一种智能反馈式变节流缓冲系统及其缓冲方法与流程

本发明涉及一种变节流缓冲系统及其缓冲方法，特别是一种智能反馈式变节流缓冲系统及其缓冲方法。

背景技术：

缓冲设备是各类机器不可缺少的部分之一，而现有的缓冲器只能在较小的范围内手动调节缓冲容量，自动化程度低，无法根据冲击载荷实时调节缓冲器的容量与行程，对于过载载荷的缓冲无法完成，无法可靠地保护机器；缓冲容量只能在额定缓冲容量以下使用，无法满足大跨度的冲击缓冲与不确定性缓冲。

中国专利公开了一种自动调节缓冲力的液压缓冲器，公开号CN202251621，主要结构包括活塞、活塞杆、缸筒、海绵、密封圈、导向套和阀片，工作过程：在活塞上设置泄油通道并通过阀片控制流经泄油通道的油液流量，当外界冲击力突然增大时阀片的边沿会贴紧活塞，流经泄油通道的油液流量减小，因此缓冲力增加，当外界冲击力减小时，阀片的边沿会慢慢恢复原状，流经泄油通道的油液流量增大，缓冲力随之减小，这样实现了缓冲力的随冲击力大小的自动调节。存在的缺点:缓冲容量无法实现调节，对于超载工况下的冲击载荷无法有效的进行缓冲,更不能实现随工况的自适应调节,智能化程度不高。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种智能反馈式变节流缓冲系统，解决现有的缓冲器只能在其额定缓冲容量以下使用，无法满足大跨度的冲击缓冲与不确定性缓冲的问题。

本发明的目的是这样实现的：本发明的智能反馈式变节流包括缓冲系统和缓冲方法；

缓冲系统通过速度传感器与压力传感器的闭环控制实现大范围内缓冲容量的自动调整，具体的结构包括：直线电机、直动缸、行程控制阀块、步进电机、节流控制阀块、采集处理器、控制器、压力传感器、缓冲缸、缓冲缸缸盖、速度传感器、位移传感器；

直动缸的一端与直线电机连接，另一端与行程控制阀块连接，行程控制阀块通过管道与缓冲缸连接；缓冲缸的一端连接有节流控制阀块，另一端连接有缓冲缸缸盖；在缓冲缸缸盖上连接有速度传感器和位移传感器；在节流控制阀块上连接有采集处理器、控制器和压力传感器；节流控制阀块上连接有与缓冲缸同轴的步进电机；控制器的输出端分别与各个比例控制阀、步进电机和直线电机；压力传感器、速度传感器和位移传感器的输出端均与采集处理器的输入端相连接，控制器依据采集处理器的输入信号，分别对各个阀或电机实施控制。

所述的控制器为单片机控制器；或者是PLC控制器。

所述的缓冲缸包括：支撑杆、缓冲缸活塞杆、缓冲缸有杆腔管道、油箱、充液阀、缓冲缸无杆腔管道、回油管道、缓冲缸外缸、复位弹簧、缓冲缸内缸、缓冲缸活塞和缓冲缸复位活塞；

缓冲缸外缸内套有缓冲缸内缸，在缓冲缸外缸和缓冲缸内缸之间有复位弹簧、丝杆和缓冲缸复位活塞；缓冲缸外缸和缓冲缸内缸的一端有缓冲缸缸盖，支撑杆通过缓冲缸缸盖将缓冲缸外缸和缓冲缸内缸连接在节流控制阀块上；在缓冲缸内缸内有缓冲缸活塞，缓冲缸活塞杆的一端与缓冲缸活塞连接，缓冲缸活塞杆的另一端穿出缓冲缸缸盖；在缓冲缸外缸外一侧有油箱，在油箱和行程控制阀块之间连接回油管道；在行程控制阀块和节流控制阀块之间连接有缓冲缸无杆腔管道；在行程控制阀块和缓冲缸缸盖之间连接有缓冲缸有杆腔管道和充液阀。

