CN110671376A - 工程机械负载敏感-进出口独立液压系统及其控制方法 - Google Patents

工程机械负载敏感-进出口独立液压系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种工程机械负载敏感‑进出口独立控制液压系统及其控制方法，适用于具有多个液压执行器的工程机械上。所述液压系统包括多个液压执行器、负载敏感控制单元、多个进出口独立控制单元、控制器，其中，进出口独立控制单元连接于负载敏感控制单元和液压执行器之间，每个液压执行器配置一个进出口独立控制单元，且连接方式相同；通过进出口独立控制单元改变回路，使各执行器工作在阻抗伸出、阻抗缩回、高压再生伸出、低压再生缩回等多种工作模式，实现多执行器的复合动作。其结构简单，使用方便，可用于具有多执行器的工程机械，为工程机械提供一套从泵源到执行器的全局性的节能液压系统和控制方法，有利于提高工程机械液压系统的效率和操控性。

Description

工程机械负载敏感-进出口独立液压系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种独立液压系统及其控制方法，尤其适用于工程机械液压传动与控制领域的工程机械负载敏感-进出口独立液压系统及其控制方法。
背景技术
工程机械(如液压挖掘机)的液压系统就是典型的单泵多执行器液压系统，各执行器的负载差别较大、负载在阻力负载和超越负载之间变化。较多的执行器、单泵的供油方式、复杂多变的负载工况，对进一步提高工程机械的控制性能和节能性能造成了较大的困难。
负载敏感控制系统是目前工程机械应用最广泛的液压系统之一，其通过负载敏感多路阀连接泵源和执行器，而该阀进出油口的节流面积通过单阀芯调节。这种进出口联动的控制方式，存在可控性差，节流损失大的问题，难以兼顾液压系统的操控性和节能性。
近年来，进出口独立控制广受关注，其打破了传统进出口节流面积关联调节的约束，增加了控制的自由度，可使系统工作在多种工作模式，具有更好的能量效率和可控性。但是目前在泵源与进出口独立控制阀的协调控制方面缺少解决方案，因此目前的进出口独立控制仅仅适用于单执行器，难以适应具有多执行器特征的工程机械。
发明内容
针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，为工程机械提供一套从泵源到执行器的全局性的节能液压系统和控制方法，有利于提高工程机械液压系统的效率和操控性的工程机械负载敏感-进出口独立液压系统及其控制方法。
为达到上述目的，本发明其中负载敏感变量泵的出油口与负载敏感多路阀的入口相链接，负载敏感多路阀的出口通过管路与进出口独立控制单元相连接，进出口独立控制单元和负载敏感多路阀的电气接口分别通过电线与控制器相连接；
所述负载敏感多路阀的联数与液压执行器的个数相等，所述进出口独立控制单元的数量同样与液压执行器的个数相等。
所述负载敏感多路阀包括3组，分别为负载敏感多路阀I、负载敏感多路阀II和负载敏感多路阀III；进出口独立控制单元包括3组，分别为进出口独立控制单元I、进出口独立控制单元II和进出口独立控制单元III，所述的液压执行器包括有杆腔和无杆腔，同样包括3组，分别为液压执行器I、液压执行器II和液压执行器III。
所述的进出口独立控制单元I与负载敏感多路阀I相连接，包括并排设置的第一比例方向阀和第二比例方向阀，其中第一比例方向阀上包括出油口A1、出油口B1，进油口P1和回油口T1，第二比例方向阀上包括出油口A2、出油口B2，进油口P2和回油口T2，其中第一比例方向阀的进油口P1和第二比例方向阀的进油口P2均与负载敏感多路阀的输出口管路连接，第一比例方向阀的出油口A1和第二比例方向阀的出油口A2分别通过管路与匹配的液压执行器的两腔分别连接，其中第一比例方向阀的出油口A1通过管路与液压执行器的无杆腔连接，第二比例方向阀的出油口A2通过管路与液压执行器的有杆腔连接，第一比例方向阀的出油口B1和第二比例方向阀的出油口B2口均截止，第一比例方向阀的回油口T1口和第二比例方向阀的回油口T2相连并接回油箱；所述负载敏感多路阀II、进出口独立控制单元II及液压执行器II之间、负载敏感多路阀III、进出口独立控制单元III及液压执行器III连接结构与上述内容相同。
所述进出口独立控制单元I、进出口独立控制单元II和进出口独立控制单元III中使用的第一比例方向阀和第二比例方向阀型号为DHZO-A，负载敏感多路阀的PSV-4，控制器型号为PLC1200。
一种工程机械负载敏感-进出口独立液压系统的控制方法，其步骤为：
控制器通过负载敏感多路阀中的进出口独立控制单元改变油路，使与出口独立控制单元连接的各液压执行器分别进行阻抗伸出模式控制方法、阻抗缩回模式控制方法、高压再生伸出模式控制方法、低压再生缩回模式控制方法；
