CN109780005A - 一种多路阀的负载模拟系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路阀的负载模拟系统及控制方法，包括液压全桥回路、负载进油腔模拟单元、负载回油腔模拟单元、压力传感器、控制器、油路A、油路B、变量泵、电机等，其中液压全桥四臂分别串联一个二位二通电磁换向阀，负载进油腔模拟单元由流量传感器和比例溢流阀串联组成，负载回油腔模拟单元由调速阀和流量传感器串联组成；其控制方法是：通过控制液压全桥四臂上电磁阀的通断来控制负载进油腔模拟单元、负载回油腔模拟单元分别与油路A、油路B的通断，通过检测负载进油腔模拟单元流量来控制负载回油腔模拟单元流量。本发明可准确模拟多路阀液压系统执行机构进油腔和回油腔的压力、流量特性，实现全工况负载模拟。

Description

一种多路阀的负载模拟系统及控制方法

技术领域

本发明属于液压传动技术领域，具体涉及多路阀综合性能试验台使用的一种多路阀的负载模拟系统及控制方法。

背景技术

多路阀是工程机械核心液压元件，各执行机构的协调动作皆通过多路阀进行控制，其性能优劣直接影响整机的操控性和安全性。多路阀综合性能试验在实际生产和科研中占据重要地位，保证试验成功进行对多路阀质量保障具有重要意义，对整机液压系统研究具有重要作用。多路阀综合性能试验中，如何准确、方便的模拟真实有效的负载工况，对其性能研究和整机液压系统性能研究十分重要。

目前，在多路阀性能试验台上，一般采用对顶液压缸组或比例溢流阀来模拟负载。现有方案虽然可以方便、快速实现负载模拟，但均存在一定问题。由于多路阀液压系统执行机构较多，例如，挖掘机液压系统匹配试验中为了模拟真实工况，各功能联均需连接负载模拟单元，如果采用对顶液压缸型式的负载模拟单元，系统匹配试验台将需要不少于四个对顶液压缸组，且每个对顶液压刚组均需配套液压加载系统，这样大大增加了负载模拟单元的占地面积和设计成本，另外，对顶液压缸尺寸参数需和挖掘机执行机构液压缸参数一致，不同型号的挖掘机液压缸参数可能不一样，因此对顶液压缸型式的负载模拟单元对不同型号挖掘机系统匹配试验台不具有通用性，采用比例溢流阀型式的负载模拟单元无法模拟挖掘机执行机构液压缸大、小腔进油和回油特性，因此这样的负载单元无法准确模拟挖掘机全工况负载情况。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多路阀的负载模拟系统及控制方法，可适用于多种型号多路阀，可实现整机现场作业负载工况的真实模拟，该系统结构设计简单，生产成本低，且便于集成化设计。

具体地，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种多路阀的负载模拟系统，其包括液压全桥回路、负载进油腔模拟单元、负载回油腔模拟单元、压力传感器、控制器、变量泵、电机、油路A以及油路B，

其中所述液压全桥回路的四臂分别串联一个二位二通电磁换向阀；

所述负载进油腔模拟单元包括第一流量传感器和第一比例溢流阀，第一流量传感器和第一比例溢流阀相互串联连接，所述负载进油腔模拟单元的配置用于模拟执行机构进油腔压力和流量；

所述负载回油腔模拟单元包括调速阀和第二流量传感器，所述调速阀和第二流量传感器相互串联连接，所述负载回油腔模拟单元的用于模拟执行机构回油腔压力和流量，负载回油腔模拟单元与第二比例溢流阀并联连接于变量泵的泵头所在的管路，所述油路A用于连接多路阀被测联的A口，所述油路B用于连接多路阀被测联的B口。

优选地，当多路阀被测联设置有多个时，负载模拟系统的数量与多路阀被测联的数量一一对应，每一个负载模拟系统的油路A分别连接每一个多路阀被测联的A口，每一个负载模拟系统的油路B分别连接每一个多路阀被测联的B口，其中多个负载模拟系统共用一套变量泵、电机以及第二比例溢流阀，多个负载模拟系统的负载回油腔模拟单元并联连接于变量泵的泵头所在的管路。

优选地，所述液压全桥回路包括二位二通电磁换向阀A1、二位二通电磁换向阀B1、二位二通电磁换向阀A2和二位二通电磁换向阀B2，二位二通电磁换向阀A1、二位二通电磁换向阀B1、二位二通电磁换向阀A2和二位二通电磁换向阀B2通过油路依次顺序连接。

