CN107542729B - 一种复合控制式液压泵及复合液压控制系统 - Google Patents

Abstract

一种复合控制式液压泵及复合液压控制系统，液压泵，与泵本体内斜盘连接的变量油缸中设有弹簧，变量油缸的活塞杆与电磁比例阀的阀套连接；电磁比例阀的P口、流量控制阀的P口、泵本体出口和变量油缸有杆腔相连通；流量控制阀的左控口、P口相连通；泵壳体上设有出、进和反馈口；电磁比例阀的A口、流量控制阀的A口分别连接至切换阀的P口、T口；切换阀的A口通过恒压控制阀连接至变量油缸的无杆腔，切换阀由电磁比例阀的B口液控或电控。系统，包括变量泵和多个由执行元件和负载敏感阀组成的执行单元，控制器连接电磁比例阀和负载敏感阀。该变量泵能解决电气元件老化加速问题，能延长使用寿命，该系统能自动切换于容积和负载敏感控制模式。

Description

一种复合控制式液压泵及复合液压控制系统

技术领域

本发明涉及变量泵及液压控制技术领域，具体涉及一种复合控制式液压泵及复合液压控制系统。

背景技术

随着装备制造技术的发展，对液压系统在轻量化、能量利用效率、多执行元件复合操作等方面的要求越来越高。在现有的液压系统中，变量泵容积控制系统和负载敏感节流控制系统由于各自的优势均得到了广泛的应用。

典型的变量泵容积控制系统中，电比例排量泵将油箱中液压油通过电磁换向阀供给液压缸。其中电磁换向阀受控制器的控制进行开关动作。液压缸不需要动作时，控制器将电磁换向阀关闭，同时将电比例排量泵的排量变为零。液压缸需要动作时，控制器将电磁换向阀打开，同时按系统需要将电比例排量泵的排量调整至合适大小。电比例排量泵的排量变化就控制了液压缸的速度大小。因电磁换向阀仅起到控制运动与否和方向，而没有节流作用，所以，容积控制系统中从泵的出口到执行元件的压力损失较小，系统的能量利用效率较高。但是，变量泵容积控制系统存在着一个缺点，在任一时刻，一个液压泵只能对应一个工作的执行元件，换言之，对于多个执行元件复合动作，每一个执行元件都需要一个单独的液压泵进行控制。这样，在系统中存在多个执行元件时，需要配置多个液压泵，增加了设计和制造成本。

典型的负载敏感节流控制系统中，负载敏感泵将油箱中液压油分别送给多个负载敏感阀。每个负载敏感阀单独控制一个液压缸。多个液压缸之间通过梭阀来对最大负载压力信号进行比较，并将较大的一个信号反馈给负载敏感泵。控制器用于根据系统需要控制负载敏感阀的开度和方向。每个负载敏感泵内置有流量控制阀，流量控制阀可以调节负载敏感泵的压力仅比负载高出一个设定好的恒定值。由此，相对常规定量泵溢流阀回路而言，负载敏感系统可以减少能量浪费。负载敏感系统中使用的负载敏感阀，可以像常规的比例阀一样根据控制器的电信号控制油液方向和阀口的开度。同时，负载敏感阀内部集成了用于使对应的阀口前后压差恒定的压力补偿阀。此恒定的压差用于保证阀口的通流量只和阀口通流面积成正比，且此压差要小于负载敏感泵内部的流量控制阀设定的压差。这样，负载敏感系统就具备了各个执行元件的动作不受各自不同负载大小的影响。

事实上，液压系统并不是一直工作在多个执行机构同时工作的工况下。很多时候，液压系统中仅有一个执行机构在工作。当系统中只有一个执行机构运动时，就不存在多个执行元件相互影响速度的问题。然而，此时负载敏感阀内的压力补偿阀仍然起作用，以保持换向阀前后的压差为一恒定值。这时，负载敏感泵内置的流量控制阀也使泵出口的压力和负载保持一个恒定值。在这种情况下，负载敏感阀内置的压力补偿阀和负载敏感泵内置的流量控制阀就构成了双重补偿，这导致了严重的节流损失，换言之，压力补偿阀成了多余的浪费能量的元件。

