CN104564862A - 一种组合式泵控缸电液控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式泵控缸电液控制系统。它包括多个液压泵，小流量溢流阀，大流量溢流阀，小流量比例换向阀，大流量电磁阀换向阀，多个单向锥阀和多个二位二通电磁阀组成。小流量比例换向阀与第一个泵出油口相通，用于精确第一个控制泵的流量；大流量电磁换向阀与其它泵的公共出油口相通，仅仅起到换向作用，其它泵的排油与否受控于与其相连的二位二通电磁阀的通断。整个系统进入液压缸工作腔的液压油流量可以所有泵的流量之和的数值内任意变化，并且最终的流量控制精度取决于小流量比例阀的控制精度。本发明能够有效地解决大流量伺服、比例电液控制系统中的压力损失大和频响低等不足，同时达到大幅节能效果。

Description

一种组合式泵控缸电液控制系统

技术领域

本发明涉及一种组合式泵控缸电液控制系统。更准确地说，涉及一种利用多个液压泵精确控制液压缸输出位置和速度的液压系统。

背景技术

当前的电液控制系统广泛使用比例阀或者伺服阀等元器件实现伺服、比例控制，但是这类技术方案有着明显的不足：

1.压力损失大，能量利用效率低。由于阀控方案的基本原理是采用节流调速原理，其缺点就是存在节流损失，能量消耗大，系统发热严重，造成液压系统不稳定或者发生故障。特别是对大流量比例伺服系统而言，压力损失尤为严重。

2.大流量时频响低。对大流量比例伺服系统而言，由于液动力较大，比例阀或者伺服阀的控制需要利用多级先导阀来实现，其频率响应很难满足实际工作要求。

为了避免阀控系统的上述两个方面的不足，泵控缸技术应运而生。它采用容积调速的方式来控制液压缸的位置和速度，具有节能、高效、响应快等优势。此外，泵控缸系统易于设计成闭式系统，从而可以实现移动式布置和控制，是一种实现液压技术节能环保的有效途径，也是电液技术的发展方向之一。

发明内容

本发明提出了一种组合式泵控缸电液控制系统。其主要目标是实现大负载的高频响、大流量比例控制，取代现有的伺服阀、比例阀或者数字缸方案。避免了大流量伺服、比例电液控制系统中的压力损失大和频响低等不足，同时达到大幅节能的效果。

为了实现上述技术特点，本发明采取如下技术方案：本发明提出的泵控缸电液控制系统包含多个排量不同的液压泵（泵的个数可以根据具体应用决定，本发明将以6个液压泵为例进行说明，编号为A-F），小流量溢流阀，小流量比例阀，大流量电磁阀换向阀，大流量安全阀，5个单向锥阀和5个二位二通电磁阀组成。

所述的6个液压泵额定压力相同，这六个泵可由两个电机拖动，电机转速恒定。液压泵的类型可以根据具体应用场合来选取，一般以柱塞泵性能最为有益。

所述6个泵的流量取值分别为：泵A的流量为q，泵B-F的流量分别为q, 2q, 4q, 8q和16q，则系统最大的流量为6个泵的流量总和即：32q。如果系统所需流量为200lpm，则泵A的流量可取6.25lpm。

所述泵A输出的压力油经小流量比例阀进入液压缸工作腔；泵B-F的出口均接有二位二通截止式电磁阀与单向锥阀，泵B-F的输出压力油共同经大流量电磁换向阀进入液压缸工作腔。

所述一个小流量溢流阀接在泵A出油口，大流量安全阀接在泵B-F的公共出油口，作溢流阀和安全阀使用。

所述6个泵的吸油口与液压缸回油口均与油箱连通。

所述液压缸上带位移传感器（针对位置控制系统）或者速度、加速度传感器（针对速度控制系统）。基于液压缸上传感器的反馈，通过快速调整液压缸的供油量，以容积调速的方式来控制液压缸的位置和速度。

所述的二位二通截止式电磁阀，当其截至时，液压油会打开单向阀，压力油正常排出，且阻力很小。当其接通时，压力油直接回油箱（压力损失很小），单向阀关闭，则该泵的运行状态不影响其它泵的运行。

所述的小流量比例换向阀与泵A出油口相通，用于精确控制泵A的流量（流量变化为0-q之间）；大流量电磁换向阀与泵B-F的公共出油口相通，仅仅起到换向作用，泵B-F的公共出油口的流量取决于这5个泵排油与否（流量变化为q-31q之间的整数）。故整个系统进入液压缸工作腔的液压油流量在小于32q的数值内任意变化，并且最终的流量控制精度取决于小流量的比例阀的控制精度。

所述的泵控缸系统工作时，电机一直带动液压泵匀速转动。当某个液压泵不需要向液压缸供油时，其出油口被接回油箱，且回油箱的阻力损失很小，因而相应的能耗也很小。而当需要其向液压缸供油时，只需给二位二通截止式电磁阀一个激励信号。因此其响应取决于电磁阀的响应速度，而与电机和泵的动态响应无关。由于流量的控制是由小流量比例阀换向阀和电磁阀的动作实现的，而电磁阀和比例阀的都可以实现快速响应，从而可以使得进入液压缸的流量变化对电信号的输入响应非常快，从而满足高频响控制的要求。当系统所需流量更大时，只需增加一个或多个类似的泵和相应的电磁阀和单向锥阀即可，系统的整体性能几乎不受影响，因而非常适于大流量的情况。

