CN109779992A - 一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，包括至少两个液压缸、液压调节单元、检测单元、控制单元、供电单元，任一液压缸均连接有一个第一储能装置与一个液压调节单元，供电单元与各液压调节单元均相连，进而可用于给各液压调节单元供电；控制单元分别与第一储能装置、液压缸、液压调节单元相连；检测单元分别与各液压缸相连，进而可以将各液压缸的运行情况反馈给控制单元；液压调节单元可在控制单元的控制下调节各液压缸的液压杆的运动速度与伸缩状态，进而实现各个液压缸的同步运动；第一储能装置可加快液压调节单元调节液压缸的调节速度。本发明有着控制精度高、响应速度快、节流损失低、节能效果好、环境污染小、控制方式便捷的优点。

Description

一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统

技术领域

本发明涉及液压缸自动控制领域，具体涉及一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统。

背景技术

随着第二次工业革命以来，液压动力设备开始被应用于工业生产与起重作业的各个领域。现代工业自动控制技术的成熟也使得液压缸控制系统得到了长远的发展。

目前，液压设备中通常要求多液压缸能同步同行程运行，因此大量的多液压缸同步控制系统得以诞生。传统的多液压缸同步控制系统大多采用电液伺服阀同步控制或电液比例阀同步控制，虽然这两种同步方式在一定程度上能够达到同步控制的标准，但它们依然存在污染严重、结构复杂，节流损失大、成本高的缺点。而采用泵控直驱的同步控制方式，会在一定程度上会降低系统的响应性，但可以通过添加能显著提高泵控直驱的响应速度的构造来实现。

因此一种同步控制精度高、响应速度快、节流损失低、节能效果好、环境污染小、控制方式便捷的新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统变得十分必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统。

本发明包括至少两个液压缸、液压调节单元、检测单元、控制单元、供电单元，任一所述液压缸均连接有一个第一储能装置与一个液压调节单元，所述供电单元与各液压调节单元均相连，进而可用于给各液压调节单元供电；所述控制单元分别与第一储能装置、液压缸、液压调节单元相连；所述检测单元分别与各液压缸相连，进而可以将各液压缸的运行情况反馈给控制单元；所述液压调节单元可在控制单元的控制下调节各液压缸的液压杆的运动速度与伸缩状态，进而实现各个液压缸的同步运动；所述第一储能装置、液压调节单元、液压缸的油路相互贯通，所述第一储能装置可加快液压调节单元调节液压缸的液压杆的调节速度。

进一步，所述液压调节单元包括依次相连的第一变频器、第一交流伺服电机、第一变排量单向泵、三位四通电磁换向阀，所述第一变排量单向泵的一端连接有可向液压调节单元供油的第一油箱，所述第一变频器与控制单元电相连，进而可在控制单元的控制下调节第一交流伺服电机的转速与转向，从而改变第一变排量单向泵向液压缸输油时的单位时间输油量，来改变液压缸的液压杆的运动速度；所述三位四通电磁换向阀与控制单元电连接，进而可在控制单元的控制下调节三位四通电磁换向阀的电磁阀位置来改变液压缸的液压杆的伸缩状态。

进一步，任一所述液压调节单元的第一变排量单向泵均并联有一个安全溢流阀，进而可在各液压调节单元的油路的液压过高时打开阀门来保护系统安全。

进一步，任一所述液压缸的液压油进口处均设有液控单向阀，从而保证液压缸的液压油在重压偏载下不回流。

进一步，所述第一油箱与各第一变排量单向泵的油路之间均设有过滤器，所述过滤器可以过滤掉第一油箱提供的液压油中的杂质，从而能有效减缓液压调节单元的油路的阻塞情况。

进一步，所述第一储能装置设于第一变排量单向泵与三位四通电磁换向阀之间，所述第一储能装置、液压调节单元、三位四通电磁换向阀的油路相互贯通；所述第一储能装置包括依次设置的二位二通比例阀、液压蓄能器、可调溢流阀、第二油箱，所述液压蓄能器能在液压缸的液压杆减速运动时，配合二位二通比例阀吸收第一储能装置的油路内的多余的液压油，减小系统溢流并加快液压缸的液压杆的减速过程，并能通过可调溢流阀将溢流的液压油送入第二油箱中；所述液压蓄能器能在液压缸的液压杆加速运动时，配合二位二通比例阀向液压调节单元释放液压蓄能器中存储的液压油，从而加快液压缸的液压杆的加速过程。

进一步，所述控制单元为三菱FX2NC系列PLC控制器。

进一步，本系统还包括第一能量转换存储装置，所述第一能量转换存储装置包括依次相连的第二变频器、电磁发电机、液压涡轮，所述第二变频器还与供电单元相连，所述液压涡轮的油路的一端与各液压调节单元的三位四通电磁换向阀相连，所述液压涡轮的油路的另一端与第一油箱相连；当从三位四通电磁换向阀出来的液压油经液压涡轮回到第一油箱时，会带动液压涡轮转动，从而配合电磁发电机将液压能转换为电能，进而通过第二变频器将电能传输给供电单元。

