CN110273867B - 一种主被动结合的稳压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主被动结合的稳压装置，属于电液控制技术领域。本发明通过在激振源与负载之间同时安装液压被动阻尼元件和能够主动控制的消振阀，主被动方式相结合实现稳压功能，解决了以往稳压方法中稳压精度低、工况适应性差、控制复杂等问题。被动阻尼元件可以吸收激振源处产生的简单工况下的压力脉动与压力冲击，稳压精度较低，当被动稳压方式无法满足要求的稳压效果时，控制器根据传感器反馈信号，控制消振阀即入流阀和分流阀工作，快速精确的调节管路中的油液流动状态，进一步实现系统压力的稳定控制。本发明具有参数可变，工况适应性强，控制方法相对简单等特点。

Description

一种主被动结合的稳压装置
技术领域
本发明涉及电液控制技术领域，尤其涉及到一种主被动结合的稳压装置。
背景技术
常规液压系统在工作时，由于组成液压元件本身特性，使得液压系统工作中出现压力波动，不仅带来噪声和振动，影响控制精度，同时会大大降低系统安全性。
目前，随着航空航天和传统工业领域对机械结构运动控制精度、可靠性、绿色环保以及安全性的要求日益增加，降低液压系统中的压力波动，实现压力的平稳输出，对提高液压系统性能具有重要意义。现有的压力波动抑制方法包括被动式和主动式两种，各有特点。被动式主要通过增加阻尼元件吸收和弥补高于或低于稳定压力的波动值，实现减弱压力波动的效果，该方法虽然结构简单易实现，但因其参数固定，使得工况适应性差，仅在特定工况条件下稳压效果好。主动式包括主动入流和主动分流两种结构，主动入流通过主动入流阀产生的次级脉动波与液压系统中的原有脉动波相互抵消，主动分流通过分流阀将管路中的油液溢流来降低瞬时高压,主动式对于工况变化适应性强，但实际中当压力波动复杂时，存在压力跟踪困难，控制较复杂等问题。上述问题的存在，限制了液压系统的安全性、绿色环保、高控制精度的方向发展，是急需本领域的技术人员解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的将被动与主动相结合的稳压方法引入电液执行机构液压控制系统中，克服传统稳压方法稳压精度低、工况适应性差、控制复杂等问题，实现液压系统更好稳定压力的效果。
为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：
一种主被动结合的稳压装置，其特征在于，包括：激振源、压力传感器、被动稳压装置、控制器、主动稳压装置、负载、管路和主油箱，所述激振源、负载和主油箱通过管路依次连接相通；被动稳压装置安装在靠近激振源位置；主动稳压装置安装在被动稳压装置与负载之间，主动稳压装置包括入流阀、分流阀、补油泵和副油箱，其中入流阀进油口与补油泵出油口相通，入流阀出油口与管路相通，分流阀入油口与管路相通，分流阀出油口与副油箱相通；压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，其中第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器均与管路相通，第一压力传感器位于激振源与被动稳压装置之间，第二压力传感器位于被动稳压装置与主动稳压装置之间，第三压力传感器位于主动稳压装置和负载之间，所述控制器的输入端采集第一压力传感器、第二压力传感器的反馈信号，所述控制器的输出端控制开关阀、入流阀和分流阀动作；第三压力传感器作为压力调整后的反馈信号并发送至控制器，控制器控制入流阀和分流阀动作调整。
上述技术方案中，所述激振源为造成压力波动的液压元件。
上述技术方案中，所述液压元件为液压泵或电磁开关阀。
上述技术方案中，所述被动稳压装置包括一个蓄能器、一个液阻和一个开关阀，其中蓄能器、液阻和开关阀依次串联相通，所述开关阀与管路连通。
上述技术方案中，所述被动稳压装置包括多个蓄能器、与蓄能器数目相同的液阻以及与蓄能器数目相同的开关阀，各个蓄能器、液阻和开关阀依次串联相通之后，每个所述开关阀都与管路连通。
