CN101852220A - 可控式高压大流量发生装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控式高压大流量发生装置及其控制方法，包括泵源、蓄能器组、增压器、控制阀组、流量检测和控制装置等，增压器包括活塞杆相互对顶的低压端液压缸和高压端液压缸，泵源通过相并联的多条管路与低压端液压缸的无杆腔连接，每条管路上设有单独的蓄能器和二位二通常闭方向控制阀，低压端液压缸连接有流量检测和控制装置。多组蓄能器，可进行灵活的组合，既可同时输出流量，得到较大的流量输出，也可多组蓄能器接力，以延长流量输出时间；并使用闭环流量控制回路控制输出流量大小。解决了目前高压大流量流体源输出流量大小控制及持续时间控制的难题，结构简单、成本低。

Description

可控式高压大流量发生装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种为试验台等设备提供高压大流量的流体动力源，尤其涉及一种可控式高压大流量发生装置及其控制方法。

背景技术

许多需要高压大流量流体源的场合，如液压支架大流量安全阀动态特性试验台等，其特点是：1)压力高，可达50MPa以上；2)流量大，可达1500L/min以上；3)功率大，可达数百千瓦甚至一千千瓦以上；4)持续时间短，一般在几秒以内。这种场合通常采用蓄能器作为流体源，同时配备增压器实现高压。

现有技术中的高压大流量流体源存在的主要问题是：1)输出流量大小不可控；2)输出流量持续时间控制困难；3)系统功率大、硬件成本高、蓄能器性能利用效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种输出流量大小可控制及持续时间可控制的可控式高压大流量发生装置及其控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的可控式高压大流量发生装置，包括泵源、蓄能器组、增压器、控制阀组、流量检测和控制装置，所述增压器包括缸体相对固定、活塞杆相互对顶的低压端液压缸和高压端液压缸，所述泵源通过相并联的多条管路与所述低压端液压缸的无杆腔连接，每条管路上设有单独的蓄能器和二位二通常闭方向控制阀，所述低压端液压缸连接有流量控制装置。

本发明的上述的可控式高压大流量发生装置的控制方法，通过多件并联连接的蓄能器同时输出流量，得到较大的流量输出；或通过多件并联连接的蓄能器依次输出流量，以延长流量输出时间；

还包括对增压器的低压端液压缸的进液或回液的流量进行检测和控制。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的可控式高压大流量发生装置及其控制方法，由于泵源通过相并联的多条管路与所述低压端液压缸的无杆腔连接，每条管路上设有单独的蓄能器和二位二通常闭方向控制阀，所述低压端液压缸连接有流量控制装置。可以通过多件并联连接的蓄能器同时输出流量，得到较大的流量输出；或通过多件并联连接的蓄能器依次输出流量，以延长流量输出时间。还能够对增压器的低压端液压缸的进液或回液的流量进行控制。解决了目前高压大流量流体源输出流量大小控制及持续时间控制的难题，结构简单、成本低。

附图说明

图1为本发明可控式高压大流量发生装置具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明的可控式高压大流量发生装置，其较佳的具体实施方式是：

包括泵源、蓄能器组、增压器、控制阀组、流量检测和控制装置，所述增压器包括缸体相对固定、活塞杆相互对顶的低压端液压缸和高压端液压缸，所述泵源通过相并联的多条管路与所述低压端液压缸的无杆腔连接，每条管路上设有单独的蓄能器和二位二通常闭方向控制阀，所述低压端液压缸连接有流量控制装置。

所述的蓄能器组包括多件活塞式蓄能器和气瓶。

所述泵源与每条管路的蓄能器之间分别设有单向阀及换向阀。

所述流量控制装置包括流量测量装置、控制装置、电调制流量控制阀，所述电调制流量控制阀与所述低压端液压缸的有杆腔连接；

所述流量测量装置向控制装置输入增压器的流量信号，所述控制装置向所述电调制流量控制阀发出流量控制或调节信号。

所述流量测量装置包括流量计或位移传感器，所述位移传感器设于所述低压端液压缸的内部或外部。

当所述位移传感器设于所述低压端液压缸的外部时，所述低压端液压缸的活塞连接有测速杆，所述测速杆伸出缸体外部，所述位移传感器的活动端连接于所述测速杆处。

本发明的上述的可控式高压大流量发生装置的控制方法，既可通过多件并联连接的蓄能器同时输出流量，得到较大的流量输出；也可通过多件并联连接的蓄能器依次输出流量，以延长流量输出时间；

还包括对增压器的低压端液压缸的进液或回液的流量进行控制。

对增压器的低压端液压缸的进液或回液的流量进行控制时，包括：

首先，检测增压器的低压端液压缸的输入或输出流量信号；

然后，将检测到的流量信号与设定值进行比较，并根据比较的结果对增压器的低压端液压缸的进油或回油的流量进行控制，进而实现对所述可控式高压大流量发生装置的高压输出流量的控制。

