CN104454683B - 一种基于液容储能的新型液压变压装置 - Google Patents

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

一种基于液容储能的新型液压变压装置

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：

$\mathrm{\Δ}{P}_L=L\frac{d{Q}_L}{\mathrm{dt}}$

其中，Q_L为流经液感元件的流量，L为液感值，ΔP_L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：

$Q_C=C\frac{d\left(\mathrm{\Δ}{P}_C\right)}{\mathrm{dt}}$

其中，Q_C为流经液容元件的流量，C为液容值，ΔP_C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：

$\mathrm{\Δ}{P}_L=L\frac{d{Q}_L}{\mathrm{dt}}$

其中，Q_L为流经液感元件的流量，L为液感值，ΔP_L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：

$Q_C=C\frac{d\left(\mathrm{\Δ}{P}_C\right)}{\mathrm{dt}}$

其中，Q_C为流经液容元件的流量，C为液容值，ΔP_C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P_in、输出压力P_out、输入流量Q_in、输出流量Q_out和电磁阀占空比α存在如下关系：

$\frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in}}}=\frac{\mathrm{\α}}{1-\mathrm{\α}}$

$\frac{Q_{\mathrm{out}}}{Q_{\mathrm{in}}}=\frac{1-\mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}$

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：

${\mathrm{\ΔP}}_L=L\frac{d{Q}_L}{\mathrm{dt}}$

其中，Q_L为流经液感元件的流量，L为液感值，ΔP_L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：

$Q_C=C\frac{d\left({\mathrm{\ΔP}}_C\right)}{\mathrm{dt}}$

其中，Q_C为流经液容元件的流量，C为液容值，ΔP_C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。