优选地，所述油路A与二位二通电磁换向阀A1以及二位二通电磁换向阀B2连通，所述油路B与二位二通电磁换向阀A2和二位二通电磁换向阀B1连通，所述第一流量传感器所在油路的一端连接第一比例溢流阀进油口，其另外一端连接二位二通电磁换向阀A2与二位二通电磁换向阀B2，所述第一比例溢流阀的出油口连接油箱。

优选地，所述变量泵由所述电机进行驱动，所述变量泵的出油口并联连接有第二比例溢流阀与调速阀，第二比例溢流阀的出油口连接油箱，调速阀的出油口连接第二流量传感器的一个端口，第二流量传感器的另一端口连接二位二通电磁换向阀A1与二位二通电磁换向阀B1。

优选地，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器连接在油路A上，所述第二压力传感器连接在油路B上，所述控制器分别与四个二通二位电磁换向阀、两个流量传感器、两个比例溢流阀、变量泵、调速阀以及两个压力传感器通过控制线路连接。

优选地，当多路阀被测联的油口P与油口A连通，油口T与油口B连通时，在控制器控制下，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2通电，工作位切换到右位，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2所在油路被切断；二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2不通电，工作位保持左位，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2所在油路接通，此时，所述负载进油腔模拟单元与油路A接通，所述负载回油腔模拟单元9与油路B接通，油液从被测联的油口A经油路A进入负载进油腔模拟单元中，负载回油腔模拟单元中的油液经油路B进入被测联油口B；

多路阀被测联的油口P与油口B连通，油口A与油口T连通时，在控制器控制下，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2通电，工作位切换到右位，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2所在油路被切断，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2不通电，工作位保持左位，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2所在油路保持接通状态，此时，所述负载进油腔模拟单元与油路B接通，负载回油腔模拟单元与油路A接通，油液从被测联的油口B经油路B进入负载进油腔模拟单元中，负载回油腔模拟单元中的油液经油路A进入被测联油口A。

优选地，本发明还提供一种多路阀的负载模拟系统的控制方法，其包括以下步骤：

S1、所述控制器根据预设定控制律控制第一比例溢流阀的设定压力值，实现对多路阀被测联出油口的负载模拟；

S2、变量泵排量根据控制器预设定进行控制，且变量泵流量需大于试验台中参与工作的所有联的负载回油模拟单元所需流量之和；

S3、第一压力传感器和第二压力传感器检测负载回油管路压力并将压力信息传输给控制器，控制器根据该压力信息与第二比例溢流阀设定压力值进行对比，使第二比例溢流阀设定压力值与该压力信息的差值处于差值阈值内，从而对第二比例溢流阀设定压力实时控制；

S4、所述控制器根据负载进油腔模拟单元中流入的流量控制负载回油腔模拟单元的流量。

优选地，步骤S3中第二比例溢流阀设定压力值与该压力信息的差值阈值为1MPa；

步骤S3中，如多个多路阀被测联同时进行测试，所述压力信息应为多个多路阀被测联的负载回油管路的最高压力值。

优选地，步骤S4中，所述控制器通过流量传感器检测负载进油腔模拟单元中的流量，根据预设定比例值计算出回油腔模拟单元的流量值，并通过控制调速阀输出该计算流量，其中所述预设定比例值根据所述负载模拟系统将欲模拟的整机执行机构进油流量和回油流量比例进行设定。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

①本发明便于集成化设计，结构紧凑，占地面积小，节约成本。由于多路阀具有众多功能联，进行整机液压系统性能试验，各联均需连接负载模块时，如果采用对顶液压缸组或马达来模拟整机的执行机构负载加载情况，使得负载模拟系统体积很大，占地面积大，设计成本较大；与上述方案相比，本发明所述负载模拟系统由液压阀、流量传感器、电机泵组等构成，且该电机泵组允许不同功能联所对应的负载模拟系统共同使用，因此便于集成化设计，使负载模拟系统结构紧凑，占地面积小，节约成本。

②本发明通用性强，由于整机不同执行机构的型号、类型往往不同，多路阀各功能联进油、回油流量比例不同，本发明所述负载模拟系统可通过控制器来控制负载系统进油流量和回油流量的比例，实现对整机不同型号或类型的执行机构进油、回油流量的模拟，所以该负载模拟系统可满足不同型号和类型的整机液压系统性能试验，采用该负载模拟系统的多路阀性能试验台可适用于多种工程机械多路阀性能试验，大大提高了该试验台使用范围，因此该负载模拟系统具有通用性强的优势。

