[发明专利]可控变截面液压缸及其液压控制系统和控制方法

权利要求书

1.一种变截面液压缸，其特征在于：包括缸筒、一级活塞和二级活塞，所述一级活塞包括一级活塞杆和缸筒，所述一级活塞杆通过活塞环和端盖密封安装在所述缸筒内，所述二级活塞包括所述一级活塞杆和二级活塞杆，所述一级活塞杆的内部空心，所述一级活塞杆作为二级活塞杆的缸筒，所述二级活塞杆通过活塞环和端盖密封安装在所述一级活塞杆内，所述二级活塞杆内部设有所述二级无杆腔油路和二级有杆腔油路，所述二级无杆腔油路将外部油路与所述二级活塞无杆腔连通，所述二级有杆腔油路将外部油路与所述二级活塞有杆腔连通。

2.一种变截面液压缸的液压控制系统，用于控制如权利要求1所述的变截面液压缸，其特征在于，一级活塞无杆腔、一级活塞有杆腔、二级活塞无杆腔和二级活塞有杆腔分别与第一开关阀的油口(C1)、第二开关阀的油口(C2)、第三开关阀的油口(C3)和第四开关阀的油口(C4)连接，所述第一开关阀和第二开关阀与第一伺服阀连接，所述第三开关阀和第四开关阀与第二伺服阀连接，所述第一开关阀的油口(A1)、所述第二开关阀的油口(B2)和所述第一伺服阀的油口(VA1)连通，所述第一开关阀的油口(B1)、所述第二开关阀的油口(A2)和所述第一伺服阀的油口(VB1)连通，所述第三开关阀的油口(A3)、所述第四开关阀的油口(B4)和所述第二伺服阀的油口(VA2口连通，所述第三开关阀的油口(B3)、所述第四开关阀的油口(A4)和所述第二伺服阀的油口(VB2)连通，所述第一伺服阀的高压进油口P1和所述第二伺服阀的高压进油口(P2)与恒压变量泵(8)和安全溢流阀(9)构成的动力源的高压出油口连通，所述第一伺服阀的低压回油口T1和所述第二伺服阀的低压回油口(T2)与油箱连通。

3.根据权利要求2所述的变截面液压缸的液压控制系统，其特征在于：所述开关阀为两位三通电磁开关阀，所述伺服阀为三位四通伺服阀。

4.一种变截面液压缸的液压控制方法，用于控制如权利要求3所述的变截面液压缸的液压控制系统，其特征在于，所述二级活塞杆上设置一个负载力传感器，设有活塞的效作用面积为A_e，设第一活塞形成两个面分别为A_l面和A_r面，第二活塞形成两个面分别为B_l面和B_r面，从而在活塞往外伸出时，具有有效作用面积A_e分别为A_l、B_l、A_l－A_r和B_l－B_r，活塞往内收缩时具有有效作用面积A_e分别为B_r和A_r，活塞的效作用面积A_e通过调节伺服阀和电磁开关阀的位置组合来控制，

设由负载力传感测得实时变负载为F_Ln，则负载压力P_Ln为：

P_Ln＝F_Ln/A_e

设恒压油源输出压力为P_S

F_k＝P_S*A_e

从而可以将有效作用面积A_e转换为液压缸最大输出力F_k；

把负载力传感器实时获得实际负载F_Ln与有效作用面积A_e获得的最大输出力F_k进行比较，确定实际负载落在的区间，F_k-1<F_Ln<F_k；

当液压缸往外伸时，选择F_k作为最大输出力，F_k对应的有效作用面积即为所要选择的有效作用面积；

当液压缸往回缩时，选择F_k-1作为最大输出力，F_k-1对应的有效作用面积A_e即为所要选择的有效作用面积。

5.根据权利要求4所述的变截面液压缸的液压控制方法，其特征在于：当液压缸往外伸时，选择F_k作为最大输出力后，通过检测下两个时刻液压缸的跟踪误差，如果跟踪误差进一步扩大，则调大液压缸最大输出力，选择F_k+1作为最大输出力，然后再重复上述步骤，直到跟踪误差不再扩大，此时选择的最大输出力对应的有效作用面积即为所要选择的有效作用面积；

当液压缸往回缩时，选择F_k-1作为最大输出力后，通过数字控制系统检测下两个时刻压缸的跟踪误差，如果跟踪误差进一步扩大，则调小液压缸最大输出力，选择F_k-2作为最大输出力，然后再重复上述步骤，直到跟踪误差不再扩大，此时选择的最大输出力对应的有效作用面积即为所要选择的有效作用面积。