CN107605691B - 直线驱动柱塞泵、直线驱动乳化液泵系统、及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直线驱动柱塞泵、系统及控制方法，直线驱动柱塞泵包括：机架、定子、动子、吸排液阀总成、两个液压柱塞缸、两个液压柱塞，所述定子固定在所述机架上，所述动子容置在所述定子内，且所述动子能在所述定子内直线往复运动，所述液压柱塞缸分别设置在所述机架两侧，所述吸排液阀总成设置在其中一所述液压柱塞缸上，且所述吸排液阀总成与所述液压柱塞缸的内腔连通，所述液压柱塞容置在所述液压柱塞缸内，且所述动子两端分别与一所述液压柱塞连接。本发明采用电磁直线传动方法驱动动子，使得液压柱塞在动子的带动下在在液压柱塞缸的内腔内往复运动，实现恒压低脉动的液体供给。

Description

直线驱动柱塞泵、直线驱动乳化液泵系统、及控制方法

技术领域

本发明涉及乳化液泵相关技术领域，特别是一种直线驱动柱塞泵、直线驱动乳化液泵系统、及控制方法。

背景技术

目前，在煤炭综采生产过程中，作为主要设备之一的乳化液泵站液压动力源是采用电动机通过齿轮传动驱动曲轴连杆机构，带动滑块和与之连接的柱塞作往复运动，通过吸排液阀给综采工作面液压系统供液。

传统的曲柄连杆乳化液泵，因其中间动能传递机构，产生了一系列的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损等不良影响，降低了乳化液泵的使用性能和效率。

具体来说，现有的乳化液泵存在如下技术缺点：

1、驱动曲轴连杆机构带动滑块的运动速度为正弦曲线分布，吸排液的流量也呈正弦曲线分布的周期变化，随柱塞数量增加，按奇数3、5、7，和泵站供液系统辅助配置了消峰器和蓄能器，只是减少但不能消除供液体的脉动。特别是随着泵站功率增大，脉动强度也随之增大。脉动冲击造成的供液管路磨损或破裂、冲击会造成管接头与胶管脱离是工作面供液系统的安全隐患，随时有可能发生，需要经常检查，发现破损及时更换，这也增加了维护费用。

2、乳化液泵站的电动机、齿轮传动和曲轴连杆机构、滑块柱塞机构的零件数量多，其传动副对其零件和组装后的静态形位公差精度和动态的运动精度都要求高。这种机械传动系统在工作时，由于振动、热应力、零件磨损等原因，造成运动精度下降，机械传动系统润滑劣化，导致机械故障的发生。这也是直接影响乳化液泵站的使用寿命，乳化液泵站的维护和维修费用也是比较高的。

3、乳化液泵站机械系统所产生的噪音也是比较大的，影响工人的作业环境。

发明内容

基于此，有必要针对现有乳化液泵使用性能和效率不高的技术问题，提供一种直线驱动柱塞泵、直线驱动乳化液泵系统、及控制方法。

本发明提供一种直线驱动柱塞泵100，包括：机架、定子、动子、吸排液阀总成、两个液压柱塞缸、两个液压柱塞，所述定子固定在所述机架上，所述动子容置在所述定子内，且所述动子能在所述定子内直线往复运动，所述液压柱塞缸分别设置在所述机架两侧，所述吸排液阀总成设置在其中一所述液压柱塞缸上，且所述吸排液阀总成与所述液压柱塞缸的内腔连通，所述液压柱塞容置在所述液压柱塞缸内，且所述动子两端分别与一所述液压柱塞连接。

进一步的，所述定子包括容置所述动子的定子磁轭、以及缠绕所述定子磁轭的定子线圈，所述动子包括平板式动子磁轭、以及缠绕所述动子磁轭的电枢绕组，所述动子磁轭两端分别与所述液压柱塞连接。

进一步的，还包括冷却柱塞缸、冷却器、自控单向吸排液柱塞、冷却油路、以及设有至少一个喷头的冷却杆，所述冷却柱塞缸设置在所述机架，所述冷却器包括冷却器进液口和冷却器出液口，所述冷却器进液口与所述冷却柱塞缸的内腔连通，所述冷却器出液口通过冷却油路与所述冷却杆连通，所述动子与所述自控单向吸排液柱塞连接，且所述自控单向吸排液柱塞能在所述冷却柱塞缸的内腔内往复运动。

