CN100491748C - 泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征在于液压动力源的输出流量是由电子信号控制连续调整的，流量匹配控制器是设置在压力传感器和液压动力源的油管间，进出油口独立控制阀组是由压力传感器I、II，二位二通比例节流阀I、II、二位二通电磁换向阀I、II构成。本发明提出了使动力源的输出流量始终与所有执行器所需流量相匹配，使控制最高负载执行器的进油阀全开的控制原理，不仅可使各个执行器都可按进出油口独立控制的原理进行控制，并可使系统的节流损失降到最低。其创新思路还在于根据负载的运动方向分别检测进口与出口的流量，实现了系统的流量匹配，保证了执行器在各个方向运动的平稳性，为工业控制技术特别是装备制造业的自动控制提供了条件。

Description

泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统

技术领域

本发明涉及一种泵阀复合流量匹配进出油口的电液控制系统，具体地说，是一种泵阀电液控制系统中对多个执行器单独或同时进行控制的、具有较小节流损失的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统。

背景技术

液压执行器包括液压缸和液压马达，它们都有进油和出油两个受控的容腔和油口，采用传统四边阀口联动的控制方式，某一时刻只能控制一个容腔的压力或流量。在采用插装阀的电液系统中，采用四个两通插装阀，两两一组分别控制执行器的进出油口，易于实现系统的集成和模块化，可同时对两个腔的压力或流量进行控制。但两通插装阀只具有开关功能，无法对执行器运动状态进行连续控制，为了降低制造成本，这样的系统主要用在大流量的场合。

电液控制系统有单执行器和多执行器两大类，同其他传动控制方式相比其优势主要体现在多执行器的直线运动系统，对单执行系统，经过多年的研究，无论是泵控技术还是阀控技术都有了很大的发展，能量效率已获得了非常大的提高，但对于多执行器系统，目前制约其可持续发展、应用的最大难题就是能量消耗较大，能量效率低。这样的系统中目前被世界广泛认可并获得应用的是基于压力匹配的负载敏感技术，另有就是欧洲多国正在研究中的基于恒压网络和液压变压器的二次调节技术，但这一技术涉及到结构复杂的液压变压器和自由活塞发动机，二项还不十分成熟的技术，目前还处在试验研制阶段。

在美国Caterpillar公司申请的专利中“System and method for contrlling anindependent matering valve USP 960，695，1999.10.05”，采用四个电子比例节流阀控制一个执行器的运动，这样的技术虽然对单个执行器能够进行很好的控制，但并没有给出系统中有多个执行器时系统的工作方式和保证多执行器时使整个系统具有高的能量效率的措施，而电液控制技术的优势主要体现在多执行器的直线运动系统。

为了对现有技术进一步改进，使进出油口独立控制的原理适用于多执行器系统，并具有高的能量效率，本发明提出使动力源的输出流量始终与所有执行器所需流量和相匹配，使控制最高负载执行器的进油阀全开的控制原理，不仅可使各个执行器都可按进出油口独立控制的原理进行控制，并可使系统的节流损失降到最低，本发明中进一步的创新思路在于根据负载的运动方向分别检测进口与出口的流量，实现系统流量匹配，保证执行器在各个方向运动的平稳性。

同其它传动及控制方式相比，电液控制技术的优势就在于多执行器的直线运动系统，但由于负载的差异，这种系统的最大不足是能量效率较低，成为制约其可持续发展、应用的最大难点，所以提高这种系统的能量效率就成为该领域、国际上最为关注的课题。

发明内容

本发明是一种泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，并以提供一种用于单执行器或者多执行器，液压缸二腔运动参数独立可控，并使系统节流损失最小的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统的系统硬件结构为目的，以解决现有技术中采用四边阀口联动控制系统能量效率低，控制性能不易保证，进出油口独立控制技术只能适用于单个执行器的问题。

