一种超大重型设备的液压油缸高精度同步控制成套装置技术领域
本发明涉及一种液压设备，尤其涉及一种超大重型设备的液压油缸高
精度同步控制成套装置。
背景技术
在叶轮动力试验中，其中一个重要测试项目是将导流片放置到超大型
水箱中进行测试。这种超大型的水箱，宽3米，长6米，在蓄满水的情况
下重达132吨。在测试过程中，水箱会要求从地面抬升到3.2m的平台面上
和从平台面回落至地面，而将这种跨度大且分量重的水箱从地面抬升到平
面上是不容易的事，并且要求在提升的过程中，水箱不允许有偏移，否则
水箱就会被轨道卡住，无法继续抬升，甚至会造成水箱的损坏。
后来，有人想到利用丝杆机构来提升这种超大重型设备的抬升。虽然
利用丝杆机构进行抬升具有精度高的优点，能够避免超大重型设备在抬升
过程中不发生偏移，但是丝杆机构所能提供的力有限，不能达到抬升超大
重型设备所需的力，因此，最终利用丝杆机构进行抬升这种超大重型设备
还是无法实现。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种超大重型设备的液压油缸高精
度同步控制成套装置，通过液压的方式来提升超大重型设备，以克服现有
技术存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种超大重型设备的液压油缸高精度同步控制成套装置，由机械装置、
液压系统以及电控系统组成；
所述机械装置包括四个顶升油缸、四个支撑油缸以及四个插销油缸；
所述液压系统包括油箱、四个顶升和支撑液压子系统和一个插销液压
子系统；
每组顶升和支撑液压子系统中均包括有由调速电机驱动的双联泵、两
位三通电磁阀、比例溢流阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第一截
止阀、第二截止阀、第三截止阀、第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀、
第四平衡阀，蓄能器；
所述双联泵的进油口经第一球阀连接到所述油箱，所述双联泵的主油
泵的出油口连接到所述两位三通电磁阀的第一油口，所述两位三通电磁阀
的第二油口连接第一单向阀的进油口；
所述双联泵的副油泵的出油口直接连接到所述第一单向阀的进油口，
所述第一单向阀的出油口分别连接到所述比例溢流阀的进油口、所述第一
电磁换向阀的第一油口、所述第二电磁换向阀的第一油口；
所述第一电磁换向阀的第二油口经所述第一平衡阀连接到顶升油缸的
反向油口，所述第一电磁换向阀的第三油口经所述第二平衡阀连接到所述
顶升油缸的正向油口；所述第一平衡阀还连接到所述第一截止阀的进油口；
所述第二平衡阀还连接到所述第二截止阀的进油口；
所述第二电磁换向阀的第二油口经所述第三平衡阀连接到支撑油缸的
反向油口，所述第二电磁换向阀的第三油口经所述第四平衡阀连接到支撑
油缸的正向油口；所述第四平衡阀还通过所述第三截止阀连接到蓄能器；
四个所述顶升和支撑液压子系统中的所述两位三通电磁阀的第三油
口、所述比例溢流阀的出油口、所述第一电磁换向阀的第四油口、所述第
二电磁换向阀的第四油口、所述第一截止阀的出油口，所述第二截止阀的
出油口均通过回油管路连接回所述油箱；
所述插销液压子系统包括由电机驱动的齿轮泵、第三电磁换向阀、插
式溢流阀、液压锁、第一单向可调节流阀、第二单向可调节流阀；
所述齿轮泵的进油口经第二球阀连接到所述油箱，所述齿轮泵的出油
口经第二单向阀连接到所述第三电磁换向阀的第一油口和所述插式溢流阀
的进油口，所述第三电磁换向阀的第二油口经所述液压锁的其中一个单向
阀、所述第一单向可调节流阀连接到四个插销油缸的反向油口，所述第三
电磁换向阀的第三油口经所述液压锁的另一个单向阀、所述第二单向可调
节流阀连接到四个所述插销油缸的正向油口；
