CN101691878A - 一种液压泵流量调节装置 - Google Patents

Abstract

一种液压泵流量调节装置是在系统中增设了流量调节系统，即电动机通过联轴器驱动双向旋转液压泵，电动机转速控制器控制电动机的旋转方向和大小，双向旋转液压泵第一油口通过液压管与单向旋转液压泵出油口连通，液压管与总出油口连通，总出油口与控制阀进油口连通，双向旋转液压泵的第二油口连通有蓄能器和安全阀。本发明采用较小功率的伺服电机可以在较大功率范围内连续控制整个液压系统的输出流量，降低了系统控制成本；采用双向旋转的液压泵，使系统具有储能功能，双向旋转液压泵的第二油口与蓄能器连通，提高了该泵的吸油能力和泵的工作转速。本发明适用于混合动力驱动的行走机械中。

Description

一种液压泵流量调节装置

技术领域

本发明涉及一种液压泵流量的调节装置，属于电液控制技术领域，特别是一种通过改变泵的转速连续控制液压泵输出流量的装置。

背景技术

为了降低液压系统的能量损失，减小发热量，液压控制技术的一个发展趋势是通过改变液压泵的转速来控制泵的输出流量。如：公开号为CN1821574A的一种“低空转能耗液压动力源”的发明专利，就公开了这样一种系统是增设了可检测泵排量的位移传感器，通过改变泵的转速可使该动力源具有恒压、恒流和恒功率控制的复合功能，并通过降低液压泵在非工作周期和部分负载工况的转速降低液压系统的能耗。通过变转速控制的电动机与恒压变量泵的组合，不仅可连续控制泵的输出流量，也降低了系统非工作周期的能耗；又如：公开号为CN1410245A的一种“变频注塑机的节能装置及其节能方法”的发明专利，由压力控制单元将接收到的压力传感器的系统压力反馈信号与注塑机控制器设定的工艺参数信号比较处理后输入给变频伺服控制器一个相应的控制信号，由转速传感器将采集到的电机转速信号输入到变频伺服控制器中，变频伺服控制器根据上述控制信号和转速信号输出相应的控制电机转动的变频信号，电机通过联轴器驱动油泵输出满足工艺要求的流量，同样是通过采用变转速驱动的方式连续控制泵的输出流量和压力来降低系统能耗。

上述现有的系统也存在一个问题，就是一旦泵的排量和电机的最高转速确定，液压泵可控制的流量范围就确定，系统要求的功率越大，为了控制泵的转速，需要的变速电机的成本也越高，特别是在采用伺服电机(交流伺服电机、永磁同步电机等)和开关磁阻电机驱动的系统中，当采用大功率系统时，将会极大地增大系统的成本。

如果在变转速驱动泵的基础上再并联一个恒定转速的定量泵，虽然也可以增大整个系统流量的控制范围，但要保证流量控制的连续性，就需要不断的启动和停止动力源，这样一方面会引发系统的冲击和振动，另外也会影响系统的动态过程和生产效率，特别当动力源为内燃发动机时，就更不可能频繁启停，而如果动力源始终工作，则整个系统的调速范围就如图5所示，连续可控范围仍然只是原变速泵的范围，只是叠加了液压泵输出的恒定流量，这就会影响某些实际应用，如柴电混合动力的液压系统，要求大范围内执行器速度连续变化的主机设备等。

发明内容

本发明液压泵流量调节装置，目的是通过液压泵的组合，采用较小功率的变速电机，在较大范围内控制液压泵的输出流量，以解决现有技术采用伺服电机驱动大功率系统成本较高的问题，从而提供一种液压泵流量调节装置。

本发明液压泵流量调节装置的技术方案包括单向旋转液压泵，动力源，控制阀，溢流阀，压力传感器，液压执行器，其构成是在系统中增设了双向旋转液压泵、电动机、电动机转速控制器、联轴器、安全阀和蓄能器。其中，电动机通过联轴器驱动双向旋转液压泵，电动机转速控制器控制电动机的旋转方向和转速大小，双向旋转液压泵的第一油口通过液压管路与单向旋转液压泵的出油口连通，双向旋转液压泵和单向旋转液压泵的共同出油口通过总出油口与控制阀的进油口连通，双向旋转液压泵的第二油口连通有蓄能器和安全阀的进油口，或者直接与油箱连通。

