專利名稱：多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及流體壓カ執(zhí)行機構(gòu)，尤其涉及ー種多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)掘進機是ー種用于隧道工程施工的現(xiàn)代化掘進裝備，它集機械、液壓、控制等技術(shù)為一體，實現(xiàn)了隧道開挖的機械化、自動化。與傳統(tǒng)的施工方法相比，在施工安全、快速、工程質(zhì)量、地面擾動、勞動強度等方面有很多優(yōu)勢，盾構(gòu)隧道施工方法是隧道施工的發(fā)展方向。管片拼裝機是盾構(gòu)的重要組成部分，當盾構(gòu)推進距離達到一環(huán)管片寬度之后，盾構(gòu)便停止推進，進行管片拼裝工作，此時管片拼裝機從盾構(gòu)后方管片輸送車上抓取管片，然后通過旋轉(zhuǎn)、徑向伸縮和水平滑移三個定位運動將管片搬運到空間指定的位置點，ー環(huán)管片安裝完成，形成襯砌，從而支撐剛開挖的隧道，然后盾構(gòu)開始下一環(huán)的推進作業(yè)管片。拼裝是盾構(gòu)施工隧道成形最為關鍵的一歩，管片拼裝的速度直接影響盾構(gòu)施工的效率，縮短管片拼裝使用的時間可以直接減少盾構(gòu)施工總時間。盾構(gòu)管片拼裝系統(tǒng)具有工作量大、工作時間長的特點?，F(xiàn)行管片拼裝機系統(tǒng)在管片拼裝定位過程中采用管片拼裝機的徑向伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動和水平滑移運動依次順序執(zhí)行的工作模式，管片拼裝定位的總時間為徑向伸縮運動時間tl、旋轉(zhuǎn)運動時間t2和水平滑移運動時間t3的總和，采用多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)及其方法可以實現(xiàn)徑向伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動和水平滑移運動同時進行的工作模式，管片拼裝定位的總時間為tl、t2和t3的最大值，因此可以極大地縮短管片拼裝時間。此外，隧道通常由上萬塊甚至幾十萬塊管片拼裝而成，因此采用并行拼裝方法可以極大地縮短整條隧道施工過程中管片拼裝總時間，從而縮短隧道總施工時間，節(jié)省隧道施工費用。同時，采用流量匹配和壓カ補償技術(shù)可以消除并行拼裝自身各自由度互相干擾的問題，提高管片拼裝精度；采用流量匹配和旁路卸荷技術(shù)可以實現(xiàn)變量泵輸出流量的所供即所需的特點，多余的流量可以通過旁路卸荷閥以較低壓カ溢流，使系統(tǒng)具有節(jié)能特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)行管片拼裝系統(tǒng)采用順序工作模式拼裝時間較長的問題，提供ー種多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)及其方法。既可以實現(xiàn)徑向伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動和水平滑移運動同時進行的管片并行拼裝，又可以消除多運動耦合和相互干擾問題，同時也實現(xiàn)了系統(tǒng)流量所供即所需的特性，提高系統(tǒng)效率。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括電機、電比例變排量泵、旁路卸荷閥、溢流閥、第一壓カ補償閥、第二壓カ補償閥、第三壓カ補償閥、第一三位四通比例換向閥、第二三位四通比例換向閥、第三三位四通比例換向閥、第一梭閥、第二梭閥、第三梭閥、第四梭閥、第五梭閥、液壓馬達、第一液壓缸、第二液壓缸、第三液壓缸；電機與電比例變量泵剛性連接；電比例變量泵的吸油ロ S與油箱連通，電比例變量泵的出油ロ P分別與溢流閥的進油ロ P4、旁路卸荷閥的右控制油ロ X2、高壓油管10連通；溢流閥的出油ロ T4與油箱連通；高壓油管和旁路卸荷閥的進油ロ P3、第一壓カ補償閥的進油ロ P5、第二壓カ補償閥的進油ロ P10、第三壓カ補償閥的進油ロ Pll連通；第一壓カ補償閥的出油ロ T5、第二壓力補償閥的出油ロ T10、第三壓カ補償閥的出油ロ Tll分別與第一三位四通比例換向閥的進油ロ P6、第二三位四通比例換向閥的進油ロ P12、第三三位四通比例換向閥的進油ロ P13連通，同時分別與第一壓カ補償閥的下控制油ロ x4、第二壓カ補償閥的下控制油ロ x6、第三壓カ補償閥的下控制油ロ x8連通；第一三位四通比例換向閥的出油ロ A6與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓馬達的ー個工作油ロ A8和第二梭閥的下油ロ連通，第二三位四通比例換向閥的出油ロA12與第一液壓缸的無桿腔工作油ロ、第二液壓缸的無桿腔工作油ロ、第四梭閥的下油ロ連通，第三三位四通比例換向閥的出油ロ A13與第三液壓缸的無桿腔工作油ロ、第五梭閥的下油ロ連通；第一三位四通比例換向閥的出油ロ B6與液壓馬達的另ー個工作油ロ B8、第二梭閥的上油ロ連通，第二三位四通比例換向閥的出油ロ B12與第一液壓缸的有桿腔工作油ロ、第二液壓缸的有桿腔工作油ロ、第四梭閥的上油ロ連通、第三三位四通比例換向閥的出油ロ B13第三液壓缸的有桿腔工作油ロ、第五梭閥的上油ロ連通；第一三位四通比例換向閥的回油ロ T6、第二三位四通比例換向閥的回油ロ T12、第三三位四通比例換向閥的回油ロ T13分別與低壓管道連通，低壓管道通過回油管與油箱連通；第二梭閥的左油ロ與第一梭閥的下油ロ、第一壓カ補償閥的上控制油ロ x5連通，第四梭閥的左油ロ與第三梭閥的下油ロ、第二壓カ補償閥的上控制油ロ x7連通，第五梭閥的左油ロ與第三梭閥的上油ロ、第三壓カ補償閥的上控制油ロ x9連通，第一梭閥的上油ロ和左油ロ分別與第三梭閥的左油口和旁路卸荷閥的左控制油ロ x3連通，旁路卸荷閥的出油ロ T3與油箱連通。ー種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的多自由度并行管片拼裝定位電液控制方法，其特征在干管片拼裝定位過程采用管片拼裝機徑向伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動和水平滑移運動同時進行的并行工作模式，實現(xiàn)三個自由度聯(lián)動管片拼裝，拼裝運動控制器Ctrl同時輸出第一三位四通比例換向閥控制信號U1、第二三位四通比例換向閥控制信號U2、第三三位四通比例換向閥控制信號U3，第一三位四通比例換向閥控制信號U1、第二三位四通比例換向閥控制信號U2、第三三位四通比例換向閥控制信號U3分別對應傳遞給第一三位四通比例換向閥比例放大板、第二三位四通比例換向閥比例放大板和第三三位四通比例換向閥的比例放大板，第一三位四通比例換向閥比例放大板輸出端與第一三位四通比例換向閥比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流11，第二三位四通比例換向閥比例放大板輸出端與第二三位四通比例換向閥比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流12，第三三位四通比例換向閥比例放大板輸出端與第三三位四通比例換向閥比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流13 ;拼裝運動控制器Ctrl輸出的第一三位四通比例換向閥控制信號U1、第二三位四通比例換向閥控制信號U2和第三三位四通比例換向閥控制信號U3同時作為輸入信號傳遞給流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根據(jù)第一三位四通比例換向閥控制信號U1、第二三位四通比例換向閥控制信號U2和第三三位四通比例換向閥控制信號U3得到第一三位四通比例換向閥的理論輸出流量Q1、第二三位四通比例換向閥的理論輸出流量Q2、第三三位四通比例換向閥的理論輸出流量Q3，第一三位四通比例換向閥的理論輸出流量Q1、第二三位四通比例換向閥的理論輸出流量Q2、第三三位四通比例換向閥的理論輸出流量Q3相加后再加上控制油及泄漏補償流量Q4、流量裕量Q5得到電比例變量泵理論輸出流量Qp，根據(jù)電比例變量泵理論輸出流量Qp和電機的轉(zhuǎn)速np求得電比例變量泵排量Vp=Qp/ (np X泵體積效率)，從而得到電比例變量泵2比例放大板的輸入信號Uc=Vp/Kuv，Kuv為變量泵排量與輸入控制信號的關系系數(shù)。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是
