一種智能反饋式變節流緩沖系統及其緩沖方法與流程

本發明涉及一種變節流緩沖系統及其緩沖方法，特別是一種智能反饋式變節流緩沖系統及其緩沖方法。

背景技術：

緩沖設備是各類機器不可缺少的部分之一，而現有的緩沖器只能在較小的范圍內手動調節緩沖容量，自動化程度低，無法根據沖擊載荷實時調節緩沖器的容量與行程，對于過載載荷的緩沖無法完成，無法可靠地保護機器；緩沖容量只能在額定緩沖容量以下使用，無法滿足大跨度的沖擊緩沖與不確定性緩沖。

中國專利公開了一種自動調節緩沖力的液壓緩沖器，公開號CN202251621，主要結構包括活塞、活塞桿、缸筒、海綿、密封圈、導向套和閥片，工作過程：在活塞上設置泄油通道并通過閥片控制流經泄油通道的油液流量，當外界沖擊力突然增大時閥片的邊沿會貼緊活塞，流經泄油通道的油液流量減小，因此緩沖力增加，當外界沖擊力減小時，閥片的邊沿會慢慢恢復原狀，流經泄油通道的油液流量增大，緩沖力隨之減小，這樣實現了緩沖力的隨沖擊力大小的自動調節。存在的缺點:緩沖容量無法實現調節，對于超載工況下的沖擊載荷無法有效的進行緩沖,更不能實現隨工況的自適應調節,智能化程度不高。

技術實現要素：

本發明的目的是要提供一種智能反饋式變節流緩沖系統，解決現有的緩沖器只能在其額定緩沖容量以下使用，無法滿足大跨度的沖擊緩沖與不確定性緩沖的問題。

本發明的目的是這樣實現的：本發明的智能反饋式變節流包括緩沖系統和緩沖方法；

緩沖系統通過速度傳感器與壓力傳感器的閉環控制實現大范圍內緩沖容量的自動調整，具體的結構包括：直線電機、直動缸、行程控制閥塊、步進電機、節流控制閥塊、采集處理器、控制器、壓力傳感器、緩沖缸、緩沖缸缸蓋、速度傳感器、位移傳感器；

直動缸的一端與直線電機連接，另一端與行程控制閥塊連接，行程控制閥塊通過管道與緩沖缸連接；緩沖缸的一端連接有節流控制閥塊，另一端連接有緩沖缸缸蓋；在緩沖缸缸蓋上連接有速度傳感器和位移傳感器；在節流控制閥塊上連接有采集處理器、控制器和壓力傳感器；節流控制閥塊上連接有與緩沖缸同軸的步進電機；控制器的輸出端分別與各個比例控制閥、步進電機和直線電機；壓力傳感器、速度傳感器和位移傳感器的輸出端均與采集處理器的輸入端相連接，控制器依據采集處理器的輸入信號，分別對各個閥或電機實施控制。

所述的控制器為單片機控制器；或者是PLC控制器。

所述的緩沖缸包括：支撐桿、緩沖缸活塞桿、緩沖缸有桿腔管道、油箱、充液閥、緩沖缸無桿腔管道、回油管道、緩沖缸外缸、復位彈簧、緩沖缸內缸、緩沖缸活塞和緩沖缸復位活塞；

緩沖缸外缸內套有緩沖缸內缸，在緩沖缸外缸和緩沖缸內缸之間有復位彈簧、絲桿和緩沖缸復位活塞；緩沖缸外缸和緩沖缸內缸的一端有緩沖缸缸蓋，支撐桿通過緩沖缸缸蓋將緩沖缸外缸和緩沖缸內缸連接在節流控制閥塊上；在緩沖缸內缸內有緩沖缸活塞，緩沖缸活塞桿的一端與緩沖缸活塞連接，緩沖缸活塞桿的另一端穿出緩沖缸缸蓋；在緩沖缸外缸外一側有油箱，在油箱和行程控制閥塊之間連接回油管道；在行程控制閥塊和節流控制閥塊之間連接有緩沖缸無桿腔管道；在行程控制閥塊和緩沖缸缸蓋之間連接有緩沖缸有桿腔管道和充液閥。

