CN105422523A - 一种数字液压流量调节系统 - Google Patents

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王双
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Abstract

本发明公开了一种数字液压流量调节系统。动力油源分别与第一数字控制单元内的进回油换向阀的进油口和第二数字控制单元内的进回油换向阀的进油口相连接；第一数字控制单元内的进回油换向阀的回油口和第二数字控制单元内的进回油换向阀的回油口与回油箱相连接；液压缸的无杆腔与第一数字控制单元内的压力补偿器的工作油口相连，液压缸的有杆腔与第二数字控制单元内的压力补偿器的工作油口相连；控制器分别与两个数字控制单元电连接。高速开关阀采用PWM数字信号控制，控制器与高速开关阀之间没有放大板和数模转换设备；四个高速开关阀的过流面积为2倍关系，通过组合编码及进回油切换，单个数字控制单元可以实现-15Q~15Q流量可调。

Description

一种数字液压流量调节系统
技术领域
本发明涉及电液控制系统，尤其是涉及一种数字液压流量调节系统。
背景技术
高速开关阀的最早开始与上世纪50年代末的研究。70年代以后，随着计算机技术的发展和应用日益广泛，电液数字控制技术已成为实现机电一体化的重要手段，是实现对液压系统进行高速、高精度控制的理想方法。高速开关阀可以通过PMW数字信号的占空比来调节阀口的开关时间与频率。与高速开关阀相比，传统的开关阀切换时间较长，开关频率较低，无法满足高精度电液控制系统的要求。电液伺服阀虽然可以获得较高的工作精度，但抗污染能力差，且电液伺服阀加工要求较高，制造成本昂贵。而高速开关阀工作在全开或是全闭的状态。因此，压力损失小，能耗低，抗污染能力强。相比较伺服阀而言，高速开关阀工作可靠，结构简单，制造成本低，工作精度高，而且还具有较高的响应速度，较小的重复误差。高速开关阀可以实现高精度液压伺服控制，并具有体积小、控制灵活、可靠性高、抗污染能力强和价格低廉等优点，可以替代制造成本高、抗污染性差的液压伺服阀，非常适合冶金、煤炭、轧钢、锻压和工程机械等在恶劣环境使用下的设备。
然而，因为阀芯质量、液动力和频响之间的相互制约关系，单纯的高速开关阀都面临着压力低、流量小的限制，在工程机械上的应用还具有一定的局限性。为了解决高速开关阀在高压大流量场合下的应用问题，国内外学者提出采用多个高速开关阀组合进行流量调节的方案，成为目前该领域的研究热点及难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数字液压流量调节系统，采用4个高速开关阀、1个压力补偿器和1个进回油换向阀组成两组数字控制单元。利用4个高速开关阀的过流面积比形成流量编码，从而达到对执行器进出口流量可调。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明包括控制器、动力油源、回油箱、第一数字控制单元、第二数字控制单元和液压缸；动力油源分别与第一数字控制单元内的进回油换向阀的进油口和第二数字控制单元内的进回油换向阀的进油口相连接；第一数字控制单元内的进回油换向阀的回油口和第二数字控制单元内的进回油换向阀的回油口与回油箱相连接；液压缸的无杆腔与第一数字控制单元内的压力补偿器的工作油口相连，液压缸的有杆腔与第二数字控制单元内的压力补偿器的工作油口相连；控制器分别与第一数字控制单元和第二数字控制单元电连接。
所述第一数字控制单元和第二数字控制单元结构相同；均包括压力补偿器、进回油换向阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀和第四高速开关阀；进回油换向阀的工作口依次并联第四高速开关阀、第三高速开关阀、第二高速开关阀和第一高速开关阀后与压力补偿器相连；压力补偿器的控制油路分别连接在第一高速开关阀的出油口与第四高速开关阀的进油口。
所述控制器为可编程控制器，输出PWM信号，分别与第一数字控制单元和第二数字控制单元的进回油换向阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀和第四高速开关阀的电磁铁相连。
所述第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀和第四高速开关阀均为两位两通高速开关阀；所述进回油换向阀为两位三通换向阀；第一高速开关阀的过流面积为A，第二高速开关阀的过流面积为第一高速开关阀过流面积的两倍为2A，第三高速开关阀的过流面积为第二高速开关阀过流面积的两倍为4A，第四高速开关阀的过流面积为第三高速开关阀过流面积的两倍为8A。
本发明具有的有益效果是：
1.高速开关阀采用PWM数字信号控制，控制器与高速开关阀之间没有放大板和数模转换设备。
