CN103821783B - 液压供油系统的恒压恒流装置 - Google Patents

Abstract

液压供油系统的恒压恒流装置，包括驱动油箱，驱动油箱连接吸油过滤器并通过管路与定量泵进口连接，定量泵出口通过管路与换向阀的第一油口连接；工字型活塞与液压缸缸体内壁密封连接，并将液压缸内部分成动力腔、中间腔与工作腔，换向阀的第二油口通过管路与动力腔接通，中间腔通过管路与换向阀的第三油口接通，工作腔通过管路及单向阀与工作油箱接通；换向阀的第四油口连接回油过滤器并通过管路与驱动油箱接通；定量泵由变频电机驱动；定量泵出口端、工作腔出油端均装有压力传感器；工字型活塞与电动推杆的推杆固接；变频电机、两个压力传感器及电动推杆均通过控制线缆与控制单元连接。本发明能够实现高精度恒压控制与恒流控制的任意切换。

Description

液压供油系统的恒压恒流装置

技术领域

本发明涉及液压供油系统，具体涉及适用于液压供油系统中供油管路出口端大流量工况下的恒压和恒流控制装置。

背景技术

液压供油系统是为供油对象提供具有一定油压、足够流量、合适温度的液压油，其结构一般包括电机、液压泵、油箱、压力调节装置、溢流阀及辅助装置，根据应用需要，液压供油系统结构可以为恒压式或恒流式供油结构，前者能给负载提供恒定压力的液压油，后者能为液压执行机构提供基本恒定的流量。现有技术中，恒压式或恒流式供油结构的主要区别在于液压泵的使用以及溢流阀的作用不同：恒压式供油结构通常使用由普通电机驱动的定量泵，溢流阀在整个工作过程中处于溢流工况，因此，恒压式供油结构的供油流量等于定量泵的输出流量与溢流阀溢流流量的差值；恒流式供油结构则通常使用由普通电机驱动的变量泵，溢流阀在整个工作过程中作安全阀使用，溢流阀不存在溢流流量，因此，恒流式供油结构的供油流量即为变量泵的输出流量。在压力调节方面，现有恒压式供油结构通常采用普通电机驱动定量泵建立油压，通过蓄能器进行一级稳压，再经伺服阀恒压，以达到恒压的目的，这种调压、恒压的技术方案存在如下缺陷；伺服阀前端压力无法在较大范围内得到调节，因而只能实现某一指定压力或范围很小的压力带的精密恒压控制，不能适应压力连续可调工况下精密恒压的要求；另一方面，上述方案能耗较高，不符合日益严格的节能环保要求。在流量调节方面，因现有恒流式供油结构的系统供油流量全部由变量泵独立控制，为了避免出现溢流流量，其变量泵的出口压力必须小于溢流阀的开启压力，这限制了恒流式液压泵站的最大工作压力范围。除上述缺陷外，通过上述现有的恒压式或恒流式供油结构可以看出，现有的液压泵站不能实现恒压供油与恒流供油的方便切换，这限制了液压泵站的适用范围。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种液压供油系统的恒压恒流装置，其能够实现动态的系统压力及大流量工况下高精度恒压控制与恒流控制的任意切换，且扩大了工作压力范围，扩展了设备功能和应用范围。

本发明的技术方案如下：

液压供油系统的恒压恒流装置，包括驱动油箱，低压管路一的一端接通驱动油箱，并连接吸油过滤器后，另一端与定量泵的进口连接，定量泵的出口通过高压管路一与换向阀的第一油口连接；工字型活塞与液压缸的缸体内壁密封连接，工字型活塞将液压缸的内部分成动力腔、中间腔与工作腔，换向阀的第二油口通过高压管路二与液压缸的动力腔接通，液压缸的中间腔通过高压管路三与换向阀的第三油口接通，液压缸的工作腔通过低压管路二与工作油箱接通，低压管路二上设有单向阀；低压管路三的一端接通换向阀的第四油口，并连接回油过滤器后，另一端与驱动油箱接通；定量泵由变频电机驱动；高压管路一上连接有泵端压力传感器，液压缸的工作腔通过管路装有工作端压力传感器；液压缸的工字型活塞与电动推杆的推杆固接；变频电机、泵端压力传感器、工作端压力传感器及电动推杆均通过控制线缆与控制单元连接。

