一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地說，涉及一種利用多個(gè)液壓泵精確控制液壓缸輸出位置和速度的液壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的電液控制系統(tǒng)廣泛使用比例閥或者伺服閥等元器件實(shí)現(xiàn)伺服、比例控制，但是這類技術(shù)方案有著明顯的不足:
1.壓力損失大，能量利用效率低。由于閥控方案的基本原理是采用節(jié)流調(diào)速原理，其缺點(diǎn)就是存在節(jié)流損失，能量消耗大，系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重，造成液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定或者發(fā)生故障。特別是對大流量比例伺服系統(tǒng)而言，壓力損失尤為嚴(yán)重。
[0003]2.大流量時(shí)頻響低。對大流量比例伺服系統(tǒng)而言，由于液動(dòng)力較大，比例閥或者伺服閥的控制需要利用多級(jí)先導(dǎo)閥來實(shí)現(xiàn)，其頻率響應(yīng)很難滿足實(shí)際工作要求。
[0004]為了避免閥控系統(tǒng)的上述兩個(gè)方面的不足，泵控缸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它采用容積調(diào)速的方式來控制液壓缸的位置和速度，具有節(jié)能、高效、響應(yīng)快等優(yōu)勢。此外，泵控缸系統(tǒng)易于設(shè)計(jì)成閉式系統(tǒng)，從而可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式布置和控制，是一種實(shí)現(xiàn)液壓技術(shù)節(jié)能環(huán)保的有效途徑，也是電液技術(shù)的發(fā)展方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)。其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大負(fù)載的高頻響、大流量比例控制，取代現(xiàn)有的伺服閥、比例閥或者數(shù)字缸方案。避免了大流量伺服、比例電液控制系統(tǒng)中的壓力損失大和頻響低等不足，同時(shí)達(dá)到大幅節(jié)能的效果。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)特點(diǎn)，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:本發(fā)明提出的泵控缸電液控制系統(tǒng)包含多個(gè)排量不同的液壓泵(泵的個(gè)數(shù)可以根據(jù)具體應(yīng)用決定，本發(fā)明將以6個(gè)液壓泵為例進(jìn)行說明，編號(hào)為A-F)，小流量溢流閥，小流量比例閥，大流量電磁閥換向閥，大流量安全閥，5個(gè)單向錐閥和5個(gè)二位二通電磁閥組成。
[0007]所述的6個(gè)液壓泵額定壓力相同，這六個(gè)泵可由兩個(gè)電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。液壓泵的類型可以根據(jù)具體應(yīng)用場合來選取，一般以柱塞泵性能最為有益。
[0008]所述6個(gè)泵的流量取值分別為:泵A的流量為^，泵B-F的流量分別為ft 2q，Ag,816 ^則系統(tǒng)最大的流量為6個(gè)泵的流量總和即:32^如果系統(tǒng)所需流量為2001pm，則泵A的流量可取6.251pm。
[0009]所述泵A輸出的壓力油經(jīng)小流量比例閥進(jìn)入液壓缸工作腔；泵B-F的出口均接有二位二通截止式電磁閥與單向錐閥，泵B-F的輸出壓力油共同經(jīng)大流量電磁換向閥進(jìn)入液壓缸工作腔。
[0010]所述一個(gè)小流量溢流閥接在泵A出油口，大流量安全閥接在泵B-F的公共出油口，作溢流閥和安全閥使用。
[0011]所述6個(gè)泵的吸油口與液壓缸回油口均與油箱連通。
[0012]所述液壓缸上帶位移傳感器(針對位置控制系統(tǒng))或者速度、加速度傳感器(針對速度控制系統(tǒng))?；谝簤焊咨蟼鞲衅鞯姆答?，通過快速調(diào)整液壓缸的供油量，以容積調(diào)速的方式來控制液壓缸的位置和速度。
[0013]所述的二位二通截止式電磁閥，當(dāng)其截至?xí)r，液壓油會(huì)打開單向閥，壓力油正常排出，且阻力很小。當(dāng)其接通時(shí)，壓力油直接回油箱(壓力損失很小)，單向閥關(guān)閉，則該泵的運(yùn)行狀態(tài)不影響其它泵的運(yùn)行。
