阅读说明：本技术 一种用于过盈内锁紧液压缸的控制系统 (Control system for interference internal locking hydraulic cylinder ) 是由 陆军 麦志辉 吴平平 李光远 张静波 马振军 邓达紘 陈�峰 吴韩 徐天殷 刘会 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于过盈内锁紧液压缸的控制系统,包括控制器、调压阀和交互设备；调压阀安装在过盈内锁紧液压缸的解锁油管路中,解锁油管路连通过盈内锁紧液压缸活塞表面的油槽或者锁紧套内表面的油槽；交互设备用于向控制器输入设备参数和控制参数,控制器依据公式计算解锁油管路所需要的目标油压p并控制调压阀将解锁油管路的油压调节至p；本发明的控制系统确定了液压缸内间隙与解锁油油压的关系,用户输入所需要的间隙大小后控制系统即可自动计算油压并调整调压阀,并且本发明设置了油压反馈系统和形变反馈系统,实现了过盈内锁紧液压缸的自动化精确控制。(The invention discloses a control system for an interference internal locking hydraulic cylinder, which comprises a controller, a pressure regulating valve and interactive equipment, wherein the controller is used for controlling the pressure regulating valve; the pressure regulating valve is arranged in an unlocking oil pipeline of the interference internal locking hydraulic cylinder, and the unlocking oil pipeline is communicated with an oil groove on the surface of a piston of the interference internal locking hydraulic cylinder or an oil groove on the inner surface of a locking sleeve; the interactive device is used for inputting device parameters and control parameters to the controller, and the controller calculates a target oil pressure p required by unlocking the oil pipeline according to a formula and controls the pressure regulating valve to regulate the oil pressure of the unlocking oil pipeline to p; the control system of the invention determines the relation between the clearance in the hydraulic cylinder and the oil pressure of the unlocking oil, and the control system can automatically calculate the oil pressure and adjust the pressure regulating valve after a user inputs the required clearance.)

一种用于过盈内锁紧液压缸的控制系统

技术领域

本发明涉及液压设备领域，尤其涉及一种用于过盈内锁紧液压缸的控制系统。

背景技术

过盈内锁紧液压缸一般包括两种形式：1.液压缸包括活塞和缸筒，活塞的表面设置有油槽，活塞与缸筒过盈配合；2.液压缸包括活塞、缸筒和锁紧套，锁紧套的内表面设置有油槽，活塞与锁紧套过盈配合。两种过盈内锁紧液压缸的原理都是控制油槽内解锁油的油压，进而控制活塞与缸筒的间隙或者活塞与锁紧套的间隙，使得活塞能够根据需要随时锁紧或者位移。现有技术的过盈内锁紧液压缸的缺陷在于缺乏有效的控制系统，活塞解锁所需的油压一般依据经验和试验确定，每一款液压缸的解锁油压都是单独的，这使得液压缸的解锁控制不够精确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术的过盈内锁紧液压缸缺乏有效的解锁控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于过盈内锁紧液压缸的控制系统，包括控制器、调压阀和交互设备；

调压阀安装在过盈内锁紧液压缸的解锁油管路中，解锁油管路连通过盈内锁紧液压缸活塞表面的油槽或者锁紧套内表面的油槽；

交互设备用于向控制器输入设备参数和控制参数，所述设备参数包括外筒的材料弹性模量E₁、内筒的材料弹性模量E₂、外筒的材料泊松比μ₁、内筒的材料泊松比μ₂、内筒内半径a、内筒外半径及外筒内半径b、外筒外半径c；控制参数包括内筒和外筒的间隙δ；