所述的节流控制阀块包括：堵头、节流孔、联轴器、丝杆和阀芯；

节流控制阀块与步进电机连接一端的中心顺序连接有联轴器、丝杆和阀芯；节流控制阀块与缓冲缸连接的一端顺序连接有堵头和节流孔，所述的节流孔一侧与缓冲缸无杆腔相通，另一侧与缓冲缸复位腔相通。

所述的直动缸包括：有杆腔三位二通比例阀、无杆腔三位二通比例阀、直动缸缸盖、直动缸活塞、行程控制阀块油路、直动缸活塞杆和通气孔；

与直动缸连接的行程控制阀块上连接有有杆腔三位二通比例阀和无杆腔三位二通比例阀；在行程控制阀块内有行程控制阀块油路；在直动缸的另一端连接有直动缸缸盖，直动缸缸盖位于直动缸与直线电机之间；直动缸缸盖上开有通气孔；在直动缸内有直动缸活塞，在直动缸活塞上连接有直动缸活塞杆，直动缸活塞杆与直线电机连接；所述的行程控制阀块的油路与油箱、缓冲缸有杆腔油道、缓冲缸无杆腔油道和直动缸相通。

速度传感器安装在缓冲缸的顶部，缓冲方法：

(1)、速度传感器检测冲击物的速度，通过行程控制阀块实时调整缓冲行程与初压力；

(2)、当冲击体接触到活塞杆头时，速度传感器实时检测冲击物体的速度、压力传感器实时检测缓冲腔的压力，测得的速度信号和压力信号输入至采集处理器，采集处理器将数据进行转换和计算，将处理过后的数据传递给控制器，控制器输出控制信号，通过节流控制阀块控制缓冲装置的节流面积。

具体步骤如下：

速度传感器检测到当前冲击物的速度v₂，位于缓冲器内缓冲腔的压力传感器检测到缓冲缸内部压力为p₂，两者共同输入到采集处理器，采集处理器自动计算出完成当前缓冲的最佳节流面积s₂，当前缓冲器节流面积为s₃，采集处理器自动计算出s₂-s₃之间的差值，将处理过后的数据传递给控制器，控制器输出控制信号。

当s₂>s₃时，即完成当前缓冲所需的最预节流面积大于当前节流面积，控制器控制步进电机，步进电机通过丝杠驱动阀芯直线移动，使节流孔减少被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s₂；

当s₂<s₃时，即完成当前缓冲所需的最佳节流面积小于当前节流面积，控制器控制步进电机，步进电机通过丝杠驱动阀芯直线移动，使节流孔增大被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s₂；

由于缓冲缸活塞的移动有杆腔需要油液补充，故设置充液阀，当缓冲缸活塞杆快速移动时，充液阀打开对缓冲缸有杆腔进行补油。

有益效果及优点：

1、缓冲容量跟随冲击载荷变化而变化，实现高效缓冲；

2、采用闭环控制系统实现缓冲行程与节流面积的自动调节；

3、实现冲击载荷变化范围较大的缓冲，既能够缓冲小冲击载荷，又能够缓冲大冲击载荷；

4、通过自动检测控制系统，实现不确定冲击载荷的缓冲

5、采用直线电机驱动直动缸提供调节行程的动力，有效减小动力源体积；

附图说明：

图1是本发明的结构图。

图2是本发明缓冲缸结构图。

图3是本发明的直动缸结构图。

图中，1、直线电机；2、直动缸；3、行程控制阀块；4、有杆腔三位二通比例阀；5、无杆腔三位二通比例阀；6、步进电机；7、节流控制阀块；8、采集处理器；9、控制器、10、压力传感器；11、缓冲缸；12、支撑杆；13、缓冲缸缸盖；14、速度传感器；15、缓冲缸活塞杆；16、位移传感器；17、缓冲缸有杆腔管道；18、油箱；19、充液阀；20、缓冲缸无杆腔管道；21、回油管道；22、直动缸缸盖；23、缓冲缸外缸；24、复位弹簧；25、缓冲缸内缸；26、缓冲缸活塞；27、堵头；28、节流孔；29、联轴器；30、丝杆；31、阀芯；32、缓冲缸复位活塞；33、直动缸活塞、34、行程控制阀块油路；35、直动缸活塞杆；36、通气孔。