更进一步的，所述自控单向吸排液柱塞包括吸排液柱塞本体、球阀，所述吸排液柱塞本体包括内腔、以及与内腔连通的柱塞进液口、柱塞出液口，所述柱塞出液口与所述冷却器进液口连通，所述球阀设置在所述内腔，并能在所述柱塞进液口、所述柱塞出液口之间往复运动。

本发明提供一种直线驱动乳化液泵系统，包括智能电控系统、至少一个如前所述的直线驱动柱塞泵、以及多个设置在所述直线驱动柱塞泵上的传感器，所述传感器的输出端与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述智能电控系统的输出端与所述直线驱动柱塞泵的电源端电连接。

进一步的，所述传感器包括设置在所述直线驱动柱塞泵上的油位传感器、油温传感器、油压传感器。

进一步的，还包括供液集流块、蓄能器，每个所述直线驱动柱塞泵的所述吸排液阀总成与所述供液集流块的其中一个供液集流块进液口连通，所述供液集流块的蓄能器接口与所述蓄能器连接，所述蓄能器上设置系统压力传感器，所述系统压力传感器与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述直线驱动柱塞泵的所述吸排液阀总成设置卸载阀，所述卸载阀的输入端与所述智能电控系统的输出端通信连接；

当所述系统压力传感器检测到的系统压力值大于预设系统压力阈值时，所述智能电控系统向所述卸载阀的输入端输出卸载动作信号

进一步的，还包括增压泵、水箱，所述增压泵的一端与所述水箱连通，另一端与所述直线驱动柱塞泵连接，所述增压泵上设有水压传感器，所述水箱上设有水位传感器及水温传感器，所述水压传感器、所述水位传感器、所述水温传感器与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述增压泵的控制端与所述智能电控系统的输出端通信连接；

当所述水压传感器检测到的水压值低于预设水压阈值、或者所述水位传感器检测到的水位值低于预设水位阈值、或者所述水温传感器检测到的水温值高于预设水温阈值，所述智能电控系统向所述增压泵输出增压动作信号。

本发明提供一种如前所述的直线驱动乳化液泵系统的控制方法，包括：

获取泵站的控制信息；

获取所述传感器的传感器信息；

根据泵站的控制信息、以及所述传感器信息计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数；

根据所述运行参数调整所述直线驱动柱塞泵的频率和占空比。

进一步的，所述传感器包括设置在所述直线驱动柱塞泵上的油位传感器、油温传感器、油压传感器，所述根据泵站的控制信息、以及所述传感器信息计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数，具体包括：

将所述油位传感器、所述油温传感器、所述油压传感器的传感器信息进行模糊化计算处理得到关于所述油位传感器、所述油温传感器、所述油压传感器的模糊量；

根据模糊规划控制表对所述模糊量进行逻辑推理，将模糊量转化为精确量；

根据泵站的控制信息、以及所述精确量计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数。

本发明采用电磁直线传动方法驱动动子，使得液压柱塞在动子的带动下在在液压柱塞缸的内腔内往复运动，实现恒压低脉动的液体供给。具有低磨损、低振动、低噪声、液压脉动小与电磁效率高的特点。

附图说明

图1为本发明一种直线驱动柱塞泵的正视图；

图2为图1的B-B剖面图；

图3为图2IV部分的放大图；

图4为图1的C-C剖面图；

图5为图4的V部分的放大图；

图6为本发明一种直线驱动柱塞泵的俯视图；

图7为图6的A-A剖面图；

图8为图7的III部分放大图；

图9为图6的D-D剖面图；

图10为本发明一种直线驱动乳化液泵系统的系统示意图；

图11为本发明一种直线驱动乳化液泵系统的控制方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1～9所示为本发明一种直线驱动柱塞泵100，包括：机架1、定子2、动子3、吸排液阀总成5、两个液压柱塞缸7、两个液压柱塞8，所述定子2固定在所述机架1上，所述动子3容置在所述定子2内，且所述动子3能在所述定子2内直线往复运动，所述液压柱塞缸7分别设置在所述机架1两侧，所述吸排液阀总成5设置在其中一所述液压柱塞缸7上，且所述吸排液阀总成5与所述液压柱塞缸7的内腔连通，所述液压柱塞8容置在所述液压柱塞缸7内，且所述动子3两端分别与一所述液压柱塞8连接。