I)采用多自由度聯(lián)動管片并行拼裝方法可以實現(xiàn)徑向伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動和水平滑移運動同時進行的工作模式，與現(xiàn)有系統(tǒng)三運動依次順序執(zhí)行的管片拼裝方法相比可以極大地縮短管片拼裝時間。在完成隧道十幾萬塊甚至幾十萬塊管片拼裝過程中，采用并行拼裝方法可以極大地縮短整條隧道施工累積拼裝時間，從而縮短隧道施工總時間，節(jié)省隧道施エ費用。2)采用壓力補償技術(shù)可以消除拼裝機各拼裝運動之間互相干擾的問題，改善管片拼裝機拼裝定位運動可控性，提高管片拼裝精度。3)采用流量匹配技術(shù)通過流量匹配控制器實時控制電比例變量泵排量，使變量泵輸出流量適應管片拼裝機運動狀態(tài)變化，實現(xiàn)系統(tǒng)流量所供即所需的特點，既可以降低流量過量引起的過多溢流損失，提高系統(tǒng)效率。4)采用旁路卸荷技術(shù)，使系統(tǒng)中多余的流量通過旁路卸荷閥以較低的壓カ溢流，而不是通過主油路的溢流閥以安全壓カ溢流，進ー步減少系統(tǒng)溢流損失，提高系統(tǒng)效率。


附圖1是本發(fā)明采用的電液控制系統(tǒng)原理圖。圖中1.電機，2.電比例變量泵，3.旁路卸荷閥，4.溢流閥，5.1.第一壓カ補償閥，5.2.第二壓カ補償閥，5.3.第三壓カ補償閥，6.1.第一三位四通比例換向閥，6. 2.第二三位四通比例換向閥，6. 3.第三三位四通比例換向閥，7.1.第一梭閥，7. 2.第二梭閥，7.3.第三梭閥,7. 4.第四梭閥,7. 5.第五梭閥,8.液壓馬達,9.1.第一液壓缸,9. 2.第二液壓缸，9. 3.第三液壓缸，10.聞壓油管，11.低壓油管，12.回油管。附圖2是本發(fā)明采用的多自由度并行管片拼裝定位電液控制方法工作原理圖。圖中U1.第一三位四通比例換向閥的控制信號，U2.第二三位四通比例換向閥的控制信號，U3.第三三位四通比例換向閥的控制信號，Ql.第一三位四通比例換向閥理論輸出流量，Q2.第二三位四通比例換向閥理論輸出流量，Q3.第三三位四通比例換向閥理論輸出流量，Q4.控制油及泄漏補償流量，Q5.流量裕量，Qp.電比例變量泵理論輸出流量，np.電比例變量泵驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，Vp.電比例變量泵理論排量，Uc.變量泵比例放大板的輸入信號，Kuv.變量泵排量與其放大板輸入信號關系系數(shù)，Ic.變量泵比例電磁鐵輸入電流，I1.第一三位四通比例換向閥比例電磁鐵控制電流，12.第二三位四通比例換向閥比例電磁鐵控制電流，13.第三三位四通比例換向閥比例電磁鐵控制電流。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1、附圖2和實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如附圖1所示，ー種多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)，其特征在于包括電機1、電比例變排量泵2、旁路卸荷閥3、溢流閥4、第一壓カ補償閥5.1、第二壓カ補償閥
5.2、第三壓カ補償閥5. 3、第一三位四通比例換向閥6.1、第二三位四通比例換向閥6. 2、第三三位四通比例換向閥6. 3、第一梭閥7.1、第二梭閥7. 2、第三梭閥7. 3、第四梭閥7. 4、第五梭閥7. 5、液壓馬達8、第一液壓缸9.1、第二液壓缸9. 2、第三液壓缸9. 3 ;電機I與電比例變量泵2剛性連接；電比例變量泵2的吸油ロ S與油箱連通，電比例變量泵2的出油ロ P分別與溢流閥4的進油ロ P4、旁路卸荷閥3的右控制油ロ x2、高壓油管10連通；溢流閥4的出油ロ T4與油箱連通；高壓油管10和旁路卸荷閥3的進油ロ P3、第一壓カ補償閥5.1的進油ロ P5、第二壓カ補償閥5. 2的進油ロ P10、第三壓カ補償閥5. 3的進油ロ Pll連通；第一壓カ補償閥5.1的出油ロ T5、第二壓カ補償閥5. 2的出油ロ T10、第三壓カ補償閥5. 3的出油ロ Tll分別與第一三位四通比例換向閥6.1的進油ロ P6、第二三位四通比例換向閥6. 2的進油ロ P12、第三三位四通比例換向閥6. 3的進油ロ P13連通，同時分別與第一壓カ補償閥5.1的下控制油ロ x4、第二壓カ補償閥5. 2的下控制油ロ x6、第三壓カ補償閥5. 3的下控制油ロ x8連通；第一三位四通比例換向閥6.1的出油ロ A6與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓馬達8的一個工作油ロ A8和第二梭閥7. 2的下油ロ連通，第二三位四通比例換向閥6. 2的出油ロ A12與第一液壓缸9.1的無桿腔工作油ロ、第二液壓缸9. 2的無桿腔工作油ロ、第四梭閥7. 4的下油ロ連通，第三三位四通比例換向閥6. 3的出油ロ A13與第三液壓缸9. 3的無桿腔工作油ロ、第五梭閥7. 5的下油ロ連通；第一三位四通比例換向閥6.1的出油ロ B6與液壓馬達
