CN102562720B - 一种随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源 - Google Patents

Abstract

一种随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源。它主要解决传统液压动力源在执行任务过程中因能效比低，易造成能源浪费等技术问题。其技术方案要点是：其液压系统的柱塞油泵与液压动力装置的电动机相连接，可编程控制器分别与液压系统的三工位自动阀、电磁超高压单向阀、压力传感器和液压动力装置的变频器的控制电路相接；可编程控制器控制变频器调整电动机的转速改变输出流量，并且在变频器控制下使电动机输出的转距保持恒定，在额定压力范围内柱塞油泵输出的油压随系统工作荷载的变化而成正相关变化。它能使动力源输出的能量完全与工作荷载消耗的能量吻合，它特别适用于公路、铁路桥梁预应力施工中的智能张拉系统做液压动力源。

Description

一种随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源

技术领域

本发明涉及一种智能液压动力源，特别是一种随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源。

背景技术

目前，广泛应用的液压动力源是恒定输出动力，克服工作机构荷载，推动工作机构完成其预定动作。液压动力源工作状态是开机后油泵长期运转，工作荷载变化时采用节流阀等手段调整液压系统工作压力和工作所需流量；或者，采用变量泵调节流量、节流阀调节压力；或者采用司服阀调节流量和压力，满足工作荷载的变化要求。

近年虽然也有采用自动控制技术来实现工作机构复杂动作的需求，都主要是采用控制液压系统中阀的关闭、司服调节等手段实现自动化、精确动作。液压技术飞速发展，延伸丰富了执行机构的多样化，传统液压动力源在执行任务过程中，能源的浪费十分普遍，能效比很低是不争的事实。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、安全的随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括液压系统、液压动力装置和可编程控制器4，液压系统的柱塞油泵1与液压动力装置的电动机2相连接，可编程控制器4分别与液压系统的三工位自动阀5、电磁超高压单向阀7、压力传感器8和液压动力装置的变频器3的控制电路相接；所述液压系统包括由柱塞油泵1、三工位自动阀5、保压单向阀6、电磁超高压单向阀7、压力传感器8、安全溢流阀9、油箱10和手动缷荷单向阀17构成的封闭运行液压系统，系统正常工作时油泵输出的压力油全部供给执行机构做功，无任何多余压力油溢流回油箱10，所述液压动力装置包括电动机2和变频器3，可编程控制器4根据执行机构所需的流量、压力参数，控制变频器3调整电动机2的转速改变输岀流量，并且在变频器3控制下使电动机2输出的转距保持恒定，也即电动机2传输给柱塞油泵1恒定转矩，在额定压力范围内柱塞油泵输出的油压随系统工作荷载的变化而成正相关变化；随着工作机构荷载变化，液压动力装置输出的动力完全吻合地随工作机构荷载正相关变化，避免大马拉小车，同时还消除了因空转产生的无功消耗。

所述安全溢流阀9在液压系统工作过程中无液压油溢出，仅当系统意外超压运行时，达到设定的安全泄压参数时才开始泄压溢油以保护系统安全。

所述三工位自动阀5包括三工位阀11、传动机构12、直流微型电动机13、左位传感器14、中位传感器15和右位传感器16；三工位阀11接口分别与工作千斤顶的工作腔、回程腔、柱塞泵出油口、油箱10相通，传动机构12置于三工位阀11上方，左位传感器14、中位传感器15和右位传感器16安装在手柄下方的左、中、右位置；可编程控制器4与直流微型电动机13相接，可编程控制器4通过指令控制直流微型电动机13转动，到达指定位置后停止转动，实现自动控制三工位阀11换位，完成工作机构的预设动作。所述三工位阀11设计成旋转式三位四通阀，圆周径向设有一手柄，所述手柄在自动控制操控时当作定位杆使用，当进行手动操控时当作转动臂使用。所述左位传感器14、中位传感器15、右位传感器16均采用感应式传感器，当三工位阀11的手柄转至传感器位置，传感器发岀定位信号，直流微型电动机13停止转动，实现精确定位。

