CN108895043B - 一种液压泵恒压控制装置及控制方法 - Google Patents

一种液压泵恒压控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种液压泵恒压控制装置及控制方法，主要包括液压泵、检测单元、控制单元、单向阀、二位三通电磁换向阀、二位二通电磁换向阀、高压蓄能器、液压马达和发电机。液压泵主要包括驱动机构、双作用液压缸、三位四通电磁换向阀。检测单元主要采集风速和液压泵的转速，并反馈信号至控制单元，控制单元根据采集的转速和风速，调节三位四通电磁换向阀、二位二通电磁换向阀和二位三通电磁换向阀的工作位置，实现液压泵的恒压控制。本发明的控制方法可以有效抑制风速变化引起的压力波动，使液压泵在不同工况下保持恒压输出，提高风力发电系统的发电质量。

Description

一种液压泵恒压控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及液压控制技术领域，尤其涉及一种液压泵恒压控制装置及控制控制方法。
背景技术
液压泵是液压型风力发电系统的动力元件，其输出特性直接影响风力发电系统的发电质量和效率。在液压型风力发电系统中，风力机传动轴直接连接液压泵，在不同工况下，传统大排量柱塞泵排量不可调节，导致输出压力随风速的变化而变化，降低液压系统的传递效率。为了减小液压泵的输出压力波动，提高发电质量，需要采用恒压控制方法对液压泵的输出压力进行调节。
传统的恒压控制系统主要采用恒压变量泵进行恒压控制，恒压变量泵就是通过恒压阀控制柱塞泵的变量缸使其改变斜盘倾角实现变量的，在系统压力未达到恒压阀的设定压力时，泵的压力随流量的变化而变化；当恒压变量泵达到恒压阀的设定压力时，泵的流量随负载变化而变化，此时基本保持输出压力不变。该方案能较好的实现恒压控制，但是仍然存在不足：首先，恒压变量泵在低转速下相当于定量泵，内泄漏量会变大，泵的排量减小，降低发电效率，且伴随着一定的压力波动；其次，这种方案的变量机构响应速度较慢，一般只有3～5Hz，恒压调节时间变长，造成恒压变量泵及系统元件的损害，最后，这种方案需要功率较大的原动机，难以满足小功率发电的要求。由上可见，这种泵的恒压控制方法存在优化和改进空间。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种液压泵恒压控制装置及控制方法，能有效解决低转速下传统液压泵因内泄漏量大导致排量小、发电效率低的问题，并能有效抑制风速变化引起的压力波动，使液压泵能够输出恒定压力，提高风力发电系统发电质量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种液压泵恒压控制装置，包括液压泵，还包括检测单元、控制单元、单向阀、二位三通电磁换向阀、二位二通电磁换向阀、高压蓄能器A、高压蓄能器B、液压马达和发电机；
所述液压泵主要包括驱动机构、中压蓄能器、多组主液压缸、多组辅助液压缸、多个三位四通电磁换向阀B和多个三位四通电磁换向阀A，所述主液压缸和辅助液压缸均为双作用液压缸；
所述单向阀的进油口与液压泵的出油口连接，所述单向阀的出油口与二位三通电磁换向阀的进油口P连接；
所述二位三通电磁换向阀的工作油口A与高压蓄能器A连接，二位三通电磁换向阀的排油口T与液压泵的出油口连接；
所述二位二通电磁换向阀的进油口P与液压泵的出油口连通，二位二通电磁换向阀的出油口A与高压蓄能器B连通；
所述液压马达与发电机电连接，所述液压马达的两端油口分别与液压泵的吸油口和回油口连通；
