CN108679008A - 一种可改变增压比的连续输出增压器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可改变增压比的连续输出增压器及控制方法，包括缸体与活塞，其特征在于，所述缸体与活塞的截面均呈阶梯状对称分布，缸体与活塞之间形成多个油腔，所述缸体的侧壁上设有第一弹簧顶杆与第二弹簧顶杆，所述的第一弹簧顶杆与第二弹簧顶杆均沿活塞的轴线方向分布，弹簧顶杆的一端位于油腔内，另一端分别设有第一行程开关与第二行程开关，所述的油腔包括第一油腔、第二油腔、第三油腔、第四油腔、第五油腔与第六油腔。本发明的增压器最多可达到12种增压比，并且可连续输出二次压力油，能适应一次压力的改变或对二次压力的不同要求；当一次压力不变时，可输出12种二次压力油，适应性强。
Description
技术领域
本发明属于液压传动与控制领域，尤其涉及一种可改变增压比的连续输出增压器及控制方法。
背景技术
增压缸是液压系统增压回路中所用的主要元件，其作用是把液压系统输入的低压油通过增压缸增压使压力升高，以满足系统对压力的要求。主要应用于系统供油压力比较小而某一支路需要压力较高但流量不大的液压回路中；或者在能量回收中，液压系统回收到的是压力比较低的液压油，该液压油不能直接用于驱动液压系统中的执行元件，必须采用增压回路把压力升高到所需压力方可使用。增压缸的工作原理是：当供给的一次压力油(低压油)进入增压缸的大活塞腔后，压力油对大活塞产生推力，其推力大小等于输入压力与大活塞有效面积的乘积，这个推力通过连杆推动小活塞运动，通过小活塞推动小活塞腔的油液输出，即二次压力油(高压油)输出。该腔油液对小活塞也产生反作用推力，在不考虑摩擦力的情况下，大活塞与小活塞受油液推力大小相等，即大活塞腔油液压力与其作用面积的乘积与小活塞腔油液压力与其作用面积的乘积相等。由此可知大小活塞腔的压力之比，即一次压力与二次压力之比，为大小活塞面积的反比。大小活塞的面积比越大，二次压力与一次压力之比就越大，这就是增压原理。也就是说二次压力与一次压力之比理论上等于大小活塞的面积之比，即为增压比。
根据增压回路所用增压缸的结构不同，有单作用增压缸的增压回路和双作用增压缸的增压回路。单作用增压缸的增压回路是指活塞向一侧运动时有高压油输出，返回时没有高压油输出。而双作用增压缸的增压回路是指活塞往复运动，两端便交替输出高压油，可实现连续增压。但这两种增压回路的增压比都是固定不变的，所以应用比较单一。
在上述增压缸的增压回路中，如果一次压力增大，通过增压后二次压力也同比增大，但系统所需的二次压力相对增压后的二次压力比较低，需要节流或者减压后才能使用，这样会造成能量的损耗，使系统发热，效率降低；或者需要的二次压升高了，但一次压力没变，增压后的二次压力油就不能满足系统对二次压力的要求。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种可改变增压比的连续输出增压器及控制方法，可根据一次压力的改变或对二次压力的要求改变增压比，使增压比从最小增压比到最大增压比之间有级变化，最大可达到12等级，以适应一次压力的变化或对二次压力的不同要求。
技术方案：本发明包括缸体与活塞，所述缸体与活塞的截面均呈阶梯状对称分布，缸体与活塞之间形成多个油腔，所述缸体的侧壁上设有第一弹簧顶杆与第二弹簧顶杆，所述的第一弹簧顶杆与第二弹簧顶杆均沿活塞的轴线方向分布，弹簧顶杆的一端位于油腔内，另一端分别设有第一行程开关与第二行程开关。
所述的油腔包括第一油腔、第二油腔、第三油腔、第四油腔、第五油腔与第六油腔。
所述第一油腔的一侧通过第一电磁阀、第一单向阀、第四电磁阀连接一次压力油进口；另一侧通过第二单向阀连接二次压力油出口。
所述第二油腔的一侧通过第五电磁阀、第八单向阀、第四电磁阀连接一次压力油进口；另一侧通过第三单向阀连接二次压力油出口。
所述的第三油腔与第四油腔均通过第四电磁阀连接一次压力油进口，其中，第三油腔的侧壁上设有第二弹簧顶杆，第四油腔的侧壁上设有第一弹簧顶杆。
