基于高壓共軌艙的多執(zhí)行器重載數(shù)字液壓回路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于機、電、液控制技術(shù)為特征的流體傳動與控制領(lǐng)域，特別涉及基于高壓共軌艙的多執(zhí)行器重載數(shù)字液壓回路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的工程機械多采用傳統(tǒng)的模擬液壓系統(tǒng)，利用泵開式回路，由一個泵控制多個執(zhí)行器，泵和執(zhí)行器之間通過負載敏感閥、比例閥等來控制執(zhí)行器的動作，由于系統(tǒng)的工作壓力一般在25-35MPa之間，導(dǎo)致執(zhí)行器的尺寸不能太小，故導(dǎo)致整個系統(tǒng)的尺寸不能太小，無法進一步的減小整機的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0003]在工程機械上，利用數(shù)字液壓技術(shù)進行液壓回路的設(shè)計目前還處于研宄階段，2010年，有學者在輪式裝載機上用高速開關(guān)閥組成的數(shù)字液壓回路替代傳統(tǒng)的負載敏感系統(tǒng)，通過仿真研宄發(fā)現(xiàn)，改進后的系統(tǒng)可以減少33-63%的能量消耗。工程機械具有重載及多執(zhí)行器的特點，如果能夠通過提高液壓系統(tǒng)的壓力來減小系統(tǒng)流量的需求進而提高液壓元件的功率密度比，則可大幅度的減小執(zhí)行器的尺寸，從而也使工程機械的整體尺寸變得緊湊。
[0004]高壓共軌是用具有較大容積的共軌艙把高壓油泵輸送的高壓油蓄積起來，并利用電子控制單元，壓力傳感器，壓力調(diào)節(jié)閥等實現(xiàn)精確的壓力控制。目前，高壓共軌主要應(yīng)用在柴油發(fā)動機高壓共軌燃油電噴系統(tǒng)中，其共軌壓力可以達到200MPa，主要目的是將噴射壓力和噴射過程完全分開，使高壓油壓力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關(guān)，在通過電子控制單元來控制高速開關(guān)閥來調(diào)節(jié)燃油噴射量，提高燃油效率。
[0005]隨著數(shù)字液壓的普及，由高速開關(guān)閥組成的數(shù)字液壓回路受到了越來越多的關(guān)注，由于高速開關(guān)閥能夠?qū)M油口和回油口實現(xiàn)單獨的控制，從而能夠更加精確的實現(xiàn)速度及位移控制，而且由于高速開關(guān)閥沒有節(jié)流壓差，因而從效率上來講數(shù)字液壓回路的效率要高于由傳統(tǒng)的伺服閥和比例閥組成的液壓回路。但當要求高速開關(guān)閥的通流能力較大時，其開關(guān)的響應(yīng)時間往往又較慢，生產(chǎn)頻響高且流量大的高速開關(guān)閥往往是一個難題。然而，如果降低對高速開關(guān)閥通流能力的要求，則其可以達到很高的頻響，其開關(guān)響應(yīng)時間可以達到暈秒級，所以尚速開關(guān)閥的發(fā)展趨勢是小流量尚頻響閥。尚速開關(guān)閥的頻響越尚其控制性能越好，常采用脈寬調(diào)制的方法來控制高速開關(guān)閥，然而由于脈寬調(diào)制對閥的頻響要求太高，故比較可行的辦法是采用脈數(shù)調(diào)制，即用很多個小流量高頻響的高速開關(guān)閥來組成一個大流量的高速開關(guān)閥組，通過控制一個閥組中小流量開關(guān)閥的開和關(guān)的個數(shù)來控制其通過的流量，這樣就降低了對高速開關(guān)閥頻響的要求，同時由于小流量高頻響的高速開關(guān)閥是未來的發(fā)展方向，通過脈數(shù)控制高速開關(guān)閥組的方法具有很大的市場應(yīng)用價值。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能進一步的提高液壓系統(tǒng)的工作壓力，提高液壓元件的功率密度比的基于高壓共軌艙的多執(zhí)行器重載數(shù)字液壓回路。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的解決方案是:
[0007]提供基于高壓共軌艙的多執(zhí)行器重載數(shù)字液壓回路，包括供油系統(tǒng)、高速開關(guān)閥組、電子控制單元和執(zhí)行器，所述供油系統(tǒng)包括發(fā)動機、閥配流柱塞泵、高壓艙、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、先導(dǎo)比例溢流閥、蓄能器和安全閥；所述發(fā)動機用于驅(qū)動閥配流柱塞泵，閥配流柱塞泵的出油口與高壓艙的進油口連接，先導(dǎo)比例溢流閥的回油口與油箱A連接，閥配流柱塞泵的吸油口、吸油濾油器、油箱A依次連接；高壓艙的回油口與安全閥的進油口連接，安全閥的回油口與油箱B連接；閥配流柱塞泵和高壓艙之間的連接管路上設(shè)有先導(dǎo)比例溢流閥、溫度傳感器、壓力傳感器、蓄能器，溫度傳感器、壓力傳感器、先導(dǎo)比例溢流閥、安全閥、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角傳感器的控制信號線分別與電子控制單元連接；