具体实施方式

本发明的智能反馈式变节流包括缓冲系统和缓冲方法；

缓冲系统通过速度传感器与压力传感器的闭环控制实现大范围内缓冲容量的自动调整，具体的结构包括：直线电机1、直动缸2、行程控制阀块3、步进电机6、节流控制阀块7、采集处理器8、控制器9、压力传感器10、缓冲缸11、缓冲缸缸盖13、速度传感器14、位移传感器16；

直动缸2的一端与直线电机1连接，另一端与行程控制阀块3连接，行程控制阀块3通过管道与缓冲缸11连接；缓冲缸11的一端连接有节流控制阀块7，另一端连接有缓冲缸缸盖13；在缓冲缸缸盖13上连接有速度传感器14和位移传感器16；在节流控制阀块7上连接有采集处理器8、控制器9和压力传感器10；节流控制阀块7上连接有与缓冲缸11同轴的步进电机6；控制器9的输出端分别与各个比例控制阀、步进电机和直线电机1；压力传感器9、速度传感器13和位移传感器15的输出端均与采集处理器8的输入端相连接，控制器9依据采集处理器8的输入信号，分别对各个阀或电机实施控制；

所述的控制器为单片机控制器；或者是PLC控制器。

所述的缓冲缸包括：支撑杆12、缓冲缸活塞杆15、缓冲缸有杆腔管道17、油箱18、充液阀19、缓冲缸无杆腔管道20、回油管道21、缓冲缸外缸23、复位弹簧24、缓冲缸内缸25、缓冲缸活塞26和缓冲缸复位活塞32；

缓冲缸外缸23内套有缓冲缸内缸25，在缓冲缸外缸23和缓冲缸内缸25之间有复位弹簧23、丝杆29和缓冲缸复位活塞32；缓冲缸外缸23和缓冲缸内缸54的一端有缓冲缸缸盖13，支撑杆12通过缓冲缸缸盖13将缓冲缸外缸23和缓冲缸内缸25连接在节流控制阀块7上；在缓冲缸内缸25内有缓冲缸活塞26，缓冲缸活塞杆15的一端与缓冲缸活塞26连接，缓冲缸活塞杆15的另一端穿出缓冲缸缸盖13；在缓冲缸外缸23外一侧有油箱18，在油箱18和行程控制阀块3之间连接回油管道21；在行程控制阀块3和节流控制阀块7之间连接有缓冲缸无杆腔管道20；在行程控制阀块3和缓冲缸缸盖13之间连接有缓冲缸有杆腔管道17和充液阀19。

所述的节流控制阀块7包括：堵头27、节流孔28、联轴器29、丝杆30和阀芯31；

节流控制阀块7与步进电机6连接一端的中心顺序连接有联轴器29、丝杆30和阀芯31；节流控制阀块7与缓冲缸11连接的一端顺序连接有堵头27和节流孔28，所述的节流孔一侧与缓冲缸无杆腔相通，另一侧与缓冲缸复位腔相通。

所述的堵头是把阀块在加工过程对外形成的油路与外界隔离，使油体不外泄。

所述的直动缸2包括：有杆腔三位二通比例阀4、无杆腔三位二通比例阀5、直动缸缸盖22、直动缸活塞33、行程控制阀块油路34、直动缸活塞杆35和通气孔36；

与直动缸2连接的行程控制阀块3上连接有有杆腔三位二通比例阀4和无杆腔三位二通比例阀5；在行程控制阀块3内有行程控制阀块油路34；在直动缸2的另一端连接有直动缸缸盖22，直动缸缸盖22位于直动缸2与直线电机1之间；直动缸缸盖上开有通气孔36；在直动缸2内有直动缸活塞33，在直动缸活塞33上连接有直动缸活塞杆35，直动缸活塞杆35与直线电机1连接；所述的行程控制阀块34的油路与油箱18、缓冲缸有杆腔油道17、缓冲缸无杆腔油道20和直动缸2相通。

