CN106224280B - 一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统及其控制方法。所述控制系统包括两级叶轮、两个液压马达、逻辑控制器、两级叶轮的转速检测器、两个比例阀、两个液压变量泵和两个电磁阀，两级叶轮的转速检测器的信号输出端均与逻辑控制器的信号输入端相连接，逻辑控制器的信号输出端分别与两个比例阀的信号输入端相连，两个比例阀的信号输出端分别与其对应的液压变量泵的信号输入端相连，两个液压变量泵的信号输出端分别与其对应的电磁阀的信号输入端相连，两个电磁阀的信号输出端分别与其对应的液压马达的信号输入端相连。所述控制方法是根据对两级叶轮的实时转速值与设定的标准转速值的大小比较结果，对相应比例阀的开启度进行调节。

Description

一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统及其控制 方法

技术领域

本发明是涉及一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统及其控制方法，属于对旋风机控制技术领域。

背景技术

对旋风机是由安装在同一轴线上，旋转方向相反的两级叶轮组成的风机。由于流过对旋风机的气流在第1级后形成的旋转速度，由第2级反向旋转消除，因此省去了前、后导叶，具有结构紧凑、风机内阻小、流量大、压升高、效率高等优点，广泛应用于隧道、矿井、航空等领域。

目前对旋风机的两级叶轮分别由两台相同的电动机驱动，但采用电动机驱动的对旋风机存在体积大，质量重，特别是在移动使用中不方便等缺陷问题。中国专利文献CN201220233668.9中公开了一种矿用抽出式液压对旋风机。由于与输出功率相同的电动机相比，液压马达的重量是电动机重量的1/30～1/20，体积是其1/50～1/30，因此采用液压马达驱动的对旋风机相较于电动机驱动的对旋风机，体积仅为其1/3，重量为其1/2，大幅度缩小了外形尺寸和降低了整机重量，适宜狭窄区域的使用，显著提高了对旋风机的可移动性和适用范围，以及具有在易燃易爆区域的安全性等诸多优点。

虽然理论上，在液压系统中的两个相同的液压马达，在同等流量的条件下完全可以达到一致的输出转速，但在实际使用工况中，因受到自身液压马达，液压泵及液压阀的制造精度等影响，以及为满足现实空间位置需求而安装的液压管路的差异，均对液压系统中的两个相同的液压马达的实际转速造成巨大影响，致使两个液压马达的输出转速无法达到或接近一致，两级叶轮的转速偏差，将会导致对旋风机的启动过程时间长，启动困难，容易发生“喘振”现象等问题，以致成为液压对旋风机推广应用的瓶颈难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统及其控制方法，以促使液压对旋风机的广泛应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统，包括两级叶轮及分别驱动两级叶轮的两个液压马达；其特征在于：还包括逻辑控制器及两级叶轮的转速检测器、两个比例阀、两个液压变量泵和两个电磁阀，两级叶轮的转速检测器的信号输出端均与逻辑控制器的信号输入端相连接，逻辑控制器的信号输出端分别与两个比例阀的信号输入端相连，两个比例阀的信号输出端分别与其对应的液压变量泵的信号输入端相连，两个液压变量泵的信号输出端分别与其对应的电磁阀的信号输入端相连，两个电磁阀的信号输出端分别与其对应的液压马达的信号输入端相连。

所述转速检测器安装在待检测的叶轮上或驱动该叶轮的液压马达上或安装在所述叶轮与所述液压马达之间的传动装置上。

所述转速检测器可采用现有的红外测速仪、激光转速测速仪等以进行直接测速，也可以采用转速传感器、旋转编码器或气压传感器等(可参阅文献：三明学院学报，第29卷第2期p61-64，2012年4月)以进行间接测速。

作为优选方案，在液压变量泵与电磁阀之间设置有溢流阀。

所述比例阀为电控或液控。

所述信号为数字量或模拟量。

所述控制系统实现两级叶轮同步的控制方法，包括如下步骤：

S1)逻辑控制器分别计算或获取两级叶轮的实时转速值；

S2)逻辑控制器对两级叶轮的实时转速值与设定的标准转速值进行大小比较；

S3)逻辑控制器根据比较结果，分别输出相应比例阀的开启度调节信号。

因通过调节比例阀的开启度，可控制液压变量泵的流量大小，进而可调整液压马达的转速，因而可实现对相应叶轮转速的调整。

假设设定的叶轮标准转速值为RSn，一级叶轮的实时转速值为RS1，二级叶轮的实时转速值为RS2，调控一级叶轮的比例阀记为比例阀Ⅰ，调控二级叶轮的比例阀记为比例阀Ⅱ，逻辑控制器根据比较结果，对比例阀Ⅰ和比例阀Ⅱ的开启度的具体调节方法如下：

a)RS1＞RSn，RS2≥RSn，减小比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

b)RS1＝RSn，RS2≥RSn，比例阀Ⅰ的开启度不变，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

c)RS1＜RSn，RS2≥RSn，增大比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

d)RS2＜RS1＜RSn，比例阀Ⅰ的开启度不变，增大比例阀Ⅱ的开启度；

e)RS2＝RS1＜RSn，同时增大比例阀Ⅰ和比例阀Ⅱ的开启度；

f)RS1＜RS2＜RSn，增大比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度不变；

g)RS2＜RSn，RS1≥RSn，增大比例阀Ⅱ的开启度，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定；

h)RS2＝RSn，RS1≥RSn，比例阀Ⅱ的开启度不变，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定；

i)RS2＞RSn，RS1≥RSn，减小比例阀Ⅱ的开启度，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定。

