专利名称：多自由度并行管片拼装定位电液控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及流体压カ执行机构，尤其涉及ー种多自由度并行管片拼装定位电液控制系统及其方法。
背景技术：
盾构掘进机是ー种用于隧道工程施工的现代化掘进装备，它集机械、液压、控制等技术为一体，实现了隧道开挖的机械化、自动化。与传统的施工方法相比，在施工安全、快速、工程质量、地面扰动、劳动強度等方面有很多优势，盾构隧道施工方法是隧道施工的发展方向。管片拼装机是盾构的重要组成部分，当盾构推进距离达到一环管片宽度之后，盾构便停止推进，进行管片拼装工作，此时管片拼装机从盾构后方管片输送车上抓取管片，然后通过旋转、径向伸縮和水平滑移三个定位运动将管片搬运到空间指定的位置点，ー环管片安装完成，形成衬砌，从而支撑刚开挖的隧道，然后盾构开始下一环的推进作业管片。拼装是盾构施工隧道成形最为关键的一歩，管片拼装的速度直接影响盾构施工的效率，缩短管片拼装使用的时间可以直接減少盾构施工总时间。盾构管片拼装系统具有工作量大、工作时间长的特点。现行管片拼装机系统在管片拼装定位过程中采用管片拼装机的径向伸缩运动、旋转运动和水平滑移运动依次顺序执行的工作模式，管片拼装定位的总时间为径向伸缩运动时间tl、旋转运动时间t2和水平滑移运动时间t3的总和，采用多自由度并行管片拼装定位电液控制系统及其方法可以实现径向伸缩运动、旋转运动和水平滑移运动同时进行的工作模式，管片拼装定位的总时间为tl、t2和t3的最大值，因此可以极大地缩短管片拼装时间。此外，隧道通常由上万块甚至几十万块管片拼装而成，因此采用并行拼装方法可以极大地缩短整条隧道施工过程中管片拼装总时间，从而缩短隧道总施工时间，节省隧道施工费用。同时，采用流量匹配和压カ补偿技术可以消除并行拼装自身各自由度互相干扰的问题，提高管片拼装精度；采用流量匹配和旁路卸荷技术可以实现变量泵输出流量的所供即所需的特点，多余的流量可以通过旁路卸荷阀以较低压カ溢流，使系统具有节能特性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现行管片拼装系统采用顺序工作模式拼装时间较长的问题，提供ー种多自由度并行管片拼装定位电液控制系统及其方法。既可以实现径向伸缩运动、旋转运动和水平滑移运动同时进行的管片并行拼装，又可以消除多运动耦合和相互干扰问题，同时也实现了系统流量所供即所需的特性，提高系统效率。本发明解决技术问题所采用的技术方案包括电机、电比例变排量泵、旁路卸荷阀、溢流阀、第一压カ补偿阀、第二压カ补偿阀、第三压カ补偿阀、第一三位四通比例换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三三位四通比例换向阀、第一梭阀、第二梭阀、第三梭阀、第四梭阀、第五梭阀、液压马达、第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸；电机与电比例变量泵刚性连接；电比例变量泵的吸油ロ S与油箱连通，电比例变量泵的出油ロ P分别与溢流阀的进油ロ P4、旁路卸荷阀的右控制油ロ X2、高压油管10连通；溢流阀的出油ロ T4与油箱连通；高压油管和旁路卸荷阀的进油ロ P3、第一压カ补偿阀的进油ロ P5、第二压カ补偿阀的进油ロ P10、第三压カ补偿阀的进油ロ Pll连通；第一压カ补偿阀的出油ロ T5、第二压力补偿阀的出油ロ T10、第三压カ补偿阀的出油ロ Tll分别与第一三位四通比例换向阀的进油ロ P6、第二三位四通比例换向阀的进油ロ P12、第三三位四通比例换向阀的进油ロ P13连通，同时分别与第一压カ补偿阀的下控制油ロ x4、第二压カ补偿阀的下控制油ロ x6、第三压カ补偿阀的下控制油ロ x8连通；第一三位四通比例换向阀的出油ロ A6与旋转驱动液压马达的ー个工作油ロ A8和第二梭阀的下油ロ连通，第二三位四通比例换向阀的出油ロA12与第一液压缸的无杆腔工作油ロ、第二液压缸的无杆腔工作油ロ、第四梭阀的下油ロ连通，第三三位四通比例换向阀的出油ロ A13与第三液压缸的无杆腔工作油ロ、第五梭阀的下油ロ连通；第一三位四通比例换向阀的出油ロ B6与液压马达的另ー个工作油ロ B8、第二梭阀的上油ロ连通，第二三位四通比例换向阀的出油ロ B12与第一液压缸的有杆腔工作油ロ、第二液压缸的有杆腔工作油ロ、第四梭阀的上油ロ连通、第三三位四通比例换向阀的出油ロ B13第三液压缸的有杆腔工作油ロ、第五梭阀的上油ロ连通；第一三位四通比例换向阀的回油ロ T6、第二三位四通比例换向阀的回油ロ T12、第三三位四通比例换向阀的回油ロ T13分别与低压管道连通，低压管道通过回油管与油箱连通；第二梭阀的左油ロ与第一梭阀的下油ロ、第一压カ补偿阀的上控制油ロ x5连通，第四梭阀的左油ロ与第三梭阀的下油ロ、第二压カ补偿阀的上控制油ロ x7连通，第五梭阀的左油ロ与第三梭阀的上油ロ、第三压カ补偿阀的上控制油ロ x9连通，第一梭阀的上油ロ和左油ロ分别与第三梭阀的左油口和旁路卸荷阀的左控制油ロ x3连通，旁路卸荷阀的出油ロ T3与油箱连通。ー种使用如权利要求1所述系统的多自由度并行管片拼装定位电液控制方法，其特征在干管片拼装定位过程采用管片拼装机径向伸缩运动、旋转运动和水平滑移运动同时进行的并行工作模式，实现三个自由度联动管片拼装，拼装运动控制器Ctrl同时输出第一三位四通比例换向阀控制信号U1、第二三位四通比例换向阀控制信号U2、第三三位四通比例换向阀控制信号U3，第一三位四通比例换向阀控制信号U1、第二三位四通比例换向阀控制信号U2、第三三位四通比例换向阀控制信号U3分别对应传递给第一三位四通比例换向阀比例放大板、第二三位四通比例换向阀比例放大板和第三三位四通比例换向阀的比例放大板，第一三位四通比例换向阀比例放大板输出端与第一三位四通比例换向阀比例电磁铁输入端连接并提供控制电流11，第二三位四通比例换向阀比例放大板输出端与第二三位四通比例换向阀比例电磁铁输入端连接并提供控制电流12，第三三位四通比例换向阀比例放大板输出端与第三三位四通比例换向阀比例电磁铁输入端连接并提供控制电流13 ;拼装运动控制器Ctrl输出的第一三位四通比例换向阀控制信号U1、第二三位四通比例换向阀控制信号U2和第三三位四通比例换向阀控制信号U3同时作为输入信号传递给流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根据第一三位四通比例换向阀控制信号U1、第二三位四通比例换向阀控制信号U2和第三三位四通比例换向阀控制信号U3得到第一三位四通比例换向阀的理论输出流量Q1、第二三位四通比例换向阀的理论输出流量Q2、第三三位四通比例换向阀的理论输出流量Q3，第一三位四通比例换向阀的理论输出流量Q1、第二三位四通比例换向阀的理论输出流量Q2、第三三位四通比例换向阀的理论输出流量Q3相加后再加上控制油及泄漏补偿流量Q4、流量裕量Q5得到电比例变量泵理论输出流量Qp，根据电比例变量泵理论输出流量Qp和电机的转速np求得电比例变量泵排量Vp=Qp/ (np X泵体积效率)，从而得到电比例变量泵2比例放大板的输入信号Uc=Vp/Kuv，Kuv为变量泵排量与输入控制信号的关系系数。本发明与背景技术相比，具有的有益效果是
I)采用多自由度联动管片并行拼装方法可以实现径向伸缩运动、旋转运动和水平滑移运动同时进行的工作模式，与现有系统三运动依次顺序执行的管片拼装方法相比可以极大地缩短管片拼装时间。在完成隧道十几万块甚至几十万块管片拼装过程中，采用并行拼装方法可以极大地缩短整条隧道施工累积拼装时间，从而缩短隧道施工总时间，节省隧道施エ费用。2)采用压力补偿技术可以消除拼装机各拼装运动之间互相干扰的问题，改善管片拼装机拼装定位运动可控性，提高管片拼装精度。3)采用流量匹配技术通过流量匹配控制器实时控制电比例变量泵排量，使变量泵输出流量适应管片拼装机运动状态变化，实现系统流量所供即所需的特点，既可以降低流量过量引起的过多溢流损失，提高系统效率。4)采用旁路卸荷技术，使系统中多余的流量通过旁路卸荷阀以较低的压カ溢流，而不是通过主油路的溢流阀以安全压カ溢流，进ー步減少系统溢流损失，提高系统效率。