在增压器的低压端液压缸的活塞行程末端，还可通过电调制流量控制阀起到缓冲作用。

本发明使用多组蓄能器，可进行灵活的组合，既可同时输出流量，得到较大的流量输出，也可多组蓄能器接力，以延长流量输出时间；并使用闭环流量控制回路控制输出流量大小。本装置解决了目前高压大流量流体源输出流量大小控制及持续时间控制的难题，结构简单、成本低。

具体实施例，如图1所示，包括：

1.液压系统，具体包括：

泵源1：

泵源1可根据需要采用不同配置及参数，图示仅表示泵源机能符号；

蓄能器：

可采用多种形式的蓄能器，如图1所示为较佳方案，采用一个或多个活塞蓄能器(编号：3.1、3.2……3.n)与一个或多个气瓶(编号：4.1、4.2……4.n)组合，此方式可在较小的压降下充分利用蓄能器自身容积。

具体实施例中的蓄能器的组合方式是，一个活塞蓄能器与一个气瓶组组成一件蓄能器，组成的蓄能器的数量为两件或更多件，并联连接，多件蓄能器采用同时打开或接力方式依次输出流量。由于蓄能器输出流量随时间不断下降，低于需求值后仍会维持一定时间的流量输出，此流量可称作无效流量。此时另一蓄能器输出流量，两件蓄能器的输出流量叠加，可将第一件蓄能器的无效流量利用起来，大大提高蓄能器输出流量的利用率。蓄能器容积及具体数量可根据所需要的输出流量大小及持续时间确定。

单向阀(2.1、2.2……2.n)：

每件蓄能器配用一件单向阀连接泵源1，防止蓄能器输出液流向泵源1。根据需要，单向阀也可改为换向阀，通过换向阀控制是否向某件蓄能器充液。

二位二通常闭方向控制阀(5.1、5.2……5.n)：

每件蓄能器配用一件二位二通常闭方向控制阀连接液压缸7的无杆腔。蓄能器输出流量时，相应的阀5动作、油路打开；其他工况下阀5复位、油路关闭。可采用不同结构及控制方式的方向控制阀，如滑阀、二通插装阀等，控制方式以电磁铁控制为较佳方案。图示仅表示换向阀机能符号。

二位二通常开方向控制阀6：

用于液压缸7活塞杆缩回时无杆腔回液。蓄能器输出流量时，阀6动作，管路关闭。可采用不同结构及控制方式的方向控制阀，如滑阀、二通插装阀等，控制方式以电磁铁控制为较佳方案。图示仅表示换向阀机能符号。

2.增压器：

增压器可采用整体式或分体式形式。如图所示为分体式方案，采用两件不同缸径的液压缸对顶；液压缸径通过所需用途的增压比和容量选取。

增压器低压端液压缸7：其活塞的无杆腔侧连接有内置式或外置式位移传感器。如图外置式位移传感器，固定于活塞上的细杆伸出缸体，用于连接位移传感器的活动端，称作测速杆；内置式位移传感器固定于缸底，通过固定于活塞上的磁环感应检测活塞位移；

增压器高压端液压缸8。其无杆腔输出高压大流量流体。根据工作设备需要，此流体可为多种工作介质，如乳化液、液压油、水等。

增压器可以配备泵源14及单向阀15，用于向增压器高压端液压缸8无杆腔充液，液压缸8活塞杆伸出，推动液压缸7活塞杆缩回。若液压缸8无杆腔工作流体与泵源1相同，则可取消泵源14，由泵源1经单向阀15向增压器高压端液压缸8无杆腔充液。

3.流量测量及控制系统，具体包括：

流量测量装置：

流量测量可以采用不同方式，如流量计直接测量或位移传感器间接测量。测量装置可以设置在多个不同位置，如增压器的进口或出口等。如图所示为较佳方案，采用间接测量方式。位移传感器9测量液压缸7测速杆位移(也可不设置测速杆，采用内置式位移传感器)，换算成速度，与液压缸8活塞面积相乘，即得到高压端输出流量。因此控制了液压缸7的活塞运动速度即控制了增压器输出流量。

控制装置10：

控制装置包含测控系统硬件及软件。位移传感器9的测量值输入控制装置，换算为速度，与设定值比较，经控制器运算得到输出控制信号。控制装置向电调制流量控制阀11发出控制信号，调节其阀口开度。

电调制流量控制阀11：

电调制流量控制阀11用于调节液压缸7活塞的运行速度。可以安装在管路的不同位置，如液压缸7的进液口或出液口。如图所示为较佳方案，安装在液压缸7出液口。此处为低压区且有杆腔输出流量相对较小，可降低对电调制流量控制阀耐压及流量的要求。在液压缸行程末端，电调制流量控制阀还可以起到缓冲作用。

