CN104976188B - 致动器组件、工程机械及其臂架控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种致动器组件、工程机械及其臂架控制装置、系统和方法，其中所述臂架控制装置包括：接收装置，用于接收关于各个臂节的控制信息，该臂节装配有所述致动器组件；以及控制装置，与所述接收装置和电机连接，根据所述控制信息计算出所述电机所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，以驱动致动器中的活塞运动至设定位置，以精确控制臂架移动至期望位置。

Description

致动器组件、工程机械及其臂架控制装置和方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种致动器组件、工程机械及其臂架控制装置和方法。

背景技术

目前，工程机械的臂架电液控制系统大部分为开环控制系统。操作人员通过手动操作遥控器的摇杆来控制油缸的运动方向和运动速度，油缸是否运动到位则通过操作人员的视觉来判断。这种控制系统结构简单，但是操作人员一般只能同时控制一节或两节臂同时动作，而对于多节臂架(四～七节臂)的系统来说，要想控制臂架末端运动到指定位置，其操作过程繁琐且位置调节时间较长，而且当操作距离较远或操作视线受阻时，就更难以保证臂架控制的顺利完成，这必然会影响施工效率。

在现有技术中，小部分臂架电液控制系统为闭环控制系统，这多见于智能臂架控制系统。这种控制系统时在开环系统的基础上加入了检测与反馈环节。在这种控制系统中，一般采用倾角传感器或位移传感器来检测各节臂的实际位置，实现臂架位置的闭环控制。由于能准确控制各节臂的位置，易于实现多节臂的协调动作、随动控制、计算机控制自动布料、臂架一键展收等功能，因此者中系统一般用于智能臂架控制系统中。这种闭环控制系统通常是一键操作或臂架末端的随动操作，操作简单，能极大提高施工效率，促进臂架系统控制的自动化与智能化。但是这种系统结构复杂，并且由于臂架系统的长管道、比例阀死区、油缸摩擦、臂架振动及臂架变形等诸多非线性因素的影响，电气控制程序设计、调试与维护难度大，较难实现。因而，这种臂架闭环控制系统普遍存在系统稳定性差、控制精度不高等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种致动器组件、工程机械及其臂架控制装置和方法，所述臂架控制装置能够精确控制臂架移动至期望位置。

为了实现上述目的，本发明提供一种致动器组件，该致动器组件包括致动器，所述致动器组件还包括：电机；控制阀组，连接于电机；以及机械反馈机构，分别与所述控制阀组和所述致动器的活塞连接，所述控制阀组在所述电机和所述机械反馈机构的驱动下动作以控制驱动介质在存储箱与所述致动器的腔体之间流动，以使得所述致动器的活塞产生运动，以及在所述活塞运动至设定位置时关闭所述存储箱与所述致动器之间的油路以禁止所述驱动介质在所述存储箱与所述致动器的腔体之间流动。

相应地，本发明还提供一种用于工程机械的臂架控制装置，该臂架控制装置包括：接收装置，用于接收关于各个臂节的控制信息，该臂节装配有根据上述致动器组件；以及控制装置，与所述接收装置和所述电机连接，根据所述控制信息得出所述电机所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，以驱动所述致动器中的活塞运动至设定位置。

相应地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括：上述致动器组件；以及上述臂架控制装置。

相应地，本发明还提供一种用于工程机械的臂架控制方法，该臂架控制方法包括：接收关于各个臂节的控制信息，所述臂节装配有上述致动器组件；以及根据所述控制信息得出所述电机所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，以驱动所述致动器中的活塞运动至设定位置

通过上述技术方案，根据各个臂节的控制信息得出电机所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，驱动具有机械反馈机构的致动器中的活塞运动至设定位置，以使得臂架准确移动至预期位置。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的用于工程机械的臂架控制系统的结构框图；

图2是根据本发明一种实施方式的用于工程机械的臂架控制系统的结构示意图；

图3是根据本发明一种实施方式的油缸的结构示意图；

图4a、4b、4c是根据本发明一种实施方式的油缸中换向阀阀芯部分的放大图，其中图4a是换向阀阀芯未发生移动、第二阀口A和第一阀口B闭合的示意图，4b是在滚珠丝杠为双向滚珠丝杠的情况下，换向阀阀芯右移、第二阀口A和第一阀口B打开的示意图，图4c是在滚珠丝杠为同向向滚珠丝杠的情况下，换向阀阀芯左移、第二阀口A和第一阀口B打开的示意图；以及

