CN104454683A - 一种基于液容储能的新型液压变压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液容储能的新型液压变压装置。包括液感元件、液容元件、电磁阀和蓄能器,恒压网络的供油路连接到液感元件的输入端,液感元件的输出端和液容元件的端口分别连接在电磁阀的阀口A和阀口B上,电磁阀的阀口P和阀口T分别连接恒压网络的回油路和负载,负载连接有吸收流量脉动的蓄能器。本发明通过电磁阀的高速切换,单一装置可同时实现升压和降压两种功能,节流损失小,是一种节能高效的新型液压装置,可被用于液压恒压网络中的压力转换。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体压力转换装置,尤其是涉及一种基于液容储能的新型液压变压装置。
背景技术
传统液压技术当中,降压主要采用节流方式,多余的能量以热的形式耗散到环境中,效率低。目前升压的方式有利用面积比、液压变压器和开关液压技术,利用面积比的方式比较简单,但是变压比固定无法调节;液压变压器的变比可调,效率高,但结构复杂,需要单独制造,成本较高。开关液压系统是一种基于高速开关电磁阀的新型变压技术,效率高,但基于液感储能的开关液压系统只能实现单一功能,无法同时实现升压与降压,且液感元件的体积和质量大,难以实现系统的小型化。
发明内容
针对技术中的上述问题,本发明提出了一种基于液容储能的新型液压变压装置,可同时实现升压和降压功能,实现与负载所需压力和流量的匹配。无节流损失,与液感储能的开关液压系统相比,具有体积小重量轻的优点。
本发明的技术方案具体包括:
包括液感元件、液容元件、电磁阀和蓄能器,恒压网络的供油路连接到液感元件的输入端,液感元件的输出端和液容元件的端口分别连接在电磁阀的阀口A和阀口B上,电磁阀的阀口P和阀口T分别连接恒压网络的回油路和负载,负载连接有吸收流量脉动的蓄能器。
所述的电磁阀与控制器连接,控制器输入PWM控制信号。
所述的液感元件是油管、带飞轮的液压马达或带质量块的往复液压缸。
所述的液容元件是皮囊式蓄能器、弹簧蓄能器或液压容腔。
所述的负载为油缸或者液压马达。
所述的电磁阀采用高速电磁阀。
所述的液感元件两端的压力差和流经液感元件的流量具有以下关系:
其中,QL为流经液感元件的流量,L为液感值,ΔPL为液感元件两端的压差,t为时间。
所述的液容元件两端的压力差和流经液容元件的流量具有以下关系:
其中,QC为流经液容元件的流量,C为液容值,ΔPC为液容元件两端的压差,t为时间。
所述的油管为细长油管,长度与直径比大于200。
本发明的有益效果是:
本发明可利用单一装置实现升压和降压两种功能,实现与负载所需压力和流量的匹配,节流损失小,与液感储能的开关液压系统相比体积小重量轻,是一种简单高效的变压装置。
附图说明
图1是本发明的变压装置原理图。
图2是本发明的一种应用实施例。
图3是本发明的另一种应用实施例。
图4为PWM信号波形图。
图5为本发明实施例几的仿真实验数据图。
图中:1、液感元件,2、液容元件,3、控制器,4、高速电磁阀,5、蓄能器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明包括液感元件1、液容元件2、电磁阀4和蓄能器5,恒压网络的供油路连接到液感元件1的输入端,液感元件1的输出端和液容元件2的端口分别连接在电磁阀4的阀口A和阀口B上,电磁阀4的阀口P和阀口T分别连接恒压网络的回油路和负载,负载连接有吸收流量脉动的蓄能器5。
电磁阀4与控制器3连接,控制器3输入PWM控制信号,如图4所示,T为周期。
液感元件1是油管、带飞轮的液压马达或带质量块的往复液压缸。
液容元件2是皮囊式蓄能器、弹簧蓄能器或液压容腔。
负载为油缸或者液压马达。
电磁阀4采用高速电磁阀。
油管为细长油管,长度与直径比大于200,例如油管内直径为7mm,长度为1.7m。
上述液感元件1两端的压力差和流经液感元件的流量具有以下关系:
其中,QL为流经液感元件的流量,L为液感值,ΔPL为液感元件两端的压差,t为时间。
上述液容元件2两端的压力差和流经液容元件的流量具有以下关系:
其中,QC为流经液容元件的流量,C为液容值,ΔPC为液容元件两端的压差,t为时间。
如图1所示,图中液感元件1左侧的输入端为液压恒压网络中的供油路,即高压侧,电磁阀的阀口P表示液压恒压网络中的回油路,即低压侧,电磁阀的阀口T表示负载侧,电磁阀4采用高速二位四通阀。