其进一步技术方案为：

所述驱动油箱上连接有空气过滤器、液位计和放油开关。

所述工作腔与工作端压力传感器的连接管路上装有截止阀。

本发明的技术效果：

本发明通过工字型活塞将液压缸分成三个腔，工作时通过变频电机、定量泵、压力传感器及控制单元形成的闭环控制回路中的液压力和电动推杆的推力同时驱动液压缸的工字型活塞，并通过工作端压力传感器与泵端压力传感器的使用，来调节动力腔的压力，使液压缸的动力腔与工作腔平衡，在工作过程中实现恒流或恒压控制，在此基础上通过控制改变电动推杆的工作模式，能够实现恒压与恒流控制的任意切换；本发明使用变频电机及定量泵上设置的闭环控制回路，可以对定量泵的转速进行调节，从而能在较大范围内（一般5MPa-25MPa）对定量泵出口端的压力（即动力腔内的压力）进行调节，能实现一定压力范围内任意设定压力的测量，且满足压力波动小于±2%，在使用液压调节动力腔压力的基础上，结合使用电动推杆驱动工字型活塞对压力和流量进行精确控制，通过工字型活塞两端液压力的平衡设计，减小了本发明对电动推杆的驱动力的要求，通过采用驱动力很小的电动推杆就能实现恒流或恒压控制功能，而且能够给负载提供较大压力和大流量的液压油，不仅一定程度上克服了电动推杆驱动力对输出压力和流量的限制，而且提高了恒压与恒流的控制精度，相对于传统的恒流式或恒压式供油结构，本发明所述的恒压恒流装置不仅能够实现动态的系统压力及大流量工况下高精度恒压控制与恒流控制的任意切换，扩大了工作压力范围，扩展了设备功能和应用范围，且能耗小；另一方面，较小驱动力的电动推杆较之大驱动力的电动推杆，其在速度、扭矩的精度等方面的性能优异，技术成熟，而且成本相对较低。

附图说明

图1为本发明的原理结构示意图，图中双点划线表示控制线缆。

其中：1、驱动油箱；2、低压管路一；3、吸油过滤器；4、定量泵；5、高压管路一；6、换向阀；61、第一油口；62、第二油口；63、第三油口；64、第四油口；7、高压管路二；8、液压缸；81、工字型活塞；82、动力腔；83、中间腔；84、工作腔；9、高压管路三；10、低压管路二；11、工作油箱；12、单向阀；13、低压管路三；14、回油过滤器；15、变频电机；16、泵端压力传感器；17、工作端压力传感器；18、电动推杆；19、控制单元；20、空气过滤器；21、液位计；22、放油开关；23、截止阀。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图1，本发明包括驱动油箱1，驱动油箱1上连接有空气过滤器20、液位计21和放油开关22，低压管路一2的一端接通驱动油箱1，并连接吸油过滤器3后，另一端与定量泵4的进口连接，定量泵4的出口通过高压管路一5与换向阀6的第一油口61连接；工字型活塞81与液压缸8的缸体内壁密封连接，工字型活塞81将液压缸8的内部分成动力腔82、中间腔83与工作腔84，换向阀6的第二油口62通过高压管路二7与液压缸8的动力腔82接通，液压缸8的中间腔83通过高压管路三9与换向阀6的第三油口63接通，液压缸8的工作腔84的进油口通过低压管路二10与工作油箱11接通，低压管路二10上设有单向阀12；低压管路三13的一端接通换向阀6的第四油口64，并连接回油过滤器14后，另一端与驱动油箱1接通；定量泵4由变频电机15驱动；高压管路一5上连接有泵端压力传感器16，液压缸8的工作腔84通过管路装有工作端压力传感器17，工作腔84与工作端压力传感器17的连接管路上装有截止阀23；液压缸8的工字型活塞81与电动推杆18的推杆固接；变频电机15、泵端压力传感器16、工作端压力传感器17及电动推杆18均通过控制线缆与控制单元19连接，由此，定量泵4、变频电机15、控制单元20、及泵端压力传感器16构成定量泵4出口端压力调节的闭环控制回路。