进一步，所述液压涡轮的油路的两端并联有弹簧预紧单向阀，所述弹簧预紧单向阀会在液压涡轮的油路流量过高而造成液压过大时，开启阀门来降低液压涡轮的油路的液压。

进一步，所述检测单元包括多个位置传感器，任一所述液压缸均连接有一个位置传感器，进而可通过位置传感器将各液压缸的液压杆的运行情况反馈给控制单元。

本发明通过检测单元实时获取各液压缸的运行情况，进而配合控制单元控制各液压调节单元来实现各液压缸的同步运动，从而提高了本发明系统的控制精度；本发明通过第一交流电机本身的变速、换向、限转矩功能来代替传统的控制阀、方向控制阀及压力控制阀的功能，进而调节各第一变排量单向泵来直接驱动液压缸，从而减小了油路中的节流损失、减小了油液外泄造成的环境损失；本发明通过第一储能装置加快液压调节单元调节液压缸的液压杆的调节速度，从而提高了本系统的响应速度；本发明通过第一能量转换存储装置将液压缸的液压油回流至第一油箱时的液压能转换为了电能，并存储到供电单元中，从而减小了本系统的能耗。因此本发明有着控制精度高、响应速度快、节流损失低、节能效果好、环境污染小、控制方式便捷的优点。

附图说明

图1为本发明的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统的结构框图；

图2为本发明的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统的整体结构示意图；

图3为本发明的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统的第一储能装置的结构示意图；

图4为本发明的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统的第一能量转换存储装置的结构示意图；

图中：1-第一油箱；（2，3）-过滤器；（4，5）-第一变排量单向泵；（6，7）-安全溢流阀；（8，9）-第一交流伺服电机；（10，11）-三位四通电磁换向阀；（12，13）-液控单向阀；（14，15）-液压缸；（16，17）-位置传感器；18-模数转换器；（19，20）-数模转换器；21-PLC控制器；（22，23）-第一变频器；24-供电单元；（25，26）-继电器；27-液压涡轮；28-电磁发电机；（29，33）-二位二通比例阀；（30，34）-液压蓄能器；（31，35）-可调溢流阀；（32，36）-第二油箱；37-弹簧预紧单向阀；38-第二变频器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，涉及方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，包括至少两个液压缸、检测单元、液压调节单元、控制单元、供电单元，任一所述液压缸均连接有一个第一储能装置与一个液压调节单元，所述供电单元与各液压调节单元均相连，进而可用于给各液压调节单元供电；所述控制单元分别与第一储能装置、液压缸、液压调节单元相连；所述检测单元分别与各液压缸相连，进而可以将各液压缸的运行情况反馈给控制单元；所述液压调节单元可在控制单元的控制下调节各液压缸的液压杆的运动速度与伸缩状态，进而实现各个液压缸的同步运动；所述第一储能装置、液压调节单元、液压缸的油路相互贯通，所述第一储能装置可加快液压调节单元调节液压缸的液压杆的调节速度。

本发明的实施例中的系统还包括第一能量转换存储装置，所述第一能量转换存储装置分别与供电单元、各液压调节单元相连，进而能将液压缸的液压油回流时的液压能转换为了电能，从而将所产生的电能存储至供电单元中，并提高了本发明的节能效果。本发明实施例中的供电单元可以是大型可充蓄电池或者超级电容，可以在给各液压调节单元提供足够的电力的同时，及时存储第一能量转换存储装置所回收的液压能，从而提高了系统的电能利用率。

本发明的实施例中的控制单元为三菱FX2NC系列PLC控制器，由于本系统的控制器所存放的位置可能比较狭小，而三菱FX2NC系列PLC控制器采用的是飞线连接方式，相比三菱FX2N标准型更利于安放在狭小的位置，从而有利于减下本发明的体积。

如图2所示，本发明的实施例提供了一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，包括两个相同的液压调节单元，现对其中一个液压调节单元进行详细描述。

本发明的实施例中的检测单元包括多个位置传感器16，17，任一所述液压缸14，15均连接有一个位置传感器16，17，进而可通过位置传感器16，17将各液压缸14，15的液压杆的运行情况反馈给控制单元。