本发明上述技术方案中所述的单向旋转液压泵和双向旋转液压泵是定量液压泵、机械调整恒压变量液压泵、机械调整恒功率变量液压泵，或是电子比例控制恒压变量液压泵；所述的电动机是交流伺服电动机、交流永磁同步电动机、开关磁阻电动机或是直流伺服电动机；所述的动力源是恒定转速的交流异步电动机，或是内燃发动机；所述的溢流阀是手动调整的溢流阀，或是电子比例控制的溢流阀；所述的单向旋转液压泵和双向旋转液压泵的排量相等，或不相等。

本发明液压泵流量调节系统的基本原理是，当系统不工作时，首先让双向旋转液压泵与单向旋转液压泵相反的方向旋转，通过调整双向旋转液压泵的转速，将单向旋转液压泵泵出的油液全部泵回油箱蓄能器或油箱中，这时整个系统输出的油液流量为零，系统处于待机状态，当系统要求有流量输出时，通过转速控制器减小双向旋转液压泵的转速，系统就会有流量输出，输出的流量等于单向旋转液压泵输出的流量，减去双向旋转液压泵泵回油箱或蓄能器的流量，当转速为零时，系统输出的流量等于单向旋转液压泵输出的流量，进一步改变双向旋转液压泵的旋转方向并增加它的转速，系统的输出流量就会增大，参图6中曲线，系统输出流量的变化范围等于单向旋转液压泵输出的流量与双向旋转液压泵输出流量的和，对应转速变化范围是n₂₀到n_2max。

本发明液压泵流量调节装置，主要特点首先体现在用较小功率的伺服电机，可在较大功率范围内连续控制整个液压系统的输出流量。其次是降低了采用伺服电机通过变速方式控制液压系统的成本。第三是采用双向旋转的液压泵，使系统具有储能功能，但系统中具有重力负载情况时，可回收这部分势能。第四是双向旋转液压泵的第二油口与蓄能器连通，提高了该泵的吸油能力，可提高泵的工作转速，从而可用较小排量的双线旋转液压泵与大排量的液压泵配合使用。

附图说明

图1是本发明液压泵流量调节装置实施例1的结构示意图；

图2是本发明液压泵流量调节装置实施例2的结构示意图；

图3是本发明液压泵流量调节装置实施例3的结构示意图；

图4是本发明液压泵流量调节装置实施例4的结构示意图；

图5单方向旋转变速泵和定量液压泵组合流量输出特性曲线图；

图6双方向旋转变速泵和定量液压泵组合流量输出特性曲线图。

图中：1-单向旋转液压泵  2-动力源  3-控制阀  4-溢流阀  5-压力传感器6-双向旋转液压泵  7-电动机  8-电动机转速控制器  9-联轴器  10-执行器11-安全阀  12-蓄能器

P1-单向旋转液压泵1出油口  P2-双向旋转液压泵6第一油口  P3-总出油口  P4-控制阀3进油口  T1-单向旋转液压泵1吸油口  T2-双向旋转液压泵6第二油口  T-油箱  L1-第1液压管道  L2第-2液压管道  L3-第3液压管道  L4-第4液压管道

具体实施方式

下面结合附图对本发明液压泵流量调节装置作出进一步的详细说明，本领域的技术人员在阅读了本具体实施例后，能够实现本发明的技术方案，同时，本发明的优点与积极效果也能够得到体现。