在本发明实际运行时，将液压缸8的工作腔84通过管路与供油对象连接，工作端压力传感器17位于工作腔84的出油口与供油对象的连接管路上，工作端压力传感器17用于测量工作腔84出油口端的压力，泵端压力传感器16用于测量定量泵4的出口端的压力，液压缸8工作时，定量泵4的出口端通过换向阀6、高压管路一5、高压管路二7与动力腔82接通，所以，泵端压力传感器16测量的定量泵4出口端的压力即动力腔82内的液压，空气过滤器20用于防止污染物由于油箱内的油量变动而随空气混入油箱，确保驱动油箱1的清洁度和避免引起定量泵4的空穴现象，液位计21用于观察驱动油箱1内油面高度，放油开关22用于油长时间不用的情况下将油放出，以防止驱动油箱1内的油变质。本发明的供油过程如下：

液压缸8的工作腔84内添加液压油：换向阀6阀芯移动，使换向阀6的第一油口61与第三油口63接通、第二油口62与第四油口64接通，电动推杆18的推杆拉动液压缸8的工字型活塞81向左移动，左、右方向即图1中的左、右方向，向左移动的过程中，工作腔84的体积不断增大，而动力腔82的体积不断减小，工作腔84内在与低压管路二10接通的进油口处产生负压，由此，工作油箱11内的液压油经单向阀12被吸入工作腔84内，而动力腔82内在与高压管路二7的接通处产生正压，因此，动力腔2的液压油经高压管路二7、换向阀6的第二油口62及第四油口64、低压管路三13、回油过滤器14回到驱动油箱1，同时变频电机15启动，驱动定量泵4，驱动油箱1中的液压油经吸油过滤器3、定量泵4、低压管路一2、高压管路一5、换向阀6的第一油口61及第三油口63、高压管路三9被吸入到液压缸8的中间腔83内。

液压缸8的工作腔84向负载供油：换向阀6阀芯移动，使换向阀6的第一油口61与第二油口62接通、第三油口63与第四油口64接通，电动推杆18的推杆推动液压缸8的工字型活塞81向右移动，向右移动的过程中，工作腔84的体积不断减小，而动力腔82的体积不断增大，工作腔84内在与供油管路接通的出油口处产生正压，由此，工作腔84内的液压油经供油管路被送至供油对象，而动力腔82内在与高压管路二7的接通处产生负压，同时启动变频电机15，因此，驱动油箱1内的液压油经低压管路一2、吸油过滤器3、定量泵4、低压管路一2、高压管路一5、换向阀的第一油口61及第二油口62、高压管路二7被吸入到液压缸8的动力腔82内，中间腔83内的液压油则经过高压管路三9、换向阀6的第三油口63及第四油口64、低压管路三13、回油过滤器14回到驱动油箱1。工字型活塞81向右移动的过程中，通过工作端压力传感器17、所述闭环控制回路控制动力腔82与工作腔84压力平衡，并且通过控制单元19控制电动推杆18中电机的运转模式，来实现恒流控制与恒压控制的转换。

在液压缸8的工作腔84向负载供油的作业过程中，本发明的恒压或恒流的具体控制过程如下：

电动推杆18推动工字型活塞81向右移动，变频电机15启动，驱动定量泵4建立油压，通过泵端压力传感器16测量定量泵4的出口端的压力（即动力腔82的压力），通过工作端压力传感器17测量工作腔84出油端的压力，将工作端压力传感器17及泵端压力传感器16的动态测量值均传输给控制单元19，控制单元19将两个测量值与同一个目标值进行比对，根据比对结果来调节变频电机15的转速，由此调节定量泵4的转速，达到控制定量泵4出口端输出流量进而控制定量泵4出口端压力（即动力腔82内压力）的目的，这种动态调节直至工作端压力传感器17及泵端压力传感器16二者的测量值与目标值接近，即实现了液压缸8的动力腔82与工作腔84压力的基本平衡。动力腔82与工作腔84二者的压力基本平衡，在此基础上，通过控制单元19控制电动推杆18中电机的工作模式，则能够实现恒流控制与恒压控制之间的任意切换，具体地，电动推杆18中的电机以恒转速模式运转时，则工字型活塞81移动的速度恒定，根据输出流量为工字型活塞81移动速度与工作腔84有效工作面积的乘积值的数学关系，可知，电动推杆18以恒转速模式运行时，工作腔84的输出流量是恒定的；电动推杆18中的电机以恒转矩模式运转时，则电动推杆1推动工字型活塞81移动的推力恒定，根据力平衡原理，可知，电动推杆18以恒转矩模式运行时，通过所述闭环控制路调节动力腔82的压力，能够实现工作腔84出油端的压力的恒压控制，工作过程中电动推杆18的两种工作模式随意切换，从而实现恒压控制与恒流控制的任意切换，扩展了设备功能和应用范围。