具体来说，动子3通过调心机械与两根液压柱塞8机械耦合。由于动子3能在所述定子2内直线往复运动，因此，在动子3往复运动过程中，一端液压柱塞8在液压柱塞缸7中处于吸液工况，另一端液压柱塞8在液压柱塞缸7中处于排液工况。

本发明采用电磁直线传动方法驱动动子，使得液压柱塞在动子的带动下在在液压柱塞缸的内腔内往复运动，实现恒压低脉动的液体供给。具有低磨损、低振动、低噪声、液压脉动小与电磁效率高的特点。

在其中一个实施例中，所述定子2包括容置所述动子3的定子磁轭202、以及缠绕所述定子磁轭202的定子线圈201，所述动子3包括平板式动子磁轭302、以及缠绕所述动子磁轭302的电枢绕组301，所述动子磁轭302两端分别与所述液压柱塞8连接。

本实施例，通过改变定子线圈202和/或电枢绕组301的电动势，从而改变动子的运动频率和运动方向，实现动子的直线变频调速运动。

在其中一个实施例中，还包括冷却柱塞缸11、冷却器12、自控单向吸排液柱塞13、冷却油路21、以及设有至少一个喷头151的冷却杆15，所述冷却柱塞缸11设置在所述机架1，所述冷却器12包括冷却器进液口和冷却器出液口，所述冷却器进液口与所述冷却柱塞缸11的内腔连通，所述冷却器出液口通过冷却油路21与所述冷却杆15连通，所述动子3与所述自控单向吸排液柱塞13连接，且所述自控单向吸排液柱塞13能在所述冷却柱塞缸11的内腔内往复运动。

本实施例通过动子上安装的自控单向吸排液柱塞13、机架1内置的冷却柱塞缸11及冷却油路21、冷却器12及冷却杆15共同组成了整机冷却系统。其中，冷却杆15优选为单向阀式定位冷却杆。在动子3往复运行的过程中，自控单向吸排液柱塞13、冷却柱塞缸11及冷却杆15实现单向吸液排液工作，使高温油液进入置于吸水盒中的冷却器12进行热量交换，低温油液由机架内置冷却油路21进入冷却杆15，并经由喷头151喷出，实现整机的冷却润滑过程。

在其中一个实施例中，所述自控单向吸排液柱塞13包括吸排液柱塞本体131、球阀132，所述吸排液柱塞本体131包括内腔、以及与内腔连通的柱塞进液口、柱塞出液口，所述柱塞出液口与所述冷却器进液口连通，所述球阀132设置在所述内腔，并能在所述柱塞进液口、所述柱塞出液口之间往复运动。

在动子3往复运行的过程中，球阀132在柱塞进液口、柱塞出液口之间往复运动，从而将高温油液吸入吸排液柱塞本体131中，再压入冷却器12，并从冷却杆15喷出。

如图10所示，本发明一种直线驱动乳化液泵系统，包括智能电控系统、至少一个如前所述的直线驱动柱塞泵100、以及多个设置在所述直线驱动柱塞泵上的传感器，所述传感器的输出端与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述智能电控系统的输出端与所述直线驱动柱塞泵的电源端电连接。

其中，智能电控系统包括液压泵主控台101、单泵控制台102、智能控制组合变频器103，其中，液压泵主控台101主要包括泵站中央处理器及光隔485通讯模块，用于向单泵控制台102中的应用系统输入泵站的控制信息，单泵控制台102分别与多个传感器及智能控制组合变频器103连接，根据泵站的控制信息，以及从传感器获取的直线驱动柱塞泵的运行参数进行运算，实时控制智能控制组合变频器103输出脉冲的频率和占空比，实现直线驱动柱塞泵工作频率和输出功率控制。智能控制组合变频器103为大功率变频组合磁力启动器，用于根据液压泵主控台101的信息实现对多台直线驱动柱塞泵的独立驱动。

在其中一个实施例中，所述传感器包括设置在所述直线驱动柱塞泵上的油位传感器9、油温传感器10、油压传感器14。

具体来说，智能电控系统根据油位传感器9、油温传感器10、油压传感器14等数据进行模糊化计算处理，按模糊规划控制表进行逻辑推理，推理模糊量转化为精确量后，控制智能控制组合变频器103输出脉冲的频率和占空比。