本发明也可在可编程控制器4中设置系统最高工作压力；系统超此压力电动油泵将自动停止运转；同时，在系统中设安全溢流阀9，它的卸荷压力高于可编程控制器4中设置的最高工作压力0.5～1MPa；当可编程控制器4发生故障，确保系统不会超压运行损坏系统元器件。

本发明的有益效果是：它能主动完全吻合满足工作荷载的需要，系统设置多重安全措施，确保系统压力不会超压运行，是一种安全型的液压动力源。因为本发明所述液压系统中因省去传统液压系统的工作溢流阀，系统正常工作时变为封闭系统，油泵输出的压力油全部供给执行机构做功，无任何多余压力油溢流回油箱。它是根据工作荷载需要提供等压等量的压力和流量，动力源输出的能量完全与工作荷载消耗的能量吻合，无用功消耗能源极少，较传统液压动力源大幅提高了能效比，实现了高效节能的目标。它特别适合用于公路、铁路桥梁预应力施工的智能张拉系统做液压动力源。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视结构示意图。

图3是本发明的液压系统工作原理图。

图4是本发明的三工位自动阀侧视结构示意图。

图5是图4的俯视结构示意图。

图中；1-柱塞油泵；2-电动机；3-变频器；4-可编程控制器；5-三工位自动阀；6-保压单向阀；7-电磁超高压单向阀；8-圧力传感器；9-安全溢流阀；10-油箱；11-三工位阀；12-传动机构；13-直流微型电动机；14-左位传感器；15-中位传感器；16-右位传感器；17-手动卸荷单向阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明如下：

实施例1，由柱塞油泵1、电动机2、变频器3、可编程控制器4、三工位自动阀5、保压单向阀6、电磁超高压单向阀7、压力传感器8、安全溢流阀9、油箱10、手动缷荷单向阀17等部件组成。可编程控制器4根据执行机构所需荷载（流量、压力）控制变频器3调整电动机转速，所需荷载主要包括油路中的流量、压力参数确定，在变频器3控制下，电动机2输出的转距是恒定的，电动机传输给柱塞油泵1的转矩也是恒定的，在额定压力范围内柱塞油泵特性决定了输出的油压是随系统工作荷载的变化而成正相关变化的。当工作机构已设定压力、流量要求并由可编程控制器4发出指令后，可编程控制器4调控变频器3使电动机2和柱塞油泵1按设定流量向工作机构供压力油，随着工作机构荷载变化，液压动力源系统输出的动力随之完全吻合地正相关变化，实现液压动力源随工作机构荷载要求的流量、压力完全吻合地输出相应的流量、压力。液压动力源无任何多余的压力油从溢流阀处溢出，消除了因空转产生的无功消耗。

为实现上述功能，本发明设计了封闭运行液压系统（如图3），它由一台双路输岀的柱塞泵、一组三工位自动阀、一个保压单向阀、一个电磁超高压单向阀、电磁阀前设置了一个120目的过滤器，以保护超高压单向阀不因系统中不洁混入的杂质影响其工作，设置一个安全溢流阀、三个压力传感器、一个手动卸荷单向阀和泵前过滤器及油箱等元器件组成。液压系统因无“工作溢流阀”，在系统工作时无任何压力油从“安全溢流阀9”处溢流回油箱，安全溢流阀9仅在系统意外超压运行时泄压保护系统安全。参阅图1至5。

本发明所述三工位自动阀5，由三工位阀11、传动机构12、直流微型电动机13、左位传感器14、中位传感器15、右位传感器16组成。三工位阀11接口分别与工作千斤顶的工作腔、回程腔、柱塞泵出油口、油箱10相通，传动机构12置于三工位阀11上方，位置传感器安装在手柄下方的左、中、右位置。可编程控制器4通过指令控制直流微型电动机13转动，到达指定位置后停止转动，自动控制三工位阀11换位，完成工作机构的预设动作。