控制器依据公式

计算解锁油管路所需要的目标油压p并控制调压阀将解锁油管路的油压调节至p；

上述内筒是指活塞，外筒是指缸筒或者锁紧套，具体应根据过盈内锁紧液压缸的形式确定；以活塞与缸筒过盈配合的内锁紧的液压缸为例：

当解锁油的油压为p时，

缸筒的径向变形量δ₁：

活塞的径向变形量δ₂：

缸筒与活塞的间隙大小δ：

δ＝|δ₁|+|δ₂|

将上式变形后即可得到油压p与间隙大小δ的关系：

本发明将过盈内锁紧液压缸的解锁油压与间隙的关系使用公式进行确定，用户只需要根据需求输入所需的间隙大小即可完成对液压缸的控制操作，不仅操作方便，而且控制精确。

为了精确控制解锁油的油压，本发明还设置了第一压力传感器，所述第一压力传感器安装在解锁油管路中，第一压力传感器将测量的解锁油管路的实际油压p_实传递至控制器，控制器根据实际油压p_实与目标油压p之间的差值控制调压阀直至实际油压p_实与目标油压p之间的差值小于设定的油压误差值；这种解锁油油压反馈调节设计能够增加控制系统对液压缸解锁油油压控制精度。

进一步的，本发明的控制系统还包括第一形变测量单元和第二形变测量单元(形变测量单元可以采用应变片或者其他应变测量传感器)，第一形变测量单元和第二形变测量单元分别安装在活塞和缸筒上，第一形变单元和第二形变单元将测量的活塞形变值和缸筒形变值传递至控制器；

控制器将活塞形变值和缸筒形变值相加获得活塞与缸筒的实际间隙值δ_实，控制器依据公式

将解锁油管路所需要的目标油压修正为p_新并控制调压阀将解锁油管路的油压调节至p_新；第一形变测量单元和第二形变测量单元组成形变反馈，提高控制系统对液压缸内间隙控制的精度。

为了适应液压缸的工作模式以及简化操作，所述控制器中设置有锁紧模式、高精度位移模式和快速响应模式三种工作模式；

在锁紧模式中，控制器将解锁油管路的目标油压设定为p_锁紧；

在高精度位移模式中，控制器将活塞与缸筒的间隙设定为δ_高精度；

在快速响应模式中，控制器将活塞与缸筒的间隙设定为δ_快速；

p_锁紧、δ_高精度和δ_快速由用户预先设定，并且δ_高精度<δ_快速；

p_锁紧可以设定为0或者较低的值，保持活塞与缸筒之间过盈配合，能够满足锁定活塞即可；用户在实际使用中通过交互设备(例如按键、触摸屏等)直接点选对应的模式，控制系统自动执行相应的程序即可实现活塞的锁紧和解锁，在高精度位移模式下，活塞与缸筒的间隙较小，活塞位移速度较慢但是位移精度更高；在快速相应模式下，活塞与缸筒的间隙较大，活塞位移速度较快。

进一步的，本发明还包括速度传感器，速度传感器安装在活塞杆上，速度传感器测量活塞的运动速度并将测量结果传递至控制器；

所述控制器中设置有第一自测模块，当第一自测模块启动后，控制器逐步增加活塞与缸筒的间隙δ，控制器针对每一个间隙值δ启动液压缸并测量比对活塞的运动速度v，当活塞的运动速度达到设定值v₁时，控制器将当前的间隙值δ认定为高精度位移模式中活塞与缸筒的间隙值δ_高精度。

对于液压缸说，活塞与缸筒的间隙越大活塞的运动速度越快，活塞的响应速度越快，活塞的位移精度越低；即使对于同一款液压缸，随着液压缸使用时间的增加，使用环境(例如温度)的变化，活塞与缸筒的间隙对于活塞速度的影响效果是变化的，用户很难在长久的时候之后精确把控当前的活塞状态。本发明提供的第一自测模块能够实时测量出活塞运动速度与间隙值δ的关系并以此选定出合适的间隙值δ_高精度以适应活塞的高精度位移模式。

为了简化工作流程，所述控制器可以根据经验设定快速响应模式中活塞与缸筒的间隙值δ_快速＝2δ_高精度；也可以依据同样的方式再次测量出δ_快速，具体做法是当第一自测模块启动后，控制器逐步增加活塞与缸筒的间隙δ，控制器针对每一个间隙值δ启动液压缸并测量比对活塞的运动速度v，当活塞的运动速度达到设定值v₂时(v₂＞v₁)，控制器将当前的间隙值δ认定为快速响应模式中活塞与缸筒的间隙值δ_快速。