本发明基于上述问题和目的，提出的技术方案包括液压执行器、安全阀、液压动力源、流量匹配控制器、进出油口独立控制阀组，其特征是液压动力源的输出流量可由电子信号控制连续调整，增设了流量匹配控制器，进出油口独立控制阀组是由压力传感器I、压力传感器II，二位二通比例节流阀I、二位二通比例节流阀II、二位二通电磁换向阀I、二位二通电磁换向阀II构成，其连接结构如下：

其连接方式1是：二位二通比例节流阀I的进口经过油管L2与液压执行器的油口P_A连通，出口与油箱T连通，二位二通比例节流阀II的进口经过油管L3与液压执行器的油口P_B连通，出口与油箱T连通，二位二通电磁换向阀I的进油口通过油管L1与液压动力源的出口P连通，出口经过油管L2与液压执行器油口P_A连通，二位二通电磁换向阀II的进油口经过油管L1与液压动力源的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器的油口P_B连通，压力传感器I安装在与液压执行器油口P_A连通的油管L2上，其输出信号经导线连接到流量匹配控制器，压力传感器II安装在与液压执行器油口P_B连通的油管L3上，其输出信号经过导线连接到流量匹配控制器；

其连接方式2是：二位二通比例节流阀I的进口经过油管L2与液压执行器的油口P_A连通，出口与油箱T连通，二位二通比例节流阀II的进油口经油管L1连接到液压动力源的出口P，其出口经油管L2连接到液压执行器的油口P_A，二位二通电磁换向阀I的进口经油管L3与液压执行器的油口P_B连通，其出口与油箱T连通，二位二通电磁换向阀II的进油口经过油管L1与液压动力源的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器的油口P_B连通；

其连接方式3是：进出油口独立控制阀组是由压力传感器III、三位四通换向阀、二位二通比例节流阀III组成。三位四通换向阀的进油口经油管L1与液压动力源的出口P连通，出油口A经油管L2连接到液压执行器的油口P_A，出油口B经油管L3连接到液压执行器的油口P_B，其回油口t经油管L4连接到二位二通比例节流阀III(14)的进口，其出口与油箱T连通，压力传感器III安装在油管L4上，其输出信号经导线连接到流量匹配控制器；

其连接方式4是：进出油口独立控制阀组是由压力传感器I、压力传感器II、三位四通比例方向节流阀、二位二通电磁换向阀I、二位二通电磁换向阀II组成，三位四通比例方向节流阀的进油口经油管L1与液压动力源的出口P连通，其出油口A2经油管L2连接到液压执行器的油口P_A，其回油口直接与油箱T连通，二位二通电磁换向阀I的进口经油管L3与液压执行器的油口P_B连通，其出口与油箱T连通，二位二通电磁换向阀II的进油口经过油管L1与液压动力源的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器的油口P_B连通。

本发明上述技术方案中所述的二位二通比例节流阀I、二位二通比例节流阀II、二位二通比例节流阀III，二位二通电磁换向阀I、二位二通电磁换向阀II，三位四通比例方向节流阀、三位四通换向阀或是电磁铁直接驱动的阀或是电磁控制先导型的阀或是他们任意的组合；或者用是内反馈形式的阀或是含有位移传感器电子闭环控制的阀。

本发明上述技术方案的系统中同时具有多个液压执行器，多个进出油口独立控制阀组，而系统中只有一个液压动力源和一个流量匹配控制器。

本发明上述技术方案中液压动力源的液压泵是电子比例控制的变排量泵或是定量液压泵或是单独一个泵或是上面二种泵的组合，驱动液压泵的动力源是恒定转速的交流异步电机，或是交流伺服电机或是开关磁阻电机或是内燃发动机。其中，液压泵为电子比例控制的变排量泵时，电子比例控制的变排量泵时是内反馈型的泵或是带有位置检测传感器的电闭环比例泵；液压泵为定量液压泵时，动力源要包含有转速控制装置。

本发明上述技术方案中所述的液压执行器是单出杆的差动液压缸或是双出杆液压缸或是液压马达；所述的流量匹配控制器根据液压执行器的速度设定信号控制液压动力源的输出流量，使液压泵输出的流量等于各个液压执行器所要求的总流量之和。