本发明所述三工位自动阀5工作程序是：“左位”：工作行程位、“中位”：空载回油箱位、“右位”：工作回程位。当可编程控制器4根据“执行机构”工作行程需要，指令三工位阀11自动转至左位（见图3），压力油从柱塞泵1出油口经三工位阀11输送至执行机构工作腔（此时，手动卸荷单向阀17关闭状态），开始工作行程，执行机构回程腔液压油经三工位阀11回流入油箱10。完成工作行程，可编程控制器4发出回程指令，三工位阀11自动转至右位，压力油从柱塞泵1出油口经三工位阀11输送至“执行机构”回程腔，“执行机构”开始回程，此时，常闭“电磁超高压单向阀7”同时开启，“执行机构”工作腔液压油经“电磁超高压单向阀7”回流入油箱10。当三工位阀11回到中位，“电磁超高压单向阀7”关闭，保压单向阀6切断工作腔压力油回流泄压通道，保持“执行机构”工作腔液压油当时压力值。实现在柱塞泵1停止运转，“执行机构”工作腔仍保持其压力值。

本发明所述三工位阀11设计成旋转式三位四通阀，圆周径向设有一手柄，自动时作定位杆，手动时作转动臂。

本发明所述左位传感器14、中位传感器15、右位传感器16均采用感应式传感器，当三工位阀11的手柄转至传感器位置，传感器发岀定位信号，直流微型电动机13停止转动，实现精确定位。

本发明所述智能液压系统在工作中发生意外故障，致使自控系统无法工作时，可打开手动卸荷单向阀17，系统压力回到“0”，防止事故进一步扩大。在系统正常工作时，手动卸荷单向阀17事先由人工关闭，处于关闭状态。

本发明所述液压系统安全保障措施包括：在可编程控制器4中设置系统最高工作压力；系统超此压力电动油泵将自动停止运转。同时，在系统中设机械溢流安全阀，它的卸荷压力高于可编程控制器4中设置的最高工作压力0.5～1MPa；当可编程控制器4发生故障，确保系统不会超压运行损坏系统元器件。参阅图1至5。

因为本发明所述液压系统中因未设置工作溢流阀，系统正常工作时变为封闭系统，油泵输出的压力油全部供给执行机构做功，无任何多余压力油溢流回油箱。它是根据工作荷载需要提供等压等量的压力和流量，动力源输出的能量完全与工作荷载消耗的能量吻合，无用功消耗能源极少，较传统液压动力源大幅提高了能效比，实现了高效节能的目标。它特别适合用于公路、铁路桥梁预应力施工的智能张拉系统做液压动力源。

实施例2，由图1可知，本实施例由柱塞油泵1、电动机2、变频器3、可编程控制器4、三工位自动阀5、保压单向阀6、电磁超高压单向阀7、压力传感器8、安全溢流阀9、油箱10、手动卸荷单向阀17等部件组成。柱塞油泵1采用六组直经10毫米柱塞耦件超高压泵，流量12升/分；最高输岀压力60MPa；电动机2采用3kw四级普通电机；变频器3采用型变频器；三工位自动阀5采用在传统阀旋转式三工位阀之上设置带大速比的减速机构和直流微型电动机；三工位阀手柄下方左、中、右位分别设置型接近式位置传感器；电磁超高压单向阀7采用24伏安全电圧的超高压单向；压力传感器8采用高稳定性的型传感器；保压单向阀6、手动卸荷单向阀17、油箱10与传统的结构相似。可编程控制器4根据执行机构所需荷载（流量、压力）控制变频器3调整电动机转速，在变频器3控制下，电动机2输出的转距是恒定的，电动机传输给柱塞油泵1的转矩也是恒定的，在额定压力范围内柱塞油泵特性决定了输出的油压是随系统工作荷载的变化而成正相关变化的。当工作机构已设定压力、流量要求并由可编程控制器4发出指令后，可编程控制器4发岀指令调控变频器3，使电动机2带动柱塞油泵1按设定流量向工作机构供压力油。随着工作机构荷载变化，液压动力源系统输出压力随之完全吻合的正相关变化，实现液压动力源随工作机构荷载要求的流量、压力完全吻合地输出相应的流量、压力。液压动力源无任何多余的压力油从溢流阀处溢出，此时，没有因空转和大马拉小车产生的无功消耗，能耗比得到大幅度提升。参阅图1至5，其余同实施例1。