的速度传感器14安装在缓冲缸的顶部，缓冲方法：

(1)、速度传感器检测冲击物的速度，通过行程控制阀块实时调整缓冲行程与初压力；

(2)、当冲击体接触到活塞杆头时，速度传感器实时检测冲击物体的速度、压力传感器实时检测缓冲腔的压力，测得的速度信号和压力信号输入至采集处理器，采集处理器将数据进行转换和计算，将处理过后的数据传递给控制器，控制器输出控制信号，通过节流控制阀块控制缓冲装置的节流面积。

具体步骤如下：

位于缓冲缸顶部的速度传感器14检测到当前冲击物的速度v₂，位于缓冲器内缓冲腔的压力传感器10检测到缓冲缸内部压力为p₂，两者共同输入到采集处理器8，采集处理器8自动计算出完成当前缓冲的最佳节流面积s₂，当前缓冲器节流面积为s₃，采集处理器8自动计算出s₂-s₃之间的差值，将处理过后的数据传递给控制器9，控制器9输出控制信号。

当s₂>s₃时，即完成当前缓冲所需的最预节流面积大于当前节流面积，控制器9控制步进电机6，步进电机6通过丝杠30驱动阀芯31直线移动，使节流孔28减少被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s₂；

当s₂<s₃时，即完成当前缓冲所需的最佳节流面积小于当前节流面积，控制器9控制步进电机6，步进电机6通过丝杠30驱动阀芯31直线移动，使节流孔28增大被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s₂；

由于缓冲缸活塞26的移动有杆腔需要油液补充，故设置充液阀19，当缓冲缸活塞杆15快速移动时，充液阀19打开对缓冲缸有杆腔进行补油。

实施例1：位于缓冲缸顶部的速度传感器14检测到当前冲击物的速度v₂，位于缓冲器内缓冲腔的压力传感器9检测到缓冲缸内部压力为p₂，两者共同输入到采集处理器8，采集处理器8自动计算出完成当前缓冲的最佳节流面积s₂，当前缓冲器节流面积为s₃，采集处理器8自动计算出s₂-s₃之间的差值，

当s₂>s₃时，即完成当前缓冲所需的最预节流面积大于当前节流面积，控制器9控制步进电机6，步进电机6通过丝杠30驱动阀芯31直线移动，使节流孔28减少被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s₂；

当s₂<s₃时，即完成当前缓冲所需的最佳节流面积小于当前节流面积，控制器9控制步进电机6，步进电机6通过丝杠30驱动阀芯31直线移动，使节流孔28增大被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s₂；

由于缓冲缸活塞26的移动有杆腔需要油液补充，故设置充液阀19，当缓冲缸活塞杆15快速移动时，充液阀19打开对缓冲缸有杆腔进行补油。

具体的工作过程：

一、缓冲行程调节

位于缓冲缸顶部的速度传感器14实时检测冲击物的速度，将速度信号传递给采集处理器8，采集处理器8将速度信号进行转换和计算，采集处理器8将计算结果传递给控制器8，控制器9驱动直线电机1，直线电机1直接驱动直动缸活塞33运动，直动缸2输出压力油，通过无杆腔三位二通比例阀5和有杆腔三位二通比例阀4调节输出液压油的流量,调节输出缓冲缸11到液压油的速度,从而调节缓冲缸11行程，具体调节过程如下：速度传感器14检测到冲击物速度，速度传感器14将速度信号传递给采集处理器8，采集处理器8将速度信号进行转换和计算，采集处理器8将计算结果传递给控制器8，控制器9计算出当前完成缓冲所需要的缓冲行程x，位于缓冲缸顶部的位移传感器15检测当前缓冲器行程x₁，采集处理器8自动计算x-x₁之间的差值。

若x>x₁,即完成当前缓冲的行程大于当前缓冲器行程，需要增大缓冲缸11缓冲行程，无杆腔三位二通比例阀5将压力油接入缓冲缸11无杆腔，有杆腔三位二通比例阀4将缓冲缸11的有杆腔接入油箱18，因此压力油将缓冲缸活塞杆15向外推出，直到位移传感器16检测到达到能够完成当前缓冲的行程s，这时控制器8将发出信号，使无杆腔三位二通比例阀5和有杆腔三位二通比例阀4回到中位，直线电机1停止运动，完成行程调节作用；