图5是根据本发明一种实施方式的油缸中的平衡阀的结构示意图。

附图标记说明

1 第一臂节 2 第二臂节

3 第三臂节 4 第四臂节

10 臂架控制装置 20 致动器组件

21 油缸 21’ 油缸

110 接收装置 120 控制装置

130 安全阀 140 高压过滤器

150 回油过滤器 160 发动机

170 变量泵 210 电机

220 控制阀组 221 换向阀的阀体

222 换向阀的阀芯 223 平衡阀

230 机械反馈机构 231 滚珠丝杆

232 第一丝杆螺母 233 第二丝杆螺母

240 连接滑键 250 活塞

260 无杆腔 270 有杆腔

302 第一弹簧 303 第一溢流阀

304 第一单向阀 308 第二单向阀

309 第二溢流阀 310 第二弹簧

311 第二弹簧腔 312 第一弹簧腔

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明提供的用于工程机械的臂架控制系统的结构框图。如图1所示，所述臂架控制系统可以包括致动器组件20和臂架控制装置10。其中，致动器组件20可以包括致动器(未示出)，该致动器组件20还可以包括电机210；控制阀组220，连接于电机210；以及机械反馈机构230，分别与所述控制阀组220和所述致动器的活塞连接，所述控制阀组220在所述电机的驱动下动作以控制驱动介质在存储箱与所述致动器的腔体之间流动，以使得所述致动器的活塞产生运动，以及在所述活塞运动至设定位置时，关闭所述存储箱与所述致动器之间的通路以禁止所述驱动介质在所述存储箱与所述致动器的腔体之间流动。臂架控制装置10可以包括：接收装置110，用于接收关于各个臂节的控制信息，该臂节装配有上述致动器组件；以及控制装置120，与所述接收装置110和所述电机210连接，根据所述控制信息得出所述电机210所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，以驱动所述致动器中的活塞运动至设定位置。本发明通过根据各个臂节的控制信息得出电机210所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，驱动具有机械反馈机构230的致动器中的活塞运动至设定位置，以使得臂架准确移动至预期位置。

所述换向阀的阀芯222可在阀体221内轴向移动，所述机械反馈机构230具有与所述换向阀的阀芯222连接的端部，并且从所述端部沿轴向经过所述活塞延伸至所述致动器的活塞杆的空腔中。例如，所述机械反馈机构230可以与所述控制阀组220的阀芯轴向连接，并且轴向延伸至所述致动器的活塞杆的空腔中。

其中，为了满足精确控制的要求，电机20可以采用步进电机。致动器可以为油缸或气缸等执行元件。当然本发明并不限制于此，本领域技术人员可以根据实际需要采用任何合适的电机。

以下将通过具体实施方式来详细描述本发明。在以下具体实施方式中，采用油缸来作为致动器，相应地，油液作为驱动介质，油箱作为存储箱。当然上述具体组件均为示例性的，本发明还可以通过其它方式来实施。

图2是根据本发明一种实施方式的用于工程机械的臂架控制系统的结构示意图。如图2所示，油缸21的一端连接于位于转台上的支点C上，另一端连接于第一臂节1的支点D上；油缸21’的一端连接于第一臂节1的支点E上，另一端连接于与第一臂节1连接的连杆La上，并且连杆La与连接于第二臂节2的连杆Lb连接。接收装置110接收来自例如遥控器(未示出)的各个臂节(例如，第一臂节1、第二臂节2、第三臂节3和第四臂节4)的控制信息。控制装置120根据所接收到的各个臂节的控制信息及反馈机构的反馈参数，计算出驱动油缸21的电机所需要的控制脉冲数量和控制脉冲频率，然后发出相应的指令信号驱动电机以特定的转速运动特定的转角，从而控制油缸移动至期望位置。因为，在反馈参数确定的情况下，电机与油缸之间速度、位移存在一一对应的关系，基于这种关系确定的电机的控制脉冲数量和控制脉冲频率，能够使臂节油缸位移达到给定的期望值，从而使臂架运动到期望的位置和姿态。其中，所述控制信息可以包括来自遥控器给定的臂节油缸21的位移，还可以包括来自其他操作装置给定的臂架末端的位移或速度，及还可以包括来自于计算机给定的预先规划好的臂架末端位置。在现有臂架控制过程中，基于臂节的控制信息确定驱动油缸的电机所需要的控制脉冲数量和控制脉冲频率是已知的，而本发明是在现有计算过程中考虑了反馈参数来对控制脉冲数量和控制脉冲频率进行了修正，本领域技术人员能够根据现有技术计算得出合适的控制脉冲数量和控制脉冲频率以使得活塞运动至设定位置时所述控制阀组能够禁止所述驱动介质在所述存储箱与所述致动器的腔体之间流动。