本发明涉及的泵控缸电液控制系统主要有以下几个优点：

1.整个系统可以实现流量从零到最大流量的无级可调，最大流量取决于整个预设空间可以放下多少个液压泵。流量控制精度取决于小流量电液比例阀的控制精度。

2.由于小流量比例阀不需要多级先导阀，直接采用直动式即可，因此其压力损失小。而系统工作时，只有q的流量受到比例阀控制，其余31q均由电磁换向阀进入油缸，因此系统压力损失非常小，大幅节能。

3.如前述，采用小流量比例阀可以采用直动式，则其频响可以非常高，而二位二通电磁阀同样可以达到很高的响应频率，因此整个系统也可以达到很高的频响，克服了传统大流量比例控制系统的频率响应低的困难。

4.系统完全基于已有的标准液压元器件，结构非常简单，成本低，只是使用了新的控制策略。

5.工作压力为泵B-F本身的输出压力,泵A的输出压力要高于其他泵的工作压力，使得经过小流量比例阀后的压力与其他泵的输出压力一致；

6.液压泵的个数可以根据需要和具体布置要求而定。

7.在系统控制精度要求较高，且额定流量较小的情况下，可将泵A改为由伺服电机驱动，实现泵A的流量数字控制，从而不必采用比例阀，进一步减少压力损失，节能性提高。

附图说明

 图1为本发明组合式泵控缸电液控制系统的示意图。

具体实施方式

下面通过示意图来说明本发明的设计思想。

如图1所示，本发明的泵控缸电液控制系统由六个液压泵，编号为A-F，小流量溢流阀1，小流量比例换向阀2，液压缸3，大流量电磁换向阀4，安全阀5，5个单向锥阀6，5个二位二通截止式电磁阀7，以及油箱组成。

整个系统的结构为：泵A，泵C，泵F由一个电机拖动，泵B，泵D，泵E由另外一个电机拖动；泵A出口与小流量溢流阀1和小流量比例换向阀2相连；泵B-F出油口接有二位二通截止式电磁阀7和单向锥阀6，最终经由大流量电磁换向阀4进入液压缸3工作腔中，安全阀5接在大流量电磁换向阀4前面，起到安全阀的作用。

整个泵控缸电液系统工作时，两个电机一直带动液压泵A-F匀速转动。泵A-F的流量分别为q，q, 2q, 4q, 8q和16q。系统流量通过6个泵的流量叠加来实现，0-q的流量变化由小流量比例换向阀1控制，q-31q由二位二通电磁阀的动作来控制。

当某个液压泵不需要向液压缸供油时，其出油口被接回油箱，而当需要其向液压缸供油时，只需给二位二通截止式电磁阀7施加激励信号，电磁阀7处于截止状态，压力油直接顶开单向锥阀6，则该泵处于排油状态。例如，若系统所需流量为25.4q，液压缸3活塞杆向右运动。则可以通过以下组合实现：0.4q（泵A）+1q（泵B）+ 8q（泵E）+16q（泵F）。相应的阀状态为：小流量比例阀控制的输出流量为0.4q。与泵B、E、F相连的电磁阀受激励信号作用而截止，其余导通，直接回油至油箱，同时电磁换向阀3处于右位，则泵B、E、F正常排油，并与泵A输出的压力油汇合。

本发明能够有效解决大流量伺服、比例电液执行系统中的压力损失大和频响低等缺陷，同时达到大幅节能效果。

Claims (5)

1.一种组合式泵控缸电液控制系统，包含n个排量不同的液压泵，小流量溢流阀，小流量比例阀，大流量电磁阀换向阀，大流量安全阀，n-1个单向锥阀和n-1个二位二通电磁阀，其特征在于：

第一个泵输出的压力油经小流量比例阀进入液压缸工作腔；其余n-1个泵出油口均接有一个二位二通截止式电磁阀与一个单向锥阀，它们的输出压力油共同经大流量电磁换向阀进入液压缸工作腔；

所述的二位二通截止式电磁阀，当其截至时，液压油会打开对应的单向阀，压力油正常排出，且阻力很小；当其接通时，压力油直接回油箱，单向阀关闭；

所述的小流量比例换向阀用于精确第一个控制泵的流量；大流量电磁换向阀起到换向作用；所述的小流量溢流阀接在第一个泵出油口，大流量安全阀接其它泵的公共出油口；

所述液压缸上带位移传感器或者速度、加速度传感器，基于液压缸上传感器的反馈，通过快速调整液压缸的供油量，以容积调速的方式来控制液压缸的位置和速度。

2.根据权利要求1所述的一种组合式泵控缸电液控制系统，其特征在于：所述的小流量比例换向阀采用直动式小流量比例换向阀。

3.根据权利要求1所述的一种组合式泵控缸电液控制系统，其特征在于：当第一个泵采用伺服电机驱动时，则小流量比例换向阀可省去。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种组合式泵控缸电液控制系统，其特征在于：所述的液压泵采用柱塞泵，共有六个，六个柱塞泵额定压力相同，由两个电机拖动，电机转速恒定。

5.根据权利要求4所述的一种组合式泵控缸电液控制系统，其特征在于：所述六个柱塞泵的流量取值分别为：第一个柱塞泵的流量为q，其它五个柱塞泵的流量分别为q, 2q, 4q, 8q和16q，则系统最大的流量为六个泵的流量总和即：32q。