对叶轮标准转速值的设定可根据需要进行静态设定和动态设定。

相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：

本发明通过实时检测叶轮转速并及时进行调整，从而确保了液压对旋风机的两级叶轮实现同步或类同步启动且工作时的转速能达到或接近一致，可有效避免液压对旋风机因转速偏差所导致的启动时间长、启动困难及“喘振”现象的发生；同时，本发明还可通过对叶轮标准转速值的动态设定，可实现对液压马达转速的无级调节；因此，本发明可显著提升液压对旋风机的工况适应能力及运行效率，明显拓宽了液压对旋风机的使用范围及高效运行范围，可促进液压对旋风机的广泛应用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

实施例

如图1所示，本发明提供的一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统，包括一级叶轮1a、二级叶轮1b、驱动一级叶轮1a的液压马达Ⅰ2a、驱动二级叶轮1b的液压马达Ⅱ2b、逻辑控制器3、一级叶轮的转速检测器4a、二级叶轮的转速检测器4b、比例阀Ⅰ5a、比例阀Ⅱ5b、液压变量泵Ⅰ6a、液压变量泵Ⅱ6b、溢流阀Ⅰ7a、溢流阀Ⅱ7b、电磁阀Ⅰ8a、电磁阀Ⅱ8b，一级叶轮的转速检测器4a的信号输出端和二级叶轮的转速检测器4b的信号输出端分别与逻辑控制器3的信号输入端相连接，逻辑控制器3的信号输出端分别与比例阀Ⅰ5a和比例阀Ⅱ5b的信号输入端相连；比例阀Ⅰ5a的信号输出端与其对应的液压变量泵Ⅰ6a的信号输入端相连，液压变量泵Ⅰ6a的信号输出端与其对应的溢流阀Ⅰ7a的信号输入端相连，溢流阀Ⅰ7a的信号输出端与其对应的电磁阀Ⅰ8a的信号输入端相连，电磁阀Ⅰ8a的信号输出端与其对应的液压马达Ⅰ2a的信号输入端相连；比例阀Ⅱ5b的信号输出端与其对应的液压变量泵Ⅱ6b的信号输入端相连，液压变量泵Ⅱ6b的信号输出端与其对应的溢流阀Ⅱ7b的信号输入端相连，溢流阀Ⅱ7b的信号输出端与其对应的电磁阀Ⅱ8b的信号输入端相连，电磁阀Ⅱ8b的信号输出端与其对应的液压马达Ⅱ2b的信号输入端相连。

一级叶轮的转速检测器4a可安装在一级叶轮1a上或驱动一级叶轮1a的液压马达Ⅰ2a上或安装在一级叶轮1a与液压马达Ⅰ2a之间的传动装置上；同理，二级叶轮的转速检测器4b可安装在二级叶轮1b上或驱动二级叶轮1b的液压马达Ⅱ2b上或安装在二级叶轮1b与液压马达Ⅱ2b之间的传动装置上；一级叶轮的转速检测器4a和二级叶轮的转速检测器4b均可采用现有的红外测速仪、激光转速测速仪等以进行直接测速，也可以采用转速传感器、旋转编码器或气压传感器(可参阅文献：三明学院学报，第29卷第2期p61-64，2012年4月)等以进行间接测速。

所述比例阀Ⅰ5a和比例阀Ⅱ5b可为电控或液控；所述信号可为数字量或模拟量。

本发明所述控制系统实现两级叶轮同步的控制方法，包括如下步骤：

S1)逻辑控制器分别计算或获取两级叶轮的实时转速值；

S2)逻辑控制器对两级叶轮的实时转速值与设定的标准转速值进行大小比较；

S3)逻辑控制器根据比较结果，分别输出相应比例阀的开启度调节信号。

因通过调节比例阀的开启度，可控制液压变量泵的流量大小，进而可调整液压马达的转速，因而可实现对相应叶轮转速的调整。

当液压变量泵Ⅰ6a和液压变量泵Ⅱ6b分别在动力源(图中示出的是动力源单独设置情形，即：液压变量泵Ⅰ6a由动力源9a驱动，液压变量泵Ⅱ6b由动力源9b驱动；但不限于此，也可以共用一个动力源；)驱动下开始工作时，液压变量泵Ⅰ6a使溢流阀Ⅰ7a、电磁阀Ⅰ8a、液压马达Ⅰ2a及一级叶轮1a依次开启，液压变量泵Ⅱ6b使溢流阀Ⅱ7b、电磁阀Ⅱ8b、液压马达Ⅱ2b及二级叶轮1b依次开启，从而使液压对旋风机开启工作；

