CN104500481B - 负载敏感控制系统及其控制方法和具有该系统的液压设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种负载敏感控制系统及其控制方法和具有该系统的液压设备，负载敏感控制系统包括：主泵装置，向负载回路提供动力；检测部，与负载回路电连接以检测负载回路的流量以及反馈压力；控制部，与检测部电连接以根据负载回路的流量以及反馈压力控制主泵装置的输出压力和/或输出流量。本发明的负载敏感控制系统对负载回路的流量进行检测，并根据流量的大小调整主泵装置的输出压力，从而补充管路中的压力损失，因此当负载回路中流量较小时，主泵装置用以补充压力损失所做的功也相应较少，尽量不浪费功率，这使得本发明的负载敏感控制系统的效率更高，更加节能环保，尤其适用于管路间压力损失较大且系统工作流量变化较大的液压系统。
Description
技术领域
本发明涉及液压控制领域，具体而言，涉及一种负载敏感控制系统及其控制方法和具有该系统的液压设备。
背景技术
现有技术中，为了更加精确地控制工程机械的液压系统的输出功率，液压系统会采用负载敏感控制系统，即能够根据负载的载荷的不同调整液压泵的出力大小，实现精确控制，并且节省能源。
但是，若液压系统的供油管较长或弯折较多时，油泵出口与负载的进油口之间会存在一定的压力损失，现有技术中的负载敏感控制系统无法根据压力损失的大小调整液压泵的出力大小，因此为了保障液压系统正常工作，负载敏感控制系统需要按照压力损失的最大值进行设定。这样若液压系统的工作状态没有达到最大压力损失时，负载敏感控制系统的部分输出功率将会被浪费，浪费的功率还会引起液压油发热等情况，对液压系统的正常运行造成不利影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种负载敏感控制系统及其控制方法和具有该系统的液压设备，以解决现有技术中的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种负载敏感控制系统，包括：主泵装置，向负载回路提供动力；检测部，与负载回路电连接以检测负载回路的流量以及反馈压力；控制部，与检测部电连接以根据负载回路的流量以及反馈压力控制主泵装置的输出压力和/或输出流量。
进一步地，负载回路包括至少一个负载阀，检测部与负载阀电连接以检测负载阀的阀芯的开度或检测控制负载阀的电信号。
进一步地，负载敏感控制系统还包括第一检测单元，第一检测单元的检测端与负载回路的负载反馈接口连接，第一检测单元与控制部电连接。
进一步地，负载敏感控制系统还包括控制支路，控制支路与主泵装置的反馈口连接以控制主泵装置的输出压力，控制支路包括：副泵；溢流阀，用于控制控制支路的压力，控制部与溢流阀电连接以控制溢流阀。
进一步地，主泵装置的反馈口连接在控制支路的副泵和溢流阀之间。
进一步地，负载敏感控制系统还包括第二检测单元，第二检测单元的检测端与主泵装置的反馈口连接，第二检测单元与控制部电连接。
进一步地，控制支路还包括安全支路，安全支路的一端连接在副泵和溢流阀之间，安全支路的另一端与油箱连接，安全支路上设置有安全阀。
进一步地，主泵装置包括主泵和控制阀组，控制阀组控制主泵的变量机构以改变主泵的输出压力和/或输出流量。
进一步地，控制阀组包括负载反馈控制阀，负载反馈控制阀用于控制主泵满足负载回路的压力需求和流量需求。
进一步地，控制阀组包括压力切断阀，压力切断阀用于限定主泵的最大输出压力。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种液压设备，包括液压输出装置和负载，液压输出装置包括上述的负载敏感控制系统。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种负载敏感控制系统的控制方法，控制方法包括：检测负载敏感控制系统的负载回路的流量以及反馈压力；将流量与预定值进行比较；当流量大于预定值时，控制负载敏感控制系统的主泵装置的输出压力大于反馈压力；当流量小于或等于预定值时，控制主泵装置的输出压力等于反馈压力。