所述检测单元用于检测风速vw和液压泵的转速ωr，并将测得信号传递给控制单元，所述控制单元根据检测单元传递的信号控制三位四通电磁换向阀A、三位四通电磁换向阀B、二位三通电磁换向阀和二位二通电磁换向阀动作使液压泵处于恒压状态。
优选的，所述主液压缸与三位四通电磁换向阀A一一对应，所述主液压缸两端的出油口与三位四通电磁换向阀A连通，所述辅助液压缸与三位四通电磁换向阀B一一对应，所述辅助液压缸两端的出油口与三位四通电磁换向阀B连通；
所述三位四通电磁换向阀A的工作油口A与液压泵的出油口连通，三位四通电磁换向阀A的工作油口B与液压泵的吸油口连通，所述三位四通电磁换向阀B的油口A与中压蓄能器连通，三位四通电磁换向阀B的油口B与液压泵的吸油口连通。
优选的，所述三位四通电磁换向阀A和三位四通电磁换向阀B的中位机能为“M型”。
一种液压泵恒压控制装置的控制方法，具体包括以下步骤：
当所述液压泵工作在最大功率区时，所述控制单元控制所述三位四通电磁换向阀A动作，所述主液压缸进行吸排油，同时，所述控制单元根据所述检测单元测得的风速vw，判断所述液压泵的转矩等级；
若转矩等级为奇数时，所述三位四通电磁换向阀B的阀芯处于中位；
若转矩等级为偶数时，判断SOC是否大于0，若SOC>0，所述控制单元调节三位四通电磁换向阀B使中压蓄能器与辅助液压缸的a腔室连通，若SOC≤0，所述控制单元调节三位四通电磁换向阀B使中压蓄能器与辅助液压缸的b腔室连通，辅助液压缸对中压蓄能器进行冲液；
当所述液压泵工作在额定功率区时：
所述控制单元将液压泵的实际转速ωr与额定转速
Figure BDA0001760305380000021
进行比较，若
Figure BDA0001760305380000022
则所述控制单元控制二位三通电磁换向阀的排油口T与工作油口A处于连通状态，所述高压蓄能器A释放能量，同时所述控制单元控制二位二通电磁换向阀的进油口P与工作油口A处于连通状态，所述高压蓄能器B将储存的能量释放出来；若
Figure BDA0001760305380000023
所述控制单元控制所述二位三通电磁换向阀处于进油口P与工作油口A连通状态，使所述高压蓄能器A吸收能量。
本发明的有益效果：
(1)针对不同工况下的液压泵，控制单元通过控制各电磁换向阀的工作位置，使不同数目的液压缸工作，实现对液压泵的输入转矩和排量的等比例调节，进而进行液压泵的恒压控制，有效解决了低转速下传统液压泵因内泄漏量大导致排量小、发电效率低的问题，提高风力发电系统的发电质量。
(2)与传统恒压变量泵恒压控制相比，本发明控制单元通过调节二位三通电磁换向阀、二位三通电磁换向阀的阀芯工作位置，使高压蓄能器接入油路中，在液压泵转速过高时，可以大量吸收脉动压力和流量中的能量，在液压泵转速低时，将能量释放出来，降低了液压泵输出流量的频繁变化，减小了脉动压力对液压泵及其他液压元件的损害。
(3)本发明中主液压缸和辅液压缸均为双作用液压缸，由于主液压缸和辅液压缸均分别存在一一对应的三位四通电磁换向阀，控制单元通过控制三位四通电磁换向阀的换向可以实现主液压缸和辅液压缸的快速运动，与传统液压泵恒压控制相比，响应速度快。
附图说明
图1为本发明所述的一种液压泵恒压控制装置的结构示意图。
图2为本发明所述主液压缸与三位四通电磁换向阀A的连接示意图。
图3为本发明所述辅助液压缸与三位四通电磁换向阀B的连接示意图。
图4为本发明所述液压泵工作在最大功率时的控制方法流程图。
图5为本发明所述液压泵工作在额定功率区的控制方法流程图。
