CN108397447B - 一种阀-泵联合多模式液压控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀‑泵联合多模式液压控制系统及其控制方法，所述多模式液压系统包括泵控马达主回路、阀控支路、模式切换单元和控制单元，所述阀控支路通过模式切换单元与泵控马达主回路并联；控制器设置两层控制策略，第一层是模式选择策略，通过控制模式切换单元，使系统处于阀控、泵控、阀‑泵联合控制多种工作模式，第二层是流量控制策略，一路控制比例变量泵的排量，以调节泵控的流量，另一路控制比例换向阀的开口，以调节阀控的流量，最终通过闭环控制液压马达的转速。本发明可用于具有明显调速过程的液压动力装置，如液压提升机、工程机械转台等，在不同的调速阶段采用不同的工作模式，以提高系统的综合调速性能。

Description

一种阀-泵联合多模式液压控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及液压传动与控制领域，尤其是一种阀-泵联合多模式液压控制系统及其控制方法。
背景技术
传统的液压控制系统有两种基本形式：阀控与泵控，其中阀控系统动态响应快，但效率低，适用于中小功率和对动态响应要求较高的场合；泵控系统效率高，但动态响应慢，适用于大功率和对于快速性要求不高的场合。阀-泵联合控制系统，集合了阀控系统与泵控系统的优点，能够用于大功率并且动态响应快的场合。但现有的阀-泵联合控制系统的控制模式单一，不能工作于多种工作模式，无法根据工况改变控制模式。
发明内容
为克服目前阀-泵联合控制系统无法多模式工作的问题，本发明提供了一种阀-泵联合多模式液压控制系统及其控制方法，该系统可以工作在阀控、泵控、阀-泵联合控制多种工作模式。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种阀-泵联合多模式液压控制系统，包括泵控马达主回路、阀控支路、模式切换单元、控制单元，所述阀控支路通过所述模式切换单元与泵控马达主回路并联；所述模式切换单元包括串联在所述主回路上的切换元件和并联在所述主回路之间的通断支路，通过所述切换元件的切换使得泵控马达主回路联通或截止、阀控支路联通或截止；所述通断支路只在阀-泵联合控制模式下联通以实现阀控支路的联通，而在单独阀控或单独泵控模式下断开；所述控制单元控制切换元件和通断支路使所述多模式液压控制系统能够在阀控、泵控或阀-泵联合控制多种工作模式下工作。
进一步地，所述泵控马达主回路包括比例变量泵和液压马达，所述比例变量泵优选为闭式比例变量泵。
进一步地，所述阀控支路包括比例换向阀和为所述比例换向阀供油的阀控油源。
进一步地，所述切换元件包括第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀，所述通断支路包括梭阀和二位二通电磁阀，第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀分别串联在所述泵控马达主回路的高压油路和低压油路上，每个二位三通电磁阀的两个输入端中的一端连接所述泵控马达主回路的比例变量泵的进油口和出油口，而另一端连接所述阀控支路，第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀的输出端分别连接所述液压马达的高压腔和低压腔；所述梭阀并联在所述泵控马达主回路的高压油路和低压油路之间，所述梭阀的输出端经所述二位二通电磁阀与所述阀控支路连接。
进一步地，所述控制单元包括控制器，用于控制模式切换单元中所述第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀和二位二通电磁阀的换向，使所述多模式液压控制系统能够在阀控、泵控或阀-泵联合控制多种工作模式下工作。