进一步地，当流量大于预定值时，控制负载敏感控制系统的主泵装置的输出压力大于反馈压力包括，根据下述公式计算主泵装置的输出压力：
p1′＝p1+JQ；
其中p1′为主泵装置的输出压力，p1为负载回路的反馈压力，J为修正系数，Q为负载回路的流量。
当液压系统的流量越大时，管路的总压力损失越大，本发明的负载敏感控制系统对负载回路的流量进行检测，并根据流量的大小调整主泵装置的输出压力，从而补充管路中的压力损失，因此当负载回路中流量较小时，主泵装置用以补充压力损失所做的功也相应较少，尽量不浪费功率，这使得本发明的负载敏感控制系统的效率更高，更加节能环保，尤其适用于管路间压力损失较大且系统工作流量变化较大的液压系统。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的负载敏感控制系统的实施例的结构示意图；以及
图2示出了据本发明的负载敏感控制系统及其控制方法的实施例的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明的一个方面，提供了一种负载敏感控制系统，如图1所示，该负载敏感控制系统包括：主泵装置10，向负载回路提供动力；检测部，与负载回路电连接以检测负载回路的流量以及反馈压力；控制部20，与检测部电连接以根据负载回路的流量以及反馈压力控制主泵装置10的输出压力和/或输出流量。
当液压系统的流量越大时，管路的总压力损失越大，本发明的负载敏感控制系统对负载回路的流量进行检测，并根据流量的大小调整主泵装置10的输出压力，从而补充管路中的压力损失，因此当负载回路中流量较小时，主泵装置10用以补充压力损失所做的功也相应较少，尽量不浪费功率，这使得本发明的负载敏感控制系统的效率更高，更加节能环保，尤其适用于管路间压力损失较大且系统工作流量变化较大的液压系统。
上述负载敏感控制系统，主泵装置10包括泵体和驱动泵体的发动机。
优选地，负载回路包括至少一个负载阀100，多个负载阀100组成一个多路阀组，检测部与负载阀100电连接以检测负载阀100的阀芯的开度或检测控制负载阀100的电信号。由于负载回路的流量仅与负载阀100的开合程度相关，即开度一定时，流量恒定，与压力无关，因此控制部20可以通过负载阀100的开度以确定负载回路的流量。控制部20可以直接检测负载阀100的阀芯的开度信号以获得负载阀100的流量数据，也可以通过读取控制负载阀100开合的电信号以获得负载阀100的流量数据，该电信号可以是电流值。
如图1所示，每个负载阀100均控制一个负载回路，负载回路中设置一种液压负载，例如液压活塞缸或液压马达等，负载回路的流量就等于相应的负载阀100的流量。多个负载阀100并联设置，即多个负载阀100的流量之和是负载回路的流量。
优选地，负载敏感控制系统还包括第一检测单元30，第一检测单元30的检测端与负载回路的负载反馈接口连接，第一检测单元30与控制部20电连接。第一检测单元30连接在负载反馈压力口，即图1中的LS口，用以检测负载的最大压力数据，该压力数据传回到控制部20以作为确定主泵装置10输出压力的一个参考值。
优选地，如图1所示，主泵装置10包括主泵11和控制阀组，控制阀组控制主泵11的变量机构以改变主泵11的输出压力和/或输出流量。
更优选地，负载敏感控制系统控制阀组包括负载反馈控制阀12，负载反馈控制阀12用于控制主泵11的输出压力满足负载回路的压力需求和流量需求。并且通过此负载反馈控制阀12控制，主泵11根据流量情况自动改变变量机构，以维持系统的流量需求。此外，控制阀组包括压力切断阀13，压力切断阀13用于限定主泵11的最大输出压力。当系统压力超过压力切断阀13的预定压力时，压力切断阀13控制主泵装置10排量接近于零，仅维持液压系统泄露流量。