[0014]所述的小流量比例換向閥與泵A出油口相通，用于精確控制泵A的流量(流量變化為O-^7之間);大流量電磁換向閥與泵B-F的公共出油口相通，僅僅起到換向作用，泵B-F的公共出油口的流量取決于這5個(gè)泵排油與否(流量變化為^31^7之間的整數(shù))。故整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入液壓缸工作腔的液壓油流量在小于32^的數(shù)值內(nèi)任意變化，并且最終的流量控制精度取決于小流量的比例閥的控制精度。
[0015]所述的泵控缸系統(tǒng)工作時(shí)，電機(jī)一直帶動(dòng)液壓泵勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)某個(gè)液壓泵不需要向液壓缸供油時(shí)，其出油口被接回油箱，且回油箱的阻力損失很小，因而相應(yīng)的能耗也很小。而當(dāng)需要其向液壓缸供油時(shí)，只需給二位二通截止式電磁閥一個(gè)激勵(lì)信號(hào)。因此其響應(yīng)取決于電磁閥的響應(yīng)速度，而與電機(jī)和泵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)無關(guān)。由于流量的控制是由小流量比例閥換向閥和電磁閥的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的，而電磁閥和比例閥的都可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，從而可以使得進(jìn)入液壓缸的流量變化對電信號(hào)的輸入響應(yīng)非?？?，從而滿足高頻響控制的要求。當(dāng)系統(tǒng)所需流量更大時(shí)，只需增加一個(gè)或多個(gè)類似的泵和相應(yīng)的電磁閥和單向錐閥即可，系統(tǒng)的整體性能幾乎不受影響，因而非常適于大流量的情況。
[0016]本發(fā)明涉及的泵控缸電液控制系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
1.整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)流量從零到最大流量的無級(jí)可調(diào)，最大流量取決于整個(gè)預(yù)設(shè)空間可以放下多少個(gè)液壓泵。流量控制精度取決于小流量電液比例閥的控制精度。
[0017]2.由于小流量比例閥不需要多級(jí)先導(dǎo)閥，直接采用直動(dòng)式即可，因此其壓力損失小。而系統(tǒng)工作時(shí)，只有^的流量受到比例閥控制，其余31 均由電磁換向閥進(jìn)入油缸，因此系統(tǒng)壓力損失非常小，大幅節(jié)能。
[0018]3.如前述，采用小流量比例閥可以采用直動(dòng)式，則其頻響可以非常高，而二位二通電磁閥同樣可以達(dá)到很高的響應(yīng)頻率，因此整個(gè)系統(tǒng)也可以達(dá)到很高的頻響，克服了傳統(tǒng)大流量比例控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)低的困難。
[0019]4.系統(tǒng)完全基于已有的標(biāo)準(zhǔn)液壓元器件，結(jié)構(gòu)非常簡單，成本低，只是使用了新的控制策略。
[0020]5.工作壓力為泵B-F本身的輸出壓力，泵A的輸出壓力要高于其他泵的工作壓力，使得經(jīng)過小流量比例閥后的壓力與其他泵的輸出壓力一致；
6.液壓泵的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要和具體布置要求而定。
[0021]7.在系統(tǒng)控制精度要求較高，且額定流量較小的情況下，可將泵A改為由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)泵A的流量數(shù)字控制，從而不必采用比例閥，進(jìn)一步減少壓力損失，節(jié)能性提尚O
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過示意圖來說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的泵控缸電液控制系統(tǒng)由六個(gè)液壓泵，編號(hào)為A-F，小流量溢流閥I，小流量比例換向閥2，液壓缸3，大流量電磁換向閥4，安全閥5，5個(gè)單向錐閥6，5個(gè)二位二通截止式電磁閥7，以及油箱組成。
[0025]整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:泵A，泵C，泵F由一個(gè)電機(jī)拖動(dòng)，泵B，泵D，泵E由另外一個(gè)電機(jī)拖動(dòng)；泵八出口與小流量溢流閥I和小流量比例換向閥2相連；泵84出油口接有二位二通截止式電磁閥7和單向錐閥6，最終經(jīng)由大流量電磁換向閥4進(jìn)入液壓缸3工作腔中，安全閥5接在大流量電磁換向閥4前面，起到安全閥的作用。