此外，由于油缸21的移动速度与电机控制脉冲频率成比例(即，油缸速度＝脉冲当量×控制脉冲频率)，而油缸21的速度对应于油缸21中油液的需求流量。控制装置120根据输出给各个电机的控制脉冲频率，可以计算出各个油缸需要的流量，综合得出臂架移动所需的流量情况，从而实时调整液压泵(例如变量泵170)的排量，以使得变量泵170的输出流量与臂架移动所需流量一致，进而能够减少系统溢流和节流损失，实现节能。

臂架控制装置10还包括安全阀130，安装于变量泵170与油箱之间，且并联于从变量泵170经臂节油缸21至油箱的油路，当变量泵170输出的油液的压力超过预设的安全压力时，油液经该安全阀流回至所述油箱。另外，臂架控制装置10还可以包括高压过滤器140，连接在变量泵170通往臂节油缸21的油路上；以及回油过滤器150，连接在所述臂节油缸21通往所述油箱的回油油路上，并且位于安全阀130的下游。如图2所示，在安全工作压力范围内，变量泵170在发动机160的驱动下输出高压油，该高压油经过高压过滤器140后直接进入各臂节油缸21，以为臂节油缸21的运动提供动力，而来自油缸的低压油经低压过滤器150流回油箱；如果油液压力超过安全压力，则来自变量泵170的高压油经过高压过滤器140进行杂质过滤后，然后经过安全阀130转换为低压油，该低压油经回油过滤器150进行杂质过滤后流回至油箱。其中，高压油为用于做功的油液，而低压油为完成做功后需回流至油箱的油液。

当多个臂节油缸同时动作时，如果臂架移动所需要的总流量大于变量泵170所能提供的最大流量时，控制装置120还将按比例同步减小各臂节油缸21的控制脉冲频率，从而使系统仍然具有良好的操控特性，实现系统的抗流量饱和功能。

以下将参考图3和4a、4b、4c对本发明所提供的油缸进行详细描述。

图3是根据本发明一种实施方式的油缸的结构示意图。在该实施方式中，油缸21中的控制阀组220可以包括换向阀(包括换向阀的阀体221和换向阀的阀芯222)，该换向阀可以是具有伺服功能的伺服换向阀，以提高换向阀动作的精确性。换向阀的阀体221具有第一沉割槽、第二沉割槽、第三沉割槽，所述第一沉割槽和所述第三沉割槽通过油路联通，所述第一沉割槽与出油口连通以连接至油箱T，所述第二沉割槽与进油口P连通，其中，所述阀芯还可以具有第一凸起、第二凸起、第三凸起，所述第一沉割槽位于第一凸起中，所述第二沉割槽位于第二凸起中，所述第三沉割槽位于第三凸起中。当所述阀芯处于第一位置时，所述进油口通过所述第二沉割槽与所述致动器的无杆腔导通，所述出油口通过所述第三沉割槽与所述致动器的有杆腔导通，以及当所述阀芯处于第二位置时，所述进油口通过所述第二沉割槽与所述致动器的有杆腔导通，所述出油口通过所述第一沉割槽与所述致动器的无杆腔导通。阀体221的下方具有第一阀口A和第二阀口B，以连接至有杆腔和无杆腔，但不限定哪一个阀口连接至无杆腔，哪一个阀口连接至有杆腔，其视实际情况来进行连接。换向阀的阀芯222分别与电机210和机械反馈机构230连接(例如机械连接)，并在电机210和机械反馈机构230的驱动下在换向阀的阀体221内移动，以所述换向阀的阀口打开或关闭，进而控制所述油液在所述油箱与所述油缸的腔体之间流动。应该注意的是，上述提及的“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是出于表述方便及便于理解等方面的考虑，其并不用于具体限制前后位置、先后顺序以及移动方向，