优选地，负载敏感控制系统还包括控制支路，控制支路与主泵装置10的反馈口连接以控制主泵装置10的输出压力，控制支路包括：副泵50；溢流阀60，用于控制控制支路的压力，控制部20与溢流阀60电连接以控制溢流阀60。副泵50为控制支路供压，而溢流阀60则根据控制部20的控制信号控制控制支路的压力，即主泵装置10的负载反馈控制阀12的右侧控制腔的压力，进而控制主泵装置10的输出流量和输出压力。
优选地，主泵装置10的反馈口连接在控制支路的副泵50和溢流阀60之间。溢流阀60控制副泵50与溢流阀60之间的控制支路的压力，即主泵装置10的反馈口的压力。
优选地，负载敏感控制系统还包括第二检测单元40，第二检测单元40的检测端与主泵装置10的反馈口连接，第二检测单元40与控制部20电连接。第二检测单元40将由溢流阀60所控制的控制支路的压力反馈给控制部20，控制部20对溢流阀60进行精确调整，使得控制支路的压力更接近预定压力，以形成对溢流阀60的闭环反馈调节，提高负载敏感控制系统的压力调节的精确性。
优选地，控制支路还包括安全支路，安全支路的一端连接在副泵50和溢流阀60之间，安全支路的另一端与油箱连接，安全支路上设置有安全阀70。安全阀70起安全作用，限定控制支路的压力。
优选地，控制支路上还设置有电磁阀80，电磁阀80设置在副泵50和溢流阀60之间，起到通断控制支路的作用，电磁阀80与控制部20电连接。
优选地，溢流阀60是电比例溢流阀，副泵50是定量泵。
下述简单阐述本发明的负载敏感控制系统的原理。
负载敏感控制系统最大流量时的压力损失过程分析如下。长管路时主泵11与负载之间管路存在不可忽略的压力损失，为分析方便，将该压力损失简单转化为管路的阻尼，沿程及局部总的压力损失即简化为通过管路的阻尼的压力损失。通过阻尼孔的流量公式其中Q为经过管路阻尼的流量，Cd为孔口流量系数，此处为固定值，A0为孔口面积，此处为固定值，△p1为进出阻尼的压差，为△p1＝pp-ps，其中pp为主泵11出口压力，ps为负载进口压力。由上述公式可知，当经过管路阻尼的流量越大，系统经过管路阻尼的压差就越大，即管路总的压力损失越大，显然当系统处于最大流量时，管路的总压力损失最大，记为△p1max。
关于负载阀100进出口压差的计算如下：△p2＝ps-pLS，其中△p2为负载阀100进出口压差，pLS为负载反馈压力，即系统中负载的最大压力，该压差在多路阀组内压力补偿阀的作用下为定值。
对于图1中的负载反馈控制阀12，其左侧控制油压为主泵11出口压力pp，右侧则为负载反馈压力pLS和弹簧预压力F共同控制，根据平衡公式，ppA2＝pLSA2+F，其中A2控制腔压力作用面积，为固定值。得(pp-pLS)A2＝F，即(△p1+△p2)A2＝F。为保证负载敏感系统在任意流量下均能工作正常，即在多路阀组阀芯开度一定的情况下，负载反馈控制阀12保证主泵装置10输出的流量恒定，在这种工况下运行的主泵装置10也称恒流泵，其工作原理可概括为把负载阀100组看成是一个节流阀，负载反馈控制阀12的左右控制腔的压力分别取自该节流阀的上下游，负载反馈控制阀12的弹簧预压力等于节流阀上下游的压力差，该压差恒定，根据流量公式，通过该节流阀的流量仅与节流阀的开度相关，开度一定，流量恒定，而与节流阀上下游的压力无关。显然负载反馈控制阀12的控制右侧弹簧预压力应根据系统最大压力损失下调定，即F＝(△p1max+△p2)A2。
对于上述负载反馈控制阀12的弹簧调定值，在系统最大流量下是适合的，因为该压力的确定就是按照最大流量下的压力损失值确定的。但是对于系统在非最大流量工况下运行时，管路总的压力损失并未到达△p1max，而只是△p1，此时△p1max-△p1的压力差就被消耗在系统中，当系统本身流量较大时，记为Q1，此时较大的功率Q1(△p1max-△p1)为完全无用功率被消耗，引起液压油发热，影响系统节能效果。
