基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，包括液壓泵，蓄能器，插裝式液壓元件，液壓缸，連接管路，其特征是：所述液壓回路是基于矩陣排列所構(gòu)成的，由“列”和“行”的相互垂直的液壓管路交錯(cuò)排列，在矩陣的行列交點(diǎn)上設(shè)置插裝式液壓元件。其優(yōu)點(diǎn)是：利用矩陣形式靈活搭建回路，依據(jù)執(zhí)行器的不同負(fù)載工況，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力-流量匹配，減少系統(tǒng)溢流和節(jié)流損失，提高傳動(dòng)效率；動(dòng)態(tài)地自由地接入蓄能器，進(jìn)行能量回收，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能；通過(guò)傳感裝置在液壓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)并排除故障，提高了液壓系統(tǒng)的可靠性。
【專利說(shuō)明】基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于液壓機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大型液壓機(jī)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越多，而液壓機(jī)所存在的問(wèn) 題是液壓機(jī)工況多，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往按最大流量和壓力設(shè)計(jì)，而大部分時(shí)間液壓機(jī)工作 在部分載荷區(qū)，造成較大的能量損失。另外，液壓機(jī)為單臺(tái)套設(shè)備，其系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題停機(jī)維 修會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失，故尋求考慮全工況的，壓力和流量盡可能匹配負(fù)載的新型節(jié)能 和冗余系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。
[0003] 專利號(hào)為ZL 201320407139. 9 -文中提出了一種多功能可擴(kuò)展節(jié)能型液壓集成 回路。該文中針對(duì)現(xiàn)有液壓系統(tǒng)回路中存在的液壓回路功能單一、不可逆，傳動(dòng)效率低、系 統(tǒng)回路集成化程度不高以及系統(tǒng)回路冗余性差的缺陷，提出了這種新型液壓系統(tǒng)回路，該 系統(tǒng)回路能夠在克服傳統(tǒng)液壓回路的缺點(diǎn)的同時(shí)還具備多功能、節(jié)能，并且是一種可擴(kuò)展 的液壓集成回路。
[0004] 然而該文中對(duì)該液壓集成回路只進(jìn)行定義以及功能性研宄，未利用該回路實(shí)現(xiàn)某 個(gè)完整的液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是在多功能可擴(kuò)展節(jié)能型液壓集成回路的基礎(chǔ)上，提供一種可實(shí)現(xiàn) 壓機(jī)功能的、可根據(jù)需要進(jìn)行壓力和流量匹配的且具有一定冗余功能的基于矩陣回路的液 壓機(jī)液壓系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明包括液壓泵，蓄能器，插裝式液壓元件，液壓缸，連接管路，所述液壓回路是 基于矩陣排列所構(gòu)成的，由"列"和"行"的相互垂直的液壓管路交錯(cuò)排列，在矩陣的行列 交點(diǎn)上設(shè)置插裝式液壓元件，所述插裝式液壓元件是壓力控制插裝式液壓元件，流量控制 插裝式液壓元件以及方向控制插裝式液壓元件。
[0008] 在所述"列"上分別與動(dòng)力源、蓄能器以及執(zhí)行器串聯(lián)。
[0009] 在所述"行"上分別串聯(lián)一個(gè)溢流閥，并且每行固定的與特定壓力等級(jí)的蓄能器串 聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)壓力分級(jí)。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1、系統(tǒng)效率高：傳統(tǒng)液壓機(jī)液壓系統(tǒng)能耗嚴(yán)重，而在液壓矩陣回路系統(tǒng)中泵是系 統(tǒng)的動(dòng)力輸入源，蓄能器看作是系統(tǒng)的儲(chǔ)能源，通過(guò)多泵和儲(chǔ)能源的靈活搭配，形成具有不 同流量、壓力輸出特性且有一定能量?jī)?chǔ)備能力的分級(jí)液壓源。利用矩陣回路靈活搭建回路， 依據(jù)執(zhí)行器的不同負(fù)載工況需求，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力-流量匹配，減少系統(tǒng)溢流和節(jié)流 損失，解決了傳統(tǒng)液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)效率低下的問(wèn)題。
