CN103807236A - 阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统。变量泵的出油口分别与比例溢阀的进油口、减压阀的进油口、第一压力传感器、四个阀控单元进油口相连；减压阀的出油口分别与四个阀控单元先导油口相连；第一阀控单元工作油口与第一液压缸无杆腔相连，第二阀控单元工作油口与第一液压缸有杆腔相连；第三阀控单元工作油口与第二液压缸无杆腔相连，第四阀控单元工作油口与第二液压缸有杆腔相连；控制器分别与变量泵、比例溢流阀和四个阀控单元的CAN接口电连接。采用负载口独立控制，增加系统的自由度；第二压力传感器与阀芯位移传感器集成在阀控单元，完成压力流量信号的反馈；对于多缸控制系统，能实现泵流量饱和状况下的流量分配。

Description

阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统

技术领域

本发明涉及电液控制系统，尤其是涉及一种阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统。

背景技术

目前95％以上工程机械都采用液压传动及控制技术。液压传动及控制技术成为促进工程机械舒适、可靠、节能和智能化等主流方向不断发展的基础条件。其中阀控系统由于控制精度高、响应速度快等优点一直是工程机械的主流选择。因此，对于阀控流量系统的研究与发展也比较成熟，目前应用较为广泛的阀控系统包括开中心、闭中心、负载敏感系统、LUDV系统。

对于工程机械而言，受限于发动机功率与整机尺寸。在多缸同时运动时，会出现泵的流量饱和现象，即泵的输出流量小于所有动作执行动作需要的流量总和。这时就需要通过合理的流量分配，让所有执行器的动作同时减慢或者关闭某些不重要的执行器功能。LUDV（德语：Lastdruck Unabhängige Durchfluss Verteilung; 中文：负载独立流量分配）正是为了解决这一问题而研发的。所谓的LUDV控制系统，是指负载独立流量分配系统，该系统是由博士力士乐公司开发。将压力补偿阀置于主阀之后，对系统压力进行阀后补偿。当多个执行机构同时工作时，以最高压力的执行机构的压力补偿压力较小的执行机构的压力，使在任何时刻保持各执行机构的压差恒定，因此可以实现对多个执行机构流量的比例分配。然而由于传统的流量分配系统其流量分别主要靠压力补偿器与分流阀、节流阀实现，流量的分配不仅无法干预，不能按照不同要求改变流量分配的功能，而且在此过程中造成了不必要的能量损失，使系统产生严重发热现象。

近些年来，随着电子技术、测试与传感技术的不断发展，使得传感器直接内嵌入液压系统成为可能。通过传感器进行压力和流量的闭环控制，使得工程机械液压结构简化，流量分配可以依靠程序实现不同的流量分配功能是目前研究的重点及难点。另外，通过电子技术的普及应用，使得工程机械用液压阀的模块化生产和设计制造成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统，能够通过程序实现多缸系统流量分配控制。尤其当系统出现泵流量饱和的情况下，通过不同的工况选择，能够制定不同的抗流量饱和策略。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括控制器、变量泵、减压阀、比例溢流阀、第一压力传感器、四个结构相同的阀控单元、和两个液压缸；变量泵的出油口分别与比例溢阀的进油口、减压阀的进油口、第一压力传感器、第一阀控单元进油口P、第二阀控单元进油口P、第三阀控单元进油口P、第四阀控单元进油口P相连；减压阀的出油口分别与第一阀控单元先导油口C、第二阀控单元先导油口C、第三阀控单元先导油口C、第四阀控单元先导油口C相连；第一阀控单元工作油口A与第一液压缸无杆腔相连，第二阀控单元工作油口A与第一液压缸有杆腔相连；第三阀控单元工作油口A与第二液压缸无杆腔相连，第四阀控单元工作油口A与第二液压缸有杆腔相连；控制器分别与变量泵、比例溢流阀和四个阀控单元的CAN接口电连接。

所述四个结构相同的阀控单元，均包括第二压力传感器、阀芯位移传感器、溢流阀、单向阀、滤网、先导阀、主阀和CAN接口；第一阀控单元的先导油口C与滤网的进油口相连；滤网的出油口与先导阀的进油口相连；先导阀的两个工作油口分别与主阀左右两端的液控端相连；第一阀控单元的进油口P与主阀的进油口相连；第一阀控单元的出油口T分别与主阀的回油口、溢流阀的回油口、单向阀的进油口相连；第一阀控单元的工作油口A分别与主阀的工作油口、第二压力传感器、溢流阀的进油口和单向阀的出油口相连；阀芯位移传感器安装在主阀右端的液控端上；CAN接口分别与第二压力传感器、阀芯位移传感器和先导阀电连接；另外三个阀控单元连接关系与第一阀控单元相同。