以图2中左端液压调节单元为例，所述液压调节单元包括依次相连的第一变频器22、第一交流伺服电机8、第一变排量单向泵4、三位四通电磁换向阀10，所述第一变排量单向泵4的一端连接有可向液压调节单元供油的第一油箱1，所述第一变频器22与控制单元电相连，进而可在控制单元的控制下调节第一交流伺服电机8的转速，从而改变第一变排量单向泵4向液压缸14输油时的单位时间输油量，来改变液压缸14的液压杆的运动速度；所述液压调节单元的第一变排量单向泵4并联有一个安全溢流阀6，进而可在各液压调节单元的油路的液压过高时打开阀门来保护系统安全；所述三位四通电磁换向阀10与控制单元电连接，进而可在控制单元的控制下调节三位四通电磁换向阀10的电磁阀位置来改变液压缸14的液压杆的伸缩状态。

以图2中右端液压调节单元为例，所述液压调节单元包括依次相连的第一变频器23、第一交流伺服电机9、第一变排量单向泵5、三位四通电磁换向阀10，所述第一变排量单向泵5的一端连接有可向液压调节单元供油的第一油箱1，所述第一变频器23与控制单元电相连，进而可在控制单元的控制下调节第一交流伺服电机9的转速与转向，从而改变第一变排量单向泵5向液压缸15输油时的单位时间输油量，来改变液压缸15的液压杆的运动速度；所述液压调节单元的第一变排量单向泵5并联有一个安全溢流阀7，进而可在各液压调节单元的油路的液压过高时打开阀门来保护系统安全；所述三位四通电磁换向阀10与控制单元电连接，进而可在控制单元的控制下调节三位四通电磁换向阀10的电磁阀位置来改变液压缸15的液压杆的伸缩状态。

本发明实施例中，所述第一油箱1与各第一变排量单向泵4，5的油路之间均设有过滤器2，3，所述过滤器2，3可以过滤掉第一油箱1提供的液压油中的杂质，从而能有效减缓液压调节单元的油路的阻塞情况。

本发明实施例中，任一所述液压缸的液压油进口处均设有液控单向阀12，13，进而保证各液压缸的液压油在重压偏载下不回流，从而保证了本实施例中全部液压缸的运行效果。

如图2所示，当本发明的实施例的系统运行时，检测单元通过位置传感器16，17分别检测对应的液压缸14，15有杆端的位移，再通过模数转换器18将各液压缸的运行情况发送给PLC控制器21进行处理；当系统要求两个液压缸14，15同时作出同步运动时，PLC控制器21会同时将控制信号经过数模转换器19，20发送给各第一交流伺服电机8，9，进而通过各第一交流伺服电机8，9控制各第一变排量单向泵4，5从第一油箱1内按一定方向与速度吸油，实现各液压缸14，15的液压杆运行方向一致；同时PLC控制器21会通过继电器25，26控制各三位四通电磁换向阀10，11的阀门来调节各液压缸14，15的液压杆位置，PLC控制器21会根据检测单元的检测的各液压缸14，15的运行偏差度，来加快液压杆运动较慢的液压缸14，15的运行速度，同时减缓压杆运动较快的液压缸14，15的运行速度，从而实现各液压缸的同步运行。

如图3或2所示，本发明的实施例中的各第一储能装置设于第一变排量单向泵4，5与三位四通电磁换向阀10，11之间，以图2中左侧的第一储能装置进行详细说明。

所述第一储能装置、液压调节单元、三位四通电磁换向阀的油路相互贯通；所述第一储能装置包括依次设置的二位二通比例阀29、液压蓄能器30、可调溢流阀31、第二油箱32，所述液压蓄能器30能在液压缸14的液压杆减速运动时，配合二位二通比例阀29吸收第一储能装置的油路内的多余的液压油，减小系统溢流并加快液压缸14的液压杆的减速过程，并能通过可调溢流阀31将溢流的液压油送入第二油箱32中；所述液压蓄能器30能在液压缸14的液压杆加速运动时，配合二位二通比例阀29向液压调节单元释放液压蓄能器30中存储的液压油，从而加快液压缸14的液压杆的加速过程。从而显著的提高本系统的响应速度。

进一步，以图2中右侧的第一储能装置进行详细说明。

所述第一储能装置、液压调节单元、三位四通电磁换向阀的油路相互贯通；所述第一储能装置包括依次设置的二位二通比例阀33、液压蓄能器34、可调溢流阀35、第二油箱36，所述液压蓄能器34能在液压缸15的液压杆减速运动时，配合二位二通比例阀33吸收第一储能装置的油路内的多余的液压油，减小系统溢流并加快液压缸15的液压杆的减速过程，并能通过可调溢流阀35将溢流的液压油送入第二油箱36中；所述液压蓄能器34能在液压缸15的液压杆加速运动时，配合二位二通比例阀33向液压调节单元释放液压蓄能器34中存储的液压油，从而加快液压缸15的液压杆的加速过程。从而显著的提高本系统的响应速度。

