用来抵消不平衡负载，通过控制伺服阀的节流口开度，使平衡腔的压力保持稳定；伺服阀B斜通，高压油经伺服阀B的节流口A、液控口C进入液控腔C，用以克服除不平衡负载以外的其它负载，以便驱动活塞杆带动负载缩回，通过控制器和位移传感器，可以实时监测活塞杆的位移，构成对活塞杆4的闭环控制。
[0010] 有益效果：
[0011] 1、本发明的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，用伺服阀代替蓄能器对三腔缸平衡负载腔进行控制，可以使平衡腔的压力一直保持稳定，更好的平衡负载，简化控制算法的复杂度，并可得到较高的控制精度。
[0012] 2、本发明的一种用于不平衡负载的阀控缸系统通过在三腔缸内部安转位移传感器，简化了阀控缸系统的安装，并且可以方便测量液压缸的位移。
附图说明
[0013] 图1是背景技术中三腔缸作为执行机构系统的剖视图。
[0014] 图2是本发明的一种用于不平衡负载的阀控缸系统的剖视图。
[0015] 图中：1-位移传感器滑动杆、2-位移传感器套筒、3-缸筒、4-活塞杆、5-液控腔A、6-液控口A、7-液控腔B、8-液控口B、9-液控腔C、10-液控口C、11-伺服阀A、12-伺服阀B、13-蓄能器。
具体实施方式
[0016] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0017] 实施例1
[0018] 如图2所示，本实施例的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，包括缸筒3、活塞杆4、液控口A6、液控口B8、液控口C10，还包括位移传感器滑动杆1、位移传感器套筒2、伺服阀A11和伺服阀B12。其中位移传感器滑动杆1、位移传感器套筒2、缸筒3、活塞杆4的中心轴线重合，位移传感器套筒2、缸筒3、活塞杆4为中空结构；活塞杆4嵌套在缸筒3之内，并可沿中心轴线滑动；缸筒3下端开有用于安装位移传感器套筒2的螺纹孔，位移传感器套筒2与缸筒3之间以螺纹方式连接并用密封圈密封，位移传感器套筒2的前端插入缸筒3之内，后端位于缸筒3的外面，位移传感器套筒2的后端带有控制器，连接后位于缸筒3的外面；活塞杆4上端开有固定位移传感器滑动杆1的螺纹孔，位移传感器滑动杆1与活塞杆4之间以螺纹方式连接并用密封圈密封；位移传感器滑动杆1套于位移传感器套筒2之内，并可沿中心轴线滑动；缸筒3和活塞杆4下端之间形成液控腔A5，油液通过液控口A6进入液控腔A5，缸筒3和活塞杆
4上端之间形成液控腔C9，油液通过液控口C10进入液控腔C9，缸筒3和活塞杆4之间的移动接触面用密封圈密封；位移传感器套筒2和缸筒3之间形成液控腔B7，油液通过液控口B8进入液控腔B6，位移传感器套筒2和缸筒3之间的移动接触面用密封圈密封；伺服阀A11的供油口P与高压油相连，回油口T与油箱相连，节流口A堵死，节流口B通过液控口A6与液控腔A5相连；伺服阀B12的供油口P与高压油相连，回油口T与油箱相连，节流口A通过液控口C10与液控腔C9相连，节流口B通过液控口B8与液控腔B7相连。
[0019] 所述的位移传感器滑动杆1为具有传感器功能的杆状结构。
[0020] 如图2所示，本实施例公开的一种用于不平衡负载的阀控缸系统的工作过程为：
[0021] 当活塞杆4带动负载向上运动时，伺服阀A11直通，高压油经伺服阀A11的节流口B、液控口A6进入液控腔A5，用以抵消不平衡负载，通过控制伺服阀的节流口开度，使平衡腔的压力保持稳定；伺服阀B12直通，高压油经伺服阀B12的节流口B、液控口B8进入液控腔B7，用以克服除不平衡负载以外的其它负载，以便驱动活塞杆4带动负载伸出，通过控制器和位移传感器，可以实时监测活塞杆4的位移，构成对活塞杆4的闭环控制，所述的位移传感器包括位移传感器滑动杆1和位移传感器套筒2。
[0022] 当活塞杆带动负载向下运动时，伺服阀A11斜通，油液从液控腔A5通过液控口A6、伺服阀A11的节流口B、回到油箱，用节流口B的节流作用来抵消不平衡负载，通过控制伺服阀的节流口开度，使平衡腔的压力保持稳定；伺服阀B12斜通，高压油经伺服阀B12的节流口A、液控口C10进入液控腔C9，用以克服除不平衡负载以外的其它负载，以便驱动活塞杆4带动负载缩回，通过控制器和位移传感器，可以实时监测活塞杆4的位移，构成对活塞杆4的闭环控制。
[0023] 本实施例的一种用于不平衡负载的阀控缸系统，由伺服阀A11所控制的液控腔A5用于平衡负载，可使平衡腔的压力保持稳定，由伺服阀B12所控制的液控腔B7、液控腔C9用于驱动缸体带动负载运动。通过控制器和位移传感器，伺服阀A11、伺服阀B12可以根据负载的大小及位置对其进行精确控制，更好的平衡负载与控制位移，得到较高的控制精度。