所述控制器为可编程控制器。

所述的四个结构相同的阀控单元的先导阀均为三位四通电控比例阀，所述主阀均为三位三通液控比例阀。

本发明具有的有益效果是：

1、四个阀控单元结构完全相同，实现了液压元件的模块化设计制造。

2、阀控系统采用负载口独立控制，增加了系统的自由度。有良好的操控性和节能性。

3、压力传感器与阀芯位移传感器集成在阀控单元，能够完成压力流量信号的反馈，方便控制器合理制定控制策略。

4、对于多缸控制系统，能够实现泵流量饱和状况下的流量按需合理分配，包括等比流量下降、等值流量下降、减小最低流量、维持最高压力流量等。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是阀控单元结构原理图。

图3是等比流量下降功能图。

图4是等差流量下降功能图。

图5是减小最低流量功能图。

图6是保证最高压力功能图。

图中：1、控制器，2、变量泵，3、减压阀，4、比例溢流阀，5、第一压力传感器，6、第一阀控单元，7、第二阀控单元，8、第三阀控单元，9、第四阀控单元，10、第一液压缸，11、第二液压缸，12、第二压力传感器，13、主阀，14、阀芯位移传感器，15、溢流阀，16、单向阀，17、滤网，18、先导阀，19、CAN接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括控制器1、变量泵2、减压阀3、比例溢流阀4、第一压力传感器5、四个结构相同的阀控单元6，7，8，9、和两个液压缸10、11；变量泵2的出油口分别与比例溢阀4的进油口、减压阀3的进油口、第一压力传感器5、第一阀控单元6进油口P、第二阀控单元7进油口P、第三阀控单元8进油口P、第四阀控单元9进油口P相连；减压阀3的出油口分别与第一阀控单元6先导油口C、第二阀控单元7先导油口C、第三阀控单元8先导油口C、第四阀控单元9先导油口C相连；第一阀控单元6工作油口A与第一液压缸10无杆腔相连，第二阀控单元7工作油口A与第一液压缸10有杆腔相连；第三阀控单元8工作油口A与第二液压缸11无杆腔相连，第四阀控单元9工作油口A与第二液压缸11有杆腔相连；控制器1分别与变量泵2、比例溢流阀4和四个阀控单元6，7，8，9的CAN接口19电连接。

如图2示，所述四个结构相同的阀控单元6，7，8，9，均包括第二压力传感器12、阀芯位移传感器14、溢流阀15、单向16、滤网17、先导阀18、主阀13和CAN接口19；第一阀控单元6的先导油口C与滤网17的进油口相连；滤网17的出油口与先导阀18的进油口相连；先导阀18的两个工作油口分别与主阀13左右两端的液控端相连；第一阀控单元6的进油口P与主阀13的进油口相连；第一阀控单元6的出油口T分别与主阀13的回油口、溢流阀15的回油口、单向阀16的进油口相连；第一阀控单元6的工作油口A分别与主阀13的工作油口、第二压力传感器12、溢流阀15的进油口和单向阀16的出油口相连；阀芯位移传感器14安装在主阀13右端的液控端上；CAN接口19分别与第二压力传感器12、阀芯位移传感器14和先导阀18电连接；另外三个阀控单元7，8，9连接关系与第一阀控单元6相同。每个阀控单元均包括第二压力传感器与阀芯位移传感器。通过第二压力传感器检测阀控单元的工作压力，通过阀芯位移传感器计算通过阀控单元的流量，根据不同工况，选择控制策略，实现了多缸同时运动时流量按需分配的功能。溢流阀15用于当负载突然增大时的卸荷，单向阀16用于补油，均属于安全阀。CAN接口19为CAN总线的控制接口，与控制器2相连相互通讯。

所述控制器1为可编程控制器。

所述的四个结构相同的阀控单元6，7，8，9的先导阀18均为三位四通电控比例阀，所述主阀13均为三位三通液控比例阀。

如图3-图6所示，为本发明实现的功能。

当变量泵2输出流量Qs大于第一液压缸10所需流量Q1与第二液压缸11所需流量Q2之和时，即Qs≥Q1+Q2。这时处于正常的工作模式，控制器1给出信号至阀控单元6，7，8，9。阀控单元6控制第一液压缸10的无杆腔，阀控单元7控制第一液压缸10的有杆腔，阀控单元8控制第二液压缸11的的无杆腔，阀控单元9控制第二液压缸的有杆腔。通过第二压力传感器12反馈各处压力信号，通过阀芯位移传感器13实时的检测各处流量信号，保证压力流量信号的按需分配。

当变量泵2输出流量Qs小于第一液压缸10所需流量Q1与第二液压缸12所需流量Q2之和时，即Qs≤Q1+Q2。这是泵的输出流量饱和，进入需要多缸同时运动的流量分配模式。

如图3所示。当选择多缸运行速度同时成比例下降时，控制器1选择控制模式进入等比流量下降模式，控制器给出信号至阀控单元6，7，8，9。阀控单元6通过减小其自身的主阀13的开口度减小进入第一液压缸10的无杆腔的流量，通过阀芯位移传感器14将计算流量信号反馈至控制器2。控制器2给出信号控制阀控单元8的主阀13，使其成比例的减小开口。通过阀控单元8的阀芯位移传感器14将流入第二液压缸11的无杆腔的计算流量信号反馈控制器2进行修正。阀控单元7控制第一液压缸10有杆腔的压力，阀控单元9控制第二液压缸11有杆腔的压力，使其维持在较低值以节省能源。