上述技术方案中，所述入流阀和所述分流阀为伺服阀或比例阀。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
通过采用主被动相结合的稳压装置，拓宽了被动稳压方式适用压力波动范围，降低了主动稳压方式控制的难度，提高了液压系统压力稳定精度，使本发明对提高液压系统的绿色环保、安全性和控制精度等方面具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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它附图。
图1为本发明的原理示意图；
其中，1-激振源，2-压力传感器，201-第一压力传感器，202-第二压力传感器，203-第三压力传感器，3-被动稳压装置，301-蓄能器，302-液阻，303-开关阀，4-控制器，5-主动稳压装置，501-入流阀，502-分流阀，503-补油泵，504-副油箱，6-负载，7-管路，8-主油箱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合附图，本发明提供的一种主被动结合的稳压装置，包括激振源1、压力传感器2、被动稳压装置3、控制器4、主动稳压装置5、负载6、管路7、主油箱8。
激振源1、负载6和主油箱8通过管路7依次连接相通。被动稳压装置3安装在靠近激振源1位置，吸收压力波动；被动稳压装置3包括一个蓄能器301、一个液阻302和一个开关阀303，三者依次串联相通，在本发明的具体实施过程中，根据不同系统中激振源1产生压力波动的大小，被动式稳压功能可由一组被动稳压装置3单独实现，也可由多组被动稳压装置3并联后实现，也即被动稳压装置3包括多个蓄能器301、与蓄能器301数目相同的液阻302以及与蓄能器301数目相同的开关阀303，各个蓄能器301、液阻302和开关阀303依次串联相通之后，每个开关阀303都与管路7连通。
另外各组被动稳压装置3中蓄能器301、液阻302和开关阀303的参数可以不相同；主动稳压装置5安装在被动稳压装置3与负载6之间，用于进一步处理被动稳压装置3调整后仍带有压力波动的油液，但该位置的油液压力波动相较激振源1产生的压力波动缓和，入流阀进油口506与补油泵出油口505相通，入流阀出油口507与管路7相通，分流阀入油口508与管路7相通，分流阀出油口509与副油箱504相通；所述主动稳压装置5中的入流阀501和分流阀502为高频响伺服阀或比例阀；第一压力传感器201、第二压力传感器202和第三压力传感器203均与管路7相通，第一压力传感器201位于激振源1与被动稳压装置3之间，第二压力传感器202位于被动稳压装置3与主动稳压装置5之间，第三压力传感器203位于主动稳压装置5和负载6之间，第一压力传感器201用于监测油液经过激振源1的压力变化，第二压力传感器202用于监测油液经过被动稳压装置3后的压力变化，第三压力传感器203用于检测主动稳压装置5稳压后的压力变化；控制器4输入端采集第一压力传感器201和第二压力传感器202反馈信号，经逻辑判断，输出端信号控制入流阀501、分流阀502和开关阀303动作，第三压力传感器203，将检测到经过主动稳压装置5稳压后的压力信号发送至控制器4输入端，经逻辑判断，其输出端信号控制入流阀501和分流阀502动作进一步调整。
为详细说明本发明的工作过程，现选用附图所示液压系统主被动结合稳压装置的工作原理作为优选实施例进行说明，值得注意的是，在附图中，激振源1可以是液压泵或电磁开关阀等能够造成压力波动的液压元件或动作；被动稳压由一组被动稳压装置3实现，其中包括蓄能器301、液阻302和开关阀303各一个。
