CN111577686A - 步进式液压设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种步进式液压设备及其控制方法，进式液压设备包括：液压缸，包括第一缸体和第一活塞，所述第一活塞移动地设于所述第一缸体的第一活塞腔内；计量缸，包括第二缸体和第二活塞，所述第二活塞移动地设于所述第二缸体的第二活塞腔内，所述第一活塞腔与所述第二活塞腔连通。上述的步进式液压设备及其控制方法通过将计量缸连接于液压缸，使得液压缸的第一活塞在一次沿正向步进式位移过程时，油液从第一缸体的第一活塞腔流入计量缸内，推动计量缸的第二活塞移动直至第二活塞移动至预设位置而停止移动，这样，第一活塞腔的油液停止流入第二活塞腔内，阻止了第一活塞继续移动，完成一次沿正向的步进式位移。

Description

步进式液压设备及其控制方法

技术领域

本发明属于液压领域，尤其是一种步进式液压设备及其控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在一些应用场合中，需要液压缸完成步进式动作，即每次动作均移动距离的位移。例如在钢铁冶金领域有着较为广泛的应用，如步进式加热炉、步进式钢卷运输机等等。

随着自动化、数字化控制技术的发展，液压缸作为液压系统的执行元件也越来越多的与电子技术结合在了一起。现有的步进式液压设备一般采用在液压缸连接于方向阀、流量阀、调速阀以及行程开关、传感器等附件，对液压缸的行程、方向、速度、停止点的精确控制而实现液压缸的步进式动作。

然而，该方式对于大流量或超大流量、高频或者超高频伺服控制系统中也无法正常工作，而通过在液压缸上安装阀体或其它附加装置来契合生产需要的液压缸不但结构复杂，成本高，而且容易受到外界电磁干扰，工作效率低。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种步进式液压设备及其控制方法，可以实现液压缸的步进式动作。

一种步进式液压设备，包括：

液压缸，包括第一缸体和第一活塞，所述第一活塞移动地设于所述第一缸体的第一活塞腔内；

计量缸，包括第二缸体和第二活塞，所述第二活塞移动地设于所述第二缸体的第二活塞腔内，所述第一活塞腔与所述第二活塞腔连通，在所述第一活塞正向移动时，油液从所述第一活塞腔流入所述第二活塞腔并推动所述第二活塞移动直至预设位置，使得所述第一活塞沿正向步进式移动。

优选地，还包括第一换向阀，连接于所述液压缸和所述计量缸之间，用于连接或者断开所述第一缸体和第二缸体。

优选地，所述第一换向阀包括第一工作位和第二工作位，所述第一活塞将所述第一缸体分隔为第一正腔和第一反腔，所述第二活塞将所述第二缸体分隔为第二正腔和第二反腔；

在所述第一换向阀位于所述第一工作位时，所述第一正腔通过所述第一换向阀连通所述第二正腔；在所述第一换向阀位于所述第二工作位时，所述第一正腔通过所述第一换向阀连通所述第二反腔。

优选地，还包括油泵机构、第二换向阀和第三换向阀，所述油泵机构连接于所述液压缸的第一正腔；所述第二换向阀连接于所述油泵机构和所述第二换向阀之间以连接或者断开所述油泵机构和所述第二换向阀；所述第三换向阀连接于所述油泵机构和所述第一换向阀之间以连接或者断开所述油泵机构和所述第一换向阀。

优选地，所述第一换向阀还包括第三工作位，在所述第一换向阀处于第三工作位时，所述第一正腔通过所述第一换向阀连通于所述油泵机构，使得油液经所述第一换向阀进入所述第一正腔内以推动所述第一活塞反向移动。

优选地，所述计量缸的第二活塞至少一侧设有凸起，所述计量缸的第二缸体的设有有所述凸起对应的凹陷区，在所述第二活塞朝向所述凹陷区移动至所述凸起与所述凹陷区接触以缓冲所述第二活塞。

