CN104234988B - 防爆电控闭式泵及使用其时刻对发动机功率保持高利用率的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于闭式泵的技术领域，具体涉及一种防爆电控闭式泵及使用其时刻对发动机功率保持高利用率的控制方法，解决了现有闭式泵造成整机的发动机功率利用率低的问题。其包括泵体、电比例减压阀和电气控制系统，泵体上安装有板式结构的过渡块，泵体包括双向柱塞变量泵、补油泵、伺服油缸以及多功能阀。控制方法为将防爆处理的电气控制系统的终端执行元件‑防爆电比例减压阀通过过渡板与泵体连接，实现对闭式泵的电气控制。本发明将精确的电液控制技术应用于井下有防爆要求的支架搬运车，使闭式泵时刻能在合理范围内最大限度的利用发动机的功率，能适应不同工况或不同机型中泵与发动机的匹配，极大的拓展了闭式泵的通用性。

Description

防爆电控闭式泵及使用其时刻对发动机功率保持高利用率的 控制方法

技术领域

本发明属于闭式泵的技术领域，具体涉及一种防爆电控闭式泵及使用其时刻对发动机功率保持高利用率的控制方法。

背景技术

电液控制技术在工程机械领域已经逐渐成熟并且广泛应用，尽管部分电液控制产品已申请煤矿安全认证，并在井下已经小范围应用，如防爆电比例多路阀、防爆电磁阀等，而目前国内外还没有已申请煤矿安全认证的防爆电控泵，限制了其在井下支架搬运车上的应用。现有支架搬运车行走驱动闭式泵均采用了传统的纯液压控制，主要有德国力士乐公司A4VG 系列DA泵，意大利SAM 公司HCV 系列HVA泵，德国Linde 公司BVP 系列Au 控制泵。这些传统使用纯液压控制的闭式泵为保证车辆在行驶过程中不熄火，降低了发动机的负荷率，发动机和泵的功率只在某一点上最为接近，发动机的功率利用率低，排放性能较差，同时液控闭式泵在与不同功率发动机匹配时，需要重新对泵内部参数进行调整，造成整机的发动机功率利用率低。

发明内容

本发明为了解决现有闭式泵造成整机的发动机功率利用率低的问题，提供了一种防爆电控闭式泵。

本发明采用如下的技术方案实现：

防爆电控闭式泵，包括泵体、防爆电比例减压阀和电气控制系统，

所述的电气控制系统包括置于隔爆电控箱内的控制器、控制器输入接线端、控制器输出接线端及电子放大器，控制器输入接线端连接系统工作压力传感器、泵模式选择信号开关、电源、微动控制输入信号、发动机转速传感器以及油门踏板位置传感器，控制器输出接线端连接电子放大器，电子放大器连接两个防爆电比例减压阀；

所述的泵体上安装有板式结构的过渡块，过渡块上开有三个油口，包括补油压力油口Ps、控制泵正转排量油口Y1以及控制泵反转排量油口Y2；其中补油压力油口Ps连接两个防爆电比例减压阀的进油口P，一个防爆电比例减压阀的工作油口A1与过渡块的控制泵正转排量油口Y1相连，另一个防爆电比例减压阀的工作油口A2与过渡块的控制泵反转排量油口Y2相连，两个防爆电比例减压阀的回油口T引入液压油箱；

所述的泵体包括双向柱塞变量泵、补油泵、伺服油缸以及多功能阀，

所述的伺服油缸的活塞杆与双向柱塞变量泵的变量斜盘铰接，伺服油缸的两个油口分别通过过渡块的控制泵正转排量油口Y1以及控制泵反转排量油口Y2与两防爆电比例减压阀的工作油口相连；

所述的双向柱塞变量泵与补油泵机械串联连接，补油泵出口接过滤器，过滤器通过两多功能阀分别与双向柱塞变量泵两侧油路连接，补油泵出口处并联补油溢流阀通往油箱，过滤器也与过渡块上的补油压力油口Ps连接；

多功能阀包括两部分，每部分由压力限制阀、高压溢流阀和补油单向阀组成，高压溢流阀和补油单向阀并联后，靠近补油单向阀进油口端接补油泵出口过滤器，另一端与压力限制阀的进油口并联后，连接到双向柱塞泵，两部分分别与双向柱塞变量泵的两侧油路连接，两部分的压力限制阀的出油口分别与伺服油缸的两油口连接。

使用上述防爆电控闭式泵时刻对发动机功率保持高利用率的控制方法，其特征在于：将防爆处理的电气控制系统的终端执行元件-防爆电比例减压阀通过过渡块与泵体连接，实现对闭式泵的电气控制，其方法如下：

（1）将控制器、控制器输入接线端、控制器输出接线端及电子放大器置于隔爆电控箱中，

（2）泵模式选择信号开关将相应的前进、后退或中位电位信号通过控制器输入接线端输入到隔爆电控箱控制器中，对应两防爆电比例减压阀分别动作或者都不动作，决定双向柱塞变量泵斜盘的倾斜方向，实现车辆的前进、后退、停止；

（3）发动机转速传感器获取发动机的转速信号、油门踏板位置传感器采集当前的加速踏板位置，分别输入到控制器中，获取发动机的实时工况，依据储存在控制器中的发动机工作特性曲线和发动机的工况参数，对应得到当前状态下发动机的最大输出扭矩，结合系统工作压力传感器采集的液压系统压力信号，控制器中控制程序依据发动机与泵匹配计算公式，得到该工况下，发动机不超载并有一定动力储备时，泵的最大排量，并通过控制器转化为相应的电信号；

（4）将控制器转化出的电信号通过控制器输出接线端输入电子放大器，经信号放大后，通过防爆屏蔽电缆驱动防爆电比例减压阀动作，输出合适的压力，从而控制闭式泵排量大小，进而决定车辆的运行速度；

(5)车辆重载下坡时，为保证车辆行驶速度平稳，通过微动控制人为干预泵的排量，使车辆适应不同坡度稳速行驶要求，进行微动控制，由外部防爆电比例开关将模拟量信号输入控制器中，其对泵排量控制的优先级最高的控制信号，通过控制器内部算法依据微动信号的大小对闭式泵排量进行适当的越权控制。

另外本领域技术人员可以通过现有方法更改写入控制器中的程序，改变相关算法，从而适应不同工况或不同机型中泵与发动机的匹配。

本发明将防爆电气控制系统通过防爆电比例减压阀用于对闭式泵排量的控制，尤其是电控系统实时地根据发动机工况和液压系统压力，通过防爆电比例减压阀，使泵达到该工况下的最大排量，时刻保持发动机较高的负荷率。调节泵的排量，根据所获取的发动机的最大输出扭矩和液压系统的压力，调节发动机的转速、油门踏板的位置和液压系统工作压力等信息所得到的发动机的功率，控制系统在调节泵的排量使。

本发明主要应用于煤矿井下支架搬运车的全液压行走驱动系统，将精确的电液控制技术应用于井下有防爆要求的支架搬运车，可有效解决现有支架搬运车用纯液压控制闭式泵发动机利用率低的问题，使闭式泵时刻能在合理范围内最大限度的利用发动机的功率，通过更改写入控制器中的程序，就能适应不同工况或不同机型中泵与发动机的匹配，极大的拓展了闭式泵的通用性，对实现产品的标准化及缩短产品开发周期有积极的意义。

附图说明

图1为本发明结构示意图，

图2为本发明主体内部液压原理图，

图3为本发明电器控制流程图，

图中：1泵体，2过渡块，3防爆电比例减压阀Ⅰ，4液压胶管，5液压油箱，6防爆电比例减压阀Ⅱ，7补油泵，8补油溢流阀，9多功能阀，10压力限制阀，11高压溢流阀，12发动机，13伺服缸,14双向柱塞变量泵，16防爆电控箱，17电子放大器，18控制器，19控制器输出接线端，20控制器输入接线端，21油门踏板位置传感器，22发动机转速传感器，23电比例开关(微动控制)，24电源，25泵模式选择信号开关，26系统工作压力传感器，

Ps补油压力油口，Y1控制泵正转排量油口，Y2控制泵反转排量油口，P防爆电比例减压阀的进油口，A1防爆电比例减压阀Ⅰ的工作油口，A2防爆电比例减压阀Ⅱ的工作油口，T防爆电比例减压阀的回油口。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

防爆电控闭式泵主要包括了柱塞变量泵、防爆电比例减压阀等，将电控闭式泵的非防爆电控模块与泵体分离，通过过渡块将泵体的控制油引出，与外置的防爆电比例减压阀连接，通过获取发动机的转速、油门踏板位置、系统工作压力大小等电信号，经过相关换算，转化为防爆电比例减压阀的电压信号，控制防爆电比例减压阀的输出压力，从而控制泵的排量，不断调整发动机的负载，达到充分利用发动机功率的目的。