一级叶轮的转速检测器4a将检测到的一级叶轮的转速信号及二级叶轮的转速检测器4b将检测到的二级叶轮的转速信号分别传输给逻辑控制器3，逻辑控制器3首先根据已有技术分别计算或转换两级叶轮的实时转速值，然后对两级叶轮的实时转速值与设定的标准转速值进行大小比较，再根据比较结果对比例阀Ⅰ5a、比例阀Ⅱ5b分别输出开启度调节信号，通过比例阀Ⅰ5a控制液压变量泵Ⅰ6a的流量大小，从而调节液压马达Ⅰ2a的转速，实现对一级叶轮1a的转速调整；同时，通过比例阀Ⅱ5b控制液压变量泵Ⅱ6b的流量大小，从而调节液压马达Ⅱ2b的转速，实现对而级叶轮1b的转速调整，达到两级叶轮的转速同步。

假设设定的叶轮标准转速值为RSn，一级叶轮的实时转速值为RS1，二级叶轮的实时转速值为RS2，调控一级叶轮的比例阀为比例阀Ⅰ，调控二级叶轮的比例阀为比例阀Ⅱ，逻辑控制器根据比较结果，对比例阀Ⅰ和比例阀Ⅱ的开启度的具体调节方法如下：

a)RS1＞RSn，RS2≥RSn，减小比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

b)RS1＝RSn，RS2≥RSn，比例阀Ⅰ的开启度不变，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

c)RS1＜RSn，RS2≥RSn，增大比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

d)RS2＜RS1＜RSn，比例阀Ⅰ的开启度不变，增大比例阀Ⅱ的开启度；

e)RS2＝RS1＜RSn，同时增大比例阀Ⅰ和比例阀Ⅱ的开启度；

f)RS1＜RS2＜RSn，增大比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度不变；

g)RS2＜RSn，RS1≥RSn，增大比例阀Ⅱ的开启度，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定；

h)RS2＝RSn，RS1≥RSn，比例阀Ⅱ的开启度不变，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定；

i)RS2＞RSn，RS1≥RSn，减小比例阀Ⅱ的开启度，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定。

对叶轮标准转速值的设定可进行静态设定和动态设定，当对叶轮标准转速值进行动态设定时，可实现对液压马达转速的无级调节，使液压对旋风机具备更宽的使用范围。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种实现液压对旋风机中两级叶轮同步的控制系统实现两级叶轮同步的控制方法，所述的控制系统包括两级叶轮及分别驱动两级叶轮的两个液压马达，还包括逻辑控制器及两级叶轮的转速检测器、两个比例阀、两个液压变量泵和两个电磁阀，两级叶轮的转速检测器的信号输出端均与逻辑控制器的信号输入端相连接，逻辑控制器的信号输出端分别与两个比例阀的信号输入端相连，两个比例阀的信号输出端分别与其对应的液压变量泵的信号输入端相连，两个液压变量泵的信号输出端分别与其对应的电磁阀的信号输入端相连，两个电磁阀的信号输出端分别与其对应的液压马达的信号输入端相连；所述控制方法包括如下步骤：

S1)逻辑控制器分别计算或获取两级叶轮的实时转速值；

S2)逻辑控制器对两级叶轮的实时转速值与设定的标准转速值进行大小比较；

S3)逻辑控制器根据比较结果，分别输出相应比例阀的开启度调节信号；

其特征在于：

假设设定的叶轮标准转速值为RSn，一级叶轮的实时转速值为RS1，二级叶轮的实时转速值为RS2，调控一级叶轮的比例阀记为比例阀Ⅰ，调控二级叶轮的比例阀记为比例阀Ⅱ，逻辑控制器根据比较结果，对比例阀Ⅰ和比例阀Ⅱ的开启度的具体调节方法如下：

a)RS1＞RSn，RS2≥RSn，减小比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

b)RS1＝RSn，RS2≥RSn，比例阀Ⅰ的开启度不变，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

c)RS1＜RSn，RS2≥RSn，增大比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度由h)或i)决定；

d)RS2＜RS1＜RSn，比例阀Ⅰ的开启度不变，增大比例阀Ⅱ的开启度；

e)RS2＝RS1＜RSn，同时增大比例阀Ⅰ和比例阀Ⅱ的开启度；

f)RS1＜RS2＜RSn，增大比例阀Ⅰ的开启度，比例阀Ⅱ的开启度不变；

g)RS2＜RSn，RS1≥RSn，增大比例阀Ⅱ的开启度，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定；

h)RS2＝RSn，RS1≥RSn，比例阀Ⅱ的开启度不变，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定；

i)RS2＞RSn，RS1≥RSn，减小比例阀Ⅱ的开启度，比例阀Ⅰ的开启度由a)或b)决定。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述转速检测器安装在待检测的叶轮上或驱动该叶轮的液压马达上或安装在所述叶轮与所述液压马达之间的传动装置上。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述转速检测器为红外测速仪、激光转速测速仪、转速传感器、旋转编码器或气压传感器。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在液压变量泵与电磁阀之间设置有溢流阀。