本发明泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统采用电液控制技术，集微电子技术、计算机技术、现代控制技术与大功率液压控制技术为一体，对现有技术作了进一步改进，使进出油口独立控制的原理适用于多执行器系统，对泵阀电液控制系统中的多个执行器进行了单独控制或同时控制，实现了系统的集成化和模块化，降低了系统中能量的消耗，提高了系统中能量的效率。

本发明提出了使动力源的输出流量始终与所有执行器所需流量相匹配，使控制最高负载执行器的进油阀全开的控制原理，不仅可使各个执行器都可按进出油口独立控制的原理进行控制，并可使系统的节流损失降到最低。发明中的进一步创新思路还在于根据负载的运动方向分别检测进口与出口的流量，实现了系统的流量匹配，保证了执行器在各个方向运动的平稳性，也为工业控制技术特别是装备制造业的自动控制提供了条件。

附图说明

图1是本发明实施例1的进出油口独立控制电液系统结构示意图

图2是本发明实施例2的进出油口独立控制电液系统结构示意图

图3是本发明实施例3的进出油口独立控制电液系统结构示意图

图4是本发明实施例4的进出油口独立控制电液系统结构示意图

图中：1：液压执行器  2：安全阀  3：液压动力源  4：流量匹配控制器  5：进出油口独立控制阀组  6：压力传感器I  7：压力传感器II  8：二位二通比例节流阀I  9：二位二通比例节流阀II  10：二位二通电磁换向阀I  11：二位二通电磁换向阀II  12：压力传感器III  13：三位四通换向阀  14：二位二通比例节流阀III  15：三位四通比例方向节流阀  16：压力传感器III

具体实施方式

本发明下面结合附图给出泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统的硬件结构实施例，并在该系统装置的硬件结构基础上，本专业技术人员容易应用现代相应的电液控制技术，微电子技术、计算机技术、现代控制技术与大功率液压控制技术，实现泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统的自动控制。

实施例1

图1中，实施本发明泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，包括包括液压执行器1、安全阀2、液压动力源3、流量匹配控制器4、进出油口独立控制阀组5，其泵阀电液系统构成是液压动力源3的输出流量可由电子信号控制连续调整，增设了流量匹配控制器4，进出油口独立控制阀组5是由压力传感器I6、压力传感器II7、二位二通比例节流阀I8、二位二通比例节流阀II9、二位二通电磁换向阀I10和二位二通电磁换向阀II11组成。

其中：二位二通比例节流阀I8的进口经过油管L2与液压执行器1的油口P_A连通，出口与油箱T连通，二位二通比例节流阀II9的进口经过油管L3与液压执行器1的油口P_B连通，出口与油箱T连通，二位二通电磁换向阀I10的进油口通过油管L1与液压动力源3的出口P连通，出口经过油管L2与液压执行器1油口P_A连通，二位二通电磁换向阀II11的进油口经过油管L1与液压动力源3的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器1的油口P_B连通，压力传感器I6安装在与液压执行器1油口P_A连通的油管L2上，其输出信号经导线连接到流量匹配控制器4，压力传感器II7安装在与液压执行器1油口P_B连通的油管L3上，其输出信号经过导线连接到流量匹配控制器4。

实施例2

图2中，实施本发明泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，包括液压执行器1、安全阀2、液压动力源3、流量匹配控制器4、进出油口独立控制阀组5，其泵阀电液系统构成是液压动力源3的输出流量可由电子信号控制连续调整，增设了流量匹配控制器4，进出油口独立控制阀组5是由压力传感器I6、压力传感器II7、二位二通比例节流阀I8、二位二通比例节流阀II9、二位二通电磁换向阀I10和二位二通电磁换向阀II11组成。

其中，将者进出油口独立控制阀组5是由压力传感器I6、压力传感器II7、三位四通比例方向节流阀15、二位二通电磁换向阀I10、二位二通电磁换向阀II11组成，三位四通比例方向节流阀15的进油口经油管L1与液压动力源3的出口P连通，其出油口A2经油管L2连接到液压执行器1的油口P_A，其回油口直接与油箱T连通，二位二通电磁换向阀I10的进口经油管L3与液压执行器1的油口P_B连通，其出口与油箱T连通，二位二通电磁换向阀II11的进油口经过油管L1与液压动力源3的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器1的油口P_B连通。