8的另ー個工作油ロ B8、第二梭閥7. 2的上油ロ連通，第二三位四通比例換向閥6. 2的出油ロ B12與第一液壓缸9.1的有桿腔工作油ロ、第二液壓缸9. 2的有桿腔工作油ロ、第四梭閥7. 4的上油ロ連通、第三三位四通比例換向閥6. 3的出油ロ B13第三液壓缸9. 3的有桿腔エ作油ロ、第五梭閥7. 5的上油ロ連通；第一三位四通比例換向閥6.1的回油ロ T6、第二三位四通比例換向閥6. 2的回油ロ T12、第三三位四通比例換向閥6. 3的回油ロ T13分別與低壓管道11連通，低壓管道11通過回油管12與油箱連通；第ニ梭閥7. 2的左油ロ與第一梭閥7.1的下油ロ、第一壓カ補償閥5.1的上控制油ロ x5連通，第四梭閥7. 4的左油ロ與第三梭閥7. 3的下油ロ、第二壓カ補償閥5. 2的上控制油ロ x7連通，第五梭閥7. 5的左油ロ與第三梭閥7. 3的上油ロ 、第三壓カ補償閥5. 3的上控制油ロ x9連通，第一梭閥7.1的上油口和左油ロ分別與第三梭閥7. 3的左油口和旁路卸荷閥3的左控制油ロ x3連通，旁路卸荷閥3的出油ロ T3與油箱連通。如附圖2所示，ー種多自由度并行管片拼裝定位電液控制方法，其特征在于管片拼裝定位過程采用管片拼裝機徑向伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動和水平滑移運動同時進行的并行エ作模式，實現(xiàn)三個自由度聯(lián)動管片拼裝，拼裝運動控制器Ctrl同時輸出第一三位四通比例換向閥6.1控制信號U1、第二三位四通比例換向閥6. 2控制信號U2、第三三位四通比例換向閥6. 3控制信號U3，第一三位四通比例換向閥6.1控制信號U1、第二三位四通比例換向閥6. 2控制信號U2、第三三位四通比例換向閥6. 3控制信號U3分別對應傳遞給第一三位四通比例換向閥6.1比例放大板、第二三位四通比例換向閥6. 2比例放大板和第三三位四通比例換向閥6. 3的比例放大板,第一三位四通比例換向閥6.1比例放大板輸出端與第一三位四通比例換向閥6.1比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流II，第二三位四通比例換向閥6. 2比例放大板輸出端與第二三位四通比例換向閥6. 2比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流12，第三三位四通比例換向閥6. 3比例放大板輸出端與第三三位四通比例換向閥6.3比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流13 ;拼裝運動控制器Ctrl輸出的第一三位四通比例換向閥6.1控制信號U1、第二三位四通比例換向閥6. 2控制信號U2和第三三位四通比例換向閥6. 3控制信號U3同時作為輸入信號傳遞給流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根據(jù)第一三位四通比例換向閥6.1控制信號U1、第二三位四通比例換向閥6. 2控制信號U2和第三三位四通比例換向閥6. 3控制信號U3得到第一三位四通比例換向閥6.1的理論輸出流量Q1、第二三位四通比例換向閥6. 2的理論輸出流量Q2、第三三位四通比例換向閥6. 3的理論輸出流量Q3，第一三位四通比例換向閥6.1的理論輸出流量Q1、第二三位四通比例換向閥6. 2的理論輸出流量Q2、第三三位四通比例換向閥6. 3的理論輸出流量Q3相加后再加上控制油及泄漏補償流量Q4、流量裕量Q5得到電比例變量泵2理論輸出流量Qp，根據(jù)電比例變量泵2理論輸出流量Qp和電機I的轉(zhuǎn)速np求得電比例變量泵排量Vp=Qp/(np X泵體積效率)，從而得到電比例變量泵2比例放大板的輸入信號Uc=Vp/Kuv，Kuv為變量泵排量與輸入控制信號的關系系數(shù)。本發(fā)明的工作原理如下
電機I得電啟動，驅(qū)動變量泵2轉(zhuǎn)動，變量泵2通過吸油ロ S從油箱中吸油，變量泵2輸出的壓カ油通過出油ロ P分別進入旁路卸荷閥3的控制油ロ x2、溢流閥4的進油ロ P4以及高壓油管10。進入高壓油管10的高壓油分別進入旁路卸荷閥3的進油ロ P3和第一壓カ補償閥5.1的進油ロ P5、第二壓カ補償閥5. 2的進油ロ PlO和第三壓カ補償閥5. 3的進油ロ PU。進行管片拼裝定位工作時，拼裝運動控制器Ctrl同時分別給第一三位四通比例換向閥6.1、第二三位四通比例換向閥6. 2和第三三位四通比例換向閥6. 3的比例放大板設定控制信號Ul、U2和U3，使第一三位四通比例換向6.1的電磁鐵b6、第二三位四通比例換向6. 2的電磁鐵bl2、第三三位四通比例換向6. 3的電磁鐵bl3得電，使得第一三位四通比例換向閥6.1中P6與A6連通，T6與B6連通，第二三位四通比例換向閥6. 