在其中一个实施例中，还包括供液集流块22、蓄能器23，每个所述直线驱动柱塞泵100的所述吸排液阀总成5与所述供液集流块22的其中一个供液集流块进液口连通，所述供液集流块22的蓄能器接口与所述蓄能器23连接，所述蓄能器上设置系统压力传感器17，所述系统压力传感器17与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述直线驱动柱塞泵100的所述吸排液阀总成5设置卸载阀4，所述卸载阀4的输入端与所述智能电控系统的输出端通信连接；

当所述系统压力传感器检测到的系统压力值大于预设系统压力阈值时，所述智能电控系统向所述卸载阀的输入端输出卸载动作信号。

具体来说，液路的系统压力主要靠压力传感器监测，主控系统控制电磁卸载阀动作，将系统压力调节保持在设定值范围内，如果上述电控系统中的某一环节出现问题，就会使系统压力不断升高，为避免过高的压力对液压元件和管路可能造成的损坏，本实施例在吸排液阀总成5设置卸载阀4，并设置系统压力传感器17，监测多个直线驱动柱塞泵100的供液所产生的总的系统压力参数，以反馈至智能电控系统。当系统压力传感器17反馈的主液路系统工作压力大于设定值时，智能电控系统控制卸载阀工作，以降低系统工作压力，实现对系统中液压元件及管路的保护。具体可以通过PLC内部继电器动作将电源供给电磁卸载阀4，使其接通卸载回路。

在其中一个实施例中，还包括增压泵24、水箱25，所述增压泵24的一端与所述水箱25连通，另一端与所述直线驱动柱塞泵100连接，所述增压泵24上设有水压传感器18，所述水箱上设有水位传感器19及水温传感器20，所述水压传感器18、所述水位传感器19、所述水温传感器20与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述增压泵24的控制端与所述智能电控系统的输出端通信连接；

当所述水压传感器检测到的水压值低于预设水压阈值、或者所述水位传感器检测到的水位值低于预设水位阈值、或者所述水温传感器检测到的水温值高于预设水温阈值，所述智能电控系统向所述增压泵输出增压动作信号。

具体来说，增压泵安装于直线驱动柱塞泵的吸液管路中，它与冷却器用橡胶软管连接，其作用是为直线柱塞泵提供具有一定压力的液体，可防止柱塞泵在自吸液的过程中因外部原因而造成的空吸现象，以致损坏内部器件。

本实施例增加增压泵24和水箱25，以防止柱塞泵在自吸液的过程中因外部原因而造成的空吸现象，以致损坏内部器件。另外，还可以增加消峰器26以消除峰值，实现冷却液的平稳供给。

同时，增加水压传感器18、水位传感器19、水温传感器20，以用于液压系统的压力控制、泵站运行方式控制和单泵保护等功能。

如图11为本发明一种如前所述的直线驱动乳化液泵系统的控制方法的工作流程图，包括：

步骤S1101,获取泵站的控制信息；

步骤S1102，获取所述传感器的传感器信息；

步骤S1103，根据泵站的控制信息、以及所述传感器信息计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数；

步骤S1104，根据所述运行参数调整所述直线驱动柱塞泵的频率和占空比。

在其中一个实施例中，所述传感器包括设置在所述直线驱动柱塞泵上的油位传感器、油温传感器、油压传感器，所述步骤S1103，具体包括：

将所述油位传感器、所述油温传感器、所述油压传感器的传感器信息进行模糊化计算处理得到关于所述油位传感器、所述油温传感器、所述油压传感器的模糊量；

根据模糊规划控制表对所述模糊量进行逻辑推理，将模糊量转化为精确量；

根据泵站的控制信息、以及所述精确量计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种直线驱动柱塞泵，其特征在于，包括：机架、定子、动子、吸排液阀总成、两个液压柱塞缸、两个液压柱塞，所述定子固定在所述机架上，所述动子容置在所述定子内，且所述动子能在所述定子内直线往复运动，所述液压柱塞缸分别设置在所述机架两侧，所述吸排液阀总成设置在其中一所述液压柱塞缸上，且所述吸排液阀总成与所述液压柱塞缸的内腔连通，所述液压柱塞容置在所述液压柱塞缸内，且所述动子两端分别与一所述液压柱塞连接；