进一步地，所述控制单元还包括编码器，所述编码器与所述液压马达联接用于测量所述液压马达的转速，所述控制器用于接收所述编码器反馈的信号并输出两路控制信号用于分别调节所述比例变量泵和比例方向阀的流量，实现闭环控制所述液压马达的转速。
进一步地，当所述液压控制系统处于泵控模式时，所述控制单元控制模式切换单元使得泵控马达主回路联通，阀控支路截止，所述液压马达在所述比例变量泵的驱动下运转，系统处于泵控模式；当所述液压控制系统处于阀控模式时，所述控制单元控制模式切换单元使得阀控支路联通，泵控马达主回路截止，所述液压马达在所述阀控支路的驱动下运转，系统处于阀控模式；当所述液压控制系统处于阀-泵联合控制模式时，所述控制单元控制模式切换单元使得泵控马达主回路和阀控支路均联通，所述液压马达在泵和阀的共同驱动下运转，系统处于阀-泵联合控制模式。
采用上述一种阀-泵联合多模式液压控制系统的控制方法，在控制器中设置两层控制策略，第一层是模式选择策略，根据实际工况，控制模式切换单元中第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀和二位二通电磁阀的换向，使系统处于阀控、泵控或阀-泵联合控制多种工作模式；第二层是流量控制策略，控制器的一路控制比例变量泵的排量，以调节泵控的流量，另一路控制比例换向阀的开口，以调节阀控的流量，最终通过闭环控制液压马达的转速；
当所述液压控制系统处于泵控模式时，第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀和二位二通电磁阀均失电，阀控支路截止，比例变量泵通过第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀与液压马达联通，系统处于泵控模式，所述编码器采集液压马达转速并反馈到所述控制器，控制器发送控制信号到比例变量泵，以调节其排量，最终通过闭环控制液压马达的转速；
当所述液压控制系统处于阀控模式时，二位二通电磁阀失电，第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀均得电，泵控马达主回路截止，而阀控支路通过第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀与液压马达联通，阀控油源向比例换向阀供油，系统处于阀控模式，编码器采集液压马达转速并反馈到控制器，控制器发送控制信号到比例换向阀，以调节其开口，最终通过闭环控制液压马达的转速；
当所述液压控制系统处于阀-泵联合控制模式下时，第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀均失电，泵控马达主回路联通，同时二位二通电磁阀得电，阀控支路通过二位二通电磁阀、梭阀与主回路的高低压油路联通；编码器采集液压马达转速并反馈到控制器，控制器发送两路信号，一路到比例变量泵，以调节泵控的流量，另一路到比例换向阀，以调节阀控的流量，最终通过闭环控制液压马达的转速。
进一步地，当所述液压控制系统处于阀-泵联合控制模式下，比例换向阀处于不同的状态时，阀-泵联合控制模式分为补油式和泄油式两种模式：当系统处于补油式阀-泵联合控制模式时，比例换向阀处于左位，阀控油源向比例换向阀供油，阀控支路通过梭阀向主回路高压侧补充油液，此时进入液压马达的流量为泵控流量与阀控流量之和；当系统处于泄油式阀-泵联合控制模式时，比例换向阀处于右位，阀控油源截止，系统高压侧油液通过梭阀从阀控支路泄漏，此时进入液压马达的流量为泵控流量与阀控流量之差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）系统可工作在多种工作模式，可根据调速要求改变系统的控制模式，兼顾液压系统的效率和动态特性，丰富现有液压控制系统的控制形式；（2）泄油式阀-泵联合控制模式，可提高系统的低速稳定性；（3）补油式阀-泵联合控制模式有利于提高系统的动态响应。