如图1或4所示，本发明的实施例中的第一能量转换存储装置包括依次相连的第二变频器38、电磁发电机28、液压涡轮27，所述第二变频器38还与供电单元24相连，所述液压涡轮27的油路的一端与各液压调节单元的三位四通电磁换向阀相连，所述液压涡轮的油路的另一端与第一油箱1相连；所述液压涡轮的油路的两端并联有弹簧预紧单向阀，所述弹簧预紧单向阀37会在液压涡轮的油路流量过高而造成液压过大时，开启阀门来降低液压涡轮的油路的液压；当从三位四通电磁换向阀出来的液压油经液压涡轮27回到第一油箱1时，会带动液压涡轮27转动，从而配合电磁发电机28将液压能转换为电能，进而通过第二变频器38将电能传输给供电单元24，从而减小了本发明实施例的系统的能耗。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：包括至少两个液压缸、液压调节单元、检测单元、控制单元、供电单元，任一所述液压缸均连接有一个第一储能装置与一个液压调节单元，所述供电单元与各液压调节单元均相连，进而可用于给各液压调节单元供电；所述控制单元分别与第一储能装置、液压缸、液压调节单元相连；所述检测单元分别与各液压缸相连，进而可以将各液压缸的运行情况反馈给控制单元；所述液压调节单元可在控制单元的控制下调节各液压缸的液压杆的运动速度与伸缩状态，进而实现各个液压缸的同步运动；所述第一储能装置、液压调节单元、液压缸的油路相互贯通，所述第一储能装置可加快液压调节单元调节液压缸的液压杆的调节速度。

2.如权利要求1所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：所述液压调节单元包括依次相连的第一变频器、第一交流伺服电机、第一变排量单向泵、三位四通电磁换向阀，所述第一变排量单向泵的一端连接有可向液压调节单元供油的第一油箱，所述第一变频器与控制单元电相连，进而可在控制单元的控制下调节第一交流伺服电机的转子的转速与转向，从而改变第一变排量单向泵向液压缸输油时的单位时间输油量，来改变液压缸的液压杆的运动速度；所述三位四通电磁换向阀与控制单元电连接，进而可在控制单元的控制下调节三位四通电磁换向阀的电磁阀位置来改变液压缸的液压杆的伸缩状态。

3.如权利要求2所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：任一所述液压调节单元的第一变排量单向泵均并联有一个安全溢流阀，进而可在各液压调节单元的油路的液压过高时打开阀门来保护系统安全。

4.如权利要求1所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：任一所述液压缸的液压油进口处均设有液控单向阀，从而保证液压缸的液压油在重压偏载下不回流。

5.如权利要求2所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：所述第一油箱与各第一变排量单向泵的油路之间均设有过滤器，所述过滤器可以过滤掉第一油箱提供的液压油中的杂质，从而能有效减缓液压调节单元的油路的阻塞情况。

6.如权利要求1或2所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：所述第一储能装置设于第一变排量单向泵与三位四通电磁换向阀之间，所述第一储能装置、液压调节单元、三位四通电磁换向阀的油路相互贯通；所述第一储能装置包括依次设置的二位二通比例阀、液压蓄能器、可调溢流阀、第二油箱，所述液压蓄能器能在液压缸的液压杆减速运动时，配合二位二通比例阀吸收第一储能装置的油路内的多余的液压油，减小系统溢流并加快液压缸的液压杆的减速过程，并能通过可调溢流阀将溢流的液压油送入第二油箱中；所述液压蓄能器能在液压缸的液压杆加速运动时，配合二位二通比例阀向液压调节单元释放液压蓄能器中存储的液压油，从而加快液压缸的液压杆的加速过程。

7.如权利要求1所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：所述控制单元为三菱FX2NC系列PLC控制器。

8.如权利要求1或2所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：包括第一能量转换存储装置，所述第一能量转换存储装置包括依次相连的第二变频器、电磁发电机、液压涡轮，所述第二变频器还与供电单元相连，所述液压涡轮的油路的一端与各液压调节单元的三位四通电磁换向阀相连，所述液压涡轮的油路的另一端与第一油箱相连；当从三位四通电磁换向阀出来的液压油经液压涡轮回到第一油箱时，会带动液压涡轮转动，从而配合电磁发电机将液压能转换为电能，进而通过第二变频器将电能传输给供电单元。

9.如权利要求8所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：所述液压涡轮的油路的两端并联有弹簧预紧单向阀，所述弹簧预紧单向阀会在液压涡轮的油路流量过高而造成液压过大时，开启阀门来降低液压涡轮的油路的液压。

10.如权利要求1所述的一种新型变转速泵控直驱的多液压缸同步控制系统，其特征在于：所述检测单元包括多个位置传感器，任一所述液压缸均连接有一个位置传感器，进而可通过位置传感器将各液压缸的液压杆的运行情况反馈给控制单元。