所述第五油腔的一侧通过第三电磁阀、第七单向阀、第四电磁阀连接一次压力油进口；另一侧通过第四单向阀连接二次压力油出口。
所述第六油腔的一侧通过第二电磁阀、第六单向阀、第四电磁阀连接一次压力油进口；另一侧通过第五单向阀连接二次压力油出口。
所述第一油腔与第六油腔液压油作用的有效面积相等，第二油腔与第五油腔液压油作用的有效面积相等，第三油腔与第四油腔液压油作用的有效面积相等。
所述的一种可改变增压比的连续输出增压器控制方法，包括以下步骤：
(1)第四油腔进油，活塞在一次压力油的作用下左移，若第二电磁阀与第三电磁阀通电，一次压力油进入第六油腔和第五油腔，此时一次压力油的有效作用面积为第四油腔、第五油腔与第六油腔液压油作用有效面积之和；
(2)第二电磁阀通电，第三电磁阀断电，一次压力油进入第四油腔和第六油腔，一次压力油的有效作用面积为第四油腔和第六油腔液压油作用有效面积之和；
(3)第三电磁阀通电，第二电磁阀断电，一次压力油进入第四油腔和第五油腔，一次压力油的有效作用面积为第四油腔和第五油腔液压油作用有效面积之和；
(4)第二电磁阀和第三电磁阀都断电，一次压力油只进入第四油腔，一次压力油的有效作用面积仅为第四油腔液压油作用的有效面积；
(5)第一电磁阀和第五电磁阀都通电，第一油腔和第二油腔都有二次压力油输出，二次压力油的有效作用面积为第一油腔和第二油腔液压油作用的有效面积之和；
(6)第一电磁阀通电，第五电磁阀断电，第一油腔有二次压力油输出，此时二次压力油的有效作用面积仅为第一油腔液压油作用的有效面积；
(7)第五电磁阀通电，第一电磁阀断电，第二油腔有二次压力油输出，此时二次压力油的有效作用面积仅为第二油腔液压油作用的有效面积；
(8)当活塞移动到最左端时，活塞左端面碰到第二弹簧顶杆，推动第二弹簧顶杆压下第二行程开关，此时，第四电磁阀通电换向，第三油腔进一次压力油，活塞右移，此过程也可获得多种组合方式，当活塞移动到最右端时，活塞右端面碰到第一弹簧顶杆，推动第一弹簧顶杆压下第一行程开关，此时第四电磁阀断电换向，一次压力油又进入第四油腔，活塞左移，开始下一个工作循环。
所述步骤(1)～(4)中一次压力油的有效作用面积有4种组合方式；所述步骤(5)～(7)中二次压力油的有效作用面积有3种组合方式，与一次压力油的4种方式组合共获得12种组合方式。
有益效果：本发明的增压器最多可达到12种增压比，并且可连续输出二次压力油，能适应一次压力的改变或对二次压力的不同要求；当一次压力不变时，可输出12种二次压力油，适应性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括第一单向阀1、第一电磁阀2、缸体3、第二单向阀4、第三单向阀5、活塞6、第四单向阀7、第五单向阀8、第二电磁阀9、第六单向阀10、第三电磁阀11、第七单向阀12、第一行程开关13、第一弹簧顶杆14、第四电磁阀15、油箱16、第二弹簧顶杆17、第二行程开关18、第八单向阀19和第五电磁阀20。缸体3与活塞6的截面均呈阶梯状对称分布，缸体3与活塞6之间形成多个油腔，包括第一油腔21、第二油腔22、第三油腔23、第四油腔24、第五油腔25与第六油腔26。缸体3的侧壁上设有第一弹簧顶杆14与第二弹簧顶杆17，第一弹簧顶杆14与第二弹簧顶杆17均沿活塞6的轴线方向分布，第一弹簧顶杆14的一端位于第四油腔24内，另一端设有第一行程开关13；第二弹簧顶杆17的一端位于第三油腔23内，另一端设有第二行程开关18。
第一油腔21液压油作用的有效面积为S1，第二油腔22液压油作用的有效面积S2，第三油腔23液压油作用有效面积为S3，第四油腔24液压油作用有效面积为S4，第五油腔25液压油作用有效面积为S5，第六油腔26液压油作用有效面积为S6。第一油腔21和第六油腔26液压油作用有效面积相等，即S1＝S6；第二油腔22和第五油腔25液压油作用有效面积相等，即S2＝S5；第三油腔23和第四油腔24液压油作用有效面积相等，即S3＝S4。