为了解决负载敏感节流控制系统中只有一个执行机构动作时能量的浪费问题，现有技术中又发展了一种融合负载敏感节流控制和容积控制功能的变量泵，其在当液压系统中只有一个液压执行元件工作时，液压系统中的负载敏感阀开至最大开口，复合变量泵处于比例变量工作模式，即系统为容积控制模式。通过控制泵的排量来控制系统的流量，进而控制液压执行元件的工作速度。当液压系统中有多个液压执行元件同时工作时，复合变量泵处于负载敏感工作模式，即系统为负载敏感节流控制模式。不论几个液压执行元件在工作，复合变量泵的工作压力超过一定压力时，复合变量泵在恒压控制阀的作用下将排量减小，避免节流损失。但是其存在以下问题，当泵工作在负载敏感控制方式时，需要电比例阀输入最大电流，才能保证输出正常的输出，否则会不能实现容积控制模式，而电器元件长期工作在最大电流状态，会造成电气元件的老化加速，进而会使电磁阀的寿命严重降低。这样容易造成泵的工作状态不稳定。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种复合控制式液压泵，该变量泵既能为容积控制液压系统进行供能，又能为负载敏感控制液压系统进行供能，其能在负载敏感控制液压系统中解决其内置的流量控制阀所引起的节流损失问题，且其在为负载敏感控制液压系统供能时避免因长时间对电磁比例长时间供电所引起的电气元件老化加速问题，能延长泵的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合控制式液压泵，包括壳体，位于壳体内的泵本体、变量控制油缸、电磁比例阀和流量控制阀；变量控制油缸的有杆腔内的活塞杆外部套设复位弹簧，变量控制油缸的活塞杆端部与泵本体内的斜盘的一个端部连接，变量控制油缸的活塞杆端部还通过反馈杆与所述电磁比例阀的阀套相连接；电磁比例阀的P口和流量控制阀的P口之间的连接节点通过管路连接至泵本体的出油口；流量控制阀的左位控制口通过管路连接至其P口；

所述壳体上设有通过管路连接到泵本体的出油口的B口、通过管路连接到泵本体进油口的S口、通过管路连接到流量控制阀的弹簧腔的X口；

还包括切换阀和恒压控制阀，电磁比例阀和流量控制阀之间的连接节点还通过管路与变量控制油缸的有杆腔连接；电磁比例阀的A口和B口分别通过管路连接至切换阀的P口和左位控制口；流量控制阀的A口通过管路连接至切换阀的T口；切换阀的A口通过管路连接至恒压控制阀的T口，恒压控制阀的A口通过管路连接到变量控制油缸的无杆腔；

恒压控制阀的P口及其上位控制口之间的连接节点与电磁比例阀和流量控制阀之间的连接节点相连接。

在该技术方案中，该变量泵在装配于具有多个执行元件的液压系统中时，能自动地根据执行元件为单个或多个而自动地切换于容积控制模式和负载敏感控制模式。从而可以使液压系统效率更高，更加节能。当其应用于具有多个执行元件的液压系统中时，能保证多个执行机构之间的动作互不干扰。同时，在负载敏感控制模式下，不需要对电磁比例阀进行供电，从而不仅能避免电气元件因长期供电而引起的老化加速的问题，能有效延长电磁比例阀的使用寿命，进而能延长变量泵的使用寿命，而且还能在负载敏感控制模式下实现节能的目的。

本发明还提供一种复合液压控制系统，该系统能在液压系统中仅有一个执行元件时具有更高的效率，能有效节省能耗，还能在负载敏感控制模式时，保证多个执行元件的相互不干扰，同时，在负载敏感控制模式下还不需要对电磁比例阀进行长时间最大电流的供应，从而能有延长电磁比例阀的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种复合液压控制系统，包括变量泵、控制器和至少两个负载执行单元，所述负载执行单元由液压执行元件、与液压执行元件连接的负载敏感阀和用于控制负载敏感阀动作的控制手柄组成，所述控制器分别与电磁比例阀、控制手柄和负载敏感阀连接；