附图1是本发明采用的电液控制系统原理图。图中1.电机，2.电比例变量泵，3.旁路卸荷阀，4.溢流阀，5.1.第一压カ补偿阀，5.2.第二压カ补偿阀，5.3.第三压カ补偿阀，6.1.第一三位四通比例换向阀，6. 2.第二三位四通比例换向阀，6. 3.第三三位四通比例换向阀，7.1.第一梭阀，7. 2.第二梭阀，7.3.第三梭阀,7. 4.第四梭阀,7. 5.第五梭阀,8.液压马达,9.1.第一液压缸,9. 2.第二液压缸，9. 3.第三液压缸，10.闻压油管，11.低压油管，12.回油管。附图2是本发明采用的多自由度并行管片拼装定位电液控制方法工作原理图。图中U1.第一三位四通比例换向阀的控制信号，U2.第二三位四通比例换向阀的控制信号，U3.第三三位四通比例换向阀的控制信号，Ql.第一三位四通比例换向阀理论输出流量，Q2.第二三位四通比例换向阀理论输出流量，Q3.第三三位四通比例换向阀理论输出流量，Q4.控制油及泄漏补偿流量，Q5.流量裕量，Qp.电比例变量泵理论输出流量，np.电比例变量泵驱动电机转速，Vp.电比例变量泵理论排量，Uc.变量泵比例放大板的输入信号，Kuv.变量泵排量与其放大板输入信号关系系数，Ic.变量泵比例电磁铁输入电流，I1.第一三位四通比例换向阀比例电磁铁控制电流，12.第二三位四通比例换向阀比例电磁铁控制电流，13.第三三位四通比例换向阀比例电磁铁控制电流。
具体实施例方式下面结合附图1、附图2和实施例对本发明作进ー步说明。如附图1所示，ー种多自由度并行管片拼装定位电液控制系统，其特征在于包括电机1、电比例变排量泵2、旁路卸荷阀3、溢流阀4、第一压カ补偿阀5.1、第二压カ补偿阀
5.2、第三压カ补偿阀5. 3、第一三位四通比例换向阀6.1、第二三位四通比例换向阀6. 2、第三三位四通比例换向阀6. 3、第一梭阀7.1、第二梭阀7. 2、第三梭阀7. 3、第四梭阀7. 4、第五梭阀7. 5、液压马达8、第一液压缸9.1、第二液压缸9. 2、第三液压缸9. 3 ;电机I与电比例变量泵2刚性连接；电比例变量泵2的吸油ロ S与油箱连通，电比例变量泵2的出油ロ P分别与溢流阀4的进油ロ P4、旁路卸荷阀3的右控制油ロ x2、高压油管10连通；溢流阀4的出油ロ T4与油箱连通；高压油管10和旁路卸荷阀3的进油ロ P3、第一压カ补偿阀5.1的进油ロ P5、第二压カ补偿阀5. 2的进油ロ P10、第三压カ补偿阀5. 3的进油ロ Pll连通；第一压カ补偿阀5.1的出油ロ T5、第二压カ补偿阀5. 2的出油ロ T10、第三压カ补偿阀5. 3的出油ロ Tll分别与第一三位四通比例换向阀6.1的进油ロ P6、第二三位四通比例换向阀6. 2的进油ロ P12、第三三位四通比例换向阀6. 3的进油ロ P13连通，同时分别与第一压カ补偿阀5.1的下控制油ロ x4、第二压カ补偿阀5. 2的下控制油ロ x6、第三压カ补偿阀5. 3的下控制油ロ x8连通；第一三位四通比例换向阀6.1的出油ロ A6与旋转驱动液压马达8的一个工作油ロ A8和第二梭阀7. 2的下油ロ连通，第二三位四通比例换向阀6. 2的出油ロ A12与第一液压缸9.1的无杆腔工作油ロ、第二液压缸9. 2的无杆腔工作油ロ、第四梭阀7. 4的下油ロ连通，第三三位四通比例换向阀6. 3的出油ロ A13与第三液压缸9. 3的无杆腔工作油ロ、第五梭阀7. 5的下油ロ连通；第一三位四通比例换向阀6.1的出油ロ B6与液压马达
8的另ー个工作油ロ B8、第二梭阀7. 2的上油ロ连通，第二三位四通比例换向阀6. 2的出油ロ B12与第一液压缸9.1的有杆腔工作油ロ、第二液压缸9. 2的有杆腔工作油ロ、第四梭阀7. 4的上油ロ连通、第三三位四通比例换向阀6. 3的出油ロ B13第三液压缸9. 3的有杆腔エ作油ロ、第五梭阀7. 5的上油ロ连通；第一三位四通比例换向阀6.1的回油ロ T6、第二三位四通比例换向阀6. 2的回油ロ T12、第三三位四通比例换向阀6. 3的回油ロ T13分别与低压管道11连通，低压管道11通过回油管12与油箱连通；第ニ梭阀7. 2的左油ロ与第一梭阀7.1的下油ロ、第一压カ补偿阀5.1的上控制油ロ x5连通，第四梭阀7. 4的左油ロ与第三梭阀7. 3的下油ロ、第二压カ补偿阀5. 2的上控制油ロ x7连通，第五梭阀7. 5的左油ロ与第三梭阀7. 3的上油ロ 、第三压カ补偿阀5. 3的上控制油ロ x9连通，第一梭阀7.1的上油口和左油ロ分别与第三梭阀7. 3的左油口和旁路卸荷阀3的左控制油ロ x3连通，旁路卸荷阀3的出油ロ T3与油箱连通。