实施例1

图1是本发明的第一种实施例。本液压泵流量的调节装置包括单向旋转液压泵1，动力源2，控制阀3，溢流阀4，压力传感器5和液压执行器10，其构成是本发明在现有的液压泵流量调节系统中，进一步增设了双向旋转的液压泵6，电动机7，电动机转速控制器8，联轴器9，安全阀11和蓄能器12。其中，动力源2驱动单向旋转液压泵1，单向旋转液压泵1的出油口P1经过第一液压管路L1与双向旋转液压泵6的第一油口P2连通，总出油口P3与第一液压管路L1连通，它是单向旋转液压泵1和双向旋转液压泵6两台液压泵的共同出油口，总出油口P3与控制阀3的进油口P4连通，控制阀3经过第三液压管路L3和第4液压管路L4与液压执行器10的油口连通，控制阀3的作用是控制液压执行器10的运动方向，总出油口P3与第二液压管路L2连通，通过第二液压管路L2可以连接两台以上的液压执行器，溢流阀4安装在液压管路L1上，控制系统的最高压力，压力传感器5安装在第一液压管路L1上，检测第一液压管路L1中的压力值，电动机7通过联轴器9驱动双向旋转液压泵6旋转，电动机转速控制器8控制电动机7的旋转方向和转速大小，单向旋转液压泵1吸油口T1与油箱T连通，双向旋转液压泵6第二油口T2与蓄能器12的进油口连通，同时还与安全阀11的进油口连通，双向旋转液压泵6第二油口T2也可以直接和油箱T连通。

在具体实施中，单向旋转液压泵1选用定量的内啮合齿轮泵形式，双向旋转液压泵6选用定量的轴向柱塞泵形式，电动机7选用交流伺服电动机，动力源2选用恒定转速的交流异步电动机，溢流阀4是电子比例控制的溢流阀，选取单向旋转液压泵1和双向旋转液压泵6的排量相等。

本发明的液压泵流量调节系统的工作过程是，系统启动后，动力源2(这里是交流异步电动机)以恒定的转速运转，驱动单向旋转液压泵1输出额定的流量Q1，Q1等于该液压泵的排量q₁和它转速n₁的乘积，转速控制器8控制双向旋转液压阀泵6以与动力源2基本相同的转速旋转，其旋转方向是将单向旋转液压泵1泵出的液压油，经双向旋转液压泵6第一油口P2吸入后再经双向旋转液压泵6第二油口T2泵入蓄能器12，泵入的流量也是Q1，这样经总油口P3输出的液压油流量为零，这时如果通过转速控制器8控制电动机7逐渐降低转速，经双向旋转液压泵6第一油口P2吸入蓄能器12的流量就会减少，经总油口P3供出的流量就会从零逐渐增加，当电动机7的转速为零时，总油口P3输出Q1的流量，进一步，用转速控制器8控制改变电动机7的旋转方向，这时双向旋转液压泵6经其第二油口T2从蓄能器吸油，经其第一油口P2排油到液压管路L1，逐渐提高转速，整个系统输出的流量就会在单向旋转液压泵1输出流量Q1的基础上，随着电动机7转速的提高成比例的增加，当达到与动力源2同样的转速时，整个系统输出两倍Q1的流量，因此，只用一个可控制转速的电动机7就可连续控制单向旋转液压泵1和双向旋转液压泵6二个液压泵相加的流量，既扩展了液压泵的流量调节范围，双向旋转液压泵6的转速可以高于单向旋转液压泵1的转速，整个系统的流量控制曲线如图6中的曲线1所示，图6中的曲线2是双向旋转液压泵6的流量特性。

实施例2

图2是本发明的第二种实施例。与第一种实施例的区别有：1)所选的单向旋转液压泵1是机械调整恒功率型变量液压泵，它的排量与双向旋转液压泵2的排量相等，它的输出流量与该泵出口P1口的压力成双曲线的关系，即二者的乘积为恒定值，从而限制了单向旋转液压泵1的最大输出功率。2)动力源2采用内燃发动机，用柴油或汽油驱动。除此之外系统的组成、连接关系和工作原理与实施例1完全相同，它可以应用在混合动力驱动的行走机械中，如挖掘机、装载机和拖拉机等。