优选地，所述油泵机构包括油泵和油箱，所述油泵连接于所述油箱，用于将油液从所述油箱泵出。

一种步进式液压设备的控制方法，包括：

液压缸的第一活塞正向移动时，液压缸的第一活塞腔的油液进入计量缸的第二活塞腔的第二活塞腔内；

第二活塞腔内的油液推动所述计量缸的第二活塞移动直至计量缸的第二活塞移动至预设位置时停止移动以停止所述油液进入所述第二活塞腔；

所述液压缸的第一活塞在油液的阻力作用下停止移动，完成一次正向步进式位移。

优选地，液压缸的第一活塞腔的油液进入计量缸的第二活塞腔的第二活塞腔内包括：

切换第一换向阀至第一工作位时，所述第一活塞腔内的第一正腔的油液经所述第一换向阀进入所述第二活塞腔的第二正腔，直至所述第二活塞移动直至预设位置；

以及，在所述液压缸的第一活塞在油液的阻力作用下停止移动，完成一次正向步进式位移之后，还包括：

切换所述第一换向阀至第二工作位时，所述第一活塞腔内的第一正腔的油液经所述第一换向阀进入所述第二活塞腔的第二反腔，直至所述第二活塞反向移动直至预设位置。

优选地，还包括：

切换所述第一换向阀至第三工作位时，油液经进入所述第一正腔内以推动所述第一活塞反向移动。

相较于现有技术，上述的步进式液压设备及其控制方法通过将计量缸连接于液压缸，使得液压缸的第一活塞在一次沿正向步进式位移过程时，油液从第一缸体的第一活塞腔流入计量缸内，推动计量缸的第二活塞移动直至第二活塞移动至预设位置而停止移动，这样，第一活塞腔的油液停止流入第二活塞腔内，阻止了第一活塞继续移动，完成一次沿正向的步进式位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是步进式液压设备在第一次步进位移时的液压原理图。

图2是计量缸的结构示意图。

图3是步进式液压设备的第二次步进位移时的液压原理图。

图4是步进式液压设备的反向移动时的液压原理图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

步进式液压设备用于控制液压缸的步进式移动。为了便于论述，将液压缸的活塞杆向外伸出的方向为正向，向内缩回移动的方向为反向。液压缸每次正向移动预设距离后停止移动，该预设距离为液压缸步进式位移的步长。

图1是步进式液压设备在第一次步进位移时的液压原理图，如图1所示，步进式液压设备包括液压缸10、计量缸30、油泵机构、第一换向阀20、第二换向阀50和第三换向阀60。

液压缸10作为工作单元，包括第一缸体11和第一活塞12。所述第一缸体11呈圆柱状，内部设有第一活塞腔，所述第一活塞12移动地设于所述第一缸体11的第一活塞腔内，使得第一活塞12可以沿第一活塞腔的长度方向来回移动。所述第一活塞12将所述第一缸体11分隔为第一正腔111和第一反腔112。所述第一活塞12还连接有活塞杆，所述活塞杆一端连接于第一活塞12，另外一端位于所述第一正腔111内，并且从所述第一缸体11伸出。

计量缸30用于控制液压缸10每次移动的步长，可以选择一容量较小的液压缸10作为计量缸30。图2是计量缸30的结构示意图，如图2所示，计量缸30包括第二缸体31和第二活塞32，所述第二缸体31呈圆柱状，内部设有第二活塞腔，所述第二活塞32移动地设于所述第二缸体31的第二活塞腔内，使得第二活塞32可以沿第二活塞腔的长度方向来回移动。所述第二活塞32为无杆活塞，将所述第二缸体31分隔为第二正腔311和第二反腔312。在油液的推动作用下，第二活塞32沿正向或者反向移动，直至第二活塞32移动至预设位置被阻挡而停止。通常而言，该预设位置为第二活塞32的极限位置，例如该预设位置为第二活塞腔的两端部位置，但在另外一些实施方式中，可以在第二活塞腔内设置挡块等结构来确定第二活塞32的预设位置，因此，第二活塞32的预设位置也可以是其他位置，并不限于第二活塞腔的极限位置。

为了防止第二活塞32移动至预设位置而停止时产生较大的振动和噪声，本实施方式中，所述计量缸30的第二活塞32两侧设有凸起，即第二正腔311和第二反腔312内均连接有所述凸起。所述计量缸30的第二缸体31的端部设有所述凸起对应的凹陷区，在所述第二活塞32朝向所述凹陷区移动至预设位置时，所述凸起与所述凹陷区接触沿轴向相对移动并且凹陷区的锥面与所述凸起的锥面接触以降低第二活塞32的移动速度直至第二活塞32停止，从而可以在预设位置缓冲所述第二活塞32，降低第二活塞32在预设位置的碰撞力和噪声。