还包括冷却柱塞缸、冷却器、自控单向吸排液柱塞、冷却油路、以及设有至少一个喷头的冷却杆，所述冷却柱塞缸设置在所述机架，所述冷却器包括冷却器进液口和冷却器出液口，所述冷却器进液口与所述冷却柱塞缸的内腔连通，所述冷却器出液口通过冷却油路与所述冷却杆连通，所述动子与所述自控单向吸排液柱塞连接，且所述自控单向吸排液柱塞能在所述冷却柱塞缸的内腔内往复运动。

2.根据权利要求1所述的直线驱动柱塞泵，其特征在于，所述定子包括容置所述动子的定子磁轭、以及缠绕所述定子磁轭的定子线圈，所述动子包括平板式动子磁轭、以及缠绕所述动子磁轭的电枢绕组，所述动子磁轭两端分别与所述液压柱塞连接。

3.根据权利要求1所述的直线驱动柱塞泵，其特征在于，所述自控单向吸排液柱塞包括吸排液柱塞本体、球阀，所述吸排液柱塞本体包括内腔、以及与内腔连通的柱塞进液口、柱塞出液口，所述柱塞出液口与所述冷却器进液口连通，所述球阀设置在所述内腔，并能在所述柱塞进液口、所述柱塞出液口之间往复运动。

4.一种直线驱动乳化液泵系统，其特征在于，包括智能电控系统、至少一个如权利要求1～3任一项所述的直线驱动柱塞泵、以及多个设置在所述直线驱动柱塞泵上的传感器，所述传感器的输出端与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述智能电控系统的输出端与所述直线驱动柱塞泵的电源端电连接。

5.根据权利要求4所述的直线驱动乳化液泵系统，其特征在于，所述传感器包括设置在所述直线驱动柱塞泵上的油位传感器、油温传感器、油压传感器。

6.根据权利要求4所述的直线驱动乳化液泵系统，其特征在于，还包括供液集流块、蓄能器，每个所述直线驱动柱塞泵的所述吸排液阀总成与所述供液集流块的其中一个供液集流块进液口连通，所述供液集流块的蓄能器接口与所述蓄能器连接，所述蓄能器上设置系统压力传感器，所述系统压力传感器与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述直线驱动柱塞泵的所述吸排液阀总成设置卸载阀，所述卸载阀的输入端与所述智能电控系统的输出端通信连接；

当所述系统压力传感器检测到的系统压力值大于预设系统压力阈值时，所述智能电控系统向所述卸载阀的输入端输出卸载动作信号。

7.根据权利要求4所述的直线驱动乳化液泵系统，其特征在于，还包括增压泵、水箱，所述增压泵的一端与所述水箱连通，另一端与所述直线驱动柱塞泵连接，所述增压泵上设有水压传感器，所述水箱上设有水位传感器及水温传感器，所述水压传感器、所述水位传感器、所述水温传感器与所述智能电控系统的输入端通信连接，所述增压泵的控制端与所述智能电控系统的输出端通信连接；

当所述水压传感器检测到的水压值低于预设水压阈值、或者所述水位传感器检测到的水位值低于预设水位阈值、或者所述水温传感器检测到的水温值高于预设水温阈值，所述智能电控系统向所述增压泵输出增压动作信号。

8.一种如权利要求4～7任一项所述的直线驱动乳化液泵系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取泵站的控制信息；

获取所述传感器的传感器信息；

根据泵站的控制信息、以及所述传感器信息计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数；

根据所述运行参数调整所述直线驱动柱塞泵的频率和占空比。

9.根据权利要求8所述的直线驱动乳化液泵系统的控制方法，其特征在于，所述传感器包括设置在所述直线驱动柱塞泵上的油位传感器、油温传感器、油压传感器，所述根据泵站的控制信息、以及所述传感器信息计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数，具体包括：

将所述油位传感器、所述油温传感器、所述油压传感器的传感器信息进行模糊化计算处理得到关于所述油位传感器、所述油温传感器、所述油压传感器的模糊量；

根据模糊规划控制表对所述模糊量进行逻辑推理，将模糊量转化为精确量；

根据泵站的控制信息、以及所述精确量计算所述直线驱动柱塞泵的运行参数。