如附图2所示，ー种多自由度并行管片拼装定位电液控制方法，其特征在于管片拼装定位过程采用管片拼装机径向伸缩运动、旋转运动和水平滑移运动同时进行的并行エ作模式，实现三个自由度联动管片拼装，拼装运动控制器Ctrl同时输出第一三位四通比例换向阀6.1控制信号U1、第二三位四通比例换向阀6. 2控制信号U2、第三三位四通比例换向阀6. 3控制信号U3，第一三位四通比例换向阀6.1控制信号U1、第二三位四通比例换向阀6. 2控制信号U2、第三三位四通比例换向阀6. 3控制信号U3分别对应传递给第一三位四通比例换向阀6.1比例放大板、第二三位四通比例换向阀6. 2比例放大板和第三三位四通比例换向阀6. 3的比例放大板,第一三位四通比例换向阀6.1比例放大板输出端与第一三位四通比例换向阀6.1比例电磁铁输入端连接并提供控制电流II，第二三位四通比例换向阀6. 2比例放大板输出端与第二三位四通比例换向阀6. 2比例电磁铁输入端连接并提供控制电流12，第三三位四通比例换向阀6. 3比例放大板输出端与第三三位四通比例换向阀6.3比例电磁铁输入端连接并提供控制电流13 ;拼装运动控制器Ctrl输出的第一三位四通比例换向阀6.1控制信号U1、第二三位四通比例换向阀6. 2控制信号U2和第三三位四通比例换向阀6. 3控制信号U3同时作为输入信号传递给流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根据第一三位四通比例换向阀6.1控制信号U1、第二三位四通比例换向阀6. 2控制信号U2和第三三位四通比例换向阀6. 3控制信号U3得到第一三位四通比例换向阀6.1的理论输出流量Q1、第二三位四通比例换向阀6. 2的理论输出流量Q2、第三三位四通比例换向阀6. 3的理论输出流量Q3，第一三位四通比例换向阀6.1的理论输出流量Q1、第二三位四通比例换向阀6. 2的理论输出流量Q2、第三三位四通比例换向阀6. 3的理论输出流量Q3相加后再加上控制油及泄漏补偿流量Q4、流量裕量Q5得到电比例变量泵2理论输出流量Qp，根据电比例变量泵2理论输出流量Qp和电机I的转速np求得电比例变量泵排量Vp=Qp/(np X泵体积效率)，从而得到电比例变量泵2比例放大板的输入信号Uc=Vp/Kuv，Kuv为变量泵排量与输入控制信号的关系系数。本发明的工作原理如下
电机I得电启动，驱动变量泵2转动，变量泵2通过吸油ロ S从油箱中吸油，变量泵2输出的压カ油通过出油ロ P分别进入旁路卸荷阀3的控制油ロ x2、溢流阀4的进油ロ P4以及高压油管10。进入高压油管10的高压油分别进入旁路卸荷阀3的进油ロ P3和第一压カ补偿阀5.1的进油ロ P5、第二压カ补偿阀5. 2的进油ロ PlO和第三压カ补偿阀5. 3的进油ロ PU。进行管片拼装定位工作时，拼装运动控制器Ctrl同时分别给第一三位四通比例换向阀6.1、第二三位四通比例换向阀6. 2和第三三位四通比例换向阀6. 3的比例放大板设定控制信号Ul、U2和U3，使第一三位四通比例换向6.1的电磁铁b6、第二三位四通比例换向6. 2的电磁铁bl2、第三三位四通比例换向6. 3的电磁铁bl3得电，使得第一三位四通比例换向阀6.1中P6与A6连通，T6与B6连通，第二三位四通比例换向阀6. 2中P12与A12连通，T12与B12连通，第三三位四通比例换向阀6. 2中P13与A13连通，T13与B13连通。压カ油从第一压カ补偿阀5.1出油ロ T5、第二压カ补偿阀5. 2出油ロ TlO和第三压カ补偿阀5. 3的出油ロ T11流出，分别进入第一三位四通比例换向阀6.1进油ロ P6、第二三位四通比例换向阀6. 2进油ロ P12和第三三位四通比例换向阀6. 3进油ロ P13，压カ油从第一三位四通比例换向阀6.1出油ロ A6、第二三位四通比例换向阀6. 2出油ロ A12和第三三位四通比例换向阀6. 3出油ロ A13流出，分别进入液压马达8的工作油ロ AS、径向伸缩驱动液压缸9. 1、9. 2的无杆腔工作油ロ、水平滑移液压缸9. 3的无杆腔工作油ロ ；此时，马达开始顺时针转动，径向伸縮液压缸活塞杆开始伸出，水平滑移液压缸活塞杆开始伸出；液压油从液压马达8的工作油ロ B8流出进入第一三位四通比例换向阀6.1的出油ロ B6，然后通过第一三位四通比例换向阀6.1的回油ロ T6进入低压管道11，同时液压油从径向伸縮液压缸