所述的節流控制閥塊包括：堵頭、節流孔、聯軸器、絲桿和閥芯；

節流控制閥塊與步進電機連接一端的中心順序連接有聯軸器、絲桿和閥芯；節流控制閥塊與緩沖缸連接的一端順序連接有堵頭和節流孔，所述的節流孔一側與緩沖缸無桿腔相通，另一側與緩沖缸復位腔相通。

所述的直動缸包括：有桿腔三位二通比例閥、無桿腔三位二通比例閥、直動缸缸蓋、直動缸活塞、行程控制閥塊油路、直動缸活塞桿和通氣孔；

與直動缸連接的行程控制閥塊上連接有有桿腔三位二通比例閥和無桿腔三位二通比例閥；在行程控制閥塊內有行程控制閥塊油路；在直動缸的另一端連接有直動缸缸蓋，直動缸缸蓋位于直動缸與直線電機之間；直動缸缸蓋上開有通氣孔；在直動缸內有直動缸活塞，在直動缸活塞上連接有直動缸活塞桿，直動缸活塞桿與直線電機連接；所述的行程控制閥塊的油路與油箱、緩沖缸有桿腔油道、緩沖缸無桿腔油道和直動缸相通。

速度傳感器安裝在緩沖缸的頂部，緩沖方法：

(1)、速度傳感器檢測沖擊物的速度，通過行程控制閥塊實時調整緩沖行程與初壓力；

(2)、當沖擊體接觸到活塞桿頭時，速度傳感器實時檢測沖擊物體的速度、壓力傳感器實時檢測緩沖腔的壓力，測得的速度信號和壓力信號輸入至采集處理器，采集處理器將數據進行轉換和計算，將處理過后的數據傳遞給控制器，控制器輸出控制信號，通過節流控制閥塊控制緩沖裝置的節流面積。

具體步驟如下：

速度傳感器檢測到當前沖擊物的速度v₂，位于緩沖器內緩沖腔的壓力傳感器檢測到緩沖缸內部壓力為p₂，兩者共同輸入到采集處理器，采集處理器自動計算出完成當前緩沖的最佳節流面積s₂，當前緩沖器節流面積為s₃，采集處理器自動計算出s₂-s₃之間的差值，將處理過后的數據傳遞給控制器，控制器輸出控制信號。

當s₂>s₃時，即完成當前緩沖所需的最預節流面積大于當前節流面積，控制器控制步進電機，步進電機通過絲杠驅動閥芯直線移動，使節流孔減少被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s₂；

當s₂<s₃時，即完成當前緩沖所需的最佳節流面積小于當前節流面積，控制器控制步進電機，步進電機通過絲杠驅動閥芯直線移動，使節流孔增大被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s₂；

由于緩沖缸活塞的移動有桿腔需要油液補充，故設置充液閥，當緩沖缸活塞桿快速移動時，充液閥打開對緩沖缸有桿腔進行補油。

有益效果及優點：

1、緩沖容量跟隨沖擊載荷變化而變化，實現高效緩沖；

2、采用閉環控制系統實現緩沖行程與節流面積的自動調節；

3、實現沖擊載荷變化范圍較大的緩沖，既能夠緩沖小沖擊載荷，又能夠緩沖大沖擊載荷；

4、通過自動檢測控制系統，實現不確定沖擊載荷的緩沖

5、采用直線電機驅動直動缸提供調節行程的動力，有效減小動力源體積；

附圖說明：

圖1是本發明的結構圖。

圖2是本發明緩沖缸結構圖。

圖3是本發明的直動缸結構圖。

圖中，1、直線電機；2、直動缸；3、行程控制閥塊；4、有桿腔三位二通比例閥；5、無桿腔三位二通比例閥；6、步進電機；7、節流控制閥塊；8、采集處理器；9、控制器、10、壓力傳感器；11、緩沖缸；12、支撐桿；13、緩沖缸缸蓋；14、速度傳感器；15、緩沖缸活塞桿；16、位移傳感器；17、緩沖缸有桿腔管道；18、油箱；19、充液閥；20、緩沖缸無桿腔管道；21、回油管道；22、直動缸缸蓋；23、緩沖缸外缸；24、復位彈簧；25、緩沖缸內缸；26、緩沖缸活塞；27、堵頭；28、節流孔；29、聯軸器；30、絲桿；31、閥芯；32、緩沖缸復位活塞；33、直動缸活塞、34、行程控制閥塊油路；35、直動缸活塞桿；36、通氣孔。