一次压力油通过一次压力油进口P1经管路连接第四电磁阀15、第一单向阀1、第一电磁阀2和第一油腔21进口形成油路；一次压力油通过一次压力油进口P1经管路连接第四电磁阀15、第八单向阀19、第五电磁阀20和第二油腔22进口形成油路；一次压力油通过一次压力油进口P1经管路连接第四电磁阀15和第三油腔23进口形成油路；一次压力油通过一次压力油进口P1经管路连接第四电磁阀15和第四油腔24进口形成油路；一次压力油通过一次压力油进口P1经管路连接第四电磁阀15、第七单向阀12、第三电磁阀11和第五油腔25进口形成油路；一次压力油通过一次压力油进口P1经管路连接第四电磁阀15、第六单向阀10、第二电磁阀9和第六油腔26进口形成油路；
第一油腔21经管路连接第一电磁阀2和油箱形成油路；第二油腔22经管路连接第五电磁阀20和油箱形成油路；第三油腔23经管路连接第四电磁阀15和油箱16形成油路；第四油腔24经管路连接第四电磁阀15和油箱16形成油路；第五油腔25经管路连接第三电磁阀11和油箱形成油路；第六油腔26经管路连接第二电磁阀9和油箱形成油路。
第一油腔21经管路连接第二单向阀4和二次压力油出口P2形成油路；第二油腔22经管路连接第三单向阀5和二次压力油出口P2形成油路；第五油腔25经管路连接第四单向阀7和二次压力油出口P2形成油路；第六油腔26经管路连接第五单向阀8和二次压力油出口P2形成油路。
本发明的控制方法包括以下步骤：
(1)若第四电磁阀15处于如图1所示位置，一次压力油通过一次压力油进口P1经管路、第四电磁阀15的右阀位和第四油腔24相通，第三油腔23通过第四电磁阀15的右阀位和油箱16相通，排油。活塞6在一次压力油的作用下左移，第一油腔21、第二油腔22体积减小，排油。这时，若第二电磁阀9、第三电磁阀11通电，一次压力油通过一次压力油进口P1经管路、第四电磁阀15的右阀位、第七单向阀12、第三电磁阀11的左阀位和第五油腔25相通；一次压力油通过一次压力油进口P1经管路、第四电磁阀15的右阀位、第六单向阀10、第二电磁阀9的左阀位和第六油腔26相通。第四油腔24、第五油腔25、第六油腔26都进一次压力油，这时一次压力油的有效作用面积为第四油腔24、第五油腔25、第六油腔26液压油作用有效面积的和，即为S4+S5+S6。
(2)第二电磁阀9通电，第三电磁阀11断电，一次压力油进口P1和第四油腔24与第六油腔26相通，第四油腔24、第六油腔26进一次压力油，这时一次压力油的有效作用面积为第四油腔24、第六油腔26液压油作用有效面积的和，即为S4+S6。
(3)第二电磁阀9断电，第三电磁阀11通电，一次压力油进口P1和第四油腔24与第五油腔25相通，第四油腔24、第五油腔25进一次压力油，这时一次压力油的有效作用面积为第四油腔24、第五油腔25液压油作用有效面积的和，即为S4+S5。
(4)第二电磁阀9和第三电磁阀11都断电，一次压力油进口P1只和第四油腔24相通，第四油腔24进一次压力油，这时一次压力油的有效作用面积为第四油腔24液压油作用有效面积，即为S4。
通过控制第二电阀9和第三电磁阀11的通电或断电，使一次压力油作用有效面积有四种组合方式。
增压缸活塞6左移时，第一油腔21、第二油腔22、第三油腔23体积减小，第三油腔23通过管路、第四电磁阀15的右阀位和油箱16相通，排油。
(5)第一电磁阀2和第五电磁阀20都通电，第一油腔21和第二油腔22分别通过第二单向阀4和第三单向阀5和二次压力油出口P2相通，都有二次压力油输出，二次压力油的有效作用面积为第一油腔21和第二油腔22液压油作用有效面积的和，即S1+S2。
(6)第一电磁阀2通电，第五电磁阀20断电，第一油腔21有二次压力油输出，第二油腔22通过第五电磁阀20的右阀位和油箱相通，排油。这时二次压力油的有效作用面积为第一油腔21液压油作用有效面积，即为S1。
(7)第五电磁阀20通电，第一电磁阀2断电，第二油腔22有二次压力油输出，第一油腔21通过第一电磁阀2的右阀位和油箱相通，排油，这时二次压力油的有效作用面积为第二油腔22液压油有效作用面积，即为S2。
