CN109083893B - 一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路，属于变幅运动液压回路领域，解决了现有技术中多级缸换级会产生运动冲击的问题。多级缸变幅运动液压回路包括起竖回平油路和油源油路；起竖回平油路采用多级缸实现负载的起竖或回平；油源油路为起竖回平油路提供液压动力；油源油路采用双控变量柱塞泵将液压油泵出，双控变量柱塞泵设有电比例排量和恒功率两种工作模式。本发明能够降低多级缸变幅运动控制回路系统发热，提高系统效率；降低多级缸变幅运动在多级缸换级时的冲击。

Description

一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路

技术领域

本发明涉及变幅运动液压回路领域，尤其涉及一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路。

背景技术

基于节能考虑，工程机械及特种车辆基于多级液压缸的变幅运动液压回路中的液压泵一般选用负载敏感轴向柱塞泵。负载敏感泵相对于恒压变量泵和定量泵等泵源系统节能效果显著，但是由于负载敏感阀(大多为可调节流阀或比例方向阀)本身存在压降，大流量通过时，仍然存在系统能量损失。

基于多级液压缸的变幅起竖装置在起竖过程中，多级液压缸换级时由于活塞杆截面积突变，造成换级冲击，引起起竖装置及负载的明显晃动，对起竖装置和负载造成不良影响。为克服换级冲击，一般采取到达换级点起竖角度前提前减速，此方法降低了起竖运动速度。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路，用以提升现有液压回路效率，并解决现有液压回路无法良好的处理多级缸换级时的冲击的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明技术方案中，一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路，多级缸变幅运动液压回路包括起竖回平油路和油源油路；起竖回平油路采用多级缸来实现负载的起竖或回平；油源油路为起竖回平油路提供液压油；

油源油路采用双控变量柱塞泵将液压油泵出，双控变量柱塞泵设有电比例排量和恒功率两种工作模式。

本发明技术方案中，油源油路还包括：油箱、动力源、出油单向阀；

油箱与出油管路和回油管路连接；出油单向阀设置在出油管路上，双控变量柱塞泵设置在出油单向阀和油箱之间；动力源为双控变量柱塞泵提供动力。

本发明技术方案中，出油管路的自由端和回油管路的自由端之间，设有比例溢流阀。

本发明技术方案中，双控变量柱塞泵和出油单向阀之间设有出油过滤器；

比例溢流阀与回油管路的连接点到油箱之间设有回油过滤器。

本发明技术方案中，起竖回平油路还包括电磁换向阀；油源油路与电磁换向阀连接；

电磁换向阀通过正腔管路与多级缸的正腔连接，电磁换向阀通过反腔管路与多级缸的反腔连接。

本发明技术方案中，正腔管路设有正腔平衡阀，反腔管路设有反腔平衡阀。

本发明技术方案中，多级缸的活塞与起竖回平装置连接。

本发明技术方案的有益效果是：

1、本发明采用了具有电比例排量和恒功率两种工作模式的变量柱塞泵，多级缸未到换级时，变量柱塞泵工作于电比例排量模式，输出的油液直接输入到油缸，控制油缸运动速度，避免应用过多的控制电路，减少控制电路产生的热量，同时本发明使用的液压回路产热量明显低于现有技术使用的负载敏感泵液压回路，二者结合能够有效的降低整个液压回路的产热量；

2、本发明采用了具有电比例排量和恒功率两种工作模式的变量柱塞泵，可以免去传统的负载敏感泵的负载敏感管路和控制电路，简化整个液压回路，结构更加清晰；

3、本发明采用了具有电比例排量和恒功率两种工作模式的变量柱塞泵，在换级时采用恒功率输出，换级前后液压泵自适应地调整输出流量，保证油缸换级前后速度一致从而避免了传统回路多级缸换级时的速度冲击。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为现有液压回路的结构示意图；

图2为本发明实施例的液压回路的结构示意图。

附图标记：

1-油箱，2-动力源，31-双控变量柱塞泵，32-负载敏感泵，33-负载敏感管路，34-控制电路，4-出油过滤器，5-出油单向阀，6-电磁换向阀，7-正腔平衡阀，8-多级缸，9-反腔平衡阀，10-比例溢流阀，11-回油过滤器，12-油源油路，13-起竖回平油路。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

现有的多级缸液压回路通常采用如图1所示的结构，即油源油路12采用负载敏感敏泵，属于定量泵和恒压泵之后的第二代成形改进，负载敏感泵32上的负载敏感控制模块包括一系列集成在泵上的控制阀，比例方向阀控制多级缸8的运行方向和速度，比例方向阀后的高压为负载敏感压力，比例方向阀两个出口压力经梭阀选取后引出高压侧压力，通过管路引回负载敏感泵32实现负载敏感控制。虽然负载敏感泵32的节能效果明显，但是依然存在三大缺点：