9.1、9. 2的有杆腔工作油ロ流出进入第二三位四通比例换向阀6. 2的出油ロ B12，然后通过第二三位四通比例换向阀6. 2的回油ロ T12进入低压管道11，同时液压油从水平滑移液压缸9. 3的有杆腔工作油ロ流出进入第三三位四通比例换向阀6. 3的出油ロ B13，然后通过第三三位四通比例换向阀6. 3的回油ロ T13进入低压管道11，进入低压管道11的液压油通过回油管道12回到油箱。当管片到达预定位置时，使第一三位四通比例换向6.1的电磁铁b6、第二三位四通比例换向6. 2的电磁铁bl2和第三三位四通比例换向6. 3的电磁铁bl3失电，完成管片拼装定位，然后进行管片拼装的第二步エ序一管片姿态调整。当完成管片姿态调整并将该管片固定后，需要将拼装机恢复初始位置准备进行下一次管片的定位工作。拼装运动控制器Ctrl同时分别给第一三位四通比例换向阀6.1、第二三位四通比例换向阀6. 2和第三三位四通比例换向阀6. 3的比例放大板设定控制信号-Ul、-U2和-U3，使第一三位四通比例换向6.1的电磁铁a6、第二三位四通比例换向6. 2的电磁铁al2、第三三位四通比例换向6. 3的电磁铁al3得电，使得第一三位四通比例换向阀6.1中P6与B6连通，T6与A6连通，第二三位四通比例换向阀6. 2中P12与B12连通，T12与A12连通，第三三位四通比例换向阀6. 2中P13与B13连通，T13与A13连通。压カ油从第一压カ补偿阀5.1出油ロ T5、第二压カ补偿阀5. 2出油ロ T10、第三压カ补偿阀5. 3的出油ロ T11流出，分别进入第一三位四通比例换向阀6.1进油ロ P6、第二三位四通比例换向阀6.2进油ロ P12和第三三位四通比例换向阀6. 3的进油ロ P13，压カ油从第一三位四通比例换向阀6.1出油ロ B6、第二三位四通比例换向阀6. 2出油ロ B12和第三三位四通比例换向阀6. 3的处油ロ B13流出，分别进入液压马达8的工作油ロ AS、驱动径向伸缩运动第一液压缸9.1、第二液压缸9. 2的有杆腔工作油ロ、驱动水平滑移液第三压缸9. 3的有杆腔エ作油ロ ；此时，马达开始逆时针转动，径向伸縮液压缸活塞杆开始收回，水平滑移液压缸活塞杆开始收回；液压油从液压马达8的工作油ロ B8流出进入第一三位四通比例换向阀6.1的出油ロ A6，然后通过第一三位四通比例换向阀6.1的回油ロ T6进入低压管道11，同时液压油从第一液压缸9.1、第二液压缸9. 2的无杆腔工作油ロ流出进入第二三位四通比例换向阀6. 2的出油ロ A12，然后通过第二三位四通比例换向阀6. 2的回油ロ T12进入低压管道11，同时液压油从第三液压缸9. 3的无杆腔工作油ロ流出进入第三三位四通比例换向阀
6.3的出油ロ A13，然后通过第三三位四通比例换向阀6. 3的回油ロ T13进入低压管道11，进入低压管道11的液压油通过回油管道12回到油箱。当管片拼装机恢复到初始位置后，使第一三位四通比例换向6.1的电磁铁a6、第二三位四通比例换向6. 2的电磁铁al2、第三三位四通比例换向6. 3的电磁铁al3失电，准备进行下一管片的拼装工作。在管片拼装定位过程中第一压カ补偿阀5.1、第二压カ补偿阀5. 2、第三压カ补偿阀5. 3的作用机理为当马达8顺(逆)时针旋转时，与第二梭阀7. 2下油ロ连通的第一三位四通比例换向阀6.1的出油ロ A6为高(低)压油ロ，与第二梭阀7. 2上油ロ连通的第一三位四通比例换向阀6.1的出油ロ B6为低(高)压油ロ，因此第二梭阀7. 2的下(上)油ロ与左油ロ连通，使得第一三位四通比例换向阀6.1的出油ロ A6 (B6)处的液压油压力作用在第一压カ补偿阀5.1的上控制油ロ x5，第一压カ补偿阀5.1的下控制油ロ x4与第一三位四通比例换向阀6.1的进油ロ P6连通，使得油ロ P6处的液压油压力作用在第一压カ补偿阀