本发明工作时通过所述闭环控制回路的液压作用来调节动力腔压力从而实现工字型活塞81两端液压力平衡，在使用液压调节的基础上，结合使用电动推杆驱动工字型活塞对压力和流量进行精确控制，因此减小了本发明对电动推杆18的驱动力的要求，即采用驱动力很小的电动推杆18就能实现恒流或恒压控制功能，而且能够给负载提供较大压力和大流量的液压油，较小驱动力的电动推杆较之大驱动力的电动推杆，其在速度和扭矩等方面的性能优异，技术成熟，而且成本相对较低。

在控制精度方面，本发明使用变频电机及定量泵上设置的闭环控制回路，可以对定量泵的转速进行调节，从而能在较大范围内（一般5MPa-25MPa）对定量泵出口端的压力（即动力腔内的压力）进行调节，能实现一定压力范围内任意设定压力的测量，且满足压力波动小于±2%，进一步地，本发明结合使用变频电机、定量泵、压力传感器及控制单元形成的闭环控制回路及电动推杆来驱动液压缸活塞并调节动力腔的压力，使工作时液压缸的动力腔与工作腔压力平衡，从而在工作腔内实现恒压或恒流控制，而通过控制改变电动推杆的工作模式，在工作过程中能实现恒流及恒压控制任意切换，两种驱动方式的结合使用，不仅一定程度上克服了电动推杆驱动力对输出压力和流量的限制，而且提高了恒压与恒流的控制精度，相对于传统的恒流式或恒压式供油结构，本发明所述的恒压恒流装置能够实现动态的系统压力及大流量工况下高精度恒压控制与恒流控制，且二者能够任意切换。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.液压供油系统的恒压恒流装置，包括驱动油箱（1），低压管路一（2）的一端接通驱动油箱（1），并连接吸油过滤器（3）后，另一端与定量泵（4）的进口连接，其特征在于：定量泵（4）的出口通过高压管路一（5）与换向阀（6）的第一油口（61）连接；工字型活塞（81）与液压缸（8）的缸体内壁密封连接，工字型活塞（81）将液压缸（8）的内部分成动力腔（82）、中间腔(83)与工作腔（84），换向阀（6）的第二油口（62）通过高压管路二（7）与液压缸（8）的动力腔（82）接通，液压缸（8）的中间腔(83)通过高压管路三（9）与换向阀（6）的第三油口（63）接通，液压缸（8）的工作腔（84）通过低压管路二（10）与工作油箱（11）接通，低压管路二（10）上设有单向阀（12）；低压管路三（13）的一端接通换向阀（6）的第四油口（64），并连接回油过滤器（14）后，另一端与驱动油箱（1）接通；定量泵（4）由变频电机（15）驱动；高压管路一（5）上连接有泵端压力传感器（16），液压缸（8）的工作腔（84）通过管路装有工作端压力传感器（17）；液压缸（8）的工字型活塞（81）与电动推杆（18）的推杆固接；变频电机（15）、泵端压力传感器（16）、工作端压力传感器（17）及电动推杆（18）均通过控制线缆与控制单元（19）连接。

2.按权利要求1所述的液压供油系统的恒压恒流装置，其特征在于：所述驱动油箱（1）上连接有空气过滤器（20）、液位计（21）和放油开关（22）。

3.按权利要求1所述的液压供油系统的恒压恒流装置，其特征在于：所述工作腔（84）与工作端压力传感器（17）的连接管路上装有截止阀（23）。