变量泵的B口通过管路与负载执行单元中的负载敏感阀的进油口连接，两个负载执行单元中的负载敏感阀的出油口通过梭阀比较后输出至变量泵的X口，变量泵的S口通过管路连接到油箱。

进一步，所述变量泵的壳体上设有泄露用的L口。

在该技术方案中，能在系统只有一个执行元件工作时，使变量泵自动切换于容积控制模式下，将负载敏感阀开至最大开口，既能通过电磁比例阀来控制泵的排量，从而控制系统的流量，避免了流量控制阀调节过程中的节流损失问题，能使执行元件的反应更灵敏，工作过程中的能量利用效率更高。当系统中有多个执行元件同时工作时，能使变量泵自动切换于负载敏感控制模式，以通过流量控制阀感知负载反馈的信号来进行泵排量的自动调节，能保证多个执行机构之间的动作互不干扰。整个过程不需要电磁比例阀通电，不仅能避免电磁比例阀因长时间通电而引起老化加速的问题，还能达到节省电能的目的。同时，该系统工作在容积控制模式和负载敏感控制模式是自动进行的。从而该液压系统无论工作在容积控制模式，还是工作在负载敏感控制模式下，均能使系统的效率更高，更节能。

附图说明

图1是本发明中复合变量泵的液压原理图；

图2是本发明中的复合液压控制系统的液压原理图；

图3为本发明中的复合液压控制系统工作在容积控制模式下处于平衡位置时的液压原理图；

图4为本发明中的复合液压控制系统工作在容积控制模式下排量变大的液压原理图；

图5为本发明中的复合液压控制系统工作在容积控制模式下排量变小的液压原理图；

图6为本发明中的运复合液压控制系统工作在负载敏感控制模式下处于平衡位置时的液压原理图；

图7为本发明中的复合液压控制系统工作在负载敏感控制模式下排量变大的液压原理图；

图8为本发明中的复合液压控制系统工作在负载敏感控制模式下排量变小的液压原理图。

图中：1、泵本体；2、斜盘；3、复位弹簧；4、变量控制油缸；5、反馈杆；6、电磁比例阀；7、切换阀；8、流量控制阀；9、壳体；10、恒压控制阀；11、液压执行元件，12、负载敏感阀，13、梭阀，14、控制器，15、变量泵,16、控制手柄。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种复合控制式液压泵，包括壳体9，位于壳体9内的泵本体1、变量控制油缸4、电磁比例阀6和流量控制阀8；变量控制油缸4的有杆腔内的活塞杆外部套设复位弹簧3，变量控制油缸4的活塞杆端部与泵本体1内的斜盘2的一个端部连接，变量控制油缸4的活塞杆端部还通过反馈杆5与所述电磁比例阀6的阀套相连接；电磁比例阀6的P口和流量控制阀8的P口之间的连接节点通过管路连接至泵本体1的出油口；流量控制阀8的左位控制口通过管路连接至其P口；

所述壳体9上设有通过管路连接到泵本体1的出油口的B口、通过管路连接到泵本体1进油口的S口、通过管路连接到流量控制阀8的弹簧腔的X口；

还包括切换阀7和恒压控制阀10，电磁比例阀6和流量控制阀8之间的连接节点还通过管路与变量控制油缸4的有杆腔连接；电磁比例阀6的A口和B口分别通过管路连接至切换阀7的P口和左位控制口；流量控制阀8的A口通过管路连接至切换阀7的T口；切换阀7的A口通过管路连接至恒压控制阀10的T口，恒压控制阀10的A口通过管路连接到变量控制油缸4的无杆腔；

恒压控制阀10的P口及其上位控制口之间的连接节点与电磁比例阀6和流量控制阀8之间的连接节点相连接。电磁比例阀6的T口、流量控制阀8的T口的出油均直接排入壳体9的集油腔中。