[0012] 2、系統(tǒng)可回收能量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能：在工作中根據(jù)液壓系統(tǒng)能量流動(dòng)以及利用設(shè)備重 力勢(shì)能的情況，可動(dòng)態(tài)的自由地接入蓄能器，進(jìn)行能量回收，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。3、系統(tǒng)可靠性 高：由于液壓矩陣回路中的聯(lián)接是動(dòng)態(tài)的，為較重要或易損壞的閥設(shè)計(jì)冗余度，在執(zhí)行某一 動(dòng)作時(shí)可實(shí)現(xiàn)多種連接方式，通過(guò)傳感裝置在液壓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)并排除故障， 因此大大提高了液壓系統(tǒng)的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是液壓機(jī)負(fù)載分析圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)組成示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明的液壓機(jī)電磁鐵順序動(dòng)作圖。
[0017] 圖中：1代表泵組，包括定量泵以及變量泵的組合，2代表蓄能器組，包括不同壓力 等級(jí)的蓄能器，3代表執(zhí)行器組，包括液壓缸以及液壓馬達(dá)，4代表插裝閥原件，5代表油箱， 6代表常鍛快下工況，7代表常鍛及快鍛的壓下工況，8代表常鍛的保壓及泄壓工況，9代表 常鍛及快鍛的回程工況，10代表常鍛快下階段，11代表常鍛加壓及保壓階段，12代表常鍛 回程階段，13代表快鍛壓下，14代表快鍛回程HP代表高壓，MP代表中壓，LPl和LP2代表低 壓，OR代表回油。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0019] 參照附圖，本發(fā)明包括液壓矩陣回路，液壓矩陣回路是基于矩陣排列所構(gòu)成，行列 自由組合，行列交點(diǎn)以插裝式液壓元件為主的新型液壓回路，圖1是液壓回路的典型結(jié)構(gòu)， 各自對(duì)應(yīng)的壓力范圍如圖所示。"列"和"行"相互垂直交錯(cuò)，在每"行"上串聯(lián)一個(gè)溢流閥， 通過(guò)調(diào)定溢流閥實(shí)現(xiàn)壓力分級(jí)；"列"上根據(jù)需要分別與動(dòng)力源或者蓄能器或者執(zhí)行器串 聯(lián)，這樣根據(jù)不同工況，通過(guò)控制矩陣回路中的液壓閥啟閉，靈活接通不同行列，實(shí)現(xiàn)了多 級(jí)壓力-流量動(dòng)態(tài)匹配。本發(fā)明根據(jù)負(fù)載特性，設(shè)多個(gè)壓力等級(jí)，圖1所示的系統(tǒng)分為HP， MP，LP1，LP2和OR5個(gè)壓力等級(jí)。
[0020] 對(duì)壓機(jī)工況進(jìn)行分析，如圖2所示，橫軸為速度，縱軸為負(fù)載力，其中6部分代表常 鍛快下工況，7部分為常鍛及快鍛的壓下工況，8部分代表常鍛的保壓及泄壓工況，9部分代 表常鍛及快鍛的回程工況，圖中各參數(shù)含義如下：
[0021] Fl--負(fù)載力
[0022] X--速度
[0023] A1 主缸面積
[0024] A2--回程缸面積
[0025] Qchange一"決下時(shí)充液蓄能器流量
[0026] Qp一一常鍛快下時(shí)泵的流量
[0027] α--面積比 A2ZA1
[0028] Q' lmax--快鍛壓下最大流量
[0029] Qr Average--快鍛壓下平均流量
[0030] Q2--常鍛回程所需流量
[0031] Pamax pHmax>35MPa
[0032] pH--20MPa〈pH〈35MPa
[0033] pLM--lMPa<pLM< IOMPa
[0034] pM--10MPa〈pM〈20MPa
[0035] 常鍛工況下，壓機(jī)負(fù)載具有多樣性與大時(shí)變性，以及主缸和回程缸10倍之差的面 積比，每個(gè)工作循環(huán)中，下行以及回程過(guò)程中所需流量相差較大；在快鍛工況下，回程缸總 是處于高壓小流量狀態(tài)，工作缸處于低壓大流量狀態(tài)。故本發(fā)明根據(jù)負(fù)載劃分為4個(gè)不同 壓力等級(jí)，根據(jù)系統(tǒng)的速度與工況要求通過(guò)選用不要排量的泵和蓄能器組合實(shí)現(xiàn)流量分 級(jí)。
[0036] 具體實(shí)施過(guò)程中，優(yōu)選的實(shí)施方式為在滿足各工況下完成各動(dòng)作時(shí)，構(gòu)成某一液 壓回路油液流經(jīng)最少拐點(diǎn)，及打開(kāi)最少的閥。當(dāng)系統(tǒng)某些閥發(fā)生故障后，可以選擇次優(yōu)的實(shí) 施方式，在故障閥所在行列各選一點(diǎn)，加上與該兩點(diǎn)正交的另一個(gè)非故障點(diǎn)，這樣增加兩個(gè) 拐點(diǎn)使回路正常連接，從而使系統(tǒng)動(dòng)作順利完成。