③本发明负载加载方便，可实现全工况准确模拟。采用对顶液压缸组模拟整机执行机构负载加载情况，依靠对顶缸及其所属液压系统压力调节去实现，虽然可以较准确模拟，但负载加载系统较负载且不便控制；采用比例溢流阀直接模拟负载加载情况，负载加载方便且便于控制，但由于无法实现负载回油流量调节，导致无法实现在重力、惯性力影响下的多路阀回油特性以及多路阀内部流量再生子系统相关特性的模拟。本发明所述负载模拟系统充分吸收了对顶液压缸负载模拟系统和比例溢流阀负载模拟系统各自优点，不仅可准确模拟负载系统进油流量、回油流量的比例，还便于负载加载，具有方便加载负载、全工况模拟的优点。

附图说明

图1表示本发明的液压及控制系统原理图；

图2表示本发明的组合使用布局示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述多路阀的负载模拟系统，主要包括液压全桥回路、负载进油腔模拟单元8、负载回油腔模拟单元9、第一压力传感器11、第二压力传感器12、控制器3、变量泵6、电机7、比例溢流阀、油路A以及油路B。

其中液压全桥回路的四臂分别串联一个二位二通电磁换向阀，负载进油腔模拟单元8由第一流量传感器41和第一比例溢流阀21串联组成，负载回油腔模拟单元9由调速阀5和第二流量传感器42串联组成，负载回油腔模拟单元9与第二比例溢流阀22并联连接于变量泵6泵头所在管路，油路A和油路B分别用于连接多路阀被测联的A口和B口。

如图2所示，当多路阀被测联设置有多个时，负载模拟系统也设置有多个，负载模拟系统的数量与多路阀被测联的数量一一对应，每一个负载模拟系统的油路A分别连接每一个多路阀被测联的A口，每一个负载模拟系统的油路B分别连接每一个多路阀被测联的B口，其中多个负载模拟系统共有一套变量泵、电机以及第二比例溢流阀。多个负载模拟系统的负载回油腔模拟单元并联连接于变量泵的泵头所在的管路。

如图1所示，液压全桥回路由二位二通二位二通电磁换向阀A1、二位二通二位二通电磁换向阀B1、二位二通二位二通电磁换向阀A2、二位二通二位二通电磁换向阀B2通过油路依次顺序连接组成，即二位二通电磁换向阀A1与二位二通电磁换向阀A2处于对臂位置，二位二通电磁换向阀B1与二位二通电磁换向阀B2处于对臂位置。

其中，油路A与二位二通电磁换向阀A1、二位二通电磁换向阀B2连通，油路B与二位二通电磁换向阀A2、二位二通电磁换向阀B1连通。

负载进油腔模拟单元8由第一比例溢流阀21与第一流量传感器41串联组成，用于模拟执行机构进油腔压力和流量，其中第一流量传感器41所在油路的一端连接第一比例溢流阀21进油口，第一流量传感器41所在油路的另外一端连接二位二通电磁换向阀A2与二位二通电磁换向阀B2，第一比例溢流阀21的出油口连接油箱。

负载回油腔模拟单元9用于模拟执行机构回油腔压力和流量，其中电机7驱动变量泵6，变量泵6出油口并联连接有第二比例溢流阀22与调速阀5，第二比例溢流阀22的出油口连接油箱，调速阀5的出油口连接第二流量传感器42，第二流量传感器42的另一端口连接二位二通电磁换向阀A1与二位二通电磁换向阀B1。

第一压力传感器11与第二压力传感器12分别连接在油路A和油路B上。控制器3分别与四个二通二位电磁换向阀、第一流量传感器41、第二流量传感器42、两个比例溢流阀、变量泵、调速阀和两个压力传感器通过控制线路连接。

在使用过程中，如果针对某一多路阀被测联单独进行性能试验，只需将本发明所述负载模拟系统中的油路A、油路B分别与被测联油口A、油口B连接。

当进行整机液压系统性能台架试验时，多路多路阀被测联均需要连接本发明所述负载模拟系统，所以若干数量的本发明所述负载模拟系统并列安装于多路阀性能试验台，其中变量泵6、电机7组成的流量源以及第二比例溢流阀可供不同联对应的本发明所述负载模拟系统共同使用。

如图2所示，油路A1、油路B1分别连接多路阀被测联1的油口A和油口B，油路A2、油路B2分别连接多路阀被测联2的油口A和油口B，油路An、油路Bn分别连接多路阀被测联n的油口A和油口B，不同功能联所对应的负载回油腔模拟单元并联连接于变量泵6的泵头管路。