具體實施方式

本發明的智能反饋式變節流包括緩沖系統和緩沖方法；

緩沖系統通過速度傳感器與壓力傳感器的閉環控制實現大范圍內緩沖容量的自動調整，具體的結構包括：直線電機1、直動缸2、行程控制閥塊3、步進電機6、節流控制閥塊7、采集處理器8、控制器9、壓力傳感器10、緩沖缸11、緩沖缸缸蓋13、速度傳感器14、位移傳感器16；

直動缸2的一端與直線電機1連接，另一端與行程控制閥塊3連接，行程控制閥塊3通過管道與緩沖缸11連接；緩沖缸11的一端連接有節流控制閥塊7，另一端連接有緩沖缸缸蓋13；在緩沖缸缸蓋13上連接有速度傳感器14和位移傳感器16；在節流控制閥塊7上連接有采集處理器8、控制器9和壓力傳感器10；節流控制閥塊7上連接有與緩沖缸11同軸的步進電機6；控制器9的輸出端分別與各個比例控制閥、步進電機和直線電機1；壓力傳感器9、速度傳感器13和位移傳感器15的輸出端均與采集處理器8的輸入端相連接，控制器9依據采集處理器8的輸入信號，分別對各個閥或電機實施控制；

所述的控制器為單片機控制器；或者是PLC控制器。

所述的緩沖缸包括：支撐桿12、緩沖缸活塞桿15、緩沖缸有桿腔管道17、油箱18、充液閥19、緩沖缸無桿腔管道20、回油管道21、緩沖缸外缸23、復位彈簧24、緩沖缸內缸25、緩沖缸活塞26和緩沖缸復位活塞32；

緩沖缸外缸23內套有緩沖缸內缸25，在緩沖缸外缸23和緩沖缸內缸25之間有復位彈簧23、絲桿29和緩沖缸復位活塞32；緩沖缸外缸23和緩沖缸內缸54的一端有緩沖缸缸蓋13，支撐桿12通過緩沖缸缸蓋13將緩沖缸外缸23和緩沖缸內缸25連接在節流控制閥塊7上；在緩沖缸內缸25內有緩沖缸活塞26，緩沖缸活塞桿15的一端與緩沖缸活塞26連接，緩沖缸活塞桿15的另一端穿出緩沖缸缸蓋13；在緩沖缸外缸23外一側有油箱18，在油箱18和行程控制閥塊3之間連接回油管道21；在行程控制閥塊3和節流控制閥塊7之間連接有緩沖缸無桿腔管道20；在行程控制閥塊3和緩沖缸缸蓋13之間連接有緩沖缸有桿腔管道17和充液閥19。

所述的節流控制閥塊7包括：堵頭27、節流孔28、聯軸器29、絲桿30和閥芯31；

節流控制閥塊7與步進電機6連接一端的中心順序連接有聯軸器29、絲桿30和閥芯31；節流控制閥塊7與緩沖缸11連接的一端順序連接有堵頭27和節流孔28，所述的節流孔一側與緩沖缸無桿腔相通，另一側與緩沖缸復位腔相通。

所述的堵頭是把閥塊在加工過程對外形成的油路與外界隔離，使油體不外泄。

所述的直動缸2包括：有桿腔三位二通比例閥4、無桿腔三位二通比例閥5、直動缸缸蓋22、直動缸活塞33、行程控制閥塊油路34、直動缸活塞桿35和通氣孔36；

與直動缸2連接的行程控制閥塊3上連接有有桿腔三位二通比例閥4和無桿腔三位二通比例閥5；在行程控制閥塊3內有行程控制閥塊油路34；在直動缸2的另一端連接有直動缸缸蓋22，直動缸缸蓋22位于直動缸2與直線電機1之間；直動缸缸蓋上開有通氣孔36；在直動缸2內有直動缸活塞33，在直動缸活塞33上連接有直動缸活塞桿35，直動缸活塞桿35與直線電機1連接；所述的行程控制閥塊34的油路與油箱18、緩沖缸有桿腔油道17、緩沖缸無桿腔油道20和直動缸2相通。