一种复合液压控制系统，包括变量泵15、控制器14和至少两个负载执行单元，所述负载执行单元由液压执行元件11、与液压执行元件11连接的负载敏感阀12和用于控制负载敏感阀12动作的控制手柄16组成，所述控制器14分别电磁比例阀6、控制手柄16和负载敏感阀12；

变量泵15的B口通过管路与负载执行单元中的负载敏感阀12的进油口连接，两个负载执行单元中的负载敏感阀12的出油口通过梭阀13比较后输出至变量泵15的X口，变量泵15的S口通过管路连接到油箱。

所述变量泵15的壳体9上设有泄露用的L口。

下面说明本发明的工作原理：

在系统压力达不到恒压控制阀10的设定压力时，恒压控制阀10在其下位弹簧的作用下始终工作在下位，其A口和T口处于接通状态，P口处于关断状态。

控制器14检测各个负载执行单元中的控制手柄16的动作情况，当操作人员操作控制手柄16来控制相应的液压执行元件11动作时，相应的控制手柄16会发出一个动作电信号给控制器14，控制器14根据收到的动作电信号数量来判断是有一个控制手柄16动作还是有多个控制手柄16动作，来判别液压系统应该工作在容积控制模式还是应该工作在负载敏感控制模式。当仅有一个控制手柄16发出动作电信号给控制器14时，控制器14控制系统工作在容积控制模式，当有多个控制手柄16发出动作电信号给控制器14时，控制器14控制系统工作在负载敏感控制模式。

一、当系统工作在容积控制模式(电比例控制模式)时。即仅有一个执行机构工作时，泵的排量大小与电磁比例阀6的控制电流成正比。如图3所示，图中省略了其他没有动作的执行元件及相关回路。控制器14给相应的负载敏感阀发送信号。控制器14给负载敏感阀12以最大控制电流，该阀阀口全开。此时，负载敏感阀12内置的压力补偿阀亦全开，故整个负载敏感阀12仅起方向控制作用，控制液压执行元件(液压缸)11的伸缩动作，无节流作用，压力损失很小。因为负载敏感阀12的前后压力损失小，所以泵出口的压力与负载反馈压力很接近，故，泵的流量控制阀8在右侧弹簧的作用下始终于右位工作，即该阀的A到T口全开，P到A口完全关闭。液压执行元件(液压缸)11的动作快慢仅取决于通过负载敏感阀12的流量，也就是泵的输出流量，即泵的排量大小。泵的排量大小由控制器14输出给电磁比例阀6的电流决定。系统稳定工作时，电磁比例阀6稳定工作在平衡位置下。具体变量过程如下：

1)排量变大的变化过程，如图3和图4所示。电磁比例阀6得到电流信号逐渐变大，电磁铁的力增大，阀芯克服弹簧的弹力被向右推动，电磁比例阀6逐渐工作在左位，阀的P口与A口逐渐关闭，B口与T口关闭，P口与B口接通，T口与A口逐渐连通，电磁比例阀6的P口进油经过B口供给切换阀7的左位控制口，切换阀7的阀芯被逐渐向右推动，切换阀7逐渐工作在左位，其A口与P口逐渐接通，T口与A口逐渐关闭。变量控制油缸4无杆腔中的部分油液通过切换阀7的A到P口流出，再经过电磁换向阀6的A口和T口，流入泵的壳体9中，最后，经L口回油箱。变量控制油缸4在左侧复位弹簧3的作用下向右移动，泵的排量逐渐变大。与此同时，反馈杆5在变量控制油缸4的带动下也向右移动，从而拖动电磁比例阀6的阀套向右运动，故，电磁比例阀6的P口到B口逐渐关小，直到变量控制油缸4稳定在一个固定位置，电磁比例阀6达到新的平衡位置。此时，泵的排量也就稳定了。这就是泵的排量随着控制信号减小而增大的过程。