所述机械反馈机构230可以为滚珠丝杠，该滚珠丝杠可以具有：第一丝杆螺母，例如轴向地固定连接至所述换向阀的阀芯；第二丝杆螺母，与所述致动器的活塞连成一体；以及滚珠丝杆，从所述换向阀的阀芯轴向延伸至所述活塞杆的空腔中，并且能够进行旋转，例如所述阀芯和所述活塞杆中设置有布置所述滚珠丝杠的空腔。该滚珠丝杆具有第一丝杆部分和第二丝杆部分，所述第一丝杆螺母能够在所述第一丝杆部分上进行轴向移动，所述第二丝杆螺母能够在所述第二丝杆部分上进行轴向移动，所述第一丝杆部分的导程小于所述第二丝杆部分的导程。其中所述电机驱动所述换向阀的阀芯旋转以使得所述第一丝杆螺母旋转，而所述第一丝杆螺母的旋转促使所述阀芯产生第一方向的轴向移动，在所述活塞移动时，使得所述第二丝杆螺母产生轴向移动，而所述第二丝杆螺母的轴向移动带动所述滚珠丝杆旋转，进而促使所述第一丝杆螺母带动所述阀芯产生与所述第一方向相反的轴向移动，以便在所述致动器运行过程中，所述阀芯在所述电机作用下产生的轴向移动与在所述活塞作用下产生的轴向移动大小相等方向相反。

其中，所述滚珠丝杠可以为双向滚珠丝杠或同向滚珠丝杠，在所述滚珠丝杠为双向滚珠丝杠的情况下，所述致动器的无杆腔与所述换向阀远离所述活塞的阀口连通，所述阀芯在所述电机驱动下朝向所述活塞移动以打开阀口时，所述驱动介质流至所述致动器的无杆腔中，在所述滚珠丝杠为同向滚珠丝杠的情况下，所述致动器的无杆腔与所述换向阀靠近所述活塞的阀口连通，所述阀芯在所述电机驱动下背向所述活塞移动以打开阀口时，所述驱动介质流至所述致动器的无杆腔中。

如图3所示，换向阀的阀芯222左端通过例如连接滑键240连接至电机210，右端连接至第一丝杆螺母232。所述控制阀组220还可以包括平衡阀223，该平衡阀223位于所述换向阀与所述油缸之间，用于控制从换向阀流出的油液流至所述油缸的无杆腔260或有杆腔270，并控制油液从所述有杆腔270或所述无杆腔260流出至所述油箱，使得在没有油液流至所述油缸的腔体中的情况下，能够确保所述油缸锁死，以及在油液流回至所述油箱所通过的油口处保持有背压。平衡阀223具备负载控制、负载保持和负载安全的功能。所述平衡阀223可以为双向平衡阀。

在一种实施方式中，机械反馈机构230为双向滚珠丝杠(左右旋滚珠丝杠)，该双向滚珠丝杠具有：第一丝杆螺母232，固定连接在换向阀的阀芯222，如图所示连接至阀芯222的右端；第二丝杆螺母233，与油缸21的活塞250连成一体；以及滚珠丝杆231，该滚珠丝杆231具有第一丝杆部分和第二丝杆部分，所述第一丝杆螺母232能够在所述第一丝杆部分上进行轴向移动，所述第二丝杆螺母233能够在所述第二丝杆部分上进行轴向移动，且所述第一丝杆部分的导程小于所述第二丝杆部分的导程，且所述第一丝杆部分与所述第二丝杆部分的螺纹旋转方向不同。其中所述电机驱动所述换向阀的阀芯222旋转以使得所述第一丝杆螺母232旋转，而所述第一丝杆螺母232的旋转促使所述阀芯222产生第一方向的轴向移动以使得换向阀的阀口的开度增大，在所述活塞250移动时，使得所述第二丝杆螺母233产生轴向移动，而所述第二丝杆螺母233的轴向移动带动所述滚珠丝杆231旋转，进而促使所述第一丝杆螺母232带动所述阀芯222产生与所述第一方向相反的轴向移动以使得换向阀的阀口的开度缩小，以便在所述油缸运行过程中，所述阀芯222在所述电机作用下产生的轴向移动与在所述活塞250作用下产生的轴向移动大小相等方向相反，即使得在活塞运动至设定位置时换向阀的阀口恰好关闭。在该实施方式中，反馈参数即第一丝杆部分与第二丝杆部分的导程比例。基于各个臂节的控制信息及导程比例能够确定电机的控制脉冲数量和控制脉冲频率，以使得在活塞移动至设定位置时驱动换向阀的阀口恰好关闭。其中，根据现有计算方法能够计算出所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，本领域技术人员能够选择合适的现有手段对其进行计算，因此不再赘述。

为了确保第二丝杆螺母233在丝杆上进行轴向移动时不会脱落，可以将丝杆延伸至活塞杆中，且能够在活塞杆中旋转(例如以螺纹形式进行连接)；同时为了保证丝杆旋转的可靠性及其反馈的准确性，丝杆与活塞杆可以为轴平行或同轴关系。