上述具体实施例的动作原理是：

1.装置初始状态：

1)换向阀6失电，油路打开；

2)电调制流量控制阀11阀口关闭；

3)泵源14经单向阀15向增压器高压端液压缸8无杆腔充液，液压缸8活塞杆伸出，推动液压缸7活塞杆缩回。至液压缸8活塞杆完全伸出，液压缸7活塞杆完全缩回。液压缸7活塞杆缩回过程中，单向阀13为液压缸7有杆腔补油；

2.蓄能器充液：

1)泵源1向蓄能器3.1、3.2……3.n充液；

2)至设定压力停止。

3.设定控制速度值：

1)根据所需流量，计算得到相应的液压缸7活塞运行速度v0，输入控制装置；

2)电调制流量控制阀11动作，阀口相应打开；

4.高压大流量输出：

1)换向阀6动作，阀口关闭；

2)换向阀5.1动作，阀口打开，蓄能器3.1或3.1、3.2等内的流体充入增压器低压端液压缸7无杆腔；

3)增压器低压端液压缸7活塞杆伸出，推动增压器高压端液压缸8活塞杆缩回；

4)增压器高压端液压缸8无杆腔输出高压大流量流体给被试件12；

5)位移传感器9检测增压器低压端液压缸7测速杆或活塞位移，输入控制装置，换算为速度v1，与设定速度值v0比较。控制装置10输出控制信号，调节电调制流量控制阀11阀口开度，实现对增压器低压端液压缸7活塞杆伸出速度的控制，从而控制了增压器高压端液压缸8无杆腔输出流量的大小；

6)经过一定时间后，由于蓄能器3.1输出流量下降，增压器低压端液压缸7活塞运行速度v1即将低于设定值v0，即液压缸8无杆腔输出流量的大小即将低于需求值。此时，换向阀5.2开启，蓄能器3.2与3.1输出流量叠加，共同充入增压器低压端液压缸7无杆腔。步骤同前述2)-5)；

7)其他蓄能器工作方式同步骤6)；

8)在增压器低压端液压缸7行程末端，电调制流量控制阀11还起节流缓冲作用。

9)一个工作循环结束；

10)在需要大流量的场合，也可5.1～5.n中的若干个蓄能器个同时动作，以牺牲流量持续时间来获得较大流量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可控式高压大流量发生装置，包括泵源、蓄能器组、增压器、控制阀组、流量检测和控制装置，其特征在于，所述增压器包括缸体相对固定、活塞杆相互对顶的低压端液压缸和高压端液压缸，所述泵源通过相并联的多条管路与所述低压端液压缸的无杆腔连接，每条管路上设有单独的蓄能器和二位二通常闭方向控制阀，所述低压端液压缸连接有所述流量检测和控制装置。

2.根据权利要求1所述的可控式高压大流量发生装置，其特征在于，所述的蓄能器组包括多件活塞式蓄能器和气瓶。

3.根据权利要求2所述的可控式高压大流量发生装置，其特征在于，所述泵源与每条油路的蓄能器之间分别设有单向阀及换向阀。

4.根据权利要求1所述的可控式高压大流量发生装置，其特征在于，所述流量检测和控制装置包括流量测量装置、控制装置、电调制流量控制阀，所述电调制流量控制阀与所述低压端液压缸的有杆腔连接；

所述流量测量装置向控制装置输入增压器的流量信号，所述控制装置向所述电调制流量控制阀发出流量控制或调节信号。

5.根据权利要求4所述的可控式高压大流量发生装置，其特征在于，所述流量测量装置包括流量计或位移传感器，所述位移传感器设于所述低压端液压缸的内部或外部。

6.根据权利要求5所述的可控式高压大流量发生装置，其特征在于，当所述位移传感器设于所述低压端液压缸的外部时，所述低压端液压缸的活塞连接有测速杆，所述测速杆伸出缸体外部，所述位移传感器的活动端连接于所述测速杆处。

7.一种权利要求1至6任一项所述的可控式高压大流量发生装置的控制方法，其特征在于，通过多件并联连接的蓄能器同时输出流量，得到较大的流量输出；或通过多件并联连接的蓄能器依次输出流量，以延长流量输出时间；

还包括对增压器的低压端液压缸的进液或回液的流量进行控制。

8.根据权利要求7所述的可控式高压大流量发生装置的控制方法，其特征在于，对增压器的低压端液压缸的进液或回液的流量进行控制时，包括：

首先，检测增压器的低压端液压缸的输入或输出流量信号；

然后，将检测到的流量信号与设定值进行比较，并根据比较的结果对增压器的低压端液压缸的进液或回液的流量进行控制，进而实现对所述可控式高压大流量发生装置的高压输出流量的控制。

9.根据权利要求8所述的可控式高压大流量发生装置的控制方法，其特征还在于，在增压器的低压端液压缸的活塞行程末端，通过电调制流量控制阀起到缓冲作用。

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