2.高速开关阀的过流面积为2倍关系，即第一高速开关阀的流量为Q，第二高速开关阀的流量为2Q，第三高速开关阀的流量为3Q，第四高速开关阀的流量为4Q，通过组合编码及进回油切换，单个数字控制单元可以实现-15Q~15Q流量可调。
3.对液压缸执行器的控制采用负载口独立控制技术，增加了控制的自由度。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明实现数字流量调节的效果图。
图中：1、控制器，2、动力油源，3、回油箱，4、第一数字控制单元，5、第二数字控制单元，6、液压缸，7、压力补偿器，8、进回油换向阀，9、第一高速开关阀，10、第二高速开关阀，11、第三高速开关阀，12、第四高速开关阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括控制器1、动力油源2、回油箱3、第一数字控制单元4、第二数字控制单元5和液压缸6；动力油源1分别与第一数字控制单元4内的进回油换向阀8的进油口和第二数字控制单元5内的进回油换向阀8的进油口相连接；第一数字控制单元4内的进回油换向阀8的回油口和第二数字控制单元5内的进回油换向阀8的回油口与回油箱3相连接；液压缸6的无杆腔与第一数字控制单元4内的压力补偿器7的工作油口相连，液压缸6的有杆腔与第二数字控制单元5内的压力补偿器7的工作油口相连；控制器1分别与第一数字控制单元4和第二数字控制单元5电连接。
如图1所示，所述第一数字控制单元4和第二数字控制单元5结构相同；均包括压力补偿器7、进回油换向阀8、第一高速开关阀9、第二高速开关阀10、第三高速开关阀11和第四高速开关阀12；进回油换向阀8的工作口依次并联第四高速开关阀12、第三高速开关阀11、第二高速开关阀10和第一高速开关阀9后与压力补偿器7相连；压力补偿器7的控制油路分别连接在第一高速开关阀9的出油口与第四高速开关阀12的进油口。
如图1所示，所述控制器1为可编程控制器，输出PWM信号，分别与第一数字控制单元4和第二数字控制单元5的进回油换向阀8、第一高速开关阀9、第二高速开关阀10、第三高速开关阀11和第四高速开关阀12的电磁铁相连。
所述第一高速开关阀9、第二高速开关阀10、第三高速开关阀11和第四高速开关阀12均为两位两通高速开关阀；所述进回油换向阀8为两位三通换向阀；第一高速开关阀9的过流面积为A，第二高速开关阀10的过流面积为第一高速开关阀9过流面积的两倍为2A，第三高速开关阀11的过流面积为第二高速开关阀10过流面积的两倍为4A，第四高速开关阀12的过流面积为第三高速开关阀11过流面积的两倍为8A。在同一时刻，第一高速开关阀9的流量为Q，第二高速开关阀10的流量为2Q，第三高速开关阀11的流量为4Q，第四高速开关阀12的流量为8Q。
如图2所示，是本发明实现数字流量调节的效果图，其工作原理为：
第一数字控制单元4和第二数字控制单元5的编码采用二进制编码，第一高速开关阀9为二进制第一位，第二高速开关阀10为二进制第二位，第三高速开关阀11为二进制第三位，第四高速开关阀12为二进制第四位。进回油换向阀8控制液压油流动的方向，为编码的正负。因此第一数字控制单元4和第二数字控制单元5流量控制的二进制编码为-1111~1111。
当第一数字控制单元4和第二数字控制单元5的高速开关阀9，10，11，12均处于关闭状态即第一数字控制单元4和第二数字控制单元5的二进制编码为0000的时候，系统保压，液压缸6固定位置不动。
当液压缸6向右移动时，第一数字控制单元4的进回油换向阀8置于左位，第二数字控制单元5的进回油换向阀8置于右位。通过调节高速开关阀的通断控制液压缸6向右移动的速度，根据第一数字控制单元4和第二数字控制单元5二进制编码的不同，流量调节范围为Q~15Q，对应的第一数字控制单元4的编码为0001~1111，第二数字控制单元5的编码为-0001~-1111。
当液压缸6向左移动时，第一数字控制单元4的进回油换向阀8置于右位，第二数字控制单元5的进回油换向阀8置于左位。通过调节高速开关阀的通断控制液压缸6向左移动的速度，根据第一数字控制单元4和第二数字控制单元5二进制编码的不同，流量调节范围为Q~15Q，对应的第一数字控制单元4的编码为-0001~-1111，第二数字控制单元5的编码为0001~1111。
第一数字控制单元4和第二数字控制单元5中的压力补偿器7的控制油路分别连接在第一高速开关阀9的出油口与第四高速开关阀12的进油口。通过补偿第一高速开关阀9到液压缸6的压差，使得第一高速开关阀9的出油口与第四高速开关阀12的进油口之前的压力维持恒定，第一数字控制单元4和第二数字控制单元5的流量调节只与高速开关阀9，10，11，12的编码有关，与负载无关。
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 (4)