图5是根据本发明一种实施方式的油缸中的双向平衡阀的结构示意图。该双向平衡阀可以包括：第一单向阀308，设置在所述换向阀的第一阀口与所述油缸的无杆腔260的油口之间；第一溢流阀309，连接至所述第一单向阀靠近所述油缸的无杆腔260的油口的一侧；第二单向阀304，设置在所述换向阀的第二阀口与所述油缸的有杆腔270的油口之间；以及第二溢流阀303，连接至所述第二单向阀靠近所述油缸的无杆腔270的油口的一侧；其中，所述第一单向阀308和所述第二单向阀304分别控制所述油液流至所述油缸的无杆腔和有杆腔.当所述阀芯222处于第一位置时，所述第二沉割槽与所述第一阀口导通，所述第三沉割槽与所述第二阀口导通，当所述阀芯222处于第二位置时，所述第二沉割槽与所述第二阀口导通，所述第一沉割槽与所述第一阀口导通。所述第一溢流阀309和所述第二溢流阀303分别在各自的溢流阀芯弹簧腔中设有弹簧，能够在油液流动过程中，使得油液流回至所述油箱所通过的油口处保持有背压。

以下将结合图3和图4a、4b来描述油缸21的工作过程。图4a和4b示出了滚珠丝杠为双向滚珠丝杠的情况下阀芯的状态。电机210在控制装置120发出的脉冲信号驱动下转动，通过连接滑键240带动换向阀的阀芯222旋转。由于阀芯222右端固定连接有第一丝杆螺母232，第一丝杆螺母232在丝杆部分上旋转而产生轴向移动，进而在第一丝杆螺母232的作用下阀芯222可实现轴向移动。如图4b所示，当电机210旋转促使阀芯222右移(朝向活塞移动)时，电机210的旋转驱动阀口逐渐打开，压力油从P口经阀芯222节流后进入第一阀口A，第一阀口A与油口V2相通，高压油进入油口V2后顶开平衡阀223内的第一单向阀304而进入无杆腔的油口C2，然后经油口C2进入油缸的无杆腔260，使活塞250外伸。同时，有杆腔270中的油液经有杆腔的油口C1后作用至平衡阀232内的第二溢流阀309，压缩平衡阀内的第二弹簧310，以实现油口C1与V1的连通，油液通过油口V1、再经换向阀的第二阀口B回到油箱T。当活塞250向外伸出时，与活塞250连成一体的第二丝杆螺母233也一同运动，由于滚珠丝杠231轴向固定，在第二丝杆螺母233的作用下，滚珠丝杆231旋转，同时滚珠丝杆231的旋转使得第一丝杆螺母232带动阀芯222轴向左移，从而实现阀芯的直接位置负反馈，使阀口逐渐关小，直至关闭。

当压力油从V1口进入时，与V1相连的第二单向阀308开启，使油液经有杆腔的油口C1进入油缸的有杆腔270，使活塞250内缩。同时，无杆腔260中的油液经无杆腔的油口C2后作用至平衡阀232内的第一溢流阀303，压缩平衡阀内的第一弹簧302，以实现油口C2与V2的连通，油液通过油口V2、再经第一阀口A回到油箱T。

油缸回油液流进入油口C1或油口C2作用在第二溢流阀芯309或第一溢流阀303上，与通过交叉管路从V2或V1引入的控制油一起驱动溢流阀芯移动，由于溢流阀芯的第二弹簧腔311中的第二弹簧310或第一弹簧腔312中的第一弹簧302的压力的存在，使油口C1或油口C2始终保持有一定的背压，从而能防止油缸出现失速和超速，即使臂架出现负载时，仍具有较好的速度控制特性。而且，当油口V1、油口V2均无压力油进入时，臂节油缸在两个单向阀的作用下能够可靠的锁死，使臂节锁定在一定位置保持不变。

示例性地，当输入正向脉冲信号时，电机210正向旋转并在第一丝杆螺母的作用下促使阀芯边旋转边左移，第一丝杆部分的螺纹旋转方向为顺时针，同时应该注意的是第一丝杆螺母的移动不会带动丝杆的旋转；油液流至无杆腔中，此时活塞250外伸，活塞的移动促使与其固定连接的第二丝杆螺母产生轴向移动(右移)，由于第一丝杆部分与第二丝杆部分的螺纹旋转相反，第二丝杆螺母的轴向移动带动第二丝杆部分逆时针旋转，同时第一丝杆部分也产生逆时针旋转，滚珠丝杠作为主动体，使得第一丝杆螺母随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成轴向移动(右移)，进而带动被动工件阀芯右移；反之，输入反向脉冲信号，电机210反转，活塞250内缩，其过程与上述过程类似，于此不再赘述。当然上述设置仅仅是示例性的，本领域技术人员能够对其进行修改来实现本发明。