进一步的，所述控制器将活塞与缸筒的间隙δ和活塞运动速度v列表后存储并通过交互装置显示列表；用户可以根据列表数据以及实际生产经验自行选定合适的δ_高精度和δ_快速。

进一步的，控制系统还包括第二压力传感器，第二压力传感器安装在液压缸的液压油管路中；第二压力传感器测量液压油管路中的油液并将测量值传递至控制器；

所述控制器内设置有第二自测模块，当第二自测模块启动后，控制器逐步增加活塞与缸筒的间隙δ，控制器针对每一个间隙值δ启动液压缸并测量比对液压缸内的液压油压力p_液，当液压油压力超过设定值p₁时，控制器将当前的间隙值δ认定为高精度位移模式中活塞与缸筒的间隙值δ_高精度。

对于液压缸说，活塞与缸筒的间隙越大，活塞的响应速度越快，液压缸内用于驱动活塞的液压油的压力越低，活塞的位移精度越低；因此，控制系统也可以根据液压缸内液压油的压力来定量活塞的位移精度，进而选择出高精度位移模式中活塞与缸筒的间隙值δ_高精度；同样的道理，当第二自测模块启动后，控制器逐步增加活塞与缸筒的间隙δ，控制器针对每一个间隙值δ启动液压缸并测量比对液压缸内的液压油压力p_液，当液压油压力超过设定值p₂时(p₁＞p₂)，控制器将当前的间隙值δ认定为快速响应模式中活塞与缸筒的间隙值δ_快速。

有益效果：(1)本发明的控制系统确定了液压缸内间隙与解锁油油压的关系，用户输入所需要的间隙大小后控制系统即可自动计算油压并调整调压阀，实现了过盈内锁紧液压缸的自动化精确控制。(2)本发明的控制系统在解锁油管路中设置第一压力传感器，控制器通过第一压力传感器的反馈数据实时控制调压阀，提高了对解锁油油压的控制精度。(3)本发明的控制系统在内筒和外筒上设置形变测量单元，控制器根据形变反馈数据重新实时计算所需要的解锁油油压，实现了对内筒和外筒间隙调整的闭环控制，提高了对液压缸的控制精度。(4)本发明的控制系统预置锁紧模式、高精度位移模式和快速响应模式，用户点选对应的模式即可达到对液压缸的锁紧、高精度位移和快速位移控制，操作便捷。(5)本发明的控制系统设置了第一自测模块和第二自测模块，控制系统能够根据活塞杆的运动速度或者液压油的压力自行测量并获得合适的间隙值δ_高精度和δ_快速，该选择过程能够根据每一个液压缸的具体情况自行测定，不依赖使用经验，具有更高的准确性。

附图说明

图1是实施例1控制系统的工作原理图。

图2是实施例1中液压缸的剖面图。

图3是实施例1中活塞杆的主视图。

其中：100、活塞；110、油槽；200、缸筒。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的用于过盈内锁紧液压缸的控制系统，包括控制器、调压阀、交互设备、第一压力传感器、第一形变测量单元、第二形变测量单元、速度传感器和第二压力传感器；

本实施例的控制系统用于控制如图2和图3所示的过盈内锁紧液压缸，该液压缸包括缸筒200和活塞100，缸筒200和活塞100过盈配合并且活塞100的表面设置有螺旋形油槽110，油槽110的一端封闭另一端连通至解锁油管路；

调压阀安装在过盈内锁紧液压缸的解锁油管路中；

交互设备用于向控制器输入设备参数和控制参数，所述设备参数包括缸筒200的材料弹性模量E₁、活塞100的材料弹性模量E₂、缸筒200的材料泊松比μ₁、活塞100的材料泊松比μ₂、活塞100内半径a、活塞100外半径及缸筒200内半径b、缸筒200外半径c；控制参数包括活塞100和缸筒200的间隙δ；

