[發明專利]步進式液壓元件防堵控制設備、系統、方法及機械設備

有效

• 申請號: 201610028215.3
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105570239B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 袁野;王維;肖承豐;張勁
• 申請（專利權）人: 中聯重科股份有限公司
• 主分類號: F15B21/08
• 分類號: F15B21/08;F15B13/02;F15B21/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 肖冰濱,謝鑫

技術領域

本發明涉及液壓領域，具體地，涉及一種步進式液壓元件防堵控制設備、系統、方法及機械設備。

背景技術

步進式液壓元件是利用步進電機作為電機械轉換器的一種數字控制液壓元件，其主要包含：步進電機、反饋機構、流量控制閥和液壓執行元件。工作過程如下：步進電機接受脈沖序列的控制，輸出位移轉角，轉角與輸入的脈沖數成正比，接著通過機械轉換裝置(例如，滾珠絲杠(或螺桿螺母)機構)將轉角變成流量控制閥的閥芯位移，再經過液壓執行元件(例如，步進式液壓缸、步進式液壓馬達)進行液壓放大，輸出相應的位移或轉角(例如，步進式液壓缸的活塞位移或步進式液壓馬達的馬達轉角)。該活塞位移或馬達轉角可通過反饋機構(例如，滾珠絲杠)反饋到流量控制閥的閥芯上，形成對該閥芯位移的閉環控制。因此，活塞位移或馬達轉角與輸入至步進電機的脈沖序列的累計數量成正比，活塞速度或馬達轉速與步進電機脈沖序列的頻率成正比。

步進式液壓元件因采用閉環控制而精度高，因采用機械反饋機構而工作可靠、抗干擾能力強，因采用步進電機作為電機械轉換器而驅動簡單、造價不高，因此步進式液壓元件在數控機床中獲得了廣泛應用。近年，以工程機械為典型代表的先進制造裝備對性能好、工作可靠、成本低、智能化的要求日益攀升，步進式液壓元件存在有巨大的潛在應用空間。

然而，現有的步進式液壓元件容易出現電機堵轉的現象。在電機堵轉的情況下，會存在以下兩方面的問題：

1)降低了可靠性：電機堵轉會導致電機線圈電流急劇增大，線圈發熱迅速攀升，容易導致線圈絕緣失效、進而燒損。

2)縮小了控制范圍：電機堵轉后，再給予任何脈沖序列，已無法進一步增大閥芯開口，而現有技術為了防止堵轉，只能憑經驗模糊地降低脈沖頻率而預留出一定的防堵轉頻率空間，相當于添加了一個飽和環節，導致脈沖頻率-元件速度的控制范圍被人為縮小，為本就快速性不高的步進式液壓元件作了進一步地快速性限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種步進式液壓元件防堵控制設備、系統、方法及機械設備，其可自動防止電機堵轉以提高液壓元件作業可靠性、擴大元件控制范圍。

為了實現上述目的，本發明提供一種步進式液壓元件防堵控制設備，該步進式液壓元件包含：液壓執行元件；流量控制閥，用于控制輸入至所述液壓執行元件的液壓油的流量，以驅動所述液壓執行元件轉動或產生位移；電機及電機驅動器，該電機驅動器用于根據脈沖信號驅動所述電機轉動，以控制所述流量控制閥的閥芯位移；以及反饋機構，用于將所述液壓執行元件的轉角或位移反饋至所述流量控制閥的閥芯上，以實現對所述閥芯的開度的閉環控制。該設備包括：接收器，用于接收流量控制閥進油口壓力與出油口的壓力、負載壓力以及指令脈沖頻率f；以及控制器，用于根據所述進油口壓力與出油口的壓力以及負載壓力，計算防堵脈沖頻率，將指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進行比較，并根據比較結果確定輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率f₀，以防止所述電機堵轉。

其中，所述防堵脈沖頻率包含一防堵余量內對應的脈沖頻率f_e以及一臨界堵轉時對應的脈沖頻率f_m，所述控制器執行以下操作中的一者或多者：在f≤f_e的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率f₀為f；在f_e＜f≤f_m的情況下,控制輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率f₀為f_e；以及在f＞f_m的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率f₀為0。

其中，f_e＝K_e*f_m，其中K_e與所述液壓執行元件的負載慣性有關，負載慣性越大，K_e越大。

其中，所述臨界堵轉時對應的脈沖頻率f_m通過以下操作而被確定：將所述液壓執行元件設定為空載；以及逐步增大輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率，直至所述液壓執行元件的轉速或位移不再增加，此時輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率即為所述臨界堵轉時對應的脈沖頻率f_m。