如图4所示。当选择多缸运行速度等值下降时，控制器选择控制模式进入等差流量下降模式，控制器给出信号至阀控单元6，7，8，9。阀控单元6通过减小其自身的主阀13的开口度减小进入第一液压缸10的无杆腔的流量，通过阀芯位移传感器14将计算流量信号反馈至控制器2。控制器2给出信号控制阀控单元8的主阀13，使其等值的减小开口。通过阀控单元8的阀芯位移传感器14将流入第二液压缸11的无杆腔的计算流量信号反馈控制器2进行修正。阀控单元7控制第一液压缸10有杆腔的压力，阀控单元9控制第二液压缸11有杆腔的压力，使其维持在较低值以节省能源。

如图5所示。当希望维持主要运动元件速度基本不变时，控制器2选择控制模式进入减小最低流量模式，通过牺牲最小的流量，以位置其它执行器速度基本不变。控制器给出信号至阀控单元6，7，8，9。阀控单元6维持自身主阀13的开口度不变阀控单元8的主阀13开始减小。通过阀控单元6的阀芯位移传感器14检测进入第一液压缸10的无杆腔的流量，直到进入第一液压缸10的流量与所需流量基本一致时，控制器2给出信号至阀控单元8，停止减小阀控单元8的主阀13的开口度。阀控单元7控制第一液压缸10有杆腔的压力，使其维持在较低值以节省能源。阀控单元9控制第二液压缸11有杆腔的流量，使与阀控单元8的流量一致减小。

如图6所示。对于工程机械，往往最重要的部分也是压力值最高的部分。因此，如果希望系统最高雅部分能够正常工作的话，控制器2选择控制模式进入保证最高压流量模式，维持最高压的执行器工作速度不变。控制器给出信号至阀控单元6，7，8，9。阀控单元8的主阀13维持开口不变，是其与负载一直维持较高压力。阀控单元9的第二压力传感器检测第二液压缸11有杆腔的压力，保证高压值。阀控单元6的主阀13的开口减小，减小进入第一液压缸10的流量，将流量分配至第二液压缸11。阀控单元7控制第一液压缸10有杆腔的回油流量，使其维持在较低值。

Claims (4)

1. 一种阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统，其特征在于：包括控制器（1）、变量泵（2）、减压阀（3）、比例溢流阀（4）、第一压力传感器（5）、四个结构相同的阀控单元（6，7，8，9）、和两个液压缸（10、11）；变量泵（2）的出油口分别与比例溢阀（4）的进油口、减压阀（3）的进油口、第一压力传感器（5）、第一阀控单元（6）进油口P、第二阀控单元（7）进油口P、第三阀控单元（8）进油口P、第四阀控单元（9）进油口P相连；减压阀（3）的出油口分别与第一阀控单元（6）先导油口C、第二阀控单元（7）先导油口C、第三阀控单元（8）先导油口C、第四阀控单元（9）先导油口C相连；第一阀控单元（6）工作油口A与第一液压缸（10）无杆腔相连，第二阀控单元（7）工作油口A与第一液压缸（10）有杆腔相连；第三阀控单元（8）工作油口A与第二液压缸（11）无杆腔相连，第四阀控单元（9）工作油口A与第二液压缸（11）有杆腔相连；控制器（1）分别与变量泵（2）、比例溢流阀（4）和四个阀控单元（6，7，8，9）的CAN接口（19）电连接。

2. 根据权利要求1所述的一种阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统，其特征在于：所述四个结构相同的阀控单元（6，7，8，9），均包括第二压力传感器（12）、阀芯位移传感器（14）、溢流阀（15）、单向阀（16）、滤网（17）、先导阀（18）、主阀（13）和CAN接口（19）；第一阀控单元（6）的先导油口C与滤网（17）的进油口相连；滤网（17）的出油口与先导阀（18）的进油口相连；先导阀（18）的两个工作油口分别与主阀（13）左右两端的液控端相连；第一阀控单元（6）的进油口P与主阀（13）的进油口相连；第一阀控单元（6）的出油口T分别与主阀（13）的回油口、溢流阀（15）的回油口、单向阀（16）的进油口相连；第一阀控单元（6）的工作油口A分别与主阀（13）的工作油口、第二压力传感器（12）、溢流阀（15）的进油口和单向阀（16）的出油口相连；阀芯位移传感器（14）安装在主阀（13）右端的液控端上；CAN接口（19）分别与第二压力传感器（12）、阀芯位移传感器（14）和先导阀（18）电连接；另外三个阀控单元（7，8，9）连接关系与第一阀控单元（6）相同。

3. 根据权利要求1所述的一种阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统，其特征在于：所述控制器（1）为可编程控制器。

4. 根据权利要求1所述的一种阀控单元负载口独立控制多缸流量分配液压系统，其特征在于：所述的四个结构相同的阀控单元（6，7，8，9）的先导阀（18）均为三位四通电控比例阀，所述主阀（13）均为三位三通液控比例阀。

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