CN102124232A - 用于为液压负载提供压力的装置和提供压力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种为液压负载（2）提供压力的装置，其中所述装置（1）具有用于提供液压液的储箱（4）。液压泵（3）由储箱（4）供液并用于在其出口（5）上提供压力（p0）。设有用于致动液压泵的电动机（6），测压接收器（9）用于显示从液压泵（3）输出的压力（p0）。变频器用于接收由测压接收器（9）所显示的信号，其中构造变频器（8）用于通过控制电动机（6）的转速来调节由液压泵（3）提供的压力（p0）。变频器（8）借助于矢量调节器无传感器地致动电动机（6）。

Description

用于为液压负载提供压力的装置和提供压力的方法
技术领域
本发明涉及一种用于为液压负载提供压力的装置，和一种为液压负载提供压力的方法。
背景技术
液压负载，例如喷射缸，合型缸或者螺杆马达必须供给有具有预先规定压力的液压液体。特别是当这样的负载分别短时地需要大量的压力介质时，对于所提供压力的调节必须相应地迅速作出反应。在DE199 58 256 B4里致动蓄压装置，其方法是：将存储器里的实际压力与名义压力比较，并且相应地改变驱动电机的转速。当然对于技术背景中已知的装置，压力的调节还一直是缓慢的，因此必须设有一种相对大的蓄压器。
发明内容
因此，本发明的任务是提出一种用于为液压负载提供压力的装置，通过这种装置可以实现更快速的调节。本发明的任务也包括提出一种提供压力的相应的方法。
这任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的构造方案见从属权利要求所述。
提出了一种为液压负载提供压力的装置，其中所述装置具有用于提供液压液的储箱和液压泵，所述液压泵由储箱供液并用于在其出口上提供压力。
设有用于致动液压泵的电动机和用于显示从液压泵输出压力的测压接收器。变频器接收由测压接收器所显示的信号并用于通过控制电动机的转速来调节由液压泵提供的压力。变频器借助于矢量调节器来无传感器地致动电动机。无传感器与无发送器的表述是同义的，其中发送器是测量电动机转速的装置。
由于对电动机的致动是无传感器地实现的，因此不需要在一般为异步电机的轴上设有发送器。这不仅减小了电动机的费用，而且也简化了变频器里的调节。具有矢量调节器的简单结构形式可用作变频器，因为用于具有发送器的调节器的变频器一般比较复杂且费用很贵。此外，无传感器的矢量调节器的特征是在名义值变化时反应时间短，而在负载变化时调节时间短。因此使调节更加动态，并且可以给负载更迅速地提供所要求的压力量。
在一种实施方式中电动机是异步电动机，因为异步电动机特别适合于无传感器的或者说无发送器的致动。
如果为了冷却电动机设有外部风扇，那就没有必要设有单独的风扇，这种风扇改变了异步电动机的负载特性。
在一种实施方式中附带地设有用于储存由高压泵提供的压力的蓄压器。因此可以短时地提供大量的压力介质，这也是快速调节所苛求的。
借助于在液压泵的出口和储箱的入口之间的节流阀，可以在低转速时规定最小流量，以避免低的转速。
用在变频器里的PID-调节器可以在宽的转速范围上稳定地调节压力。
在一种实施方式中，在液压泵的出口和液压过滤器之间设有过滤器，以便可以避免节流阀的堵塞。
在另一种实施方式中，在液压负载的出口和储箱的入口之间设有冷却器。因此可以冷却反馈的液压液体。
优选的是，液压泵在转速n>2Hz的转速范围里运行，因为在该较高的转速范围里矢量调节器的电机模型设计得相当接近真实。
在一种优选的形式中，使用定量泵作为液压泵。定量泵的特征在于不变的压排量；输送流基本上由压排量和转速的乘积得出。因此，输送流的变化可以通过转速的改变来调整。
本发明还涉及一种提供压力的方法，它具有以下步骤：首先提供按照本发明的装置，接着将由液压泵提供的压力的实际值与名义值比较。电动机的转速无传感器地借助于矢量调节器控制。
除了上面所述的改进的动态特性之外，相比于转速不变的调节来说也有优点。在转速不变的调节中，泵以电动机的额定频率旋转，而当压力应该升高时，则提高压排量。即使只要输送小液体量的话，泵和异步电动机也必须以额定转速运转。这种旋转运动的能量必须通过电能输入到系统里。