5.1的下控制油ロ x4，在第一压カ补偿阀5.1的作用下，使得油ロ x4的控制压力与油ロ x5的控制压力差始終保持为常值A P，这样就使得第一三位四通比例换向阀6.1进油ロ P6压力与出油ロ A6(B6)压カ差保持为常值A p，完成压カ补偿作用。当驱动径向伸缩运动的第一液压缸9.1、第二液压缸9. 2下(上)行吋，与第四梭阀7. 4下油ロ连通的第二三位四通比例换向阀6. 2的出油ロ A12为高(低)压油ロ，与第四梭阀7. 4上油ロ连通的第二三位四通比例换向阀6. 2的出油ロ B12为低(高)压油ロ，因此第四梭阀7. 4的下(上)油ロ与左油ロ连通，使得第二三位四通比例换向阀6. 2的出油ロ A12 (B12)处的液压油压力作用在第二压カ补偿阀5. 2的上控制油ロ x7，第二压カ补偿阀5. 2的下控制油ロ x6与第二三位四通比例换向阀6. 2的进油ロ P12连通，使得油ロ P12处的液压油压力作用在压カ补偿阀5. 2的下控制油ロ x6，在压カ补偿阀5. 2的作用下，使得油ロ x6的控制压力与油ロ x7的控制压力差始终保持为常值A P，这样就使得第二三位四通比例换向阀6. 2进油ロ P12压カ与出油ロ A12 (B12)压カ差保持为常值A P，完成压カ补偿作用。当驱动水平滑移运动的第三液压缸9. 3右(左)行时，与第五梭阀7. 5下油ロ连通的第三三位四通比例换向阀6. 3的出油ロA13为高(低)压油ロ，与第五梭阀7. 5上油ロ连通的第三三位四通比例换向阀6. 3的出油ロ B13为低(高)压油ロ，因此第五梭阀7. 5的下(上)油ロ与左油ロ连通，使得第三三位四通比例换向阀6. 3的出油ロ A13 (B13)处的液压油压力作用在第三压カ补偿阀5. 3的上控制油ロ x9，第三压カ补偿阀5. 3的下控制油ロ x8与第三三位四通比例换向阀6. 3的进油ロP13连通，使得油ロ P13处的液压油压力作用在压カ补偿阀5. 3的下控制油ロ x8，在压カ补偿阀5. 3的作用下，使得油ロ x8的控制压力与油ロ x9的控制压力差始终保持为常值A p，这样就使得第三三位四通比例换向阀6. 3进油ロ P13压カ与出油ロ A13 (B13)压カ差保持为常值Ap，完成压カ补偿作用。压カ补偿作用可以使比例换向阀节流ロ两端压差保持为常数A p，防止各运动相互之间产生干扰，提高管片拼装定位运动的控制精度。在管片拼装定位过程及拼装机恢复初始位置过程中拼装运动控制器Ctrl输出的控制信号的绝对值U1、U2和U3同时作为输入信号传递给流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根据第一三位四通比例换向阀6.1、第二三位四通比例换向阀，6. 2和第三三位四通比例换向阀6. 3的流量特性及其各自的控制信号Ul、U2、U3计算出第一三位四通比例换向阀6.1、第二三位四通比例换向阀6. 2和第三三位四通比例换向阀6. 3各自的理论输出流量 Ql、Q2 和 Q3，其中 Ql=KqlXUl-KclX A p, Q2=Kq2XU2_Kc2X A p,Ql=Kq2XUl-Kc2X A p，Kql为第一三位四通比例换向阀6.1在额定工作压差下的流量增益，Kq2为第二三位四通比例换向阀6. 2在额定工作压差下的流量増益，Kq3为第三三位四通比例换向阀6. 3在额定工作压差下的流量増益，Kcl为为第一三位四通比例换向阀6.1的流量-压カ系数，Kc2为为第二三位四通比例换向阀6. 2的流量-压カ系数，Kc3为为第二三位四通比例换向阀6. 3的流量-压カ系数；将第一三位四通比例换向阀6.1理论输出流量Ql、第二三位四通比例换向阀6. 2理论输出流量Q2和第三三位四通比例换向阀理论输出流量Q3与控制油及泄漏补偿流量Q4、流量裕量Q5相加，得到电比例变量泵2理论输出流量QP，根据电比例变量泵2理论输出流量Qp和电机I的转速np求得电比例变量泵排量Vp=Qp/ (np X泵体积效率)，从而得到电比例变量泵(2)比例放大板的输入信号Uc=Vp/Kuv，Kuv为变量泵排量与输入控制信号的关系系数，与Uc对应的变量泵2比例放大板的输出控制信号信号Ic，控制信号Ic传递给电比例变量泵的内置排量控制比例电磁铁，从而实现变量泵排量的实时控制，使得泵的输出流量适应拼装机当前的运动状况，从而使泵输出流量具有所供即所需的特性，完成流量匹配控制，防止流量过量造成过多的溢流损失和流量不足造成各执行器运动相互干扰问题。在管片拼装定位过程及拼装机恢复初始位置过程中旁路卸荷阀3的作用机理为第三三位四通比例换向阀6. 3出油ロ Al3油液压カ和出油ロ B13油液压カ二者中较高压力通过第五梭阀7. 5的左油ロ输出，输入到第三梭阀7. 3的上油ロ ；第二三位四通比例换向阀