现结合本发明中压力波动产生到实现压力平稳输出的控制过程进行说明。系统产生的压力波动大小由激振源1特性和工作状况决定。针对被动稳压方式和主动稳压方式各自特点，考虑不同稳压精度要求，现将本发明的工作过程分为压力平稳、简单压力波动和复杂压力波动三种工作模式，三种模式的工作条件和切换条件为事先给定的工作阈值。例如，以Δp1作为控制器4控制被动稳压装置3工作阈值，以Δp2作为控制器4控制主动稳压装置5工作阈值，以Δp3作为控制器4控制主动稳压装置5进一步调整的工作阈值。通过检测第一压力传感器201、第二压力传感器202和第三压力传感器203压力信号变化情况，与控制器4中设定的阈值Δp1、Δp2和Δp3比较，控制器4控制被动稳压装置3和主动稳压装置5是否工作以及主动稳压装置5是否需要继续调整。被动稳压装置3和主动稳压装置5都不工作时为压力平稳工作模式，被动稳压装置3或主动稳压装置5单独工作时为简单压力波动工作模式，被动稳压装置3和主动稳压装置5同时工作时为复杂压力波动工作模式，其中上述简单压力工作模式中可根据给定压力稳定精度选择两种稳压方式的优先工作顺序。
压力平稳模式工作过程：激振源1工作后，第一压力传感器201将检测到的压力信号发送至控制器4信号输入端，控制器4经过逻辑分析，确定此时不需要对系统进行压力调整，控制器4输出端对开关阀303、入流阀501和分流阀502不发出控制信号，各阀处于关闭状态，该模式下激振源1输出的流体压力较为平稳，直接驱动负载6工作。
简单压力波动模式工作过程：该模式下包括两个工作过程。当负载6对压力波动要求较低时，被动稳压装置3工作，第一压力传感器201将检测到的压力信号发送至控制器4信号输入端，控制器4经过逻辑分析，确定此时需要被动稳压装置3工作，控制器4输出端对开关阀303发出控制信号，使其打开，第二压力传感器202将检测到经过被动稳压装置3调整后的油液压力信号发送至控制器4信号输入端，控制器4经过逻辑分析，确定此时不需要主动稳压装置5工作，主动稳压装置5处于不工作状态，此时激振源1产生的压力波动经过被动稳压装置3处理后变得平稳，通过管路7传输至负载6，并最终流回主油箱8。当负载6对压力波动要求较高时，第一压力传感器201将检测到的压力波动信号发送至控制器4信号输入端，控制器4经过逻辑分析，确定此时被动稳压装置3不工作，即开关阀303处于关闭状态，主动稳压装置5工作，控制器4根据设定控制算法，输出端发送控制信号控制入流阀501和分流阀502动作进行稳定压力，第三压力传感器203将检测到经过主动稳压装置5稳压后的压力信号反馈至控制器4，控制器4根据第三压力传感器203检测信号，通过逻辑分析，若满足稳压精度，则不需要调整，若不满足稳压精度，则需要进一步提高控制精度。主动稳压装置5工作过程中补油泵503工作，补油泵503、入流阀501和管路7相通，通过控制器4控制入流阀501动作，进而控制补油泵503油液进入管路7的频率和流量大小，分流阀502工作时与管路7、副油箱504相通，控制器4控制分流阀503动作，进而控制管路7中油液溢出的频率和流量大小。通过控制器4控制入流阀501和分流阀503动作即可实现压力波动的准确调节。
复杂压力波动模式工作过程：第一压力传感器201将检测到的压力波动信号发送至控制器4信号输入端，控制器4通过逻辑分析，确定此时被动稳压装置3工作，即开关阀303打开，经过被动稳压装置3调节，激振源1产生的压力波动变得稍平稳，第二压力传感器202将检测到的压力波动信号发送至控制器4信号输入端，控制器4通过逻辑分析，确定主动稳压装置5工作，其中入流阀501和分流阀502的动作和控制方式与简单压力波动模式工作过程中主动稳压装置3相同。该过程中被动稳压装置3对压力波动进行初步的处理削弱了压力波动，降低了主动稳压装置5稳压过程中对压力信号的跟踪难度以及控制的复杂程度。