图1为防爆电控泵的结构图。

⑴板式结构的过渡块2，安装在泵体1上，将控制泵排量的油口引至防爆电比例减压阀3，有利于简便的实现电控泵的隔爆处理。

⑵过渡块2上的Y1、Y2口为比例控制闭式泵双向变量的油口。

⑶过渡块2在与闭式泵装配时，应加装O型圈密封，保证两者之间没有泄露。

⑷对已有产品防爆电比例减压阀3做防爆处理，并申请煤矿安全认证，其输出压力变化范围与控制泵排量的压力相匹配，以满足泵的变量要求。

⑸主泵的补油压力油Ps也同时引出，作为外部防爆电比例减压阀3的压力油源。

⑹过渡块2上的3个油口通过液压胶管4与防爆电比例减压阀3相连。其中补油压力油口Ps连接防爆电比例减压阀的进油口P口，一个防爆电比例减压阀的工作油口A口与过渡块的Y1口相连，比例的控制泵正转时的排量大小；另一个防爆电比例减压阀的工作油口A口与过渡块的Y2口相连，比例的控制泵反转时的排量大小。

⑺通过防爆屏蔽电缆6，外部的隔爆控制器将电信号施加于防爆电比例减压阀3。

⑻防爆电比例减压阀的回油口T口通过油管引入液压油箱5。

⑼为尽量缩短系统的响应时间，充分保证系统的控制精度，防爆电比例减压阀3应安装在尽量靠近主泵1的位置，同时其泄油口T与油箱连接的胶管也尽量缩短，这样在极端工况下，泵的斜盘能快速回到中位，保证系统运行的安全。

图2为防爆电控闭式泵主体1内部液压原理图。

⑴闭式泵主体是双向柱塞变量泵14，将发动机12的机械能转化为液压系统的压力能。

⑵补油泵7从油箱5中吸油，经由过滤器向系统补充因内泄漏损失的液压油，补油溢流阀8决定了补油压力的大小，用以维持主油路背压，保证系统的平稳运行。同时也可以为辅助油路提供压力油。

（3）伺服油缸13，油缸的活塞杆端头与变量柱塞泵14的变量斜盘铰接，伺服油缸13两端油口分别与防爆电比例减压阀3相连，从而通过防爆电比例减压阀2控制变量柱塞泵14的排量，通过伺服油缸确定变量泵斜盘的倾斜度从而控制变量泵的流量。

⑶泵体内部集成了两个多功能阀9，多功能阀9由压力限制阀10、高压溢流阀11和一单向阀集成，逻辑连接顺序如图2所示。补油油路经两个多功能阀9分别双向柱塞变量泵两端油路连接。两压力限制阀10的溢流口分别与伺服油缸对应的油口连接。压力限制阀10，实现系统最高压力限制，高压溢流阀11实现过压保护

其工作原理为：压力限制阀10可以实现系统最高压力限制，高压溢流阀11实现过压保护。当系统压力到达压力限定值时，压力限制阀10迅速开启进而推动斜盘向中位运动以减小泵排量达到限制系统压力作用。对于存在瞬间变化负载，高压溢流阀11起作用实现系统过压保护。压力限制阀相当于高压溢流阀的先导级溢流阀，这最大程度避免了系统因溢流而引起的油温过热问题，高压溢流阀只有在系统压力超过压力限制等级后起消峰作用。

⑷外置的两个防爆电比例减压阀3的出口压力分别作用于控制主泵排量的伺服缸13两侧，出口压力的大小又取决于减压阀的输入电压。

图3为防爆电控闭式泵电气控制流程图。

⑴将控制器18、控制器输入接线端20、控制器输出接线端19及电子放大器17置于隔爆电控箱16中，从而达到防爆要求。行走机械专用PLUS+1控制器，电子放大器E-BM-AC型式电子放大器（用于电磁铁比例阀）。

⑵电源24为整个控制系统提供电源。

⑶泵模式(前进、后退、中位)选择开关25，将相应的电位信号通过输入接线端20输入到隔爆箱控制器18中，以此决定防爆减压阀的输出状态，实现车辆的前进、后退、停止。

⑷发动机转速传感器22获取发动机的转速信号，油门踏板位置传感器21采集当前的加速踏板位置，分别输入到控制器18中，以此获取发动机的实时工况。通过储存在控制器中发动机的工作特性曲线，得出当前状态下发动机的最大输出扭矩。

⑸结合系统工作压力传感器26将采集的压力信号输入到控制器18中，根据发动机当前的最大输出扭矩，推算出保证发动机不超载，并有一定动力储备的情况下，泵的最大排量，并转化为响应的电信号。

⑹将控制器计算出的电信号通过输出接线端19输入电子放大器，经信号放大后，通过防爆屏蔽电缆6驱动防爆电比例减压阀3动作，输出合适的压力，从而控制闭式泵排量大小，进而决定车辆的运行速度。

⑺通过上述控制方案，可以保证发动机始终保持较高的负荷率，提高了发动机的功率利用率。

⑻微动控制是由外部防爆电比例开关将模拟量信号输入控制器中，其对泵排量控制的优先级高于特征⑷和⑸输出的控制信号，通过内部算法依据微动信号的大小对闭式泵排量进行适当的越权控制，从而确保在特殊工况下整车的平稳运行。