2中P12與A12連通，T12與B12連通，第三三位四通比例換向閥6. 2中P13與A13連通，T13與B13連通。壓カ油從第一壓カ補償閥5.1出油ロ T5、第二壓カ補償閥5. 2出油ロ TlO和第三壓カ補償閥5. 3的出油ロ T11流出，分別進入第一三位四通比例換向閥6.1進油ロ P6、第二三位四通比例換向閥6. 2進油ロ P12和第三三位四通比例換向閥6. 3進油ロ P13，壓カ油從第一三位四通比例換向閥6.1出油ロ A6、第二三位四通比例換向閥6. 2出油ロ A12和第三三位四通比例換向閥6. 3出油ロ A13流出，分別進入液壓馬達8的工作油ロ AS、徑向伸縮驅(qū)動液壓缸9. 1、9. 2的無桿腔工作油ロ、水平滑移液壓缸9. 3的無桿腔工作油ロ ；此時，馬達開始順時針轉(zhuǎn)動，徑向伸縮液壓缸活塞桿開始伸出，水平滑移液壓缸活塞桿開始伸出；液壓油從液壓馬達8的工作油ロ B8流出進入第一三位四通比例換向閥6.1的出油ロ B6，然后通過第一三位四通比例換向閥6.1的回油ロ T6進入低壓管道11，同時液壓油從徑向伸縮液壓缸
9.1、9. 2的有桿腔工作油ロ流出進入第二三位四通比例換向閥6. 2的出油ロ B12，然后通過第二三位四通比例換向閥6. 2的回油ロ T12進入低壓管道11，同時液壓油從水平滑移液壓缸9. 3的有桿腔工作油ロ流出進入第三三位四通比例換向閥6. 3的出油ロ B13，然后通過第三三位四通比例換向閥6. 3的回油ロ T13進入低壓管道11，進入低壓管道11的液壓油通過回油管道12回到油箱。當管片到達預定位置時，使第一三位四通比例換向6.1的電磁鐵b6、第二三位四通比例換向6. 2的電磁鐵bl2和第三三位四通比例換向6. 3的電磁鐵bl3失電，完成管片拼裝定位，然后進行管片拼裝的第二步エ序一管片姿態(tài)調(diào)整。當完成管片姿態(tài)調(diào)整并將該管片固定后，需要將拼裝機恢復初始位置準備進行下一次管片的定位工作。拼裝運動控制器Ctrl同時分別給第一三位四通比例換向閥6.1、第二三位四通比例換向閥6. 2和第三三位四通比例換向閥6. 3的比例放大板設定控制信號-Ul、-U2和-U3，使第一三位四通比例換向6.1的電磁鐵a6、第二三位四通比例換向6. 2的電磁鐵al2、第三三位四通比例換向6. 3的電磁鐵al3得電，使得第一三位四通比例換向閥6.1中P6與B6連通，T6與A6連通，第二三位四通比例換向閥6. 2中P12與B12連通，T12與A12連通，第三三位四通比例換向閥6. 2中P13與B13連通，T13與A13連通。壓カ油從第一壓カ補償閥5.1出油ロ T5、第二壓カ補償閥5. 2出油ロ T10、第三壓カ補償閥5. 3的出油ロ T11流出，分別進入第一三位四通比例換向閥6.1進油ロ P6、第二三位四通比例換向閥6.2進油ロ P12和第三三位四通比例換向閥6. 3的進油ロ P13，壓カ油從第一三位四通比例換向閥6.1出油ロ B6、第二三位四通比例換向閥6. 2出油ロ B12和第三三位四通比例換向閥6. 3的處油ロ B13流出，分別進入液壓馬達8的工作油ロ AS、驅(qū)動徑向伸縮運動第一液壓缸9.1、第二液壓缸9. 2的有桿腔工作油ロ、驅(qū)動水平滑移液第三壓缸9. 3的有桿腔エ作油ロ ；此時，馬達開始逆時針轉(zhuǎn)動，徑向伸縮液壓缸活塞桿開始收回，水平滑移液壓缸活塞桿開始收回；液壓油從液壓馬達8的工作油ロ B8流出進入第一三位四通比例換向閥6.1的出油ロ A6，然后通過第一三位四通比例換向閥6.1的回油ロ T6進入低壓管道11，同時液壓油從第一液壓缸9.1、第二液壓缸9. 2的無桿腔工作油ロ流出進入第二三位四通比例換向閥6. 2的出油ロ A12，然后通過第二三位四通比例換向閥6. 2的回油ロ T12進入低壓管道11，同時液壓油從第三液壓缸9. 3的無桿腔工作油ロ流出進入第三三位四通比例換向閥
6.3的出油ロ A13，然后通過第三三位四通比例換向閥6. 3的回油ロ T13進入低壓管道11，進入低壓管道11的液壓油通過回油管道12回到油箱。當管片拼裝機恢復到初始位置后，使第一三位四通比例換向6.1的電磁鐵a6、第二三位四通比例換向6. 2的電磁鐵al2、第三三位四通比例換向6. 3的電磁鐵al3失電，準備進行下一管片的拼裝工作。在管片拼裝定位過程中第一壓カ補償閥5.1、第二壓カ補償閥5. 2、第三壓カ補償閥5. 3的作用機理為當馬達8順(逆)時針旋轉(zhuǎn)時，與第二梭閥7. 2下油ロ連通的第一三位四通比例換向閥6.1的出油ロ A6為高(低)壓油ロ，與第二梭閥7. 2上油ロ連通的第一三位四通比例換向閥6.1的出油ロ B6為低(高)壓油ロ，因此第二梭閥7. 2的下(上)油ロ與左油ロ連通，使得第一三位四通比例換向閥6.1的出油ロ A6 (B6)處的液壓油壓力作用在第一壓カ補償閥5.1的上控制油ロ x5，第一壓カ補償閥5.1的下控制油ロ x4與第一三位四通比例換向閥6.1的進油ロ P6連通，使得油ロ P6處的液壓油壓力作用在第一壓カ補償閥