2)排量变小的变化过程，如图3和图5所示。当控制器14输出给电磁比例阀6的电流减小时，电磁铁的力减小，阀芯在右侧弹簧的作用下向左运动，电磁比例阀6的阀芯逐渐向左移，其工作接近右位，其P口与B口之间的通路逐渐关小，P口与A口逐渐连通，切换阀7的左位控制口仍然不能泄载，切换阀7依然工作在左位，其P口与A口仍然连通。泵出口的高压油液通过电磁比例阀6中P口至A口之间的通路、再经切换阀7的P口至A口之间的通路进入变量控制油缸4右侧的腔体。变量控制油缸4压缩复位弹簧3向左移动，泵的排量逐渐减小。与此同时，反馈杆5在变量控制油缸4的带动下也向左移动，从而拖动电磁比例阀6的阀套向左运动，故，电磁比例阀6的B口到P口逐渐接通，直到变量控制油缸4稳定在一个固定位置，电磁比例阀6达到新的平衡位置。此时，泵的排量也就稳定了。这就是泵的排量随着控制信号增大而减小的过程。

二、负载敏感节流控制模式：当液压系统中有多个执行元件工作时，如图6所示，图中仅画出了两个液压缸作为示意，控制器14对电磁比例阀6断开电流的供应，使弹簧力作用于电磁比例阀6的阀芯，保证变量控制油缸4中活塞在任意位置时电磁比例阀6稳定工作在右位。切换阀7的左位控制口通过电磁比例阀6的B口和T口之间的油路连通到油箱，因此切换阀7在其右侧弹簧的作用下始终工作在右位，其A口与T口接通，其P口关断。该模式下负载的压力信号通过梭阀13比较并得出最高压力信号，并通过泵的壳体9上的X口反馈作用在流量控制阀8的右侧。系统稳定工作时，泵出口的压力与流量控制阀8右侧的最高负载压力和弹簧力相平衡，流量控制阀8稳定工作平衡在中间位置下，泵的排量大小与系统中的负载敏感阀12的开口总面积成正比。此时系统为负载敏感节流控制，具体的变量过程如下：

A、排量变大的变化过程，如图6和图7所示。当系统中一个或多个负载敏感阀12的控制信号变大时，其开口面积增大。此时负载并未发生变化，故流量控制阀8右侧的作用力没有发生改变。阀的开口面积增大而泵的流量没有发生变化，故其压力损失变小，故泵出口的压力降低。流量控制阀8的阀芯在右侧合力的作用下向左运动，流量控制阀8逐渐工作在右位，阀的P口与A口逐渐关闭，A口与T口逐渐打开。这样，变量控制油缸4右侧的腔体中的部分油液通过切换阀7的A到T口，再通过流量控制阀8的A到T口，流入泵的壳体9，最后，经L口回油箱。变量控制油缸4在左侧复位弹簧3的作用下向右移动，泵的排量逐渐变大。与此同时，泵输出的流量增大，通过负载敏感阀的流量增大，其阀口的压力损失也增大，故泵出口的压力逐渐升高。流量控制阀8的阀芯受力逐渐平衡，朝着平衡位置移动，阀的A到T口逐渐关小，直到变量控制油缸4稳定在一个固定位置，流量控制阀8达到新的平衡位置。此时，泵的排量也就稳定了。这就是泵的排量随着控制信号增大而增大的过程。