本发明便于集成化设计，结构紧凑，占地面积小，节约成本。由于多路阀具有众多功能联，进行整机液压系统性能试验，各联均需连接负载模块时，如果采用对顶液压缸组或马达来模拟整机的执行机构负载加载情况，使得负载模拟系统体积很大，占地面积大，设计成本较大；与上述方案相比，本发明所述负载模拟系统由液压阀、流量传感器、电机泵组等构成，且该电机泵组允许不同功能联所对应的负载模拟系统。

优选地，当多路阀被测联的油口P与油口A连通，油口T与油口B连通时，在控制器控制下，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2通电，工作位切换到右位，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2所在油路被切断。

此时，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2不通电，工作位保持左位，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2所在油路接通，此时，所述负载进油腔模拟单元与油路A接通，所述负载回油腔模拟单元9与油路B接通，油液从被测联的油口A经油路A进入负载进油腔模拟单元中，负载回油腔模拟单元中的油液经油路B进入被测联油口B。

当多路阀被测联的油口P与油口B连通，油口A与油口T连通时，在控制器控制下，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2通电，工作位切换到右位，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2所在油路被切断。

此时，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2不通电，工作位保持左位，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2所在油路保持接通状态，此时，所述负载进油腔模拟单元与油路B接通，负载回油腔模拟单元与油路A接通，油液从被测联的油口B经油路B进入负载进油腔模拟单元中，负载回油腔模拟单元中的油液经油路A进入被测联油口A。

本发明负载加载方便，可实现全工况准确模拟。采用对顶液压缸组模拟整机执行机构负载加载情况，依靠对顶缸及其所属液压系统压力调节去实现，虽然可以较准确模拟，但负载加载系统较负载且不便控制；采用比例溢流阀直接模拟负载加载情况，负载加载方便且便于控制，但由于无法实现负载回油流量调节，导致无法实现在重力、惯性力影响下的多路阀回油特性以及多路阀内部流量再生子系统相关特性的模拟。本发明所述负载模拟系统充分吸收了对顶液压缸负载模拟系统和比例溢流阀负载模拟系统各自优点，不仅可准确模拟负载系统进油流量、回油流量的比例，还便于负载加载，具有方便加载负载、全工况模拟的优点。

优选地，本发明还提供一种多路阀的负载模拟系统的控制方法，其包括以下步骤：

S1、所述控制器根据预设定控制律控制第一比例溢流阀的设定压力值，实现对多路阀被测联出油口的负载模拟；

S2、变量泵排量根据控制器预设定进行控制，且变量泵流量需大于试验台中参与工作的所有联的负载回油模拟单元所需流量之和；

S3、第一压力传感器和第二压力传感器检测负载回油管路压力并将压力信息传输给控制器，控制器根据该压力信息与第二比例溢流阀设定压力值进行对比，使第二比例溢流阀设定压力值与该压力信息的差值处于差值阈值内，从而对第二比例溢流阀设定压力实时控制；

S4、所述控制器根据负载进油腔模拟单元中流入的流量控制负载回油腔模拟单元的流量。

优选地，步骤S3中第二比例溢流阀设定压力值与该压力信息的差值阈值为1MPa。

优选地，步骤S3中，如被测多路阀多联同时进行测试，所述压力信息应为各联负载回油管路最高压力值。

优选地，步骤S4中，所述控制器通过流量传感器检测负载进油腔模拟单元中的流量，根据预设定比例值计算出回油腔模拟单元的流量值，并通过控制调速阀输出该计算流量，其中所述预设定比例值根据所述负载模拟系统将欲模拟的整机执行机构进油流量和回油流量比例进行设定。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多路阀的负载模拟系统，其特征在于：包括液压全桥回路、负载进油腔模拟单元、负载回油腔模拟单元、压力传感器、控制器、变量泵、电机、油路A以及油路B；

其中所述液压全桥回路的四臂分别串联一个二位二通电磁换向阀；

所述负载进油腔模拟单元包括第一流量传感器和第一比例溢流阀，第一流量传感器和第一比例溢流阀相互串联连接，所述负载进油腔模拟单元的配置用于模拟执行机构进油腔压力和流量；

所述负载回油腔模拟单元包括调速阀和第二流量传感器，所述调速阀和第二流量传感器相互串联连接，所述负载回油腔模拟单元的配置用于模拟执行机构回油腔压力和流量，负载回油腔模拟单元与第二比例溢流阀并联连接于变量泵的泵头所在的管路，所述油路A用于连接多路阀被测联的A口，所述油路B用于连接多路阀被测联的B口。