6.2出油ロ A12油液压カ和出油ロ B12油液压カ二者中较高压力通过第四梭阀7. 4的左油ロ输出，输入到第三梭阀7. 3的下油ロ ；第三梭阀7. 3上油ロ压カ和下油ロ压カ二者中较高压カ通过第三梭阀7. 3的左油ロ输出，输入到第一梭阀7.1的上油ロ ；第一三位四通比例换向阀6.1出油ロ A6油液压カ和出油ロ B6油液压カ二者中较高压カ通过第二梭阀7. 2的左油ロ输出，输入到第一梭阀7.1的下油ロ ；第一梭阀7.1上油ロ压カ和下油ロ压カ二者中较高压力，即三个三位四通比例换向阀出油ロ A6、B6、A12、B12、A13、B13中压カ最高油ロ的压力，通过第一梭阀7.1的左油ロ输出，输入到旁路卸荷阀3的控制油ロ x3 ;由于电比例变量泵2出口 P与旁路卸荷阀3的控制油ロ x2连通，这样在旁路卸荷阀3的作用下，使得主油路的压力与三位四通比例换向阀出油ロ A6、B6、A12、B12、A13、B13中压カ最高油ロ的压カ相适应，能够使得系统多余流量以较低压カ溢流，减小系统的溢流损失。当系统工作过程中出现异常情况导致系统压カ超出正常值时，溢流阀4开启，变量泵2出油ロ P流出的油液经溢流阀4的进油ロ P4流进溢流阀4，从溢流阀4的出油ロ T4流回油箱，实现卸荷。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权カ要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多自由度并行管片拼装定位电液控制系统，其特征在于包括电机(I)、电比例变排量泵(2)、旁路卸荷阀(3)、溢流阀(4)、第一压力补偿阀(5.1)、第二压力补偿阀(5. 2)、 第三压力补偿阀(5. 3 )、第一三位四通比例换向阀(6.1)、第二三位四通比例换向阀(6. 2 )、 第三三位四通比例换向阀(6. 3)、第一梭阀(7.1)、第二梭阀(7. 2)、第三梭阀(7. 3)、第四梭阀(7. 4)、第五梭阀(7. 5)、液压马达(8)、第一液压缸(9.1)、第二液压缸(9. 2)、第三液压缸 (9. 3);电机(I)与电比例变量泵(2)刚性连接；电比例变量泵(2)的吸油口 S与油箱连通， 电比例变量泵(2)的出油口 P分别与溢流阀(4)的进油口 P4、旁路卸荷阀(3)的右控制油口 x2、高压油管IO连通；溢流阀(4 )的出油口 T4与油箱连通；高压油管(IO )和旁路卸荷阀(3 ) 的进油口 P3、第一压力补偿阀(5.1)的进油口 P5、第二压力补偿阀(5. 2)的进油口 P10、第三压力补偿阀(5. 3)的进油口 Pll连通；第一压力补偿阀(5.1)的出油口 T5、第二压力补偿阀(5. 2 )的出油口 T10、第三压力补偿阀(5. 3 )的出油口 T11分别与第一三位四通比例换向阀(6.1)的进油口 P6、第二三位四通比例换向阀(6. 2)的进油口 P12、第三三位四通比例换向阀(6.3)的进油口 P13连通，同时分别与第一压力补偿阀(5.1)的下控制油口 x4、第二压力补偿阀(5. 2)的下控制油口 x6、第三压力补偿阀(5. 3)的下控制油口 x8连通；第一三位四通比例换向阀(6.1)的出油口 A6与旋转驱动液压马达(8)的一个工作油口 A8和第二梭阀(7. 2)的下油口连通，第二三位四通比例换向阀(6. 2)的出油口 A12与第一液压缸(9.1) 的无杆腔工作油口、第二液压缸(9. 2)的无杆腔工作油口、第四梭阀(7. 4)的下油口连通， 第三三位四通比例换向阀(6. 3)的出油口 A13与第三液压缸(9. 3)的无杆腔工作油口、第五梭阀(7. 5)的下油口连通；第一三位四通比例换向阀(6.1)的出油口 B6与液压马达(8)的另一个工作油口 B8、第二梭阀(7. 2)的上油口连通，第二三位四通比例换向阀(6. 2)的出油口 B12与第一液压缸(9.1)的有杆腔工作油口、第二液压缸(9. 2)的有杆腔工作油口、第四梭阀(7. 4)的上油口连通、第三三位四通比例换向阀(6. 3)的出油口 B13第三液压缸(9. 3) 的有杆腔工作油口、第五梭阀(7. 5)的上油口连通；第一三位四通比例换向阀(6.1)的回油口 T6、第二三位四通比例换向阀(6. 