Claims (6)

1.一种随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源，其特征是：它包括液压系统、液压动力装置和可编程控制器（4），液压系统的柱塞油泵（1）与液压动力装置的电动机（2）相连接，可编程控制器（4）分别与液压系统的三工位自动阀（5）、电磁超高压单向阀（7）、压力传感器（8）和液压动力装置的变频器（3）的控制电路相接；所述液压系统包括柱塞油泵（1）、三工位自动阀（5）、保压单向阀（6）、电磁超高压单向阀（7）、压力传感器（8）、安全溢流阀（9）、油箱（10）和手动缷荷单向阀（17）构成的封闭运行液压系统，系统正常工作时油泵输出的压力油全部供给执行机构做功，无任何多余压力油溢流回油箱（10），所述液压动力装置包括电动机（2）和变频器（3），可编程控制器（4）根据执行机构所需的流量、压力参数，控制变频器（3）调整电动机（2）的转速改变输岀流量，并且在变频器（3）控制下使电动机（2）输出的转距保持恒定，也即电动机（2）传输给柱塞油泵（1）恒定转矩，在额定压力范围内柱塞油泵输出的油压随系统工作荷载的变化而成正相关变化；随着工作机构荷载变化，液压动力装置输出的动力完全吻合地随工作机构荷载正相关变化，避免大马拉小车，同时还消除了因空转产生的无功消耗。

2.根据权利要求1所述随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源，其特征是：所述安全溢流阀（9）在液压系统工作过程中无液压油溢出，仅当系统意外超压运行时，达到设定的安全泄压参数时才开始泄压溢油以保护系统安全。

3.根据权利要求1所述随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源，其特征是：所述三工位自动阀（5）包括三工位阀（11）、传动机构（12）、直流微型电动机（13）、左位传感器（14）、中位传感器（15）和右位传感器（16）；三工位阀（11）接口分别与工作千斤顶的工作腔、回程腔、柱塞泵出油口、油箱（10）相通，传动机构（12）置于三工位阀（11）上方，左位传感器（14）、中位传感器（15）和右位传感器（16）安装在手柄下方的左、中、右位置；可编程控制器（4）与直流微型电动机（13）相接，可编程控制器（4）通过指令控制直流微型电动机（13）转动，到达指定位置后停止转动，实现自动控制三工位阀（11）换位，完成工作机构的预设动作。

4.根据权利要求3所述随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源，其特征是：所述三工位阀（11）设计成旋转式三位四通阀，圆周径向设有一手柄，所述手柄在自动控制操控时当作定位杆使用，当进行手动操控时当作转动臂使用。

5.根据权利要求3所述随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源，其特征是：所述左位传感器（14）、中位传感器（15）、右位传感器（16）均采用感应式传感器，当三工位阀（11）的手柄转至传感器位置，传感器发岀定位信号，直流微型电动机（13）停止转动，实现精确定位。

6.根据权利要求1所述随荷载变化全吻合输出动力的智能液压动力源，其特征是：在可编程控制器（4）中设置系统最高工作压力；系统超此压力电动油泵将自动停止运转；同时，在系统中设安全溢流阀（9），它的卸荷压力高于可编程控制器（4）中设置的最高工作压力0.5～1MPa；当可编程控制器（4）发生故障，确保系统不会超压运行损坏系统元器件。