实施例3

图3中，按照实施例2的方式，将进出油口独立控制阀组5是由压力传感器III12、三位四通换向阀13、二位二通比例节流阀III14组成，三位四通换向阀13的进油口经油管L1与液压动力源3的出口P连通，出油口A经油管L2连接到液压执行器1的油口P_A，出油口B经油管L3连接到液压执行器1的油口P_B，其回油口t经油管L4连接到二位二通比例节流阀的出口与油箱T连通，压力传感器III12安装在油管L4上，其输出信号经导线连接到流量匹配控制器4；

实施例4

图4中，按照实施例2的方式，将二位二通比例节流阀I8的进口经过油管L2与液压执行器1的油口P_A连通，出口与油箱T连通，二位二通比例节流阀II9的进油口经油管L1连接到液压动力源3的出口P，其出口经油管L2连接到液压执行器1的油口P_A，二位二通电磁换向阀I10的进口经油管L3与液压执行器1的油口P_B连通，其出口与油箱T连通，二位二通电磁换向阀II11的进油口经过油管L1与液压动力源3的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器1的油口P_B连通；

本发明上述实施例1、2、3和4中，所述系统中的液压执行器1是单出杆的差动液压缸或是双出杆液压缸或是液压马达；所述的二位二通比例节流阀I8、二位二通比例节流阀II9、二位二通比例节流阀III14，二位二通电磁换向阀I10、二位二通电磁换向阀II11，三位四通比例方向节流阀15、三位四通换向阀13是电磁铁直接驱动的阀或是电磁控制先导型的阀，或是他们任意的组合或者用内反馈形式的阀或含有位移传感器电子闭环控制的阀。

本发明上述实施例1、2、3和4中所述系统中都具有一组或一组以上的液压执行器1和进出油口独立控制阀组5或是具有一组液压动力源3和流量匹配控制器4。

本发明上述实施例1、2、3和4中所述系统中的动力源3的液压泵是电子比例控制的变排量泵时或是定量液压泵或是多个泵或多种泵的组合；驱动液压泵的动力源是恒定转速的交流异步电机或是交流伺服电机或是开关磁阻电机或是内燃发动机。

其中，液压泵是电子比例控制的变排量泵时，动力源3是内反馈泵或是带有位置检测传感器的电闭环比例泵；液压泵是定量液压泵时，动力源3具有转速控制装置。

本发明上述实施例1、2、3和4中所述系统中的流量匹配控制器4是根据液压执行器1的速度设定信号控制液压动力源3的输出流量，使液压泵输出的流量等于各个液压执行器所要求的总流量之和。

Claims (8)

1.泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其含有液压执行器(1)、安全阀(2)、液压动力源(3)、流量匹配控制器(4)、进出油口独立控制阀组(5)，其特征是液压动力源(3)的输出流量由电子信号控制连续调整，增设了流量匹配控制器(4)，连通有进出油口独立控制阀组(5)，

所述的进出油口独立控制阀组(5)是由压力传感器I(6)、压力传感器II(7)、二位二通比例节流阀I(8)、二位二通比例节流阀II(9)、二位二通电磁换向阀I(10)和二位二通电磁换向阀II(11)构成，其中，二位二通比例节流阀I(8)的进口经过油管L2与液压执行器(1)的油口P_A连通，出口与油箱T连通；二位二通比例节流阀II(9)的进口经过油管L3与液压执行器(1)的油口P_B连通，出口与油箱T连通；二位二通电磁换向阀I(10)的进油口通过油管L1与液压动力源(3)的出口P连通，出口经过油管L2与液压执行器(1)油口P_A连通；二位二通电磁换向阀II(11)的进油口经过油管L1与液压动力源(3)的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器(1)的油口P_B连通；压力传感器I(6)安装在与液压执行器(1)油口P_A连通的油管L2上，其输出信号经导线连接到流量匹配控制器(4)；压力传感器II(7)安装在与液压执行器(1)油口P_B连通的油管L3上，其输出信号经过导线连接到流量匹配控制器(4)；