5.1的下控制油ロ x4，在第一壓カ補償閥5.1的作用下，使得油ロ x4的控制壓力與油ロ x5的控制壓力差始終保持為常值A P，這樣就使得第一三位四通比例換向閥6.1進油ロ P6壓力與出油ロ A6(B6)壓カ差保持為常值A p，完成壓カ補償作用。當驅(qū)動徑向伸縮運動的第一液壓缸9.1、第二液壓缸9. 2下(上)行吋，與第四梭閥7. 4下油ロ連通的第二三位四通比例換向閥6. 2的出油ロ A12為高(低)壓油ロ，與第四梭閥7. 4上油ロ連通的第二三位四通比例換向閥6. 2的出油ロ B12為低(高)壓油ロ，因此第四梭閥7. 4的下(上)油ロ與左油ロ連通，使得第二三位四通比例換向閥6. 2的出油ロ A12 (B12)處的液壓油壓力作用在第二壓カ補償閥5. 2的上控制油ロ x7，第二壓カ補償閥5. 2的下控制油ロ x6與第二三位四通比例換向閥6. 2的進油ロ P12連通，使得油ロ P12處的液壓油壓力作用在壓カ補償閥5. 2的下控制油ロ x6，在壓カ補償閥5. 2的作用下，使得油ロ x6的控制壓力與油ロ x7的控制壓力差始終保持為常值A P，這樣就使得第二三位四通比例換向閥6. 2進油ロ P12壓カ與出油ロ A12 (B12)壓カ差保持為常值A P，完成壓カ補償作用。當驅(qū)動水平滑移運動的第三液壓缸9. 3右(左)行時，與第五梭閥7. 5下油ロ連通的第三三位四通比例換向閥6. 3的出油ロA13為高(低)壓油ロ，與第五梭閥7. 5上油ロ連通的第三三位四通比例換向閥6. 3的出油ロ B13為低(高)壓油ロ，因此第五梭閥7. 5的下(上)油ロ與左油ロ連通，使得第三三位四通比例換向閥6. 3的出油ロ A13 (B13)處的液壓油壓力作用在第三壓カ補償閥5. 3的上控制油ロ x9，第三壓カ補償閥5. 3的下控制油ロ x8與第三三位四通比例換向閥6. 3的進油ロP13連通，使得油ロ P13處的液壓油壓力作用在壓カ補償閥5. 3的下控制油ロ x8，在壓カ補償閥5. 3的作用下，使得油ロ x8的控制壓力與油ロ x9的控制壓力差始終保持為常值A p，這樣就使得第三三位四通比例換向閥6. 3進油ロ P13壓カ與出油ロ A13 (B13)壓カ差保持為常值Ap，完成壓カ補償作用。壓カ補償作用可以使比例換向閥節(jié)流ロ兩端壓差保持為常數(shù)A p，防止各運動相互之間產(chǎn)生干擾，提高管片拼裝定位運動的控制精度。在管片拼裝定位過程及拼裝機恢復初始位置過程中拼裝運動控制器Ctrl輸出的控制信號的絕對值U1、U2和U3同時作為輸入信號傳遞給流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根據(jù)第一三位四通比例換向閥6.1、第二三位四通比例換向閥，6. 2和第三三位四通比例換向閥6. 3的流量特性及其各自的控制信號Ul、U2、U3計算出第一三位四通比例換向閥6.1、第二三位四通比例換向閥6. 2和第三三位四通比例換向閥6. 3各自的理論輸出流量 Ql、Q2 和 Q3，其中 Ql=KqlXUl-KclX A p, Q2=Kq2XU2_Kc2X A p,Ql=Kq2XUl-Kc2X A p，Kql為第一三位四通比例換向閥6.1在額定工作壓差下的流量增益，Kq2為第二三位四通比例換向閥6. 2在額定工作壓差下的流量増益，Kq3為第三三位四通比例換向閥6. 3在額定工作壓差下的流量増益，Kcl為為第一三位四通比例換向閥6.1的流量-壓カ系數(shù)，Kc2為為第二三位四通比例換向閥6. 2的流量-壓カ系數(shù)，Kc3為為第二三位四通比例換向閥6. 3的流量-壓カ系數(shù)；將第一三位四通比例換向閥6.1理論輸出流量Ql、第二三位四通比例換向閥6. 2理論輸出流量Q2和第三三位四通比例換向閥理論輸出流量Q3與控制油及泄漏補償流量Q4、流量裕量Q5相加，得到電比例變量泵2理論輸出流量QP，根據(jù)電比例變量泵2理論輸出流量Qp和電機I的轉(zhuǎn)速np求得電比例變量泵排量Vp=Qp/ (np X泵體積效率)，從而得到電比例變量泵(2)比例放大板的輸入信號Uc=Vp/Kuv，Kuv為變量泵排量與輸入控制信號的關系系數(shù)，與Uc對應的變量泵2比例放大板的輸出控制信號信號Ic，控制信號Ic傳遞給電比例變量泵的內(nèi)置排量控制比例電磁鐵，從而實現(xiàn)變量泵排量的實時控制，使得泵的輸出流量適應拼裝機當前的運動狀況，從而使泵輸出流量具有所供即所需的特性，完成流量匹配控制，防止流量過量造成過多的溢流損失和流量不足造成各執(zhí)行器運動相互干擾問題。在管片拼裝定位過程及拼裝機恢復初始位置過程中旁路卸荷閥3的作用機理為第三三位四通比例換向閥6. 3出油ロ Al3油液壓カ和出油ロ B13油液壓カ二者中較高壓力通過第五梭閥7. 5的左油ロ輸出，輸入到第三梭閥7. 3的上油ロ ；第二三位四通比例換向閥