1-发电机、2-液压泵、3-单向阀、4-二位三通电磁换向阀、5-二位二通电磁换向阀、6-高蓄能器A、7-高压蓄能器B、8-驱动机构、9-中压蓄能器、10-三位四通电磁换向阀B、11-辅助液压缸、12-三位四通电磁换向阀A、13-主液压缸、14-液压马达、15-发电机、S1-检测单元、S2-控制单元。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的一种液压泵恒压控制装置包括液压泵(2)、检测单元(S1)、控制单元(S2)、单向阀(3)、二位三通电磁换向阀(4)、二位二通电磁换向阀(5)、高压蓄能器A(6)、高压蓄能器B(7)、液压马达(14)和发电机(1)，
液压泵(2)主要包括驱动机构(8)、中压蓄能器(9)、多组主液压缸(13)、多组辅助液压缸(11)、多个三位四通电磁换向阀B(10)和三位四通电磁换向阀A(12)，所述主液压缸(13)和辅助液压缸(11)均为双作用液压缸。
如图2所示，所述主液压缸(13)与三位四通电磁换向阀A(12)一一对应，所述主液压缸(13)两端的出油口与三位四通电磁换向阀A(12)连通，如图3所示，所述辅助液压缸(11)与三位四通电磁换向阀B(10)一一对应，所述辅助液压缸(11)两端的出油口与三位四通电磁换向阀B(10)连通。
所述三位四通电磁换向阀A(12)的工作油口A与液压泵(2)出油口连通，三位四通电磁换向阀A(12)的工作油口B与液压泵(2)的吸油口连通，所述三位四通电磁换向阀B(10)的油口A与中压蓄能器(9)连通，三位四通电磁换向阀B(10)的油口B与液压泵(2)的吸油口连通。
三位四通电磁换向阀A(12)和三位四通电磁换向阀B(10)的中位机能为“M型”。
所述单向阀(3)的进油口与液压泵(2)的出油口连接，所述单向阀(3)的出油口与二位三通电磁换向阀(4)的进油口P连接；所述二位三通电磁换向阀(4)的工作油口A与高压蓄能器A(6)连接，二位三通电磁换向阀(4)的排油口T与液压泵(2)出油口连接；所述二位二通电磁换向阀(5)的进油口P与液压泵(2)的出油口连通，二位二通电磁换向阀(5)的出油口A与高压蓄能器B(7)连通；所述液压马达(14)与发电机(1)电连接，所述液压马达(14)的两端油口分别与液压泵(2)的吸油口和回油口连通；
所述检测单元(S1)用于检测风速vw和液压泵(2)的转速ωr，并将测得信号传递给控制单元(S2)，所述控制单元(S2)根据检测单元(S1)传递的信号控制三位四通电磁换向阀A(10)、三位四通电磁换向阀B(12)、二位三通电磁换向阀(4)和二位二通电磁换向阀(5)的工作位置，进而控制不同数目的主液压缸13和辅助液压缸11工作，实时改变液压泵2的排量，实现液压泵(2)的恒压控制。
一种液压泵恒压控制装置的控制方法，具体包括以下步骤：
当所述液压泵(2)工作在最大功率区时：
如图4所示，所述控制单元(S2)控制所述三位四通电磁换向阀A(12)动作，所述主液压缸(13)相应的进行吸排油，同时，所述控制单元(S2)根据所述检测单元(S1)测得的风速vw，判断所述液压泵(2)的转矩等级；
若转矩等级为奇数时，所述三位四通电磁换向阀B(10)的阀芯处于中位，辅助液压缸(11)的a腔室和b腔室连通，处于怠速状态，中压蓄能器(9)不进行冲放液。
若转矩等级为偶数时，判断SOC是否大于0，若SOC>0，此时中压蓄能器(9)内存储有一定的能量，所述控制单元(S2)将三位四通电磁换向阀B(10)的阀芯推向右端，使中压蓄能器(9)与辅助液压缸(11)的a腔室连通，中压蓄能器(9)驱动辅助液压缸(11)，将能量释放出来辅助驱动机构(8)运动，推动主液压缸(13)工作；若SOC≤0，此时中压蓄能器(9)中没有存储能量，所述控制单元(S2)将三位四通电磁换向阀B(10)的阀芯推向左端，使中压蓄能器(9)与辅助液压缸(11)的b腔室连通，辅助液压缸(11)对中压蓄能器(9)进行冲液；