2)的回油口 T12、第三三位四通比例换向阀(6. 3)的回油口 T13分别与低压管道(11)连通，低压管道(11)通过回油管(12)与油箱连通；第二梭阀(7. 2)的左油口与第一梭阀(7.1)的下油口、第一压力补偿阀(5.1)的上控制油口 x5连通，第四梭阀(7. 4)的左油口与第三梭阀(7. 3)的下油口、第二压力补偿阀(5. 2)的上控制油口 x7连通，第五梭阀(7. 5)的左油口与第三梭阀(7. 3)的上油口、第三压力补偿阀(5. 3) 的上控制油口 x9连通，第一梭阀(7.1)的上油口和左油口分别与第三梭阀(7. 3)的左油口和旁路卸荷阀(3)的左控制油口 x3连通，旁路卸荷阀(3)的出油口 T3与油箱连通。
2.一种使用如权利要求1所述系统的多自由度并行管片拼装定位电液控制方法，其特征在于管片拼装定位过程采用管片拼装机径向伸缩运动、旋转运动和水平滑移运动同时进行的并行工作模式，实现三个自由度联动管片拼装，拼装运动控制器Ctrl同时输出第一三位四通比例换向阀(6.1)控制信号U1、第二三位四通比例换向阀(6. 2)控制信号U2、 第三三位四通比例换向阀(6. 3)控制信号U3，第一三位四通比例换向阀(6.1)控制信号 U1、第二三位四通比例换向阀(6. 2)控制信号U2、第三三位四通比例换向阀(6. 3)控制信号 U3分别对应传递给第一三位四通比例换向阀(6.1)比例放大板、第二三位四通比例换向阀 (6. 2)比例放大板和第三三位四通比例换向阀(6. 3)的比例放大板，第一三位四通比例换向阀(6.1)比例放大板输出端与第一三位四通比例换向阀(6.1)比例电磁铁输入端连接并提供控制电流II，第二三位四通比例换向阀(6. 2)比例放大板输出端与第二三位四通比例换向阀(6. 2)比例电磁铁输入端连接并提供控制电流12，第三三位四通比例换向阀(6. 3)比例放大板输出端与第三三位四通比例换向阀(6. 3)比例电磁铁输入端连接并提供控制电流 13 ;拼装运动控制器Ctrl输出的第一三位四通比例换向阀(6.1)控制信号U1、第二三位四通比例换向阀(6. 2)控制信号U2和第三三位四通比例换向阀(6. 3)控制信号U3同时作为输入信号传递给流量匹配控制器Ctr2，流量匹配控制器Ctr2根据第一三位四通比例换向阀(6.1)控制信号U1、第二三位四通比例换向阀(6. 2)控制信号U2和第三三位四通比例换向阀(6. 3)控制信号U3得到第一三位四通比例换向阀(6.1)的理论输出流量Q1、第二三位四通比例换向阀(6. 2)的理论输出流量Q2、第三三位四通比例换向阀(6. 3)的理论输出流量Q3，第一三位四通比例换向阀(6.1)的理论输出流量Ql、第二三位四通比例换向阀(6. 2 ) 的理论输出流量Q2、第三三位四通比例换向阀(6. 3)的理论输出流量Q3相加后再加上控制油及泄漏补偿流量Q4、流量裕量Q5得到电比例变量泵(2)理论输出流量Qp，根据电比例变量泵(2)理论输出流量Qp和电机(I)的转速np求得电比例变量泵排量Vp=Qp/(npX泵体积效率)，从而得到电比例变量泵(2)比例放大板的输入信 号Uc=Vp/Kuv，Kuv为变量泵排量与输入控制信号的关系系数。
全文摘要
本发明公开了一种多自由度并行管片拼装定位电液控制系统及其方法。包括电机、电比例变排量泵、旁路卸荷阀、溢流阀、第一压力补偿阀、第二压力补偿阀、第三压力补偿阀、第一三位四通比例换向阀、第二三位四通比例换向阀、第三三位四通比例换向阀、第一梭阀、第二梭阀、第三梭阀、第四梭阀、第五梭阀、液压马达、第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸。采用多自由度并行管片拼装定位电液控制系统可以极大地缩短管片拼装时间，流量匹配技术可以消除多运动联动的耦合影响，提高各运动的控制精度，减少系统的过流量，系统中的旁路卸荷阀可以减少系统溢流阀损失。
文档编号F15B11/16GK103032397SQ20131000319
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者龚国芳, 王林涛, 杨华勇, 侯典清, 陈馈, 杨旭 申请人:浙江大学