所述第三电磁换向阀的第四油口和插式溢流阀的出油口通过回油管路
连接回所述油箱。
在本发明中，四个所述顶升油缸固定在超大重型设备下方的基坑中，
超大重型设备的两侧外壁接近端头位置前后左右对称地连接所述顶升油缸
的伸出端；四个所述插销油缸分别固定安装在超大重型设备底部的四个角
处，伸出端均朝向外侧；四个支撑油缸则对应四个所述插销油缸的位置分
布在平台面上；所述插销油缸的伸出端伸出后恰好能够被所述支撑油缸顶
起支撑。
在本发明中，所述第一单向阀的出油口连接有第一供油压力传感器；
所述顶升油缸具有顶升油缸位移传感器；所述第一平衡阀的出油口和第二
平衡阀的出油口分别连接有顶升第一压力传感器和顶升第二压力传感器；
所述支撑油缸上具有支撑油缸位移传感器和支撑油缸重力传感器；所述第
三平衡阀的出油口和所述第四平衡阀的出油口分别连接有支撑第一压力传
感器和支撑第二压力传感器；所述第二单向阀的出油口连接有供油第二压
力传感器。
在本发明中，所述电控系统包括有主控制器和电机控制板；所述主控
制器和电机控制板连接，电机控制板分别通过四个伺服放大电路与液压系
统中的四个调速电机连接；四个顶升和支撑液压子系统中的所述第一供油
压力传感器、所述比例溢流阀、所述两位三通电磁阀、所述顶升油缸位移
传感器、所述顶升第一压力传感器、所述顶升第二压力传感器、所述支撑
油缸位移传感器、所述支撑油缸重力传感器、所述支撑第一压力传感器、
所述支撑第二压力传感器、所述第一电磁换向阀、所述第二电磁换向阀、
所述第一截止阀、所述第二截止阀、所述第三截止阀均连接主控制器；所
述插销液压子系统中的所述第二供油压力传感器、所述第三电磁换向阀、
所述插式溢流阀均连接主控制器。
在本发明中，所述回油管路上在接近油箱的位置串接有冷却器和过滤
器；所述油箱具有液位计、液位继电器、空滤器和温度传感器；所述第二
球阀的出油口和进入所述冷却器之前的回油管路之间还连接有第四截止
阀；所述液位传感器、所述温度传感器、所述冷却器和所述第四截止阀也
连接主控制器；所述主控制器还连接操作界面和人机界面。
在本发明中，所述油箱、所述电机驱动的齿轮泵、所述冷却器、四个
所述调速电机驱动的双联泵、所述过滤器组成了液压站；所述液压站设置
在二层钢架上，其中所述油箱安装在所述钢架的顶层，所述电机驱动的齿
轮泵、所述冷却器、四个所述调速电机驱动的双联泵并排设置在所述钢架
的底层，所述过滤器设置在所述油箱的顶部；所述齿轮泵、四个所述双联
泵通过油管连通到所述油箱的底部；所述冷却器通过油管连通到所述过滤
器。
另外，所述油箱内部设置有液位计，多个压力表安装在所述油箱的底
座侧面上；所述油箱的侧壁上设有检修窗口。
采用上述技术方案，本发明具有平稳地将超大重型设备从地面平稳地
抬升到平台面的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
图1为本发明的机械装置结构示意图；
图2为本发明的液压系统示意图；
图3为本发明的液压站结构示意图；
图4为图3中A-A向视图；
图5为本发明的电控系统示意图。
具体实施方式
本发明的超大重型设备的液压油缸高精度同步控制成套装置，由机械
装置、液压系统以及电控系统组成。本发明的超大重型设备以背景技术所
提及的超大重型水箱为例。
如图1所示，所述机械装置包括四个顶升油缸20、四个支撑油缸21
以及四个插销油缸22。
其中，四个顶升油缸20固定在水箱1100下方的基坑01中。水箱1100
的两侧外壁接近端头位置前后左右对称地分布有四个侧壁连接耳1101，顶
升油缸20位于侧壁连接耳1101的下方。顶升油缸20的伸出端连接在侧壁
连接耳1101上。
四个插销油缸22分别固定安装在水箱1100底部的四个角处，伸出端
均朝向外侧，固定端还通过支撑杆1102连接在水箱底部的中间的底部连接