油缸21的运动位移和速度与电机210的角位移和转速一一对应。于此，本发明正是凭借这种机液伺服机构，可以使油缸在没有传感器的情况下达到较高的开环控制精度，使得在电机210驱动下阀芯移动的位移与在双向滚珠丝杠驱动下阀芯移动的位移大小相等方向相反，而双向滚珠丝杠的旋转关联于油缸的运动位移，因此能够实现位移的精确控制。

另外，所述机械反馈机构230可以为同向滚珠丝杠，该同向滚珠可以具有：第一丝杆螺母，固定连接在所述换向阀的阀芯；第二丝杆螺母，与所述油缸的活塞连成一体；以及滚珠丝杆，该滚珠丝杆具有第一丝杆部分和第二丝杆部分，所述第一丝杆螺母能够在所述第一丝杆部分上进行轴向移动，所述第二丝杆螺母能够在所述第二丝杆部分上进行轴向移动，且所述第一丝杆部分的导程小于所述第二丝杆部分的导程，且所述第一丝杆部分与所述第二丝杆部分的螺纹旋转方向相同。其中所述电机驱动所述换向阀的阀芯旋转以使得所述第一丝杆螺母旋转，而所述第一丝杆螺母的旋转促使所述阀芯产生第一方向的轴向移动以使得换向阀的阀口的开度增大，在所述活塞移动时，使得所述第二丝杆螺母产生轴向移动，而所述第二丝杆螺母的轴向移动带动所述滚珠丝杆旋转，进而促使所述第一丝杆螺母带动所述阀芯产生与所述第一方向相反的轴向移动以使得换向阀的阀口的开度缩小，以便在所述油缸运行过程中，所述阀芯在所述电机作用下产生的轴向移动与在所述活塞作用下产生的轴向移动大小相等方向相反，即使得在活塞运动至设定位置时换向阀的阀口恰好关闭。在这种情况中，反馈参数为第一丝杆部分与第二丝杆部分的导程比例。在这种实施方式中，油缸的结构发生变化，但仅仅是平衡阀232的油口C1和C2所连接至的腔体发生变化，即上述接至无杆腔260的油口C2连接至有杆腔270，而连接至有杆腔270的油口C1连接至无杆腔260。

以下将具体描述机械反馈机构230为同向滚珠丝杠的油缸21的工作过程。电机210在控制装置120发出的脉冲信号驱动下转动，通过连接滑键240带动换向阀的阀芯222旋转。由于阀芯222右端固定连接有第一丝杆螺母232，第一丝杆螺母232在丝杆部分上旋转而产生轴向移动，进而在第一丝杆螺母232的作用下阀芯222可实现轴向移动。如图4c所示，当电机210旋转促使阀芯222左移(背向活塞移动)时，电机210的旋转驱动阀口逐渐打开，压力油从P口经阀芯222节流后进入第二阀口B，第二阀口B与油口V1相通，高压油进入油口V1后顶开平衡阀232内的第二单向阀308而进入油口C1，然后经油口C1进入油缸的无杆腔260，使活塞250外伸。同时，有杆腔270中的油液经油口C2后作用至平衡阀223内的第一溢流阀303，压缩平衡阀内的第一弹簧302，以实现油口C2与V2的连通，油液通过油口V2、再经第一阀口A回到油箱T。当活塞250向外伸出时，与活塞250连成一体的第二丝杆螺母233也一同运动，由于滚珠丝杠231轴向固定，在第二丝杆螺母233的作用下，滚珠丝杆231旋转，同时滚珠丝杆231的旋转使得第一丝杆螺母232带动阀芯222轴向右移，从而实现阀芯的直接位置负反馈，使阀口逐渐关小，直至关闭。根据上文描述，本领域技术人员有能力实现该实施方式中油缸的其它工作过程，因此不再赘述。