当所述液压泵(2)工作在额定功率区时：
如图5所示，所述控制单元(S2)将液压泵(2)的实际转速ωr与额定转速
Figure BDA0001760305380000051
进行比较，若
Figure BDA0001760305380000052
则所述控制单元(S2)控制二位三通电磁换向阀(4)的电磁铁1YA得电，二位三通电磁换向阀(4)的排油口T与工作油口A处于连通状态，所述高压蓄能器A(6)释放能量，同时所述控制单元(S2)控制二位二通电磁换向阀(5)的电磁铁2YA得电，二位二通电磁换向阀(5)的进油口P与工作油口A处于连通状态，所述高压蓄能器B将储存的能量释放出来，起抑制液压泵(2)输出压力波动的作用；若
Figure BDA0001760305380000053
所述控制单元(S2)控制所述二位三通电磁换向阀(4)的电磁铁1YA失电，二位三通电磁换向阀4处于进油口P与工作油口A连通状态，使得所述高压蓄能器A(6)吸收并存储由于转速变大引起液压泵(2)输出压力升高的多余能量，在液压泵(2)转速降低时释放出来，实现恒压控制。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种液压泵恒压控制装置，包括液压泵(2)，其特征在于，还包括检测单元(S1)、控制单元(S2)、单向阀(3)、二位三通电磁换向阀(4)、二位二通电磁换向阀(5)、高压蓄能器A(6)、高压蓄能器B(7)、液压马达(14)和发电机(1)；
所述控制装置还包括驱动机构(8)、中压蓄能器(9)、多组主液压缸(13)、多组辅助液压缸(11)、多个三位四通电磁换向阀B(10)和多个三位四通电磁换向阀A(12)，所述主液压缸(13)和辅助液压缸(11)均为双作用液压缸，所述主液压缸(13)与三位四通电磁换向阀A(12)一一对应，所述主液压缸(13)两端的出油口与三位四通电磁换向阀A(12)连通，所述辅助液压缸(11)与三位四通电磁换向阀B(10)一一对应，所述辅助液压缸(11)两端的出油口与三位四通电磁换向阀B(10)连通，所述三位四通电磁换向阀A(12)的工作油口A与液压泵(2)出油口连通，三位四通电磁换向阀A(12)的工作油口B与液压泵(2)的吸油口连通，所述三位四通电磁换向阀B(10)的油口A与中压蓄能器(9)连通，三位四通电磁换向阀B(10)的油口B与液压泵(2)的吸油口连通；
所述单向阀(3)的进油口与液压泵(2)的出油口连接，所述单向阀(3)的出油口与二位三通电磁换向阀(4)的进油口P连接；
所述二位三通电磁换向阀(4)的工作油口A与高压蓄能器A(6)连接，二位三通电磁换向阀(4)的排油口T与液压泵(2)的出油口连接；
所述二位二通电磁换向阀(5)的进油口P与液压泵(2)的出油口连通，二位二通电磁换向阀(5)的工作油口A与高压蓄能器B(7)连通；
所述液压马达(14)与发电机(1)电连接，所述液压马达(14)的两端油口分别与液压泵(2)的吸油口和出油口连通；
所述检测单元(S1)用于检测风速vw和液压泵(2)的转速ωr，并将测得信号传递给控制单元(S2)，所述控制单元(S2)根据检测单元(S1)传递的信号控制三位四通电磁换向阀A(10)、三位四通电磁换向阀B(12)、二位三通电磁换向阀(4)和二位二通电磁换向阀(5)动作使液压泵(2)处于恒压状态。
2.根据权利要求1所述的液压泵恒压控制装置，其特征在于，所述三位四通电磁换向阀A(12)和三位四通电磁换向阀B(10)的中位机能为“M型”。
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