阀-泵联合多模式液压控制系统及其控制方法，可用于具有明显调速过程的调速装置，如煤矿液压提升机、工程机械回转台等，在不同的调速阶段采用不同的工作模式，以提高其综合调速性能，如在启动和制动的阶段采用泄油式阀-泵联合控制模式，提高低速平稳性，在高速阶段采用补油式阀-泵联合控制模式，以提高快速响应特性。
附图说明
图1是阀-泵联合多模式液压控制系统的原理图；
图2是阀控模式下液压控制系统的原理图；
图3是补油式阀-泵联合控制模式下液压控制系统的原理图；
图4是泄油式阀-泵联合控制模式下液压控制系统的原理图。
图中：1-比例变量泵，2-第一二位三通电磁阀，3-二位二通电磁阀，4-梭阀，5-液压马达，6-编码器，7-控制器，8-比例换向阀，9-第二二位三通电磁阀，10-阀控油源。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详述。
如图1-4所示，一种阀-泵联合多模式液压控制系统，包括泵控马达主回路、阀控支路、模式切换单元、控制单元，所述阀控支路通过所述模式切换单元与泵控马达主回路并联；所述模式切换单元包括串联在所述主回路上的切换元件和并联在所述主回路之间的通断支路，通过所述切换元件的切换使得泵控马达主回路联通或截止、阀控支路联通或截止；所述通断支路只在阀-泵联合控制模式下联通以实现阀控支路的联通，而在单独阀控或单独泵控模式下断开；所述控制单元控制切换元件和通断支路使所述多模式液压控制系统能够在阀控、泵控或阀-泵联合控制多种工作模式下工作。
其中泵控马达主回路主要包括比例变量泵1和液压马达5；阀控支路主要包括比例换向阀8和阀控油源10；所述切换元件包括第一二位三通电磁阀2和第二二位三通电磁阀9，所述通断支路包括梭阀4和二位二通电磁阀3；控制系统主要包括编码器6和控制器7；比例变量泵1优选为闭式比例变量泵，，第一二位三通电磁阀2、第二二位三通电磁阀9和二位二通电磁阀3均优选为电磁球阀。阀控支路通过模式切换单元与泵控马达主回路并联，通过控制模式切换单元，可使系统工作在多种模式。
具体液压连接如下：第一二位三通电磁阀2和第二二位三通电磁阀9分别串联泵控马达主回路的高低压油路上，其两个输入端中的一端连接比例变量泵1，另一端连接阀控支路，输出端连接液压马达5的高低压腔；梭阀4并联在泵控马达主回路的高低压油路之间，其两个输入端分别连接液压马达5的高低腔，输出端经二位两通电磁阀3与阀控支路连接。编码器6通过联轴器与液压马达5的伸出轴联接，以测量液压马达5的转速，并反馈到控制器7，控制器7输出两路控制信号，一路输出到比例变量泵1，控制其排量，另一路输出到比例换向阀8，控制其开口。
控制方法如下：在控制器7中设置两层控制策略，第一层为模式选择策略，根据实际工况，控制模式切换单元中第一二位三通电磁阀2、第二二位三通电磁阀9和二位二通电磁阀3的换向，使系统处于阀控、泵控、阀-泵联合控制多种工作模式；第二层是流量控制策略，一路控制变量泵1的排量，以调节泵控的流量，另一路控制换向阀8的开口，以调节阀控的流量，最终通过闭环控制液压马达5的转速。
具体地，泵控、阀控、阀-泵并联控制这三种工作模式的液压连接方式和控制方法如下。
在图1中，当系统处于泵控模式时，第一二位三通电磁阀2和第二二位三通电磁阀9、二位二通电磁阀3均失电，处于原始位，二位二通电磁阀3不通，使得阀控支路截止，而比例变量泵1通过第一二位三通电磁阀2和第二二位三通电磁阀9与液压马达5联通，系统处于泵控模式，当变量泵1为正排量、负排量、零排量时，液压马达5将正转、反转、停止；编码器6采集液压马达5转速，并反馈到控制器7，控制器7发送控制信号到比例变量泵1，以调节其排量，最终通过闭环控制液压马达5的转速。