第一换向阀20可以是电磁阀，连接于所述液压缸10和所述计量杆之间，用于连接或者断开所述第一缸体11和第二缸体31。本实施方式中，第一换向阀20具有三个工作位：第一工作位、第二工作位和第三工作位。在所述第一换向阀20位于所述第一工作位时，所述第一正腔111通过所述第一换向阀20连通所述第二正腔311，第二负腔连接于油泵机构以进行回油。在所述第一换向阀20位于所述第二工作位时，所述第一正腔111通过所述第一换向阀20连通所述第二反腔312，第二正腔311连接于油泵机构以进行回油。在所述第一换向阀20处于第三工作位时，所述第一正腔111通过所述第一换向阀20连通于所述油泵机构，使得油液经所述第一换向阀20进入所述第一正腔111内以推动所述第一活塞12反向移动。

所述油泵机构包括油泵40、油箱42和溢流阀41，所述油泵40连接于所述油箱42，用于从所述油箱42油液。溢流阀41连接于油泵40和油箱42之间，用于在液压设备压力过大时油液经溢流阀41回流至油箱42以保护液压设备。所述第二换向阀50为电磁阀，连接于所述油泵机构和所述第二换向阀50之间以连接或者断开所述油泵机构和所述第二换向阀50。第三换向阀60可以为电磁阀，连接于所述油泵机构和所述第一换向阀20之间以连接或者断开所述油泵机构和所述第一换向阀20。

下面结合图1、图2和图3详细描述上述实施方式所述的步进式液压设备的控制方法。

如图1所示，第一换向阀20被切换至第一工作位。此时，油泵40泵出的高压油液经第二换向阀50进入第一缸体11的第一负腔，推动液压缸10的第一活塞12正向移动；

在第一活塞12正向移动的过程中，第一正腔111内的油液经第一换向阀20进入所述第二活塞腔的第二正腔311。

然后，进入第二活塞腔的第二正腔311内的油液推动所述计量缸30的第二活塞32移动，直至计量缸30的第二活塞32移动至预设位置(右侧的极限位置)时停止移动，此时，第一缸体11内的油液无法进入被排入第二缸体31内，使得所述油液停止进入所述第二活塞腔。这样，所述液压缸10的第一活塞12在油液的阻力作用下停止移动，完成一次正向步进式位移。

图3是步进式液压设备的第二次步进位移时的液压原理图。如图3所示，完成一次正向步进式位移后，所述第一换向阀20被切换至第二工作位。此时，油泵40泵出的高压油液经第二换向阀50进入第一缸体11的第一负腔，推动液压缸10的第一活塞12再次正向移动；

在第一活塞12正向移动的过程中，第一正腔111内的油液经第一换向阀20进入所述第二活塞腔的第二负腔。

然后，进入第二活塞腔的第二负腔内的油液推动所述计量缸30的第二活塞32反向移动(即沿图2中的左侧移动)，直至计量缸30的第二活塞32移动至预设位置(左侧的极限位置)时停止移动，此时，第一缸体11内的油液无法进入被排入第二缸体31内，使得所述油液停止进入所述第二活塞腔。这样，所述液压缸10的第一活塞12在油液的阻力作用下停止移动，完成又一次正向步进式位移。

反复将第一换向阀20在第一工作位和第二工作位之间切换，即可实现液压缸10的步进式位移。每切换一次第一换向阀20的工作位，液压缸10的第一活塞12即可完成一次步进式位移。

图4是步进式液压设备的反向移动时的液压原理图。如图4所示，在需要控制液压缸10反向移动时，切换所述第一换向阀20至第三工作位。此时，油泵40泵出的高压油液经第三换向阀60、第二换向阀50进入所述第一正腔111内以推动所述第一活塞12反向移动，第一负腔的内油液经第二换向阀50回流至油箱42，完成第一活塞12的反向移动至复位，为后续的正向步进式位移准备。