耳1103上。这样的结构使得插销油缸22稳固地固定在水箱10底部的四个
角。
四个支撑油缸21则对应四个插销油缸22的位置分布在平台面02上。
插销油缸22的伸出端伸出后恰好能够被支撑油缸21顶起支撑。
该顶升机械装置的工作方式为：
水箱顶升过程：四个顶升油缸20将水箱1100从地面03顶升到平台面
02上，然后四个插销油缸22分别向外伸出，接着，位于插销油缸22下方
的支撑油缸21升起，直至抵顶住插销油缸22，然后支撑油缸21再将水箱
1100向上继续顶升小段距离(大约40mm)，并最终支撑住水箱1100，使
得水箱1100坐落在平台面02以上的位置。
水箱降落过程：顶升油缸20将水箱1100略微向上顶升(大约向上顶
升2-3mm)，使得插销油缸22向上脱离支撑油缸21，然后将插销油缸22
缩回，再然后将顶升油缸20缩短，使得水箱慢慢下降直至回落至地面03。
如图2所示，液压系统，包括油箱1、四个顶升和支撑液压子系统201、
202、203、204和一个插销液压子系统300。
每组顶升和支撑液压子系统中均包括有由调速电机7驱动的双联泵8、
两位三通电磁阀32、比例溢流阀12、第一电磁换向阀161、第二电磁换向
阀162、第一截止阀311、第二截止阀312、第三截止阀313、第一平衡阀
291、第二平衡阀292、第三平衡阀293、第四平衡阀294，蓄能器26。
其中，双联泵8的进油口经第一球阀151连接到油箱1，双联泵8的
主油泵的出油口连接到两位三通电磁阀32的第一油口，两位三通电磁阀
32的第二油口连接第一单向阀111的进油口。
双联泵8的副油泵的出油口直接连接到第一单向阀111的进油口，第
一单向阀111的出油口分别连接到比例溢流阀12的进油口、第一电磁换向
阀161的第一油口、第二电磁换向阀162的第一油口。
第一单向阀111的出油口还连接有第一供油压力传感器141和压力表
17。
第一电磁换向阀161的第二油口经第一平衡阀291连接到顶升油缸的
反向油口，第一电磁换向阀161的第三油口经第二平衡阀292连接到顶升
油缸的正向油口。第一平衡阀291还连接到第一截止阀311的进油口。第
二平衡阀292还连接到第二截止阀312的进油口。顶升油缸20具有顶升位
移传感器301。第一平衡阀291的出油口和第二平衡阀292的出油口还分
别连接有顶升第一压力传感器142和顶升第二压力传感器143。
第二电磁换向阀162的第二油口经第三平衡阀293连接到支撑油缸21
的反向油口，第二电磁换向阀162的第三油口经第四平衡阀294连接到支
撑油缸21的正向油口。第四平衡阀294还通过第三截止阀313连接到蓄能
器26。支撑油缸21上具有支撑位移传感器302和重力传感器303。第三平
衡阀293的出油口和第四平衡阀的出油口还分别连接有支撑第一压力传感
器144和支撑第二压力传感器145。
四个顶升和支撑液压子系统201、202、203、204中的两位三通电磁阀
32的第三油口、比例溢流阀12的出油口、第一电磁换向阀161的第四油
口、第二电磁换向阀162的第四油口、第一截止阀311的出油口，第二截
止阀312的出油口均通过回油管路连接回油箱1。
在本发明中，双联泵8的电磁阀不得电，仅主油泵工作；电磁阀得电，
主油泵和副油泵同时工作。
顶升和支撑液压子系统的工作方式为：调速电机7驱动双联泵8工作，
当两位三通电磁阀31的第一油口和第二油口连通，双联泵8的主油泵和副
油泵同时通过第一单向阀111向顶升和支撑液压子系统供油，当两位三通
电磁阀31的第一油口和第二油口截止，第一油口和第三油口连通时，仅双
联泵8的副油泵通过第一单向阀111向顶升和支撑液压子系统供油，双联
泵8的主油泵则经过两位三通电磁阀31的第一油口和第三油口流回油箱1。
比例溢流阀12则用于实现改变进入顶升和支撑液压子系统的液压油