1、负载敏感泵32的控制回路结构复杂，不仅包括控制电路34，还要单独的引出负载敏感管路33；

2、负载敏感泵32虽然能够通过控制电路34来调整比例方向阀的输入信号用以削弱多级缸8换级时存在的冲击现象，但是效果有限；

3、负载敏感泵32输出的液压油在流经比例方向阀时存在节流损失的情况，即因管径变化造成功率降低，影响了整个液压回路的工作效率。

而现有技术的改进大多仍然是在负载敏感泵32的基础上进行改进，调整油路或者调整控制方法用以削弱上述缺点造成的不良影响，本质上依然采用负载敏感泵32。本发明实施例打破了思维壁垒，采用的全新的思路，使用了电比例排量和恒功率双控制模式变量泵来作为油源油路12的主要供油泵，对整个思路进行转变，突破了技术偏见。

具体的，如图2所示，本发明实施例提供了一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路，多级缸8变幅运动液压回路包括起竖回平油路13和油源油路12；起竖回平油路13采用多级缸8来为起竖或回平提供液压动力；油源油路12为起竖回平油路13提供液压油；油源油路12采用双控变量柱塞泵31将液压油泵出，双控变量柱塞泵31设有电比例排量和恒功率两种工作模式。双控变量柱塞泵31的电比例排量工作模式，可以实现变量泵的功能，恒功率则可以保证输出功率恒定。示例性的，本发明实施例中采用双控变量柱塞泵31，虽然已经是较为成形的技术，但是还没有人将其作为降低多级缸换级冲击液压回路的主要供油泵使用。

本发明实施例在实际使用时，双控变量柱塞泵31可以以电比例排量工作模式将液压泵快速调整至某一设定的流量，完成油缸的速度控制，当多级缸8换级时，双控变量柱塞泵31切换为恒功率模式，保证换级时液压泵的输出功率恒定不变。

本发明实施例将设有电比例排量和恒功率两种工作模式的双控变量柱塞泵31作为油源油路12的主要供油泵，直接解决了负载敏感泵32的三大缺点：第一，本发明实施例的双控变量柱塞泵31本身不需要复杂的控制电路34，而且省略了负载敏感管路33，使得整个液压回路结构简单，管路清晰明了；第二，实施例的双控变量柱塞泵31，在换级之前工作于比例排量控制模式下，输出的油液直接控制油缸的运动速度，泵源容积效率100％；第三，本发明实施例的双控变量柱塞泵31，在换级时，采用恒功率模式工作，在负载不变的情况下，能够保证多级缸8活塞的运动速度不变，避免了换级时的冲击现象。

定义前一级缸压力为p₁，作用面积为A₁，运动速度为V₁，流量为Q₁；下一级缸运动时压力为p₂，作用面积为A₂，运动速度为V₂，换级点推力为F。

F＝p₁*A₁；

Q₁＝A₁*V₁；

F＝p₂*A₂；

Q₂＝A₂*V₂；

要降低换级时的负载运动冲击，即尽最大可能让V₁＝V₂。

换级点在液压泵恒功率控制模式下，换级前后功率均为P，

P＝F*V₁＝F*V₂

由于换级前后负载的作用力不变，换级点推力一致，所以V₁＝V₂，因此造成的Q₁和Q₂之间的差异，p₁和p₂之间的差异，会通过双控变量柱塞泵31来自行调整。

即在恒功率控制模式下，多级缸8自身可以保持换级前后速度稳定，不需要人为通过控制电路34来控制液压系统输出流量来降低多级缸8冲击

综合考虑油源油路12的供油功能，本发明实施例油源油路12还包括：油箱1、动力源2、出油单向阀5；油箱1与出油管路和回油管路连接；出油单向阀5设置在出油管路上，双控变量柱塞泵31设置在出油单向阀5和油箱1之间。出油单向阀5可以防止液压油回流时倒灌入出油管路及倒流入双控变量柱塞泵31。动力源2为双控变量柱塞泵31提供动力。

在本发明实施例实际使用时，可能在一些情况下液压油的压力异常增加，为了避免压力异常的液压油损坏液压回路，本发明实施例中，出油管路的自由端和回油管路的自由端之间，设有比例溢流阀10，比例溢流阀10会设有液压回路能够承受大最大安全压力，一旦液压油的压力异常增加，过多的液压油可从比例溢流阀10流回油箱1。

除此之外，液压油还可能出现混入其他杂质的情况，例如混入水锈、铸砂、焊渣、铁屑、涂料、油漆皮和棉纱屑等，为了避免杂质对液压回路造成损坏，本发明实施例中，双控变量柱塞泵31和出油单向阀5之间设有出油过滤器4；比例溢流阀10与回油管路的连接点到油箱1之间设有回油过滤器11。通过出油过滤器4和回油过滤器11的综合使用，本发明实施例可以滤除掉混入到液压油中的杂质，防止其破坏油膜、密封件等，保障液压回路的正常工作。