或者所述的进出油口独立控制阀组(5)是由压力传感器I(6)、压力传感器II(7)、二位二通比例节流阀I(8)、二位二通比例节流阀II(9)、二位二通电磁换向阀I(10)和二位二通电磁换向阀II(11)构成，其中，二位二通比例节流阀I(8)的进口经过油管L2与液压执行器(1)的油口P_A连通，出口与油箱T连通；二位二通比例节流阀II(9)的进油口经油管L1连接到液压动力源(3)的出口P，其出口经油管L2连接到液压执行器(1)的油口P_A；二位二通电磁换向阀I(10)的进口经油管L3与液压执行器(1)的油口P_B连通，其出口与油箱T连通；二位二通电磁换向阀II(11)的进油口经过油管L1与液压动力源(3)的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器(1)的油口P_B连通；

或者所述的进出油口独立控制阀组(5)是由压力传感器III(12)、三位四通换向阀(13)、二位二通比例节流阀III(14)构成，其中，三位四通换向阀(13)的进油口经油管L1与液压动力源(3)的出口P连通，出油口A经油管L2连接到液压执行器(1)的油口P_A，出油口B经油管L3连接到液压执行器(1)的油口P_B，其回油口t经油管L4连接到二位二通比例节流阀III(14)的进口，其出口与油箱T连通；压力传感器III(12)安装在油管L4上，其输出信号经导线连接到流量匹配控制器(4)；

或者所述的进出油口独立控制阀组(5)是由压力传感器I(6)、压力传感器II(7)、三位四通比例方向节流阀(15)、二位二通电磁换向阀I(10)、二位二通电磁换向阀II(11)构成，其中，三位四通比例方向节流阀(15)的进油口经油管L1与液压动力源(3)的出口P连通，其出油口A2经油管L2连接到液压执行器(1)的油口P_A，其回油口直接与油箱T连通；二位二通电磁换向阀I(10)的进口经油管L3与液压执行器(1)的油口P_B连通，其出口与油箱T连通；二位二通电磁换向阀II(11)的进油口经过油管L1与液压动力源(3)的出口P连通，出口经油管L3与液压执行器(1)的油口P_B连通。

2.根据权利要求1所述的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征是所述的二位二通比例节流阀I(8)、二位二通比例节流阀II(9)、二位二通比例节流阀III(14)、二位二通电磁换向阀I(10)、二位二通电磁换向阀II(11)、三位四通比例方向节流阀(15)和三位四通换向阀(13)是电磁铁直接驱动的阀或是电磁控制先导型的阀或是电磁铁直接驱动的阀与电磁控制先导型的阀任意的组合或者用内反馈形式的阀或含有位移传感器电子闭环控制的阀。

3.根据权利要求1所述的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征是系统同时具有多个液压执行器(1)和多个进出油口独立控制阀组(5)，而系统中只有一个液压动力源(3)和一个流量匹配控制器(4)。

4.根据权利要求1所述的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征是液压动力源(3)的液压泵是电子比例控制的变排量泵或是定量液压泵或是上面二种泵的组合，驱动液压泵的动力源是恒定转速的交流异步电机或是交流伺服电机或是开关磁阻电机或是内燃发动机。

5.根据权利要求4所述的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征是液压动力源(3)的液压泵为电子比例控制的变排量泵时，电子比例控制的变排量泵是内反馈型的泵或是带有位置检测传感器的电闭环比例泵。

6.根据权利要求4所述的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征是液压动力源(3)的液压泵为定量液压泵时，动力源要包含有转速控制装置。

7.根据权利要求1所述的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征是液压执行器(1)是单出杆的差动液压缸或是双出杆液压缸或是液压马达。

8.根据权利要求1所述的泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，其特征是流量匹配控制器(4)根据液压执行器(1)的速度设定信号控制液压动力源(3)的输出流量，使液压泵输出的流量等于各个液压执行器所要求的流量之和。

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