实施例3

图3是本发明的第三种实施例。与第一种实施例的区别有：1)所选的单向旋转液压泵1是电子比例控制的恒压变量泵，通过改变集成在其上比例先导阀的电流信号，可以连续比例地控制该泵出口的压力值。2)去掉了安全阀11和蓄能器12，双向旋转液压泵6第2油口T2直接与油箱T连通。除此之外系统的组成、连接关系和工作原理与实施例1完全相同，系统的特色是可以连续控制经过总出油口P3供给到液压执行器10的流量和压力，可以应用于注塑机、压力机、压铸机、打包机等等工业自动化设备中。

实施例4

图4是本发明的第四种实施例，是恒功率加比例恒压实施例，与第一种实施例的区别有：1)所选的单向旋转液压泵1是机械调整恒功率变量型液压泵，它的排量与双向旋转液压泵2的排量相等，它的输出流量与该泵出口P1口的压力成双曲线的关系，即二者的乘积为恒定值，从而限制了单向旋转液压泵1的最大输出功率。2)动力源2采用内燃发动机，用柴油或汽油驱动。3)双向旋转液压泵6选用机械调整恒压型变量液压泵，可以限制总出油口P3出的最高压力值。4)去掉了安全阀11和蓄能器12，双向旋转液压泵6第2油口T2直接与油箱T连通。

除此之外系统的组成、连接关系和工作原理与实施例1完全相同，它同样可以应用在混合动力驱动的行走机械中，如挖掘机、装载机、拖拉机等。

本发明在上述实施例中，电动机7可以使用交流伺服电动机、交流永磁同步电动机、开关磁阻电动机，也可以使用直流伺服电动机；单向旋转液压泵1和双向旋转液压泵6可以使用定量液压泵、机械调整恒压变量液压泵、机械调整恒功率变量液压泵，或是电子比例控制恒压变量液压泵；动力源2可以使用恒定转速的交流异步电动机，或是内燃发动机溢流阀4可以使用手动调整的溢流阀，也可以使用电子比例控制的溢流阀；单向旋转液压泵1和双向旋转液压泵6的排量可以相等，也可以不相等。系统中的其它结构配置以及系统中的其它控制部分应当根据现有技术设计处理。

Claims (6)

1.一种液压泵流量调节装置，包括单向旋转液压泵(1)，动力源(2)，控制阀(3)，溢流阀(4)，压力传感器(5)，液压执行器(10)，其特征是在系统中增设了双向旋转液压泵(6)、电动机(7)、电动机转速控制器(8)、联轴器(9)、安全阀(11)和蓄能器(12)；其中，电动机(7)通过联轴器(9)驱动双向旋转液压泵(6)，电动机转速控制器(8)控制电动机(7)的旋转方向和转速大小，双向旋转液压泵(6)的第一油口(P2)通过液压管路(L1)与单向旋转液压泵(1)的出油口(P1)连通，液压管路(L1)与总出油口(P3)连通，总出油口(P3)与控制阀(3)的进油口(P4)连通；双向旋转液压泵(6)的第二油口(T2)连通有蓄能器(12)和安全阀(11)的进油口，或者直接与油箱(T)连通。

2.权利要求1所述的液压泵流量调节装置，其特征在于单向旋转液压泵(1)和双向旋转液压泵(6)是定量液压泵、机械调整恒压变量液压泵、机械调整恒功率变量液压泵，或是电子比例控制恒压变量液压泵。

3.权利要求1所述的液压泵流量调节装置，其特征在于电动机(7)是交流伺服电动机、交流永磁同步电动机、开关磁阻电动机或是直流伺服电动机。

4.权利要求1所述的液压泵流量调节装置，其特征在于动力源(2)是恒定转速的交流异步电动机，或是内燃发动机。

5.权利要求1所述的液压泵流量调节装置，其特征在于溢流阀(4)是手动调整的溢流阀，或是电子比例控制的溢流阀。

6.权利要求1所述的液压泵流量调节装置，其特征在于单向旋转液压泵(1)和双向旋转液压泵(6)的排量相等，或不相等。

Images