二次压力油的有效作用面积有3种组合方式。和一次压力油的有效作用面积再组合，共有12种组合方式，所以增压比共有12种，为：(S4+S5+S6)/(S1+S2)、(S4+S6)/(S1+S2)、(S4+S5)/(S1+S2)、S4/(S1+S2)、(S4+S5+S6)/S1、(S4+S6)/S1、(S4+S5)/S1、S4/S1、(S4+S5+S6)/S2、(S4+S6)/S2、(S4+S5)/S2、S4/S2。
(8)当活塞6左移到最左端时，活塞6的左端面推动第二弹簧顶杆17压下第二行程开关18时，第四电磁阀15通电换向，第三油腔23通过第四电磁阀15的左阀位进一次压力油，第四油腔24通过第四电磁阀15的左阀位和油箱16相通，排油。增压缸活塞6开始右移，第五油腔25和第六油腔26体积减小，可输出二次压力油，此过程也可获得多种组合方式。当活塞6移动到最右端时，活塞6右端面碰到第一弹簧顶杆14，推动第一弹簧顶杆14压下第一行程开关13，此时第四电磁阀15断电换向，一次压力油又进入第四油腔24，活塞6左移，开始下一个工作循环。
活塞6右移时，若第一电磁阀2通电或断电，使第一油腔21进一次压力油或从油箱吸油；第五电磁阀20通电或断电，使第二油腔22进一次压力油或从油箱吸油；所以一次压力进入第一油腔21、第二油腔22和第三油腔23有共有4种组合方式，即一次压力油作用在第一油腔21、第二油腔22和第三油腔23有效面积共有4种组合方式，分别为：S1+S2+S3、S1+S3、S2+S3、S3。
活塞6右移时，若第二电磁阀9和第三电磁阀11都通电，第六油腔26和第五油腔25都有二次压力油输出；若第二电磁阀9通电、第三电磁阀11断电，只有第六油腔26有二次压力油输出；若第二电磁阀9断电、第三电磁阀11通电，只有第五油腔25有二次压力油输出。所以二次压力油输出有三种组合方式，二次压力油的有效作用面积也有三种组合，即S5+S6、S5、S6。和一次压力油有效作用面积再组合也有12种组合方式，所以增压比也有12种。增压比为：(S1+S2+S3)/(S5+S6)、(S1+S3)/(S5+S6)、(S2+S3)/(S5+S6)、S3/(S5+S6)、(S1+S2+S3)/S5、(S1+S3)/S5、(S2+S3)/S5、S3/S5、(S1+S2+S3)/S6、(S1+S3)/S6、(S2+S3)/S6、S3/S6。
本发明中，若第二油腔22液压油作用面积是第一油腔21液压油作用面积的2倍，即S2＝2S1；第三油腔23液压油作用面积是第一油腔21液压油作用面积的9倍，即S3＝9S1。可根据上述关系计算出12种增压比，分别为：3、10/3、11/3、4、9/2、5、11/2、6、9、10、11、12。
当活塞右移到最右端，活塞右端面推动第一弹簧顶杆14压下第一行程开关13时，第四电磁阀15断电换向，开始下一个工作循环。这样可连续输出二次压力油。增压缸在工作过程中，要保证活塞左右移动时增压比相等。
以上实施例仅用来说明本专利的技术实施方案而非限制，对本专利的技术方案进行修改或等同替换、不脱离本专利技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本专利的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种可改变增压比的连续输出增压器，包括缸体(3)与活塞(6)，其特征在于，所述缸体(3)与活塞(6)的截面均呈阶梯状对称分布，缸体(3)与活塞(6)之间形成多个油腔，所述缸体(3)的侧壁上设有第一弹簧顶杆(14)与第二弹簧顶杆(17)，所述的第一弹簧顶杆(14)与第二弹簧顶杆(17)均沿活塞(6)的轴线方向分布，弹簧顶杆的一端位于油腔内，另一端分别设有第一行程开关(13)与第二行程开关(18)。