[0008]所述閥配流柱塞泵用于將油液泵送進高壓艙中，獲得穩(wěn)定的高壓油液(壓力在60MPa以上)；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角傳感器安裝在閥配流柱塞泵的轉(zhuǎn)軸上，用于獲得閥配流柱塞泵的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角信息，并將獲得的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角信息輸入電子控制單元進行監(jiān)測；所述溫度傳感器、壓力傳感器分別用于獲得管路中油液的溫度、壓力，并將獲得的溫度、壓力信息輸入電子控制單元進行監(jiān)測；所述電子控制單元能通過控制先導(dǎo)比例溢流閥，調(diào)節(jié)高壓艙內(nèi)油液的壓力；所述蓄能器用于保證高壓艙內(nèi)油液的壓力在先導(dǎo)比例溢流閥設(shè)定壓力的正負5%之內(nèi)波動；所述安全閥用于限定高壓艙內(nèi)油液的最高壓力，同時防止高壓艙內(nèi)油液壓力突然迅速的下降；
[0009]所述高速開關(guān)閥組設(shè)置執(zhí)行器的油口上，分別用于控制執(zhí)行器與高壓艙、執(zhí)行器與油箱之間油液的通斷；所述高速開關(guān)閥組包括至少四個并行連接的小流量高頻響高速開關(guān)閥，且每個高速開關(guān)閥組分別通過線路連接到電子控制單元，電子控制單元通過控制小流量高頻響高速開關(guān)閥打開的個數(shù)，實現(xiàn)對通過高速開關(guān)閥組的油液流量的控制，進而控制執(zhí)行器的動作。
[0010]在本實用新型中，所述電子控制單元包括顯示器和可編程的PLC。
[0011]在本實用新型中，所述安全閥采用卸荷溢流閥，且其卸荷功能通過電子控制單元進行控制。
[0012]在本實用新型中，所述小流量高頻響高速開關(guān)閥采用二位二通閥，且額定流量在I?5L/min范圍內(nèi)。
[0013]在本實用新型中，所述發(fā)動機采用柴油發(fā)動機。
[0014]在本實用新型中，所述執(zhí)行器包括雙向運動的執(zhí)行器、單向運動的執(zhí)行器；
[0015]所述雙向運動的執(zhí)行器的兩個油口分別連接有兩組高速開關(guān)閥組，且每個油口連接的兩組高速開關(guān)閥組，一組高速開關(guān)閥組與高壓艙連接，另一組高速開關(guān)閥組與油箱連接，即每個油口都設(shè)有和高壓艙連接的高速開關(guān)閥、和油箱連接的高速開關(guān)閥；
[0016]所述單向運動的執(zhí)行器的兩個油口分別為進油口和回油口，進油口通過一個高速開關(guān)閥組與高壓艙連接，回油口通過一個高速開關(guān)閥組與油箱連接。
[0017]在本實用新型中，所述雙向運動的執(zhí)行器包括單桿雙作用液壓缸、雙向定量馬達，單向運動的執(zhí)行器包括單向定量馬達。
[0018]本實用新型的工作原理:將高壓艙蓄積的高壓油液通過高速開關(guān)閥組輸送到各個執(zhí)行器，同時各個執(zhí)行器同樣的通過高速開關(guān)閥組將油液排回油箱；整個液壓系統(tǒng)由一個電子控制單元(ECU)控制，通過輸入負載期望的運行規(guī)律和監(jiān)測系統(tǒng)運行參數(shù)，控制每個高速開關(guān)閥組中小流量高速開關(guān)閥同時打開的個數(shù)，進而控制負載的運動。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0020]1、本實用新型通過高壓共軌方法提高了液壓系統(tǒng)的工作壓力，從而為降低執(zhí)行器所需要的流量打下了基礎(chǔ)，進一步的提高液壓元件的功率密度比，使整個系統(tǒng)變得更加的緊湊。傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)一般工作于35MPa以下。而本實用新型提出的采用高壓共軌的方法，利用閥配流的柱塞泵能夠泵送至少60MPa的壓力油液，并且利用一個容積較大的高壓艙蓄積起來，通過先導(dǎo)式比例溢流閥和蓄能器來調(diào)定壓力，采用高壓共軌的方法，當系統(tǒng)穩(wěn)定在某一壓力時，發(fā)動機只需要消耗很少的能量以維持泵轉(zhuǎn)動就行。
[0021]2、利用數(shù)字液壓技術(shù)來控制執(zhí)行器及負載的運動，而不是通過傳統(tǒng)的伺服閥或者比例閥來控制。由于采用高速開關(guān)閥來控制，