为了改变上述不足，本发明的负载敏感控制系统根据负载的流量来控制主泵装置10的流量和压力，该负载敏感控制系统的工作过程为：主泵11输出的压力油经过假定的管路阻尼进入到负载阀100，负载阀100后连接有液压执行机构，比如液压油缸或液压马达等，图1中未画出。负载反馈压力口，即LS口接入第一检测单元30，检测反馈的最大负载压力，该压力信号输入进控制部20，系统总流量信号通过检测或读取负载阀100中每一片阀的阀芯开度信息或者通过读取输入到负载阀100的每一片阀的控制电流信息，将上述信息同时输入进控制部20。控制部20通过判断阀芯开度信息是否大于设定的阀芯开度或者控制电流信息是否大于设定的控制电流，若大于设定值，控制部20内部通过存储的公式运算，输出对第一检测单元30检测值修正后的压力信号值到溢流阀60，若不大于设定值，控制部20直接输出第一检测单元30检测信号到溢流阀60。副泵50输出的油液通过电磁阀80的电磁位进入主泵装置10的负载反馈控制阀12的右侧控制腔，溢流阀60控制反馈到主泵装置10的负载反馈压力值大小，从而控制系统负载反馈调节的顺利进行，溢流阀60的压力值通过第二检测单元40检测并反馈回控制部20，形成对溢流阀60的闭环调节，提高调节的准确性。
控制部20的控制思路为：选取合适的阀芯开度或者控制电流设定值，该设定值对应的是系统的一定流量。当系统工作时的流量大于设定流量时，可认定此时浪费的压力损失较大，需要进行反馈压力调节；当系统工作时的流量不大于设定流量时，可认定此时浪费的压力损失较小，没有计算的必要，直接按实际的负载回路的反馈压力反馈给主泵装置10即可，使主泵装置10的输出压力等于负载回路的反馈压力。
控制部20输出压力信号的过程如图2所示，具体为：设定一固定的阀芯开度值或控制电流值，存储在控制部20中，该固定值通过试验确定。控制部20接收到第一检测单元30的压力值p1，并检测此时各负载阀100的开度值或者控制阀芯开度的电流值。当k1xV1+k2xV2+k3xV3+…>xV时，其中k1、k2、k3等为阀芯开度分配系数，根据阀芯通径等参数确定其数值，xV1、xV2、xV3等为阀芯开度值，xV为阀芯开度的设定值。控制部20判定需要进行压力修正，根据修正公式输出压力值p1′＝p1+J(k1xV1+k2xV2+k3xV3+…)，其中J为修正系数，根据试验确定其值。当k1xV1+k2xV2+k3xV3+…<xV时，此时输出压力值p1′＝p1。控制电流值的控制过程与阀芯开度值的检测相同，在此不再赘述。此时负载反馈控制阀12弹簧预压力F设置仅需稍大于△p2A2即可，不必要再将F设置成现有技术中的△p1maxA2，预紧力F减小，所以降低了在系统非最大流量下的压力损失，节能效果明显。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种液压设备，包括液压输出装置和负载，液压输出装置包括上述的负载敏感控制系统。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种负载敏感控制系统的控制方法，负载敏感控制系统是上述的负载敏感控制系统，控制方法包括：检测负载敏感控制系统的负载回路的流量以及反馈压力；将流量与预定值进行比较；当流量大于预定值时，控制负载敏感控制系统的主泵装置10的输出压力大于反馈压力；当流量小于或等于预定值时，控制主泵装置10的输出压力等于反馈压力。
优选地，当流量大于预定值时，控制负载敏感控制系统的主泵装置10的输出压力大于反馈压力包括，根据下述公式计算主泵装置10的输出压力：p1′＝p1+JQ；其中p1′为主泵装置10的输出压力，p1为负载回路的反馈压力，J为修正系数，Q为负载回路的流量。