1.一种数字液压流量调节系统，其特征在于：包括控制器（1）、动力油源（2）、回油箱（3）、第一数字控制单元（4）、第二数字控制单元（5）和液压缸（6）；动力油源（1）分别与第一数字控制单元（4）内的进回油换向阀的进油口和第二数字控制单元（5）内的进回油换向阀的进油口相连接；第一数字控制单元（4）内的进回油换向阀的回油口和第二数字控制单元（5）内的进回油换向阀的回油口与回油箱（3）相连接；液压缸（6）的无杆腔与第一数字控制单元（4）内的压力补偿器的工作油口相连，液压缸（6）的有杆腔与第二数字控制单元（5）内的压力补偿器的工作油口相连；控制器（1）分别与第一数字控制单元（4）和第二数字控制单元（5）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种数字液压流量调节系统，其特征在于：所述第一数字控制单元（4）和第二数字控制单元（5）结构相同；均包括压力补偿器（7）、进回油换向阀（8）、第一高速开关阀（9）、第二高速开关阀（10）、第三高速开关阀（11）和第四高速开关阀（12）；进回油换向阀（8）的工作口依次并联第四高速开关阀（12）、第三高速开关阀（11）、第二高速开关阀（10）和第一高速开关阀（9）后与压力补偿器（7）相连；压力补偿器（7）的控制油路分别连接在第一高速开关阀（9）的出油口与第四高速开关阀（12）的进油口。
3.根据权利要求1所述的一种数字液压流量调节系统，其特征在于：所述控制器（1）为可编程控制器，输出PWM信号，分别与第一数字控制单元（4）和第二数字控制单元（5）的进回油换向阀（8）、第一高速开关阀（9）、第二高速开关阀（10）、第三高速开关阀（11）和第四高速开关阀（12）的电磁铁相连。
4.根据权利要求2所述的一种数字液压流量调节系统，其特征在于：所述第一高速开关阀（9）、第二高速开关阀（10）、第三高速开关阀（11）和第四高速开关阀（12）均为两位两通高速开关阀；所述进回油换向阀（8）为两位三通换向阀；第一高速开关阀（9）的过流面积为A，第二高速开关阀（10）的过流面积为第一高速开关阀（9）过流面积的两倍为2A，第三高速开关阀（11）的过流面积为第二高速开关阀（10）过流面积的两倍为4A，第四高速开关阀（12）的过流面积为第三高速开关阀（11）过流面积的两倍为8A。
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