的压力。
当第一电磁换向阀161在接通时，用于驱动顶升油缸20工作，这时第
二电磁换向电磁阀162截止，支撑油缸21不工作。当第二电磁换向电磁阀
162在接通时，用于驱动支撑油缸21工作，这时第一电磁换向阀161截止，
顶升油缸20不工作。
第一电磁换向阀161有两种接通方式：当第一电磁换向阀161的第一
油口和第二油口连通，第三油口和第四油口连通时，液压油则从顶升油缸
20的反向油口进入，驱动顶升油缸20缩短，用于降落水箱1100。当第一
电磁换向阀161的第一油口和第三油口连通，第二油口和第四油口连通时，
液压油则从顶升油缸20的正向油口进入，驱动顶升油缸20伸长，用于将
水箱顶起。
第二电磁换向阀162也有两种接通方式：当第一电磁换向阀162的第
一油口和第二油口连通，第三油口和第四油口连通时，液压油则从支撑油
缸21的反向油口进入，驱动支撑油缸21缩短，用于与水箱分离。当第一
电磁换向阀162的第一油口和第三油口连通，第二油口和第四油口连通时，
液压油则从支撑油缸21的正向油口进入，驱动支撑油缸21伸长，用于支
撑住水箱。
第三截止阀313通常处于截止状态，当支撑油缸21支撑起水箱后，将
第三截止阀313打开连通，使得利用蓄能器26对支撑油缸21进行保压。
第一截止阀311和第二截止阀312通常也处于截止状态，当支撑油缸
21进行工作时，由于顶升油缸20也要做跟随运动，这时由于第一电磁换
向阀161处于截止状态，为避免顶升油缸20出现吸空现象，为此需要打开
第一截止阀311和第二截止阀312，使得顶升油缸20和油箱1连通，避免
吸空现象。
插销液压子系统300包括由电机9驱动的齿轮泵10、第三电磁换向阀
163、插式溢流阀13、液压锁19、第一单向可调节流阀271、第二单向可
调节流阀272。液压锁19是由两个单向阀组成，液压锁19中的两个单向
阀的正向油口相互感应，只要其中一个单向阀的正向油口有压力被打开，
另外一个单向阀的正向油口也会被同时感应的压力被打开，即液压锁19具
有两个单向阀同时打开同时关闭的功能。
齿轮泵10的进油口经第二球阀152连接到油箱1，齿轮泵10的出油
口经第二单向阀112连接到第三电磁换向阀163的第一油口和插式溢流阀
13的进油口，第三电磁换向阀163的第二油口经液压锁19的其中一个单
向阀、第一单向可调节流阀271连接到四个插销油缸22的反向油口，第三
电磁换向阀163的第三油口经液压锁19的另一个单向阀、第二单向可调节
流阀272连接到四个插销油缸22的正向油口。
第三电磁换向阀163的第四油口和插式溢流阀13的出油口通过回油管
路连接回油箱1。
第一单向可调节流阀271的出油口和第二单向可调节流阀272的出油
口还连接有压力表17。第二单向阀112的出油口还连接有供油第二压力传
感器146和压力表17。
该插销液压子系统300的工作方式为：齿轮泵10在电机9驱动下向插
销液压子系统300供油，插式溢流阀13用于设定进入插销液压子系统300
的油压。
第三电磁换向阀163也有两种接通方式：当第三电磁换向阀163的第
一油口和第二油口连通，第三油口和第四油口连通时，液压油则从四个插
销油缸22的反向油口进入，驱动插销油缸22缩回以便与支撑油缸21分离。
当第三电磁换向阀163的第一油口和第三油口连通，第二油口和第四油口
连通时，液压油则从四个插销油缸22的正向油口进入，驱动插销油缸22
伸长以便能够坐落在支撑油缸21上。
而当第三电磁阀换向阀163截止时，液压锁19中两个单向阀都会截止，
从而使得插销油缸22活塞两侧的液压油不会发生流动，从而使得插销油缸
22保持状态。
在回油管路上接近油箱1的位置串接有冷却器23和过滤器24。
油箱1具有液位计3、液位继电器4、空滤器5和温度传感器6。