2.根据权利要求1所述的一种可改变增压比的连续输出增压器，其特征在于，所述的油腔包括第一油腔(21)、第二油腔(22)、第三油腔(23)、第四油腔(24)、第五油腔(25)与第六油腔(26)。
3.根据权利要求2所述的一种可改变增压比的连续输出增压器，其特征在于，所述第一油腔(21)的一侧通过第一电磁阀(2)、第一单向阀(1)、第四电磁阀(15)连接一次压力油进口；另一侧通过第二单向阀(4)连接二次压力油出口。
4.根据权利要求2所述的一种可改变增压比的连续输出增压器，其特征在于，所述第二油腔(22)的一侧通过第五电磁阀(20)、第八单向阀(19)、第四电磁阀(15)连接一次压力油进口；另一侧通过第三单向阀(5)连接二次压力油出口。
5.根据权利要求2所述的一种可改变增压比的连续输出增压器，其特征在于，所述的第三油腔(23)与第四油腔(24)均通过第四电磁阀(15)连接一次压力油进口，其中，第三油腔(23)的侧壁上设有第二弹簧顶杆(17)，第四油腔(24)的侧壁上设有第一弹簧顶杆(14)。
6.根据权利要求2所述的一种可改变增压比的连续输出增压器，其特征在于，所述第五油腔(25)的一侧通过第三电磁阀(11)、第七单向阀(12)、第四电磁阀(15)连接一次压力油进口；另一侧通过第四单向阀(7)连接二次压力油出口。
7.根据权利要求2所述的一种可改变增压比的连续输出增压器，其特征在于，所述第六油腔(26)的一侧通过第二电磁阀(9)、第六单向阀(10)、第四电磁阀(15)连接一次压力油进口；另一侧通过第五单向阀(8)连接二次压力油出口。
8.根据权利要求2所述的一种可改变增压比的连续输出增压器，其特征在于，所述第一油腔(21)与第六油腔(26)液压油作用的有效面积相等，第二油腔(22)与第五油腔(25)液压油作用的有效面积相等，第三油腔(23)与第四油腔(24)液压油作用的有效面积相等。
9.基于权利要求1-8任一项所述的一种可改变增压比的连续输出增压器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)第四油腔进油，活塞在一次压力油的作用下左移，若第二电磁阀与第三电磁阀通电，一次压力油进入第六油腔和第五油腔，此时一次压力油的有效作用面积为第四油腔、第五油腔与第六油腔液压油作用有效面积之和；
(2)第二电磁阀通电，第三电磁阀断电，一次压力油进入第四油腔和第六油腔，一次压力油的有效作用面积为第四油腔和第六油腔液压油作用有效面积之和；
(3)第三电磁阀通电，第二电磁阀断电，一次压力油进入第四油腔和第五油腔，一次压力油的有效作用面积为第四油腔和第五油腔液压油作用有效面积之和；
(4)第二电磁阀和第三电磁阀都断电，一次压力油只进入第四油腔，一次压力油的有效作用面积仅为第四油腔液压油作用的有效面积；
(5)第一电磁阀和第五电磁阀都通电，第一油腔和第二油腔都有二次压力油输出，二次压力油的有效作用面积为第一油腔和第二油腔液压油作用的有效面积之和；
(6)第一电磁阀通电，第五电磁阀断电，第一油腔有二次压力油输出，此时二次压力油的有效作用面积仅为第一油腔液压油作用的有效面积；
(7)第五电磁阀通电，第一电磁阀断电，第二油腔有二次压力油输出，此时二次压力油的有效作用面积仅为第二油腔液压油作用的有效面积；
(8)当活塞移动到最左端时，活塞左端面碰到第二弹簧顶杆，推动第二弹簧顶杆压下第二行程开关，此时，第四电磁阀通电换向，第三油腔进一次压力油，活塞右移，此过程也可获得多种组合方式，当活塞移动到最右端时，活塞右端面碰到第一弹簧顶杆，推动第一弹簧顶杆压下第一行程开关，此时第四电磁阀断电换向，一次压力油又进入第四油腔，活塞左移，开始下一个工作循环。
10.根据权利要求9所述的一种可改变增压比的连续输出增压器控制方法，其特征在于，所述步骤(1)～(4)中一次压力油的有效作用面积有4种组合方式；所述步骤(5)～(7)中二次压力油的有效作用面积有3种组合方式，与一次压力油的4种方式组合共获得12种组合方式。
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