本发明通过电磁阀的高速切换,单一装置可同时实现升压和降压两种功能,如果图1所示装置中各元件均可视作理想元件,则整个装置的输入压力Pin、输出压力Pout、输入流量Qin、输出流量Qout和电磁阀占空比α存在如下关系:
当占空比α从0变化到1,液压力的理论变比可以从0变化到无穷大,从而实现压力变换功能,如果所有元件的压力损失可以忽略不计,则系统的理论效率为100%,实现无损变压。
本发明的实施例及其实施工作过程如下:
实施例1
图2是本发明的一种应用实例,其中液感元件是带飞轮的液压马达,液容元件是简单的液压容腔,负载为油缸,可以通过控制器控制高速二位四通阀,获得负载所需的压力从而驱动负载油缸。
由控制器为高速电磁阀提供周期为T、占空比为α的脉宽调制波,当高速开关阀通电时,液压油由供油路经带飞轮的液压马达向液压容腔充能,能量转化为液容的压力能,负载油缸流量由存储在蓄能器中的流量供给。当高速开关阀断电时,液压油由供油路直接向带飞轮的液压马达充能并流至回油路,能量转化为液压马达的动能,在电磁阀的另一通路,存储在液压容腔中的压力能输出至负载侧,同时给蓄能器充能。
由此可在降压过程中无节流损失,且可以获得比源压力高的输出压力,对于单一油泵驱动的多负载系统具有很好的节能技术效果。
实施例2
图3是本发明的另一种应用实例,液感元件采用带质量块的往复液压缸,液容元件是皮囊式蓄能器,负载采用液压马达,可以通过控制器控制高速二位四通阀,获得负载所需的压力从而驱动负载的液压马达。
由控制器为高速电磁阀提供周期为T、占空比为α的脉宽调制波,当高速开关阀通电时,液压油由供油路经往复液压缸向皮囊式蓄能器充能,能量转化为皮囊式蓄能器的压力能,负载流量由存储在蓄能器中的流量供给。当高速开关阀断电时,液压油由供油路直接向往复液压缸充能并流至回油路,能量转化为往复液压缸的动能,在电磁阀的另一通路,存储在皮囊式蓄能器中的压力能输出至负载侧,同时给蓄能器充能。
由此可在降压过程中无节流损失,且可以获得比源压力高的输出压力,对于单一油泵驱动的多负载系统具有很好的节能技术效果。
如图5所示,采用节流阀作为负载,通过仿真实验得到数据,由此可看出通过改变占空比α,可改变系统的输出压力,并可使用本发明单一装置同时实现了升压和降压,简单高效,节流损失小,体积小重量轻,具有显著的技术效果。
上述具体实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:包括液感元件(1)、液容元件(2)、电磁阀(4)和蓄能器(5),恒压网络的供油路连接到液感元件(1)的输入端,液感元件(1)的输出端和液容元件(2)的端口分别连接在电磁阀(4)的阀口A和阀口B上,电磁阀(4)的阀口P和阀口T分别连接恒压网络的回油路和负载,负载连接有吸收流量脉动的蓄能器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的电磁阀(4)与控制器(3)连接,控制器(3)输入PWM控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的液感元件(1)是油管、带飞轮的液压马达或带质量块的往复液压缸。
4.根据权利要求1所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的液容元件(2)是皮囊式蓄能器、弹簧蓄能器或液压容腔。
5.根据权利要求1所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的负载为油缸或者液压马达。
6.根据权利要求1~5任一所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的电磁阀(4)采用高速电磁阀。
7.根据权利要求1或3所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的液感元件(1)两端的压力差和流经液感元件的流量具有以下关系:
其中,QL为流经液感元件的流量,L为液感值,ΔPL为液感元件两端的压差,t为时间。
8.根据权利要求1或4所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的液容元件(2)两端的压力差和流经液容元件的流量具有以下关系:
其中,QC为流经液容元件的流量,C为液容值,ΔPC为液容元件两端的压差,t为时间。
9.根据权利要求3所述的一种基于液容储能的新型液压变压装置,其特征在于:所述的油管为细长油管,长度与直径比大于200。
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