在本实施例中，缸筒200材料为QT700-2A，活塞100材料为HT350，缸筒200和活塞100材料的弹性模量均为210Gpa，泊松比均为0.3；活塞100内半径为35mm，活塞100外半径及缸筒200内半径为55mm，缸筒200外径为110mm；

控制器依据公式

计算解锁油管路所需要的目标油压p并控制调压阀将解锁油管路的油压调节至p；

代入数据后计算

用户在使用本实施例的控制系统时，只需要通过交互设备输入所需要的活塞100与缸筒200间隙δ，控制系统即可自行计算解锁油压并执行；

为了达到精确控制的目的，本实施例的控制系统还配置有如图1所示的压力反馈系统和形变反馈系统；

第一压力传感器安装在解锁油管路中，第一压力传感器将测量的解锁油管路的实际油压p_实传递至控制器，控制器根据实际油压p_实与目标油压p之间的差值控制调压阀直至实际油压p_实与目标油压p之间的差值小于设定的油压误差值；

第一形变测量单元和第二形变测量单元分别安装在活塞100和缸筒200上，第一形变单元和第二形变单元将测量的活塞100形变值和缸筒200形变值传递至控制器；

控制器将活塞100形变值和缸筒200形变值相加获得活塞100与缸筒200的实际间隙值δ_实，控制器依据公式

将解锁油管路所需要的目标油压修正为p_新并控制调压阀将解锁油管路的油压调节至p_新。

在实际应用中，控制器内还内置有锁紧模式、高精度位移模式和快速响应模式三种工作模式；

在锁紧模式中，控制器将解锁油管路的目标油压设定为p_锁紧；

在高精度位移模式中，控制器将活塞100与缸筒200的间隙设定为δ_高精度；

在快速响应模式中，控制器将活塞100与缸筒200的间隙设定为δ_快速；

p_锁紧、δ_高精度和δ_快速由用户预先设定，并且δ_高精度<δ_快速；

p_锁紧可以设定为0或者较低的值，保持活塞100与缸筒200之间过盈配合，能够满足锁定活塞100即可；用户在实际使用中通过交互设备直接点选对应的模式，控制系统自动执行相应的程序即可实现活塞100的锁紧和解锁，在高精度位移模式下，活塞100与缸筒200的间隙较小，活塞100位移速度较慢但是位移精度更高；在快速相应模式下，活塞100与缸筒200的间隙较大，活塞100位移速度较快。

由于液压缸在使用过程中不可避免的受到磨损、温度等因素的影响，活塞的位移速度与间隙值δ可能发生改变，为此本实施例配置了速度传感器和第二压力传感器，并在控制器内设置了第一自测模块和第二自测模块；

速度传感器安装在活塞杆上，速度传感器测量活塞100的运动速度并将测量结果传递至控制器；

当第一自测模块启动后，控制器逐步增加活塞与缸筒的间隙δ，控制器针对每一个间隙值δ启动液压缸并测量比对活塞的运动速度v，当活塞的运动速度达到设定值v₁时，控制器将当前的间隙值δ认定为高精度位移模式中活塞与缸筒的间隙值δ_高精度；当活塞的运动速度达到设定值v₂时，控制器将当前的间隙值δ认定为快速响应模式中活塞与缸筒的间隙值δ_快速。

第二压力传感器安装在液压缸的液压油管路中；第二压力传感器测量液压油管路中的油液并将测量值传递至控制器；

当第二自测模块启动后，控制器逐步增加活塞与缸筒的间隙δ，控制器针对每一个间隙值δ启动液压缸并测量比对液压缸内的液压油压力p_液，当液压油压力超过设定值p₁时，控制器将当前的间隙值δ认定为高精度位移模式中活塞与缸筒的间隙值δ_高精度；当液压油压力超过设定值p₂时，控制器将当前的间隙值δ认定为快速响应模式中活塞与缸筒的间隙值δ_快速。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。