的速度傳感器14安裝在緩沖缸的頂部，緩沖方法：

(1)、速度傳感器檢測沖擊物的速度，通過行程控制閥塊實時調整緩沖行程與初壓力；

(2)、當沖擊體接觸到活塞桿頭時，速度傳感器實時檢測沖擊物體的速度、壓力傳感器實時檢測緩沖腔的壓力，測得的速度信號和壓力信號輸入至采集處理器，采集處理器將數據進行轉換和計算，將處理過后的數據傳遞給控制器，控制器輸出控制信號，通過節流控制閥塊控制緩沖裝置的節流面積。

具體步驟如下：

位于緩沖缸頂部的速度傳感器14檢測到當前沖擊物的速度v₂，位于緩沖器內緩沖腔的壓力傳感器10檢測到緩沖缸內部壓力為p₂，兩者共同輸入到采集處理器8，采集處理器8自動計算出完成當前緩沖的最佳節流面積s₂，當前緩沖器節流面積為s₃，采集處理器8自動計算出s₂-s₃之間的差值，將處理過后的數據傳遞給控制器9，控制器9輸出控制信號。

當s₂>s₃時，即完成當前緩沖所需的最預節流面積大于當前節流面積，控制器9控制步進電機6，步進電機6通過絲杠30驅動閥芯31直線移動，使節流孔28減少被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s₂；

當s₂<s₃時，即完成當前緩沖所需的最佳節流面積小于當前節流面積，控制器9控制步進電機6，步進電機6通過絲杠30驅動閥芯31直線移動，使節流孔28增大被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s₂；

由于緩沖缸活塞26的移動有桿腔需要油液補充，故設置充液閥19，當緩沖缸活塞桿15快速移動時，充液閥19打開對緩沖缸有桿腔進行補油。

實施例1：位于緩沖缸頂部的速度傳感器14檢測到當前沖擊物的速度v₂，位于緩沖器內緩沖腔的壓力傳感器9檢測到緩沖缸內部壓力為p₂，兩者共同輸入到采集處理器8，采集處理器8自動計算出完成當前緩沖的最佳節流面積s₂，當前緩沖器節流面積為s₃，采集處理器8自動計算出s₂-s₃之間的差值，

當s₂>s₃時，即完成當前緩沖所需的最預節流面積大于當前節流面積，控制器9控制步進電機6，步進電機6通過絲杠30驅動閥芯31直線移動，使節流孔28減少被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s₂；

當s₂<s₃時，即完成當前緩沖所需的最佳節流面積小于當前節流面積，控制器9控制步進電機6，步進電機6通過絲杠30驅動閥芯31直線移動，使節流孔28增大被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s₂；

由于緩沖缸活塞26的移動有桿腔需要油液補充，故設置充液閥19，當緩沖缸活塞桿15快速移動時，充液閥19打開對緩沖缸有桿腔進行補油。

具體的工作過程：

一、緩沖行程調節

位于緩沖缸頂部的速度傳感器14實時檢測沖擊物的速度，將速度信號傳遞給采集處理器8，采集處理器8將速度信號進行轉換和計算，采集處理器8將計算結果傳遞給控制器8，控制器9驅動直線電機1，直線電機1直接驅動直動缸活塞33運動，直動缸2輸出壓力油，通過無桿腔三位二通比例閥5和有桿腔三位二通比例閥4調節輸出液壓油的流量,調節輸出緩沖缸11到液壓油的速度,從而調節緩沖缸11行程，具體調節過程如下：速度傳感器14檢測到沖擊物速度，速度傳感器14將速度信號傳遞給采集處理器8，采集處理器8將速度信號進行轉換和計算，采集處理器8將計算結果傳遞給控制器8，控制器9計算出當前完成緩沖所需要的緩沖行程x，位于緩沖缸頂部的位移傳感器15檢測當前緩沖器行程x₁，采集處理器8自動計算x-x₁之間的差值。

若x>x₁,即完成當前緩沖的行程大于當前緩沖器行程，需要增大緩沖缸11緩沖行程，無桿腔三位二通比例閥5將壓力油接入緩沖缸11無桿腔，有桿腔三位二通比例閥4將緩沖缸11的有桿腔接入油箱18，因此壓力油將緩沖缸活塞桿15向外推出，直到位移傳感器16檢測到達到能夠完成當前緩沖的行程s，這時控制器8將發出信號，使無桿腔三位二通比例閥5和有桿腔三位二通比例閥4回到中位，直線電機1停止運動，完成行程調節作用；