应该注意的是，无论是双向滚珠丝杠还是同向滚珠丝杠，其所具有的第一丝杆部分和第二丝杆部分既可以是整体形成的单个丝杆，也可以是由两个丝杆固定连接而成的。

本发明通过采用具有不同导程部分的滚珠丝杠或具有不同导程的两个滚珠丝杠，实现了活塞行程与阀芯行程的速比。导程比例的设计是基于活塞行程和阀芯行程的，例如，在活塞的行程为390mm，阀芯的行程为10mm的实施例中，即活塞能够产生的最大位移为390mm，阀芯能够产生的最大位移为10mm，而阀芯产生最大位移时阀口达到最大开度，为了避免阀芯的移动超出最大行程而出现脱落情况，可以将阀芯端与活塞端丝杆的导程比例设计为1:40，但是应该注意本发明并不限制于此，本领域技术人员可以根据实际需要来设计合适的导程比例。通过采用上述机械反馈机构能够提高臂架位移精度和可靠性，而且对于多油缸系统，控制线路和反馈线路都会大大节省，对于作业环境恶劣的工程机械，能够明显降低故障率。

此外，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括上述致动器组件和上述臂架控制装置。

相应地，本发明还提供一种工程机械的臂架控制方法，该臂架控制方法包括：接收关于各个臂节的控制信息，该臂节装配有上述致动器组；以及根据所述控制信息得出所述电机所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，以驱动所述致动器中的活塞运动至设定位置。有关该方法的具体细节及益处与上述针对臂架控制系统的细节及益处相同，于此不再赘述。

本发明所提出的臂架控制系统，结构简单，且不需要结构复杂、价格昂贵的比例多路阀，因而能够降低成本；其中控制装置可以根据所接收到的臂节的控制信号计算出臂架移动所需要的流量，以实时调整变量泵的排量，使变量泵的输出流量与系统所需流量一致，进而实现系统节能；本发明所提出的臂架电液控制系统具有油缸内部机械伺服反馈的开环控制系统，能够通过简单的控制算法来实现精度高的控制；由于油缸自身具有位移机械反馈，因而无需增加额外的位移传感器和复杂的闭环控制算法即可实现油缸位移速度的准确控制和快速响应，电气控制程序简单，容易实现；该油缸集成有电机、换向阀和液压油缸，结构紧凑，大大简化了液压系统的构成，同时节省了安装空间；油缸还集成有平衡阀，使臂节油缸具有负载保持、负载安全功能，极大增加了系统的安全性和可靠性；油缸内部的滚珠丝杆左、右两部分分别具有不同导程和左、右旋两种不同旋向，极大简化了油缸结构，节省了内部空间。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种致动器组件，该致动器组件包括致动器，所述致动器组件还包括：

电机；

控制阀组，连接于电机；以及

机械反馈机构，分别与所述控制阀组和所述致动器的活塞连接，

所述控制阀组在所述电机和所述机械反馈机构的驱动下动作以控制驱动介质在存储箱与所述致动器的腔体之间流动，以使得所述致动器的活塞产生运动，以及在所述活塞运动至设定位置时关闭所述存储箱与所述致动器之间的通路以禁止所述驱动介质在所述存储箱与所述致动器的腔体之间流动，

所述控制阀组包括换向阀，该换向阀的阀芯分别与所述电机和所述机械反馈机构连接并在所述电机和所述机械反馈机构的驱动下在该换向阀的阀体内移动，以控制所述换向阀的阀口打开或关闭，进而控制所述驱动介质在所述存储箱与所述致动器的腔体之间流动，

所述换向阀的阀芯可在阀体内轴向移动，所述机械反馈机构具有与所述换向阀的阀芯连接的端部，并且从所述端部沿轴向经过所述活塞延伸至所述致动器的活塞杆的空腔中，

其特征在于，所述机械反馈机构为滚珠丝杠，该滚珠丝杠具有：

第一丝杆螺母，固定连接至所述换向阀的阀芯；

第二丝杆螺母，与所述致动器的活塞连成一体；以及

滚珠丝杆，该滚珠丝杆具有第一丝杆部分和第二丝杆部分，所述第一丝杆螺母能够在所述第一丝杆部分上进行轴向移动，所述第二丝杆螺母能够在所述第二丝杆部分上进行轴向移动，所述第一丝杆部分的导程小于所述第二丝杆部分的导程。

2.根据权利要求1所述的致动器组件，其特征在于，所述阀体具有第 一沉割槽、第二沉割槽、第三沉割槽，所述第一沉割槽和所述第三沉割槽通过油路联通，所述第一沉割槽与出油口连通，所述第二沉割槽与进油口连通，

其中，当所述阀芯处于第一位置时，所述进油口通过所述第二沉割槽与所述致动器的无杆腔导通，所述出油口通过所述第三沉割槽与所述致动器的有杆腔导通，以及当所述阀芯处于第二位置时，所述进油口通过所述第二沉割槽与所述致动器的有杆腔导通，所述出油口通过所述第一沉割槽与所述致动器的无杆腔导通。