⑼通过更改写入控制器中的程序，改变相关算法，从而适应不同工况或不同机型中泵与发动机的匹配，极大的拓展了闭式系统的通用性，对实现产品的标准化及缩短产品开发周期有积极的意义。

Claims (2)

1.一种防爆电控闭式泵，包括泵体、防爆电比例减压阀和电气控制系统，其特征在于：

所述的电气控制系统包括置于隔爆电控箱（16）内的控制器（18）、控制器输入接线端（20）、控制器输出接线端（19）及电子放大器（17），控制器输入接线端（20）连接系统工作压力传感器（26）、泵模式选择信号开关（25）、电源（24）、微动控制输入信号（23）、发动机转速传感器（22）以及油门踏板位置传感器（21），控制器输出接线端（19）连接电子放大器（17），电子放大器（17）连接两个防爆电比例减压阀；

所述的泵体（1）上安装有板式结构的过渡块（2），过渡块（2）上开有三个油口，包括补油压力油口（Ps）、控制泵正转排量油口（Y1）以及控制泵反转排量油口（Y2）；其中补油压力油口（Ps）连接两个防爆电比例减压阀的进油口（P），一个防爆电比例减压阀的工作油口（A1）与过渡块的控制泵正转排量油口（Y1）相连，另一个防爆电比例减压阀的工作油口（A2）与过渡块的控制泵反转排量油口（Y2）相连，两个防爆电比例减压阀的回油口（T）引入液压油箱（5）；

所述的泵体包括双向柱塞变量泵（14）、补油泵（7）、伺服油缸（13）以及两个多功能阀（9），

所述的伺服油缸（13）的活塞杆与双向柱塞变量泵（14）的变量斜盘铰接，伺服油缸（13）的两个油口分别通过过渡块的控制泵正转排量油口（Y1）以及控制泵反转排量油口（Y2）与两防爆电比例减压阀的工作油口相连；

所述的双向柱塞变量泵（14）与补油泵（7）机械串联连接，补油泵（7）出口接过滤器，过滤器通过两多功能阀分别与双向柱塞变量泵（14）两侧油路连接，补油泵出口处并联补油溢流阀（8）通往油箱，过滤器也与过渡块上的补油压力油口（Ps）连接；

多功能阀由压力限制阀（10）、高压溢流阀（11）和补油单向阀组成，高压溢流阀（11）和补油单向阀并联后，靠近补油单向阀进油口端接补油泵出口过滤器，另一端与压力限制阀（10）的进油口并联后，连接到双向柱塞变量泵，两个多功能阀分别与双向柱塞变量泵的两侧油路连接，两个多功能阀的压力限制阀（10）的出油口分别与伺服油缸的两油口连接。

2.一种使用如权利要求1 所述的防爆电控闭式泵时刻对发动机功率保持高利用率的控制方法，其特征在于：将防爆处理的电气控制系统的终端执行元件- 防爆电比例减压阀通过过渡块与泵体连接，实现对闭式泵的电气控制，其方法如下：

（1）将控制器（18）、控制器输入接线端（20）、控制器输出接线端（19）及电子放大器（17）置于隔爆电控箱（16）中，

（2）泵模式选择信号开关（25）将相应的前进、后退或中位电位信号通过控制器输入接线端输入到隔爆电控箱控制器（18）中，对应两防爆电比例减压阀分别动作或者都不动作，决定双向柱塞变量泵斜盘的倾斜方向，实现车辆的前进、后退、停止；

（3）发动机转速传感器（22）获取发动机的转速信号、油门踏板位置传感器（21）采集当前的加速踏板位置，分别输入到控制器（18）中，获取发动机的实时工况，依据储存在控制器中的发动机工作特性曲线和发动机的工况参数，对应得到当前状态下发动机的最大输出扭矩，结合系统工作压力传感器（26）采集的液压系统压力信号，控制器（18）中控制程序依据发动机与泵匹配计算公式，得到该工况下，发动机不超载并有一定动力储备时，泵的最大排量，并通过控制器转化为相应的电信号；

（4）将控制器转化出的电信号通过输出接线端（19）输入电子放大器，经信号放大后，通过防爆屏蔽电缆驱动防爆电比例减压阀动作，输出合适的压力，从而控制闭式泵排量大小，进而决定车辆的运行速度；

（5）车辆重载下坡时，为保证车辆行驶速度平稳，通过微动控制人为干预泵的排量，使车辆适应不同坡度稳速行驶要求，由外部防爆电比例开关将模拟量信号输入控制器中，其对泵排量控制的优先级最高的控制信号，通过控制器内部算法依据微动信号的大小对闭式泵排量进行适当的越权控制。