6.2出油ロ A12油液壓カ和出油ロ B12油液壓カ二者中較高壓力通過第四梭閥7. 4的左油ロ輸出，輸入到第三梭閥7. 3的下油ロ ；第三梭閥7. 3上油ロ壓カ和下油ロ壓カ二者中較高壓カ通過第三梭閥7. 3的左油ロ輸出，輸入到第一梭閥7.1的上油ロ ；第一三位四通比例換向閥6.1出油ロ A6油液壓カ和出油ロ B6油液壓カ二者中較高壓カ通過第二梭閥7. 2的左油ロ輸出，輸入到第一梭閥7.1的下油ロ ；第一梭閥7.1上油ロ壓カ和下油ロ壓カ二者中較高壓力，即三個三位四通比例換向閥出油ロ A6、B6、A12、B12、A13、B13中壓カ最高油ロ的壓力，通過第一梭閥7.1的左油ロ輸出，輸入到旁路卸荷閥3的控制油ロ x3 ;由于電比例變量泵2出口 P與旁路卸荷閥3的控制油ロ x2連通，這樣在旁路卸荷閥3的作用下，使得主油路的壓力與三位四通比例換向閥出油ロ A6、B6、A12、B12、A13、B13中壓カ最高油ロ的壓カ相適應，能夠使得系統(tǒng)多余流量以較低壓カ溢流，減小系統(tǒng)的溢流損失。當系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)異常情況導致系統(tǒng)壓カ超出正常值時，溢流閥4開啟，變量泵2出油ロ P流出的油液經(jīng)溢流閥4的進油ロ P4流進溢流閥4，從溢流閥4的出油ロ T4流回油箱，實現(xiàn)卸荷。上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)カ要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)，其特征在于包括電機(I)、電比例變排量泵(2)、旁路卸荷閥(3)、溢流閥(4)、第一壓力補償閥(5.1)、第二壓力補償閥(5. 2)、 第三壓力補償閥(5. 3 )、第一三位四通比例換向閥(6.1)、第二三位四通比例換向閥(6. 2 )、 第三三位四通比例換向閥(6. 3)、第一梭閥(7.1)、第二梭閥(7. 2)、第三梭閥(7. 3)、第四梭閥(7. 4)、第五梭閥(7. 5)、液壓馬達(8)、第一液壓缸(9.1)、第二液壓缸(9. 2)、第三液壓缸 (9. 3);電機(I)與電比例變量泵(2)剛性連接；電比例變量泵(2)的吸油口 S與油箱連通， 電比例變量泵(2)的出油口 P分別與溢流閥(4)的進油口 P4、旁路卸荷閥(3)的右控制油口 x2、高壓油管IO連通；溢流閥(4 )的出油口 T4與油箱連通；高壓油管(IO )和旁路卸荷閥(3 ) 的進油口 P3、第一壓力補償閥(5.1)的進油口 P5、第二壓力補償閥(5. 2)的進油口 P10、第三壓力補償閥(5. 3)的進油口 Pll連通；第一壓力補償閥(5.1)的出油口 T5、第二壓力補償閥(5. 2 )的出油口 T10、第三壓力補償閥(5. 3 )的出油口 T11分別與第一三位四通比例換向閥(6.1)的進油口 P6、第二三位四通比例換向閥(6. 2)的進油口 P12、第三三位四通比例換向閥(6.3)的進油口 P13連通，同時分別與第一壓力補償閥(5.1)的下控制油口 x4、第二壓力補償閥(5. 2)的下控制油口 x6、第三壓力補償閥(5. 3)的下控制油口 x8連通；第一三位四通比例換向閥(6.1)的出油口 A6與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓馬達(8)的一個工作油口 A8和第二梭閥(7. 2)的下油口連通，第二三位四通比例換向閥(6. 2)的出油口 A12與第一液壓缸(9.1) 的無桿腔工作油口、第二液壓缸(9. 2)的無桿腔工作油口、第四梭閥(7. 4)的下油口連通， 第三三位四通比例換向閥(6. 3)的出油口 A13與第三液壓缸(9. 3)的無桿腔工作油口、第五梭閥(7. 5)的下油口連通；第一三位四通比例換向閥(6.1)的出油口 B6與液壓馬達(8)的另一個工作油口 B8、第二梭閥(7. 2)的上油口連通，第二三位四通比例換向閥(6. 2)的出油口 B12與第一液壓缸(9.1)的有桿腔工作油口、第二液壓缸(9. 2)的有桿腔工作油口、第四梭閥(7. 4)的上油口連通、第三三位四通比例換向閥(6. 3)的出油口 B13第三液壓缸(9. 3) 的有桿腔工作油口、第五梭閥(7. 5)的上油口連通；第一三位四通比例換向閥(6.1)的回油口 T6、第二三位四通比例換向閥(6. 