[0026]整個(gè)泵控缸電液系統(tǒng)工作時(shí)，兩個(gè)電機(jī)一直帶動(dòng)液壓泵A-F勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。泵A-F的流量分別為2q, 87和16 %系統(tǒng)流量通過6個(gè)泵的流量疊加來實(shí)現(xiàn)，Ο-g的流量變化由小流量比例換向閥I控制，1 由二位二通電磁閥的動(dòng)作來控制。
[0027]當(dāng)某個(gè)液壓泵不需要向液壓缸供油時(shí)，其出油口被接回油箱，而當(dāng)需要其向液壓缸供油時(shí)，只需給二位二通截止式電磁閥7施加激勵(lì)信號(hào)，電磁閥7處于截止?fàn)顟B(tài)，壓力油直接頂開單向錐閥6，則該泵處于排油狀態(tài)。例如，若系統(tǒng)所需流量為25.4%液壓缸3活塞桿向右運(yùn)動(dòng)。則可以通過以下組合實(shí)現(xiàn):0.Aq (泵A) +Iq (泵B) + 8g (泵E) +16<7 (泵F)。相應(yīng)的閥狀態(tài)為:小流量比例閥控制的輸出流量為0.4^o與泵B、E、F相連的電磁閥受激勵(lì)信號(hào)作用而截止，其余導(dǎo)通，直接回油至油箱，同時(shí)電磁換向閥3處于右位，則泵B、E、F正常排油，并與泵A輸出的壓力油匯合。
[0028]本發(fā)明能夠有效解決大流量伺服、比例電液執(zhí)行系統(tǒng)中的壓力損失大和頻響低等缺陷，同時(shí)達(dá)到大幅節(jié)能效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)，包含η個(gè)排量不同的液壓泵，小流量溢流閥，小流量比例閥，大流量電磁閥換向閥，大流量安全閥，η-1個(gè)單向錐閥和η-1個(gè)二位二通電磁閥，其特征在于: 第一個(gè)泵輸出的壓力油經(jīng)小流量比例閥進(jìn)入液壓缸工作腔；其余η-1個(gè)泵出油口均接有一個(gè)二位二通截止式電磁閥與一個(gè)單向錐閥，它們的輸出壓力油共同經(jīng)大流量電磁換向閥進(jìn)入液壓缸工作腔； 所述的二位二通截止式電磁閥，當(dāng)其截至?xí)r，液壓油會(huì)打開對應(yīng)的單向閥，壓力油正常排出，且阻力很?。划?dāng)其接通時(shí)，壓力油直接回油箱，單向閥關(guān)閉； 所述的小流量比例換向閥用于精確第一個(gè)控制泵的流量；大流量電磁換向閥起到換向作用；所述的小流量溢流閥接在第一個(gè)泵出油口，大流量安全閥接其它泵的公共出油口 ； 所述液壓缸上帶位移傳感器或者速度、加速度傳感器，基于液壓缸上傳感器的反饋，通過快速調(diào)整液壓缸的供油量，以容積調(diào)速的方式來控制液壓缸的位置和速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的小流量比例換向閥采用直動(dòng)式小流量比例換向閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)?shù)谝粋€(gè)泵采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，則小流量比例換向閥可省去。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的液壓泵采用柱塞泵，共有六個(gè)，六個(gè)柱塞泵額定壓力相同，由兩個(gè)電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述六個(gè)柱塞泵的流量取值分別為:第一個(gè)柱塞泵的流量為Cb其它五個(gè)柱塞泵的流量分別為Ch 2q,切’ 816 ^，則系統(tǒng)最大的流量為六個(gè)泵的流量總和即:32^
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種組合式泵控缸電液控制系統(tǒng)。它包括多個(gè)液壓泵，小流量溢流閥，大流量溢流閥，小流量比例換向閥，大流量電磁閥換向閥，多個(gè)單向錐閥和多個(gè)二位二通電磁閥組成。小流量比例換向閥與第一個(gè)泵出油口相通，用于精確第一個(gè)控制泵的流量；大流量電磁換向閥與其它泵的公共出油口相通，僅僅起到換向作用，其它泵的排油與否受控于與其相連的二位二通電磁閥的通斷。整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入液壓缸工作腔的液壓油流量可以所有泵的流量之和的數(shù)值內(nèi)任意變化，并且最終的流量控制精度取決于小流量比例閥的控制精度。本發(fā)明能夠有效地解決大流量伺服、比例電液控制系統(tǒng)中的壓力損失大和頻響低等不足，同時(shí)達(dá)到大幅節(jié)能效果。
【IPC分類】F15B13-04, F15B21-08, F15B11-02, F15B13-16
【公開號(hào)】CN104564862
【申請?zhí)枴緾N201510003272
【發(fā)明人】王林翔, 陳惟峰, 吳庭
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月6日