综合上述三种模式，本发明在工作过程中出现上述三种工作情况，压力平稳模式工作过程中，激振源1产生的压力波动较小，不需要稳压装置调节，被动稳压装置3和主动稳压装置5不工作，减少了不必要的控制和能量消耗。简单压力波动模式工作过程中，激振源1产生的压力波动简单，单独依靠被动稳压装置3或主动稳压装置5工作即可完成稳压要求，另外根据实际要求可以对两者进行最优选择。复杂压力波动模式工作过程中，激振源1产生的压力波动状态复杂，油液先通过被动稳压装置3初步处理，压力变化稍平稳，然后再经过主动稳压装置5进行继续调整，最终实现平稳的压力输出。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种主被动结合的稳压装置，其特征在于，包括：激振源（1）、压力传感器（2）、被动稳压装置（3）、控制器（4）、主动稳压装置（5）、负载（6）、管路（7）和主油箱（8），所述激振源（1）、负载（6）和主油箱（8）通过管路（7）依次连接相通；被动稳压装置（3）安装在靠近激振源（1）位置；主动稳压装置（5）安装在被动稳压装置（3）与负载（6）之间，主动稳压装置（5）包括入流阀（501）、分流阀（502）、补油泵（503）和副油箱（504），其中入流阀进油口(506)与补油泵出油口（505）相通，入流阀出油口（507）与管路（7）相通，分流阀入油口（508）与管路（7）相通，分流阀出油口（509）与副油箱（504）相通；压力传感器（2）包括第一压力传感器（201）、第二压力传感器（202）和第三压力传感器（203），其中第一压力传感器（201）、第二压力传感器（202）和第三压力传感器（203）均与管路（7）相通，第一压力传感器（201）位于激振源（1）与被动稳压装置（3）之间，第二压力传感器（202）位于被动稳压装置（3）与主动稳压装置（5）之间，第三压力传感器（203）位于主动稳压装置（5）和负载（6）之间，所述控制器（4）的输入端采集第一压力传感器（201）、第二压力传感器（202）的反馈信号，所述控制器（4）的输出端控制开关阀（303）、入流阀（501）和分流阀（502）动作；第三压力传感器（203）作为压力调整后的反馈信号并发送至控制器（4），控制器（4）控制入流阀（501）和分流阀（502）动作调整；
所述第一压力传感器（201）用于监测油液经过激振源（1）的压力变化，第二压力传感器（202）用于监测油液经过被动稳压装置（3）后的压力变化，第三压力传感器（203）用于检测主动稳压装置（5）稳压后的压力变化；所述控制器（4）中事先设定有作为不同工作模式的工作条件和切换条件的工作阈值；通过检测第一压力传感器（201）、第二压力传感器（202）和第三压力传感器（203）压力信号变化情况，与控制器（4）中设定的阈值比较，控制器（4）控制实现三种工作模式：被动稳压装置（3）和主动稳压装置（5）都不工作的压力平稳工作模式，被动稳压装置（3）或主动稳压装置（5）单独工作的简单压力波动工作模式，以及被动稳压装置（3）和主动稳压装置（5）同时工作的复杂压力波动工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种主被动结合的稳压装置，其特征在于：所述激振源（1）为造成压力波动的液压元件。
3.根据权利要求2所述的一种主被动结合的稳压装置，其特征在于：所述液压元件为液压泵或电磁开关阀。
4.根据权利要求1所述的一种主被动结合的稳压装置，其特征在于：所述被动稳压装置（3）包括一个蓄能器（301）、一个液阻（302）和一个开关阀（303），其中蓄能器（301）、液阻（302）和开关阀（303）依次串联相通，所述开关阀（303）与管路（7）连通。
5.根据权利要求1所述的一种主被动结合的稳压装置，其特征在于：所述被动稳压装置（3）包括多个蓄能器（301）、与蓄能器（301）数目相同的液阻（302）以及与蓄能器（301）数目相同的开关阀（303），各个蓄能器（301）、液阻（302）和开关阀（303）依次串联相通之后，每个所述开关阀（303）都与管路（7）连通。
6.根据权利要求1所述的一种主被动结合的稳压装置，其特征在于：所述入流阀（501）和所述分流阀（502）为伺服阀或比例阀。
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