因此，在所介绍的方法中电流消耗下降，因为当少量液体必须通过液压泵来输送的话，转速就减小了。此外，由电动机所产生的噪声减小，因为泵并不是持久地以额定频率运转，而只是例如在需要提供所希望的压力时，才产生噪声。因此，使得液压装置的控制噪声减小至针对需要的噪声。由于调节的改进也减小了热量进入到液体介质里，因为可以使用具有小渗漏流量的泵。
总结起来可以说，用所介绍的装置可以制造转速可变的泵驱动装置，这种泵驱动装置由成本经济的部件组成。
附图说明
以下根据附图对本发明的实施例进行详细的说明。附图所示为：
图1示出具有按照本发明的用于产生压力的装置的液压系统；
图2示出液压系统的另一个实施例；
图3示出具有按照本发明的用于产生压力的装置的液压系统的第三个实施例。
具体实施方式
图1示出具有液压负载2和用于为电负载2产生压力的装置1的液压系统。所述装置具有储箱4、液压泵3、节流阀15、单向阀12、压力接收器9以及调节装置11。调节装置11包含变频器8、电动机6和外部风扇10。外部风扇10的任务是冷却电动机6。
储箱4包含液压液体，例如一种液压油，用所述液压液体给按照压出器原理（Verdrängerprinzip）构造成定量泵的液压泵3供液。借助于在液压泵3的出口5处输出的液压油在泵的出口5处提供压力p0 ，该压力用于使液压负载2运行。在液压泵3的出口5和标号为P的液压负载2的接头之间设有单向阀12。如此布置这个单向阀，从而阻止液压液体从液压负载2回流到液压泵3里。因此，单向阀12防止液压泵3受到由液压负载2所产生的系统压力的作用。
压力p0被压力测量变换器9接收，该压力测量变换器输出电信号I，其性能取决于压力p0。该电信号I在变频器8的第一入口上给出，该变频器在第二入口上接收代表了压力的名义值的电信号S。在其出口处，变频器8输出正弦形的电信号U,V,W，将正弦形的所述电信号施加在异步电动机的定子绕组上。信号U,V,W相互之间分别以120º的相位偏移并因此提供一种交流电。电压的大小、电流的大小和电信号U,V,W的频率决定了异步电动机6的转速。
液压泵3优选设计成内齿轮泵或者外齿轮泵。由异步电动机6产生的旋转运动使液压泵3的齿轮旋转，从而在液压泵3的出口5处产生压力p0。
用于调节压力的调整参量是异步电动机6的转速，由此得到齿轮的转速还有液压泵3的输送流量。由液压泵3、电动机6和变频器8组成的组件构成转速可变的泵驱动装置的单元。
变频器8只致动异步电动机6。变频器8作为控制方法并没有应用U/f-控制系统，而是应用无传感器的电流-或电压矢量调节器。调节回路通过压力接收器9闭合。
在无传感器的矢量调节器中，并不应用例如像在电机轴上的增量传感器那样的传感器，这种传感器将测得的电机转速传输回调节回路。替代地，将电机转速在变频器里根据数学的电机模型来计算。变频器8包含异步电机的模型图（Abbild），其中异步电机的模型图相当于复合电阻的等效电路图。转速<2Hz的模型图从数学上计算很复杂，并且在给定的计算能力时可能并不准确。由于这种原因所述模型图通常在变频器8里只是从2Hz起，而在一些实施方式中从4Hz起实施。
通过可调节的节流阀15使一部分由液压泵3输出的液压油流回储箱4。因此确保了：泵以一个最低转速运转，因为液压泵3必须补给通过节流阀15流掉的液体量。在具体的实例中规定最小转速n＞2Hz,使得液压泵3几乎没有停止过。节流阀15例如也可以设计成喷嘴或者分配阀。节流阀15可以被调整或可以被控制，以便即使在不同的高压时也可以使用所述装置。如果例如提供的高压为p0=200巴，那么可能引起高的热量从泵进入液体介质里。将一部分的液体量排出，以便使液体的温度不会太高。当然要注意：也没有非常不需要的大量液体流过节流阀15，因为这可能会不必要地提高液压泵3和异步电动机6的能耗。
在变频器8里集成有PI（比例积分）-调节器或者PID-调节器，所述调节器按照实际信号I和名义信号S调节压力p0。当实际-信号和名义-信号之间有偏差时，变频器8的输出信号被改变，其中这种改变根据存储在变频器里的电机转速值来实现。