B、排量变小的变化过程，，如图6和图8所示。当系统中一个或多个负载敏感阀的控制信号变小时，其开口面积减小。此时负载并未发生变化，故流量控制阀8右侧的作用力没有发生改变。阀的开口面积减小而泵的流量没有发生变化，故其压力损失增大，故泵出口的压力升高。流量控制阀8的阀芯在左侧泵的出口压力的作用下向右运动，流量控制阀8逐渐工作在左位，阀的A口与P口逐渐打开，T口与A口逐渐关闭。最极端的情况下，P口与A口完全无节流打开，A口与T口仅保留一个极小的缝隙维持系统稳定。同时，泵出口的高压油液通过流量控制阀8的P到A口流出，经过切换阀7的T到A口，进入变量控制油缸4右侧的腔体。变量控制油缸4压缩复位弹簧3并向左移动，泵的排量逐渐减小。与此同时，泵输出的流量减小，通过负载敏感阀的流量减小，其阀口的压力损失也减小，故泵出口的压力逐渐降低。流量控制阀8的阀芯受力逐渐平衡，朝着平衡位置移动，阀的P到A口逐渐关小，直到变量控制油缸4稳定在一个固定位置，流量控制阀8达到新的平衡位置。此时，泵的排量也就稳定了。这就是泵的排量随着控制信号减小而减小的过程。

在系统压力达到或超过恒压控制阀10的设定压力时，泵出口高压油作用于恒压控制阀10的上位控制口并克服其下位弹簧的作用力，使阀芯向下推动，恒压控制阀10工作在上位，其A口和P口处于接通状态，T口处于关断状态。泵出口高压油直接通过恒压控制阀10的P口和A口进入变量控制油缸4的无杆腔，推动变量控制油缸4中的活塞杆向左移动，压缩复位弹簧3，泵的排量逐渐减小。

Claims (3)

1.一种复合控制式液压泵，包括壳体(9)，位于壳体(9)内的泵本体(1)、变量控制油缸(4)、电磁比例阀(6)和流量控制阀(8)；变量控制油缸(4)的有杆腔内的活塞杆外部套设复位弹簧(3)，变量控制油缸(4)的活塞杆端部与泵本体(1)内的斜盘(2)的一个端部连接，变量控制油缸(4)的活塞杆端部还通过反馈杆(5)与所述电磁比例阀(6)的阀套相连接；电磁比例阀(6)的P口和流量控制阀(8)的P口之间的连接节点通过管路连接至泵本体(1)的出油口；流量控制阀(8)的左位控制口通过管路连接至其P口；

所述壳体(9)上设有通过管路连接到泵本体(1)的出油口的B口、通过管路连接到泵本体(1)进油口的S口、通过管路连接到流量控制阀(8)的弹簧腔的X口；

其特征在于：还包括切换阀(7)和恒压控制阀(10)，电磁比例阀(6)和流量控制阀(8)之间的连接节点还通过管路与变量控制油缸(4)的有杆腔连接；电磁比例阀(6)的A口和B口分别通过管路连接至切换阀(7)的P口和左位控制口；流量控制阀(8)的A口通过管路连接至切换阀(7)的T口；切换阀(7)的A口通过管路连接至恒压控制阀(10)的T口，恒压控制阀(10)的A口通过管路连接到变量控制油缸(4)的无杆腔；

恒压控制阀(10)的P口及其上位控制口之间的连接节点与电磁比例阀(6)和流量控制阀(8)之间的连接节点相连接；

所述电磁比例阀(6)工作在左位时，P口与B口连通，T口与A口连通，其工作在接近右位时，P口与B口之间的通路逐渐变小，P口与A口逐渐连通，其工作在右位时，P口与A口连通，T口与B口连通。

2.一种复合液压控制系统，包括变量泵(15)、控制器(14)和至少两个负载执行单元，所述负载执行单元由液压执行元件(11)、与液压执行元件(11)连接的负载敏感阀(12)和用于控制负载敏感阀(12)动作的控制手柄(16)组成，所述控制器(14)分别与电磁比例阀(6)、控制手柄(16)和负载敏感阀(12)连接；

其特征在于，所述变量泵(15)采用权利要求1所述的复合控制式液压泵，变量泵(15)的B口通过管路与负载执行单元中的负载敏感阀(12)的进油口连接，两个负载执行单元中的负载敏感阀(12)的出油口通过梭阀(13)比较后输出至变量泵(15)的X口，变量泵(15)的S口通过管路连接到油箱。

3.根据权利要求2所述的一种复合液压控制系统，其特征在于，所述变量泵(15)的壳体(9)上设有泄露用的L口。