在图2中，当系统处于阀控模式时，二位二通电磁阀3失电，处于原始位，而二位三通电磁阀2、9均得电，处于得电位，使得泵控马达主回路截止，而阀控支路通过第一二位三通电磁阀2和第二二位三通电磁阀9与液压马达5联通，阀控油源10向比例换向阀8供油，当比例换向阀8处于左位、右位、中位时，液压马达5将正转、反转、停止；编码器6采集液压马达5转速，并反馈到控制器7，控制器7发送控制信号到比例换向阀8，以调节其开口，最终通过闭环控制液压马达5的转速。
在图3和图4中，当系统处于阀-泵联合控制模式下时，二位三通电磁阀2、9均失电，处于原始位，泵控马达主回路联通，同时二位二通电磁阀3得电，处于得电位，阀控支路通过二位二通电磁阀3、梭阀4与液压马达5的高低压腔联通；编码器6采集液压马达5转速并反馈到控制器7，控制器7发送两路信号，一路到变量泵1，以调节泵控的流量，另一路到比例换向阀8，以调节阀控的流量，最终通过闭环控制液压马达5的转速。当比例换向阀8处于不同的状态时，该联合控制模式可具体分为补油式和泄油式两种模式。
在图3中，当系统处于补油式阀-泵联合控制时，比例换向阀8处于左位，油源10向换向阀8供油，阀控支路通过梭阀4向主回路高压侧补充油液，因此进入油液马达5流量为泵控流量与阀控流量之和。
在图4中，当系统处于泄油式阀-泵联合控制模式时，比例换向阀8处于右位，油源10截止，系统高压侧油液通过梭阀4从阀控支路泄漏，因此进入液压马达5流量为泵控的流量与阀控的流量之差。
一种阀-泵联合多模式液压控制系统及其控制方法，可用明显调速过程的液压动力机械，如煤矿液压提升机、液压绞车、工程机械回转台等，在不同的调速阶段采用不同的工作模式，以提高系统的综合调速性能，如低速稳定性，快速响应特性。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种阀-泵联合多模式液压控制系统，其特征在于，包括泵控马达主回路、阀控支路、模式切换单元、控制单元，所述阀控支路通过所述模式切换单元与泵控马达主回路并联；所述模式切换单元包括串联在所述泵控马达主回路上的切换元件和并联在所述泵控马达主回路之间的通断支路，通过所述切换元件的切换使得泵控马达主回路联通或截止、阀控支路联通或截止；所述通断支路只在阀-泵联合控制模式下联通以实现阀控支路的联通，而在单独阀控或单独泵控模式下断开；所述控制单元控制切换元件和通断支路使所述多模式液压控制系统能够在阀控、泵控或阀-泵联合控制多种工作模式下工作；其中所述泵控马达主回路包括比例变量泵(1)和液压马达(5)，所述比例变量泵(1)为闭式比例变量泵；所述阀控支路包括比例换向阀(8)和为所述比例换向阀(8)供油的阀控油源(10)；所述切换元件包括第一二位三通电磁阀(2)、第二二位三通电磁阀(9)，所述通断支路包括梭阀(4)和二位二通电磁阀(3)，第一二位三通电磁阀(2)和第二二位三通电磁阀(9)分别串联在所述泵控马达主回路的高压油路和低压油路上，第一二位三通电磁阀的两个输入端中的一端连接所述泵控马达主回路的比例变量泵(1)的进油口，而另一端连接所述阀控支路，第二二位三通电磁阀的两个输入端中的一端连接所述泵控马达主回路的比例变量泵(1)的出油口，而另一端连接所述阀控支路，第一二位三通电磁阀的输出端连接所述液压马达(5)的高压腔，第二二位三通电磁阀的输出端连接所述液压马达(5)的低压腔；所述梭阀并联在所述泵控马达主回路的高压油路和低压油路之间，所述梭阀(4)的输出端经所述二位二通电磁阀(3)与所述阀控支路连接；所述控制单元包括控制器(7)，用于控制模式切换单元中所述第一二位三通电磁阀(2)、第二二位三通电磁阀(9)和二位二通电磁阀(3)的换向，使所述多模式液压控制系统能够在阀控、泵控或阀-泵联合控制多种工作模式下工作。