上述的步进式液压设备及其控制方法通过将计量缸30连接于液压缸10，使得液压缸10的第一活塞12在一次沿正向步进式位移过程时，油液从第一缸体11的第一活塞腔流入计量缸30内，推动计量缸30的第二活塞32移动直至第二活塞32移动至预设位置而停止移动，这样，第一活塞腔的油液停止流入第二活塞腔内，阻止了第一活塞12继续移动，完成一次沿正向的步进式位移。

在本发明所提供的几个具体实施方式中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种步进式液压设备，其特征在于，包括：

液压缸，包括第一缸体和第一活塞，所述第一活塞移动地设于所述第一缸体的第一活塞腔内；

计量缸，包括第二缸体和第二活塞，所述第二活塞移动地设于所述第二缸体的第二活塞腔内，所述第一活塞腔与所述第二活塞腔连通，在所述第一活塞正向移动时，油液从所述第一活塞腔流入所述第二活塞腔并推动所述第二活塞移动直至预设位置，使得所述第一活塞沿正向步进式移动。

2.如权利要求1所述的步进式液压设备，其特征在于，还包括第一换向阀，连接于所述液压缸和所述计量缸之间，用于连接或者断开所述第一缸体和第二缸体。

3.如权利要求2所述的步进式液压设备，其特征在于，所述第一换向阀包括第一工作位和第二工作位，所述第一活塞将所述第一缸体分隔为第一正腔和第一反腔，所述第二活塞将所述第二缸体分隔为第二正腔和第二反腔；

在所述第一换向阀位于所述第一工作位时，所述第一正腔通过所述第一换向阀连通所述第二正腔；在所述第一换向阀位于所述第二工作位时，所述第一正腔通过所述第一换向阀连通所述第二反腔。

4.如权利要求3所述的步进式液压设备，其特征在于，还包括油泵机构、第二换向阀和第三换向阀，所述油泵机构连接于所述液压缸的第一正腔；所述第二换向阀连接于所述油泵机构和所述第二换向阀之间以连接或者断开所述油泵机构和所述第二换向阀；所述第三换向阀连接于所述油泵机构和所述第一换向阀之间以连接或者断开所述油泵机构和所述第一换向阀。

5.如权利要求4所述的步进式液压设备，其特征在于，所述第一换向阀还包括第三工作位，在所述第一换向阀处于第三工作位时，所述第一正腔通过所述第一换向阀连通于所述油泵机构，使得油液经所述第一换向阀进入所述第一正腔内以推动所述第一活塞反向移动。

6.如权利要求5所述的步进式液压设备，其特征在于，所述计量缸的第二活塞至少一侧设有凸起，所述计量缸的第二缸体的设有有所述凸起对应的凹陷区，在所述第二活塞朝向所述凹陷区移动至所述凸起与所述凹陷区接触以缓冲所述第二活塞。

7.如权利要求6所述的步进式液压设备，其特征在于，所述油泵机构包括油泵和油箱，所述油泵连接于所述油箱，用于将油液从所述油箱泵出。

8.一种步进式液压设备的控制方法，其特征在于，包括：

液压缸的第一活塞正向移动时，液压缸的第一活塞腔的油液进入计量缸的第二活塞腔的第二活塞腔内；

第二活塞腔内的油液推动所述计量缸的第二活塞移动直至计量缸的第二活塞移动至预设位置时停止移动以停止所述油液进入所述第二活塞腔；

所述液压缸的第一活塞在油液的阻力作用下停止移动，完成一次正向步进式位移。

9.如权利要求8所述的步进式液压设备的控制方法，其特征在于，液压缸的第一活塞腔的油液进入计量缸的第二活塞腔的第二活塞腔内包括：

切换第一换向阀至第一工作位时，所述第一活塞腔内的第一正腔的油液经所述第一换向阀进入所述第二活塞腔的第二正腔，直至所述第二活塞移动直至预设位置；

以及，在所述液压缸的第一活塞在油液的阻力作用下停止移动，完成一次正向步进式位移之后，还包括：

切换所述第一换向阀至第二工作位时，所述第一活塞腔内的第一正腔的油液经所述第一换向阀进入所述第二活塞腔的第二反腔，直至所述第二活塞反向移动直至预设位置。

10.如权利要求9所述的步进式液压设备的控制方法，其特征在于，还包括：

切换所述第一换向阀至第三工作位时，油液经进入所述第一正腔内以推动所述第一活塞反向移动。

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