2)的回油口 T12、第三三位四通比例換向閥(6. 3)的回油口 T13分別與低壓管道(11)連通，低壓管道(11)通過回油管(12)與油箱連通；第二梭閥(7. 2)的左油口與第一梭閥(7.1)的下油口、第一壓力補償閥(5.1)的上控制油口 x5連通，第四梭閥(7. 4)的左油口與第三梭閥(7. 3)的下油口、第二壓力補償閥(5. 2)的上控制油口 x7連通，第五梭閥(7. 5)的左油口與第三梭閥(7. 3)的上油口、第三壓力補償閥(5. 3) 的上控制油口 x9連通，第一梭閥(7.1)的上油口和左油口分別與第三梭閥(7. 3)的左油口和旁路卸荷閥(3)的左控制油口 x3連通，旁路卸荷閥(3)的出油口 T3與油箱連通。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的多自由度并行管片拼裝定位電液控制方法，其特征在于管片拼裝定位過程采用管片拼裝機徑向伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動和水平滑移運動同時進行的并行工作模式，實現(xiàn)三個自由度聯(lián)動管片拼裝，拼裝運動控制器Ctrl同時輸出第一三位四通比例換向閥(6.1)控制信號U1、第二三位四通比例換向閥(6. 2)控制信號U2、 第三三位四通比例換向閥(6. 3)控制信號U3，第一三位四通比例換向閥(6.1)控制信號 U1、第二三位四通比例換向閥(6. 2)控制信號U2、第三三位四通比例換向閥(6. 3)控制信號 U3分別對應傳遞給第一三位四通比例換向閥(6.1)比例放大板、第二三位四通比例換向閥 (6. 2)比例放大板和第三三位四通比例換向閥(6. 3)的比例放大板，第一三位四通比例換向閥(6.1)比例放大板輸出端與第一三位四通比例換向閥(6.1)比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流II，第二三位四通比例換向閥(6. 2)比例放大板輸出端與第二三位四通比例換向閥(6. 2)比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流12，第三三位四通比例換向閥(6. 3)比例放大板輸出端與第三三位四通比例換向閥(6. 3)比例電磁鐵輸入端連接并提供控制電流 13 ;拼裝運動控制器Ctrl輸出的第一三位四通比例換向閥(6.1)控制信號U1、第二三位四通比例換向閥(6. 2)控制信號U2和第三三位四通比例換向閥(6. 3)控制信號U3同時作為輸入信號傳遞給流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根據(jù)第一三位四通比例換向閥(6.1)控制信號U1、第二三位四通比例換向閥(6. 2)控制信號U2和第三三位四通比例換向閥(6. 3)控制信號U3得到第一三位四通比例換向閥(6.1)的理論輸出流量Q1、第二三位四通比例換向閥(6. 2)的理論輸出流量Q2、第三三位四通比例換向閥(6. 3)的理論輸出流量Q3，第一三位四通比例換向閥(6.1)的理論輸出流量Ql、第二三位四通比例換向閥(6. 2 ) 的理論輸出流量Q2、第三三位四通比例換向閥(6. 3)的理論輸出流量Q3相加后再加上控制油及泄漏補償流量Q4、流量裕量Q5得到電比例變量泵(2)理論輸出流量Qp，根據(jù)電比例變量泵(2)理論輸出流量Qp和電機(I)的轉(zhuǎn)速np求得電比例變量泵排量Vp=Qp/(npX泵體積效率)，從而得到電比例變量泵(2)比例放大板的輸入信 號Uc=Vp/Kuv，Kuv為變量泵排量與輸入控制信號的關系系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)及其方法。包括電機、電比例變排量泵、旁路卸荷閥、溢流閥、第一壓力補償閥、第二壓力補償閥、第三壓力補償閥、第一三位四通比例換向閥、第二三位四通比例換向閥、第三三位四通比例換向閥、第一梭閥、第二梭閥、第三梭閥、第四梭閥、第五梭閥、液壓馬達、第一液壓缸、第二液壓缸、第三液壓缸。采用多自由度并行管片拼裝定位電液控制系統(tǒng)可以極大地縮短管片拼裝時間，流量匹配技術(shù)可以消除多運動聯(lián)動的耦合影響，提高各運動的控制精度，減少系統(tǒng)的過流量，系統(tǒng)中的旁路卸荷閥可以減少系統(tǒng)溢流閥損失。
文檔編號F15B11/16GK103032397SQ20131000319
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者龔國芳, 王林濤, 楊華勇, 侯典清, 陳饋, 楊旭 申請人:浙江大學