2.根据权利要求1所述的一种阀-泵联合多模式液压控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括编码器(6)，所述编码器(6)与所述液压马达(5)联接用于测量所述液压马达(5)的转速，所述控制器(7)用于接收所述编码器(6)反馈的信号并输出两路控制信号用于分别调节所述比例变量泵(1)和比例换向阀(8)的流量，实现闭环控制所述液压马达(5)的转速。
3.采用如权利要求1所述的一种阀-泵联合多模式液压控制系统的控制方法，其特征在于，当所述液压控制系统处于泵控模式时，所述控制单元控制模式切换单元使得泵控马达主回路联通，阀控支路截止，所述液压马达(5)在所述比例变量泵(1)的驱动下运转，系统处于泵控模式；当所述液压控制系统处于阀控模式时，所述控制单元控制模式切换单元使得阀控支路联通，泵控马达主回路截止，所述液压马达(5)在所述阀控支路的驱动下运转，系统处于阀控模式；当所述液压控制系统处于阀-泵联合控制模式时，所述控制单元控制模式切换单元使得泵控马达主回路和阀控支路均联通，所述液压马达(5)在泵和阀的共同驱动下运转，系统处于阀-泵联合控制模式。
4.采用如权利要求2所述的一种阀-泵联合多模式液压控制系统的控制方法，其特征在于，在控制器(7)中设置两层控制策略，第一层是模式选择策略，根据实际工况，控制模式切换单元中第一二位三通电磁阀(2)、第二二位三通电磁阀(9)和二位二通电磁阀(3)的换向，使系统处于阀控、泵控或阀-泵联合控制多种工作模式；第二层是流量控制策略，控制器(7)的一路控制比例变量泵(1)的排量，以调节泵控的流量，另一路控制比例换向阀(8)的开口，以调节阀控的流量，最终通过闭环控制液压马达的转速；
当所述液压控制系统处于泵控模式时，第一二位三通电磁阀(2)、第二二位三通电磁阀(9)和二位二通电磁阀(3)均失电，阀控支路截止，比例变量泵(1)通过第一二位三通电磁阀(2)、第二二位三通电磁阀(9)与液压马达(5)联通，系统处于泵控模式，所述编码器(6)采集液压马达(5)转速并反馈到所述控制器(7)，控制器(7)发送控制信号到比例变量泵(1)，以调节其排量，最终通过闭环控制液压马达(5)的转速；
当所述液压控制系统处于阀控模式时，二位二通电磁阀(3)失电，第一二位三通电磁阀(2)和第二二位三通电磁阀(9)均得电，泵控马达主回路截止，而阀控支路通过第一二位三通电磁阀(2)、第二二位三通电磁阀(9)与液压马达(5)联通，阀控油源(10)向比例换向阀(8)供油，系统处于阀控模式，编码器(6)采集液压马达(5)转速并反馈到控制器(7)，控制器(7)发送控制信号到比例换向阀(8)，以调节其开口，最终通过闭环控制液压马达(5)的转速；
当所述液压控制系统处于阀-泵联合控制模式下时，第一二位三通电磁阀(2)和第二二位三通电磁阀(9)均失电，泵控马达主回路联通，同时二位二通电磁阀(3)得电，阀控支路通过二位二通电磁阀、梭阀与泵控马达主回路的高低压油路联通；编码器(6)采集液压马达(5)转速并反馈到控制器(7)，控制器(7)发送两路信号，一路到比例变量泵(1)，以调节泵控的流量，另一路到比例换向阀(8)，以调节阀控的流量，最终通过闭环控制液压马达(5)的转速。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当所述液压控制系统处于阀-泵联合控制模式下，比例换向阀(8)处于不同的状态时，阀-泵联合控制模式分为补油式和泄油式两种模式：当系统处于补油式阀-泵联合控制模式时，比例换向阀(8)处于左位，阀控油源(10)向比例换向阀(8)供油，阀控支路通过梭阀向泵控马达主回路高压侧补充油液，此时进入液压马达(5)的流量为泵控流量与阀控流量之和；当系统处于泄油式阀-泵联合控制模式时，比例换向阀(8)处于右位，阀控油源(10)截止，泵控马达主回路高压侧油液通过梭阀从阀控支路泄漏，此时进入液压马达(5)的流量为泵控流量与阀控流量之差。
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