作为具有集成的矢量调节器的变频器8例如可以应用一种Bosch Rexroth公司的以产品标号为“IndraDrive FC”经销的变频器。无传感器的矢量调节器的优点在于：可以快速地对名义-实际-差作出反应。
图2示出液压系统1的另一个实施例，其中按照本发明规定了用于液压负载2的压力p0。具有与前面附图中相同功能的元件用相同的附图标记表示，并且在这里不再赘述。
与图1相比，用于产生压力的装置1附带具有过滤器20和冷却器21。过滤器20接入在液压泵3的出口5的后面，使得流向节流阀15、单向阀12或者测压接收器9（也称为压力测量变换器9）的液压液体首先经过过滤器20。用过滤器20保证了：通过阻止节流阀的堵塞使得所谓的旁路流量，也就是流过节流阀15的液压液体的量得到保障。
设有用于至储箱4的回流的冷却器21，以便冷却旁路流量。
图3示出一种用于为液压负载2产生压力的装置1的另一个实施例。除了图2所示的元件之外，装置1还具有节流单向阀16和存储器17。如果液压负载2短期地需要大量的液压液体，那么所述液压液体通过存储器17短时间地通过在存储器17里预紧的量来供给。因此存储器满足了系统的动态要求，也就是说，也可以快速地对大的油耗变化进行补偿。
节流单向阀16设置在存储器17和液压负载2的入口P之间。在从存储器17至液压负载2的接头P的方向上，体积流是自由的。在相反的方向上体积流则相反地被节流。存储器17可以快速地卸载到系统里。所述节流使得存储器17可以按规定充液并因此阻止存储器17的薄膜或者说气孔（Blasen）反作用于压力调节装置。因此，存储器17里的振动元件的干扰作用大部分被线性化或者说被消除。
节流单向阀16也可以通过在阀门里具有喷嘴孔的单向阀来代替。
在另外一种，这里没有示出的替代实施方式中，存储器直接设置在液压负载2的入口P处。

Claims (13)

1.为液压负载（2）提供压力（p0）的装置，其中所述装置（1）具有以下特征：
-储箱（4），用于提供液压液体，
-液压泵（3），它由储箱（4）供液并用于在其出口（5）上提供压力（p0），
-电动机（6），用于致动液压泵（3），
-测压接收器（9），用于显示从液压泵（3）输出的压力（p0），
-变频器（8），用于接收由测压接收器（9）所显示的信号，其中构造变频器（8）用于通过控制电动机（6）的转速来调节由液压泵（3）提供的压力（p0），并且用于借助于矢量调节器无传感器地致动电动机（6）。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，电动机（6）是异步电动机。
3.按权利要求1或者2所述的装置，其特征在于用于冷却电动机（6）的外部风扇（10）。
4.按权利要求1至3中之一所述的装置，其特征在于，设有用于储存由液压泵（3）所提供的压力（p0）的蓄压器（17）。
5.按权利要求1至5中之一所述的装置，其特征在于布置在液压泵（3）的出口（5）和储箱（4）的入口之间的节流阀（15）。
6.按权利要求1至5中之一所述的装置，其特征在于，变频器（8）含有PID-调节器。
7.按权利要求1至6中之一所述的装置，其特征在于，在液压泵（3）的出口（5）和液压负载（2）之间设有过滤器（20）。
8.按权利要求1至7中之一所述的装置，其特征在于，在液压负载（2）的出口和储箱（4）的入口之间设有冷却器（21）。
9.按权利要求1至8中之一所述的装置，其特征在于，液压泵（3）是定量泵。
10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，液压泵（3）是内齿轮泵。
11.按权利要求1至10中之一所述的装置，其特征在于，液压泵在转速n>2Hz的转速范围里运行。
12.提供压力的方法，具有以下步骤：
-提供按照权利要求1至11中之一所述的装置，
-将由液压泵（3）提供的压力（p0）的实际值（I）与名义值（S）比较，
-借助于矢量调节器无传感器地控制电动机（6）的转速。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，借助于储存在变频器（8）里的电动机（6）模型进行无传感器的控制。
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