3.根据权利要求2所述的致动器组件，其特征在于，所述控制阀组还包括平衡阀，该平衡阀连接于所述换向阀与所述致动器之间，用于控制从换向阀流出的驱动介质流至所述致动器的无杆腔或有杆腔，并控制驱动介质从所述有杆腔或所述无杆腔流出至所述存储箱，以使得在没有驱动介质流至所述致动器的腔体中的情况下，能够确保所述致动器锁死，以及在驱动介质流回至所述存储箱所通过的油口处保持有背压。

4.根据权利要求3所述的致动器组件，其特征在于，所述平衡阀为双向平衡阀，包括：

第一单向阀，设置在所述换向阀的第一阀口与所述致动器的无杆腔的油口之间；

第一溢流阀，连接至所述第一单向阀靠近所述致动器的无杆腔的油口的一侧；

第二单向阀，设置在所述换向阀的第二阀口与所述致动器的有杆腔的油口之间；以及

第二溢流阀，连接至所述第二单向阀靠近所述致动器的无杆腔的油口的一侧；

其中，当所述阀芯处于第一位置时，所述第二沉割槽与所述第一阀口导通，所述第三沉割槽与所述第二阀口导通，当所述阀芯处于第二位置时，所述第二沉割槽与所述第二阀口导通，所述第一沉割槽与所述第一阀口导通，以及所述第一溢流阀和所述第二溢流阀分别在各自的溢流阀芯弹簧腔中设有弹簧，能够在驱动介质流动过程中，使得驱动介质流回至所述存储箱所通过的有口处保持有背压。

5.根据权利要求1所述的致动器组件，其特征在于，所述滚珠丝杠为双向滚珠丝杠或同向滚珠丝杠，

其中在所述滚珠丝杠为双向滚珠丝杠的情况下，所述致动器的无杆腔与所述换向阀远离所述活塞的阀口连通，所述阀芯在所述电机驱动下朝向所述活塞移动以打开阀口时，所述驱动介质流至所述致动器的无杆腔中，在所述滚珠丝杠为同向滚珠丝杠的情况下，所述致动器的无杆腔与所述换向阀靠近所述活塞的阀口连通，所述阀芯在所述电机驱动下背向所述活塞移动以打开阀口时，所述驱动介质流至所述致动器的无杆腔中。

6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的致动器组件，其特征在于，所述致动器为油缸，所述驱动介质为油液，所述存储箱为油箱。

7.一种用于工程机械的臂架控制装置，其特征在于，该臂架控制装置包括：

接收装置，用于接收关于各个臂节的控制信息，该臂节装配有根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的致动器组件；以及

控制装置，与所述接收装置和所述电机连接，根据所述控制信息计算出所述电机所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率，以驱动所述致动器中的活塞 运动至设定位置。

8.根据权利要求7所述的臂架控制装置，其特征在于，所述致动器为油缸，所述控制装置还根据所述控制脉冲频率计算控制每个臂节油缸运动所需的流量，并根据控制所有臂节油缸运动所需的流量来调整液压泵的流量，以使得该液压泵输出的流量与控制所述臂架运动所需的流量一致。

9.根据权利要求8所述的臂架控制装置，其特征在于，所述臂架控制装置还包括：

安全阀，安装于所述液压泵与油箱之间，且并联于从所述液压泵经所述臂节油缸至所述油箱的油路，当所述液压泵输出的油液的压力超过预设的安全压力时，油液经该安全阀流回至所述油箱。

10.根据权利要求8-9中任一项权利要求所述的臂架控制装置，其特征在于，所述控制信息包括所述臂节油缸的位移或臂架末端的位移、速度或运动轨迹。

11.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括：

权利要求1-6中任一项权利要求所述的致动器组件；以及

权利要求7-10中任一项权利要求所述的臂架控制装置。

12.一种用于工程机械的臂架控制方法，其特征在于，该臂架控制方法包括：

接收关于各个臂节的控制信息，所述臂节装配有根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的致动器组件；以及

根据所述控制信息得出所述电机所需的控制脉冲数量和控制脉冲频率， 以驱动所述致动器中的活塞运动至设定位置。

13.根据权利要求12所述的臂架控制方法，其特征在于，所述致动器为油缸，所述方法还包括：

根据所述控制脉冲频率计算控制每个臂节油缸运动所需的流量，并根据控制所有臂节油缸运动所需的流量来调整液压泵的流量，以使得该液压泵输出的流量与控制所述臂架运动所需的流量一致。