从易于生产加工和批量生产的角度出发，出油过滤器4和回油过滤器11原理相同，但是参数及部件型号不同。

同样综合考虑起竖回平油路13的起竖及回平功能，本发明实施例中，起竖回平油路13还包括电磁换向阀6；油源油路12与电磁换向阀6连接；电磁换向阀6通过正腔管路与多级缸8的正腔连接，电磁换向阀6通过反腔管路与多级缸8的反腔连接。电磁换向阀6用来控制多级缸8起竖或回平。

为了保证负负载情况下，油缸不会失速以及无油液输入时油缸的安全锁定，本发明实施例中，正腔管路设有正腔平衡阀7，反腔管路设有反腔平衡阀9。正腔平衡阀7和反腔平衡阀9原理相同，参数及部件型号不同。

本发明实施例中最终要通过多级缸8来推动起竖回平装置，因此，多级缸8的活塞与起竖回平装置连接。

综上所述，本发明实施例提供了一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路，本发明采用了具有电比例排量和恒功率两种工作模式的变量柱塞泵，避免设置过多的控制电路34，防止控制电路34产生过多热量，同时本发明使用的变量柱塞泵的产热量明显低于现有技术使用的负载敏感泵32，二者结合能够有效的降低整个液压回路的产热量；本发明采用了具有电比例排量和恒功率两种工作模式的变量柱塞泵，可以免去传统的负载敏感泵32的负载敏感管路33和控制电路34，简化整个液压回路，结构更加清晰；本发明采用了具有电比例排量和恒功率两种工作模式的变量柱塞泵，在多级缸换级前采用电比例排量输出，液压泵直接控制油缸的运动速度，容积效率100％；本发明采用了具有电比例排量和恒功率两种工作模式的变量柱塞泵，在换级时采用恒功率输出，自适应地调整油缸输入流量，降低了油缸换级时的速度冲击。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低冲击的多级缸变幅运动液压回路，其特征在于，所述多级缸(8)变幅运动液压回路包括起竖回平油路(13)和油源油路(12)；所述起竖回平油路(13)采用多级缸(8)实现负载起竖或回平动作；所述油源油路(12)为所述起竖回平油路(13)提供液压油；

所述油源油路(12)采用双控变量柱塞泵(31)将液压油泵出，所述双控变量柱塞泵(31)设有电比例排量和恒功率两种工作模式；

所述双控变量柱塞泵(31)采用电比例排量、恒功率双控制模式变量柱塞泵；

所述双控变量柱塞泵(31)的恒功率控制模式满足：

F＝p₁*A₁；

Q₁＝A₁*V₁；

F＝p₂*A₂；

Q₂＝A₂*V₂；

P＝F*V₁＝F*V₂；

前一级缸压力为p₁，作用面积为A₁，运动速度为V₁，流量为Q₁；下一级缸运动时压力为p₂，作用面积为A₂，运动速度为V₂，流量为Q₂，换级点推力为F，换级前后功率均为P；Q₁和Q₂之间的差异，p₁和p₂之间的差异由双控变量柱塞泵(31)调整；

所述油源油路(12)还包括：油箱(1)、动力源(2)和出油单向阀(5)；

所述油箱(1)与出油管路和回油管路连接；所述出油单向阀(5)设置在所述出油管路上，所述双控变量柱塞泵(31)设置在所述出油单向阀(5)和油箱(1)之间；所述动力源(2)为双控变量柱塞泵(31)提供动力。

2.根据权利要求1所述的多级缸变幅运动液压回路，其特征在于，所述出油管路的自由端和所述回油管路的自由端之间设有比例溢流阀(10)。

3.根据权利要求2所述的多级缸变幅运动液压回路，其特征在于，所述双控变量柱塞泵(31)和所述出油单向阀(5)之间设有出油过滤器(4)；

所述比例溢流阀(10)与回油管路的连接点到所述油箱(1)之间设有回油过滤器(11)。

4.根据权利要求1或3所述的多级缸变幅运动液压回路，其特征在于，所述起竖回平油路(13)还包括电磁换向阀(6)；所述油源油路(12)与所述电磁换向阀(6)连接。

5.根据权利要求4所述的多级缸变幅运动液压回路，其特征在于，所述电磁换向阀(6)通过正腔管路与所述多级缸(8)的正腔连接，所述电磁换向阀(6)通过反腔管路与所述多级缸(8)的反腔连接。

6.根据权利要求5所述的多级缸变幅运动液压回路，其特征在于，所述正腔管路设有正腔平衡阀(7)，所述反腔管路设有反腔平衡阀(9)。

7.根据权利要求6所述的多级缸变幅运动液压回路，其特征在于，所述多级缸(8)的活塞与起竖回平装置连接。

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