若s<s₁,即完成當前緩沖的行程小于當前緩沖器行程，需要減小緩沖缸11緩沖行程，無桿腔三位二通比例閥5將壓力油接入油箱18，有桿腔三位二通比例閥4將緩沖缸11的有桿腔接入緩沖缸11無桿腔，因此壓力油將緩沖缸活塞桿15向里縮回，直到位移傳感器檢測到達到能夠完成當前緩沖的行程s，這時控制器將發出信號，使無桿腔三位二通比例閥5和有桿腔三位二通比例閥4回到中位，直線電機停止運動，完成行程調節作用；所有控制閥的中位機能均為O型。

二、初壓力設定

位于緩沖缸頂部的速度傳感器14實時檢測沖擊物的速度，將速度信號傳遞給采集處理器8，采集處理器8將速度信號進行轉換和計算，采集處理器8將計算結果傳遞給控制器8，控制器9根據當前沖擊物的速度計算出完成當前緩沖所需最佳初壓力p，緩沖缸內部的壓力傳感器10檢測到當前緩沖缸內部壓力值為p₁，采集處理器8自動計算出p-p₁之間的差值。

當p>p₁時，即完成當前緩沖需要的最佳初壓力p大于當前緩沖缸11內部壓力p₁，需要將緩沖缸11內部壓力提高，從而才能最有效完成當前緩沖，控制器9控制直線電機1，直線電機1直接驅動直動缸活塞33運動，直動缸2輸出壓力油，無桿腔三位二通比例閥5接入壓力油，有桿腔三位二通比例閥4處于中位狀態，緩沖缸無桿腔的壓力油將復位彈簧32壓縮，直到緩沖缸11內部壓力傳感器10監測到使緩沖缸11內部壓力達到完成當前緩沖所需的最佳初壓力p，控制器9發出信號使直線電機1與所有控制閥回到中位；

當p>p₁時，即完成當前緩沖需要的最佳初壓力p小于當前緩沖缸11內部壓力p₁，需要將緩沖缸11內部壓力降低，從而才能最有效完成當前緩沖，控制器9控制直線電機1，直線電機1直接驅動直動缸活塞33運動，直動缸2從緩沖缸吸油，無桿腔三位二通比例閥5接入直動缸，有桿腔三位二通比例閥4處于中位狀態，緩沖缸無桿腔的壓力油將復位彈簧32被釋放，直到緩沖缸11內部壓力傳感器10監測到使緩沖缸11內部壓力達到完成當前緩沖所需的最佳初壓力p，控制器發出信號使直線電機1與所有控制閥回到中位；

三、節流面積調節

(1)沖擊物未接觸到緩沖缸活塞桿

位于緩沖缸頂部的速度傳感器14實時檢測沖擊物的速度，將速度信號傳遞給采集處理器8，采集處理器8將速度信號進行轉換和計算，采集處理器8將計算結果傳遞給控制器8，采集處理器8計算出完成當前緩沖所需要的最佳預節流面積s，當前緩沖器的節流面積為s₁，采集處理器8自動計算出s-s₁之間的差值，控制器9控制步進電機6，步進電機6通過絲杠30驅動閥芯31直線移動，使節流孔28面積達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s，避免瞬間沖擊時調節量過大。

當s>s₁時，即完成當前緩沖所需的最佳預節流面積大于當前節流面積，控制器9控制步進電機6，步進電機6通過絲杠30驅動閥芯31直線移動，使節流孔28減少被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s；

當s<s₁時，即完成當前緩沖所需的最佳預節流面積小于當前節流面積，控制器9控制步進電機6，步進電機6通過絲杠30驅動閥芯31直線移動，使節流孔28增大被閥芯遮蓋的區域達到完成當前緩沖的最佳預節流面積s；

(2)沖擊物接觸到緩沖缸活塞桿

當沖擊物接觸到緩沖缸活塞桿15時，沖擊物的速度和緩沖腔內的壓力都會時刻發生變化，并且影響緩沖效率的關鍵因素是沖擊物的速度和緩沖腔內的壓力，通過檢測沖擊物的速度和緩沖腔內的壓力，從而控制節流面，可以使緩沖器的緩沖效率達到最高。