负载敏感控制系统的控制方法已在上文详细阐述，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种负载敏感控制系统，其特征在于，包括：
主泵装置(10)，向负载回路提供动力；
检测部，与所述负载回路电连接以检测所述负载回路的流量以及反馈压力；
控制部(20)，与所述检测部电连接以根据所述负载回路的流量以及反馈压力控制所述主泵装置(10)的输出压力；
第一检测单元(30)，所述第一检测单元(30)的检测端与所述负载回路的负载反馈接口连接，所述第一检测单元(30)与所述控制部(20)电连接，所述第一检测单元(30)用以检测所述负载回路的最大压力数据并作为所述控制部(20)控制所述主泵装置(10)的输出压力的参考值；
控制支路，所述控制支路与所述主泵装置(10)的反馈口连接以控制所述主泵装置(10)的输出压力，所述控制支路包括：
副泵(50)；
溢流阀(60)，用于控制所述控制支路的压力，所述控制部(20)与所述溢流阀(60)电连接以控制所述溢流阀(60)；
安全支路，所述安全支路的一端连接在所述副泵(50)和所述溢流阀(60)之间，所述安全支路的另一端与油箱连接，所述安全支路上设置有安全阀(70)。
2.根据权利要求1所述的负载敏感控制系统，其特征在于，所述负载回路包括至少一个负载阀(100)，所述检测部与所述负载阀(100)电连接以检测所述负载阀(100)的阀芯的开度或检测控制所述负载阀(100)的电信号。
3.根据权利要求1所述的负载敏感控制系统，其特征在于，所述主泵装置(10)的反馈口连接在所述控制支路的所述副泵(50)和所述溢流阀(60)之间。
4.根据权利要求1所述的负载敏感控制系统，其特征在于，所述负载敏感控制系统还包括第二检测单元(40)，所述第二检测单元(40)的检测端与所述主泵装置(10)的反馈口连接，所述第二检测单元(40)与所述控制部(20)电连接，所述第二检测单元(40)用于将由所述溢流阀(60)所控制的控制支路的压力反馈给所述控制部(20)。
5.根据权利要求1所述的负载敏感控制系统，其特征在于，所述主泵装置(10)包括主泵(11)和控制阀组，所述控制阀组控制所述主泵(11)的变量机构以改变所述主泵(11)的输出压力。
6.根据权利要求5所述的负载敏感控制系统，其特征在于，所述控制阀组包括负载反馈控制阀(12)，所述负载反馈控制阀(12)用于控制所述主泵(11)以满足所述负载回路的压力需求和流量需求。
7.根据权利要求5所述的负载敏感控制系统，其特征在于，所述控制阀组包括压力切断阀(13)，所述压力切断阀(13)用于限定所述主泵(11)的最大输出压力。
8.一种液压设备，包括液压输出装置和负载，其特征在于，所述液压输出装置包括权利要求1至7中任一项所述的负载敏感控制系统。
9.一种负载敏感控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
采用权利要求1至7中任一项所述的负载敏感控制系统；
检测所述负载敏感控制系统的负载回路的流量以及反馈压力；
将所述流量与预定值进行比较；
当所述流量大于所述预定值时，控制所述负载敏感控制系统的主泵装置(10)的输出压力大于所述反馈压力；当所述流量小于或等于所述预定值时，控制所述主泵装置(10)的输出压力等于所述反馈压力。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，当所述流量大于所述预定值时，控制所述负载敏感控制系统的主泵装置(10)的输出压力大于所述反馈压力，根据下述公式计算所述主泵装置(10)的输出压力：
p1′＝p1+JQ；
其中p1′为所述主泵装置(10)的输出压力，p1为所述负载回路的反馈压力，J为修正系数，Q为负载回路的流量。
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