另外，第二球阀152的出油口和进入冷却器23之前的回油管路之间还
连接有第四截止阀314。该第四截止阀314通常截止，在第一截止阀311、
第二截止阀312打开的时候同步打开，使得顶升油缸20和油箱1连通，避
免出现上述的吸空现象。
如图3和图4所示，油箱1、电机9驱动的齿轮泵10、冷却器23、4
个由调速电机7驱动的双联泵8、过滤器24组成了液压站400。
该液压站400设置在二层钢架401上，其中油箱1安装在钢架401的
顶层402，由电机9驱动的齿轮泵10、冷却器23、4个由调速电机7驱动
的双联泵8并排设置在钢架401的底层411，过滤器24设置在油箱1的顶
部。齿轮泵10、4个双联泵8通过油管连通到油箱1的底部。冷却器23也
通过油管连通到过滤器24。冷却器23为风冷却器。
在油箱1内部设置有液位计3，多个压力表17则安装在油箱1的底座
一侧上。
油箱1的顶部设有柱塞封堵的注油口403和空滤器5。在油箱1的侧
壁上设有检修窗口404。在油箱1的中一个端壁底部具有由柱塞封堵的放
油口405。
采用上述结构，将油箱1设置在齿轮泵20、4个双联泵8的上方，这
样即使齿轮泵10、双联泵8不工作，油箱也会给系统一定的压力，可以满
足系统的部分压力需求，具有节能减排的效果。
另外，在钢架402的底层的端头位置还设有接线盒406。
为方便吊装，钢架401的两端具有吊装耳孔407。
如图5所示，在电控系统中，核心部件有主控制器和电机控制板。主
控制器和电机控制板连接，电机控制板还分别通过4个伺服放大电路与液
压系统中的4个调速电机连接，用于实现对各个调速电机的转速进行控制，
并进而控制各个双联泵工作。
四个顶升和支撑液压子系统中的第一供油压力传感器、比例溢流阀、
两位三通电磁阀、顶升油缸绝对位移传感器、顶升第一压力传感器、顶升
第二压力传感器、支撑油缸模拟位移传感器、支撑油缸重力传感器、支撑
第一压力传感器、支撑第二压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向
阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀均连接主控制器。
插销液压子系统中的第二供油压力传感器、第三电磁换向阀、插式溢
流阀均连接主控制。
液位传感器、温度传感器、冷却器、第四截止阀也连接主控制器。
操作界面和人机界面与主控制器连接。
在发明的自动控制中，采用流量控制压力补偿的方法实现同步控制。
为了减少误差，系统采用带载启动方式。主控制器实时获取所有油缸的位
移、压力、重力、温度数据，并设定其中一个顶升和支撑液压的子系统的
各位移、压力、重力数据(根据实际工作需求设置)为基准数据，并对每
个油缸整个行程位移进行微分，分段运动。分段补偿(确保运动平稳)。
并将其它顶升和支撑液压子系统中各位移、压力、重力数据与基准数据进
行实时比较，并根据得出差值进行分析及分档，然后按档计算出各区间的
正负补偿值(正为加速，负为减速或停止)，分别对其它顶升和支撑液压
子系统中的电机调速和比例溢流阀调压，使得各个顶升油缸或支撑油缸始
终保持同步。另外当子油缸误差大于允许误差中值时，子油缸采用主泵供
油辅泵脉动补油方式，子油缸快速跟上；当主油缸落后于子油缸时。主油
缸采用主泵供油辅泵脉动补油方式，主油缸快速跟上。由于是闭环随动系
统，不会受油温，重力，油缸和泵容积效率的影响。
通过操作界面和人机界面可以对系统进行操作，数据监视，参数调整
(根据权限，调整不同参数)，信息提示，文本报警，故障复位。对系统
中的调速电机、电机以及各个阀门进行操作控制。
本系统所有的模拟量数字量均通过网络传输，传输速度极快，抗干扰
能力极强，系统稳定。
通过上述详细描述可以看出，本发明具有平稳地将超大重型设备从地
面平稳地抬升到平台面的优点。