2.根据权利要求1所述的多路阀的负载模拟系统，其特征在于：当多路阀被测联设置有多个时，负载模拟系统的数量与多路阀被测联的数量一一对应，每一个负载模拟系统的油路A分别连接每一个多路阀被测联的A口，每一个负载模拟系统的油路B分别连接每一个多路阀被测联的B口，其中多个负载模拟系统共用一套变量泵、电机以及第二比例溢流阀，多个负载模拟系统的负载回油腔模拟单元并联连接于变量泵的泵头所在的管路。

3.根据权利要求1所述的多路阀的负载模拟系统，其特征在于：所述液压全桥回路包括二位二通电磁换向阀A1、二位二通电磁换向阀B1、二位二通电磁换向阀A2和二位二通电磁换向阀B2，二位二通电磁换向阀A1、二位二通电磁换向阀B1、二位二通电磁换向阀A2和二位二通电磁换向阀B2通过油路依次顺序连接。

4.根据权利要求3所述的多路阀的负载模拟系统，其特征在于：所述油路A与二位二通电磁换向阀A1以及二位二通电磁换向阀B2连通，所述油路B与二位二通电磁换向阀A2和二位二通电磁换向阀B1连通，所述第一流量传感器所在油路的一端连接第一比例溢流阀进油口，其另外一端连接二位二通电磁换向阀A2与二位二通电磁换向阀B2，所述第一比例溢流阀的出油口连接油箱。

5.根据权利要求3所述的多路阀的负载模拟系统，其特征在于：所述变量泵由所述电机进行驱动，所述变量泵的出油口并联连接有第二比例溢流阀与调速阀，第二比例溢流阀的出油口连接油箱，调速阀的出油口连接第二流量传感器的一个端口，第二流量传感器的另一端口连接二位二通电磁换向阀A1与二位二通电磁换向阀B1。

6.根据权利要求1所述的多路阀的负载模拟系统，其特征在于：所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器连接在油路A上，所述第二压力传感器连接在油路B上，所述控制器分别与四个二通二位电磁换向阀、两个流量传感器、两个比例溢流阀、变量泵、调速阀以及两个压力传感器通过控制线路连接。

7.根据权利要求3所述的多路阀的负载模拟系统，其特征在于：当多路阀被测联的油口P与油口A连通，油口T与油口B连通时，在控制器控制下，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2通电，工作位切换到右位，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2所在油路被切断；二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2不通电，工作位保持左位，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2所在油路接通，此时，所述负载进油腔模拟单元与油路A接通，所述负载回油腔模拟单元与油路B接通，油液从被测联的油口A经油路A进入负载进油腔模拟单元中，负载回油腔模拟单元中的油液经油路B进入被测联油口B；

多路阀被测联的油口P与油口B连通，油口A与油口T连通时，在控制器控制下，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2通电，工作位切换到右位，二位二通电磁换向阀B1和二位二通电磁换向阀B2所在油路被切断，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2不通电，工作位保持左位，二位二通电磁换向阀A1和二位二通电磁换向阀A2所在油路保持接通状态，此时，所述负载进油腔模拟单元与油路B接通，负载回油腔模拟单元与油路A接通，油液从被测联的油口B经油路B进入负载进油腔模拟单元中，负载回油腔模拟单元中的油液经油路A进入被测联油口A。

8.一种根据权利要求1所述的多路阀的负载模拟系统进行负载模拟的控制方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、所述控制器根据预设定控制律控制第一比例溢流阀的设定压力值，实现对多路阀被测联出油口的负载模拟；

S2、变量泵排量根据控制器预设定进行控制，且变量泵流量需大于试验台中参与工作的所有联的负载回油模拟单元所需流量之和；

S3、第一压力传感器和第二压力传感器检测负载回油管路压力并将压力信息传输给控制器，控制器根据该压力信息与第二比例溢流阀设定压力值进行对比，使第二比例溢流阀设定压力值与该压力信息的差值处于差值阈值内，从而对第二比例溢流阀设定压力实时控制；

S4、所述控制器根据负载进油腔模拟单元中流入的流量控制负载回油腔模拟单元的流量。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：步骤S3中第二比例溢流阀设定压力值与该压力信息的差值阈值为1MPa；

步骤S3中，如多个多路阀被测联同时进行测试，所述压力信息应为多个多路阀被测联的负载回油管路的最高压力值。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：步骤S4中，所述控制器通过流量传感器检测负载进油腔模拟单元中的流量，根据预设定比例值计算出回油腔模拟单元的流量值，并通过控制调速阀输出该计算流量，其中所述预设定比例值根据所述负载模拟系统将欲模拟的整机执行机构进油流量和回油流量比例进行设定。