[0037] 基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)基本單元組成如圖3所示，圖中HP代表高壓，MP 代表中壓，LP代表低壓，OR代表回油，CP代表流量控制型變量泵，閥DT表示電磁鐵，是用來(lái) 控制回路中該交叉點(diǎn)的通斷狀態(tài)，SV是比例電磁鐵，用來(lái)控制該交叉點(diǎn)的比例閥，最右面一 列與各行交叉點(diǎn)安放溢流閥以調(diào)節(jié)各行不同壓力。圖4為液壓機(jī)電磁動(dòng)作順序表，其中RF 代表常鍛，F(xiàn)F代表快鍛，10代表常鍛快下階段，11代表常鍛加壓及保壓階段，12代表常鍛回 程階段；13代表快鍛壓下，14代表快鍛回程。
[0038] 根據(jù)不同工況選用一臺(tái)流量控制型變量泵，兩臺(tái)定量泵以及高、中、低壓三個(gè)蓄能 器，兩臺(tái)定量泵輸出流量分別為回程所需流量Q 2和快鍛時(shí)所需的平均流量V laverage^M 控制泵的最大流量由常鍛壓下時(shí)的流量減去％和V lav"age，用于鐓粗階段，通過(guò)速度反饋 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量滿足滿載低速的要求；其中低壓蓄能器用于常鍛快下充液，高壓蓄能器用于 快鍛回程，中壓蓄能器用于快鍛下行提供負(fù)輔助動(dòng)力源，通過(guò)電子控制裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)備動(dòng)作。
[0039] 如圖4電磁鐵動(dòng)作順序表，常鍛快下時(shí)電磁鐵6DT，7DT、17DT、18DT、SV1、SV2動(dòng)作， CP泵和HP定量泵雙泵同時(shí)供油，低壓蓄能器充液，液壓缸差動(dòng)連接，回程缸油液流入主缸 實(shí)現(xiàn)快下，到達(dá)一定行程關(guān)掉6DT，7DT和SV2,蓄能器停止供油，實(shí)現(xiàn)減速。工進(jìn)時(shí)17DT、 18DT、SVl、SV4動(dòng)作，CP泵和HP定量泵供油，到達(dá)保壓階段3DT動(dòng)作，HP定量泵卸荷，減少 進(jìn)入系統(tǒng)中的流量，CP泵工作，匹配系統(tǒng)流量和壓力輸出?；爻虝r(shí)1DT、7DT、13DT、SV2、SV3 動(dòng)作，CP泵卸荷，HP定量泵給回程缸供油回程，主缸油液回低壓蓄能器?？戾懴滦袝r(shí)9DT、 IIDT、12DT、14DT、SV3動(dòng)作，MP定量泵和中壓蓄能器向主缸供油，回程缸油液進(jìn)入高壓蓄能 器，回程時(shí)2DT、11DT、12DT、14DT、SV3動(dòng)作，MP定量泵卸荷，高壓蓄能器向回程缸供油，主缸 油液回中壓蓄能器。以上實(shí)施方式為各動(dòng)作時(shí)的優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)系統(tǒng)某些閥發(fā)生故障后， 比如SVl發(fā)生故障，可用20DT代替，SV2發(fā)生故障后，可用8DT代替，也可以選擇增加兩拐 點(diǎn)繞過(guò)該閥，而使系統(tǒng)動(dòng)作順利完成，提高系統(tǒng)可靠性。
[0040] 此外，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，在不同壓力階段，靈活地打開(kāi)不同壓力級(jí)別的蓄能器所 連接的閥，如根據(jù)圖2負(fù)載分析圖第8部分，在卸壓不同壓力階段依次接通高中低壓蓄能 器，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量回收。
[0041] 本發(fā)明的技術(shù)方案并不局限于所述實(shí)施方式，若他人的設(shè)計(jì)與本發(fā)明中液壓管路 "行"，"列"互換，或所分壓力等級(jí)范圍有些許不同，或壓力等級(jí)個(gè)數(shù)不同，不應(yīng)視為與本發(fā) 明有所差別。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，包括液壓泵，蓄能器，插裝式液壓元件，液壓 缸，連接管路，其特征在于：所述液壓回路是基于矩陣排列所構(gòu)成的，由"列"和"行"的相互 垂直的液壓管路交錯(cuò)排列，在矩陣的行列交點(diǎn)上設(shè)置插裝式液壓元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，其特征在于：所述插 裝式液壓元件是壓力控制插裝式液壓元件，流量控制插裝式液壓元件以及方向控制插裝式 液壓元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，其特征在于：在"列" 上分別與動(dòng)力源、蓄能器以及執(zhí)行器串聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種基于矩陣回路的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，其特征在于：在 "行"上分別串聯(lián)一個(gè)溢流閥，并且每行固定的與特定壓力等級(jí)的蓄能器串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)壓力分 級(jí)。
【文檔編號(hào)】B30B1/32GK104454672SQ201410705165
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】姚靜, 曹曉明, 李彬 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)