若s<s₁,即完成当前缓冲的行程小于当前缓冲器行程，需要减小缓冲缸11缓冲行程，无杆腔三位二通比例阀5将压力油接入油箱18，有杆腔三位二通比例阀4将缓冲缸11的有杆腔接入缓冲缸11无杆腔，因此压力油将缓冲缸活塞杆15向里缩回，直到位移传感器检测到达到能够完成当前缓冲的行程s，这时控制器将发出信号，使无杆腔三位二通比例阀5和有杆腔三位二通比例阀4回到中位，直线电机停止运动，完成行程调节作用；所有控制阀的中位机能均为O型。

二、初压力设定

位于缓冲缸顶部的速度传感器14实时检测冲击物的速度，将速度信号传递给采集处理器8，采集处理器8将速度信号进行转换和计算，采集处理器8将计算结果传递给控制器8，控制器9根据当前冲击物的速度计算出完成当前缓冲所需最佳初压力p，缓冲缸内部的压力传感器10检测到当前缓冲缸内部压力值为p₁，采集处理器8自动计算出p-p₁之间的差值。

当p>p₁时，即完成当前缓冲需要的最佳初压力p大于当前缓冲缸11内部压力p₁，需要将缓冲缸11内部压力提高，从而才能最有效完成当前缓冲，控制器9控制直线电机1，直线电机1直接驱动直动缸活塞33运动，直动缸2输出压力油，无杆腔三位二通比例阀5接入压力油，有杆腔三位二通比例阀4处于中位状态，缓冲缸无杆腔的压力油将复位弹簧32压缩，直到缓冲缸11内部压力传感器10监测到使缓冲缸11内部压力达到完成当前缓冲所需的最佳初压力p，控制器9发出信号使直线电机1与所有控制阀回到中位；

当p>p₁时，即完成当前缓冲需要的最佳初压力p小于当前缓冲缸11内部压力p₁，需要将缓冲缸11内部压力降低，从而才能最有效完成当前缓冲，控制器9控制直线电机1，直线电机1直接驱动直动缸活塞33运动，直动缸2从缓冲缸吸油，无杆腔三位二通比例阀5接入直动缸，有杆腔三位二通比例阀4处于中位状态，缓冲缸无杆腔的压力油将复位弹簧32被释放，直到缓冲缸11内部压力传感器10监测到使缓冲缸11内部压力达到完成当前缓冲所需的最佳初压力p，控制器发出信号使直线电机1与所有控制阀回到中位；

三、节流面积调节

(1)冲击物未接触到缓冲缸活塞杆

位于缓冲缸顶部的速度传感器14实时检测冲击物的速度，将速度信号传递给采集处理器8，采集处理器8将速度信号进行转换和计算，采集处理器8将计算结果传递给控制器8，采集处理器8计算出完成当前缓冲所需要的最佳预节流面积s，当前缓冲器的节流面积为s₁，采集处理器8自动计算出s-s₁之间的差值，控制器9控制步进电机6，步进电机6通过丝杠30驱动阀芯31直线移动，使节流孔28面积达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s，避免瞬间冲击时调节量过大。

当s>s₁时，即完成当前缓冲所需的最佳预节流面积大于当前节流面积，控制器9控制步进电机6，步进电机6通过丝杠30驱动阀芯31直线移动，使节流孔28减少被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s；

当s<s₁时，即完成当前缓冲所需的最佳预节流面积小于当前节流面积，控制器9控制步进电机6，步进电机6通过丝杠30驱动阀芯31直线移动，使节流孔28增大被阀芯遮盖的区域达到完成当前缓冲的最佳预节流面积s；

(2)冲击物接触到缓冲缸活塞杆

当冲击物接触到缓冲缸活塞杆15时，冲击物的速度和缓冲腔内的压力都会时刻发生变化，并且影响缓冲效率的关键因素是冲击物的速度和缓冲腔内的压力，通过检测冲击物的速度和缓冲腔内的压力，从而控制节流面，可以使缓冲器的缓冲效率达到最高。