液压执行器I、液压执行器II或液压执行器III根据实际需要分别实施不同的控制方法；
具体工作模式的控制方法为：
阻抗伸出模式控制方法：对应的进出口独立控制单元的第一比例方向阀切换至左位，其出油口A1全开，此时第一比例方向阀只起联通作用，以减少进油节流损失，而第二比例方向阀切换至右位，其出油口A2节流以产生背压，从而提高所有执行器的平稳性；
阻抗缩回模式控制方法，第一比例方向阀切换至右位，其出油口A1节流并产生背压，而第二比例方向阀切换至左位，其出油口A2全开，此时第二比例方向阀只起联通作用；
高压再生伸出模式控制方法：第一比例方向阀和第二比例方向阀均切换至左位，液压执行器的有杆腔与无杆腔联通，液压回路构成差动连接，以减少液压泵的供油量，此时第一比例方向阀的出油口A1和第二比例方向阀的出油口A2阀口均全开；在低压再生缩回模式下，第一比例方向阀和第二比例方向阀均切换至右位，液压执行器的有杆腔和无杆腔联通，液压回路构成差动连接，此时第一比例方向阀6的出油口A1节流产生背压，第二比例方向阀7的出油口A2全开；
低压再生缩回模式控制方法：负载敏感多路阀的任意一联处于中位，负载敏感泵无需供油，调节上述负载敏感多路阀对应的进出口独立控制单元的第一比例方向阀6的开度来控制液压执行器的运行速度；
负载敏感控制方法：负载敏感多路阀的LS口检测各执行器的最高压力，反馈到负载敏感变量泵，使负载敏感变量泵输出与负载需求相适应的压力和流量。
在协同阻抗伸出模式、阻抗缩回模式、高压再生伸出模式下，负载敏感多路阀的负载敏感多路阀I负载敏感多路阀II和负载敏感多路阀III中的任意一联控制阀处于左位，通过调节负载敏感多路阀的开度来控制进入相应液压执行器的油液流量，从而控制与之对应的液压执行器的运行速度；
控制器向负载敏感多路阀和进出口独立单元输出控制信号，控制负载敏感多路阀中的各联的开度，控制进出口独立控制单元中第一比例方向阀和第二比例方向阀的开度，进而控制液压执行器的运动速度和背压，每组进出口独立控制单元根据需要实现被控制器控制不同的开度以实现多液压执行器的复合动作；
负载敏感多路阀的LS口检测到的最高压力，可通过电信号或液压信号反馈到负载敏感变量泵。
有益效果：
本发明提供的工程机械负载敏感-进出口独立控制液压系统，将进出口独立控制的应用范围从单执行器拓展到多执行器，为工程机械提供一套从泵源到执行器的全局性的节能液压系统和控制方法，有利于提高工程机械液压系统的效率和操控性；
本发明将负载敏感控制及进出口独立控制的结构有机结合，发明了本发明所提供的工程机械负载敏感-进出口独立控制液压系统，在该系统中，进出口独立控制单元连接于负载敏感控制系统与液压执行器之间，每个液压执行器配置一个进出口独立控制单元，该系统集成了负载敏感控制及进出口独立控制的优势，利用负载敏感控制为多执行器提供相适用的压力和流量，以提高整个液压系统的效率；利用进出口独立控制实现各执行器的多种工作模式，以提高执行器的操控性，本发明为工程机械提供一套从泵源到执行器的全局性的节能液压系统及控制方法，其一方面将进出口独立控制的应用范围从单执行器拓展到多执行器，另一方面有利于提高工程机械的效率和操控性。
附图说明
图1是本发明工程机械负载敏感-进出口独立液压系统的结构示意图；
图2是本发明液压执行器的阻抗伸出模式的液压原理图；
图3是本发明液压执行器的阻抗缩回模式的液压原理图；
图4是本发明液压执行器的高压再生伸出模式的液压原理示意图；
图5是本发明液压执行器的低压再生缩回模式的液压原理示意图。
图中：1-负载敏感变量泵，2-负载敏感多路阀，2.1-负载敏感多路阀I，2.2-负载敏感多路阀II，2.3-负载敏感多路阀III，3.1-进出口独立控制单元I，3.2-进出口独立控制单元II，3.3-进出口独立控制单元III，4.1-液压缸I，4.2-液压缸II，4.3-液压缸III，5-控制器，6-第一比例方向阀，7-第二比例方向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，以具有三个液压执行器的工程机械为例，说明工程机械负载敏感-进出口独立的液压系统及其控制方法，其他具有更多执行器的工程机械同样可以采用相似的结构和控制方法。
本发明的工程机械负载敏感-进出口独立液压系统，包括负载敏感变量泵1、负载敏感多路阀2、与液压执行器连接的进出口独立控制单元和控制器5，其中负载敏感变量泵1的出油口与负载敏感多路阀2的入口相链接，负载敏感多路阀2的出口通过管路与进出口独立控制单元相连接，进出口独立控制单元和负载敏感多路阀2的电气接口分别通过电线与控制器5相连接；
所述负载敏感多路阀2的联数与液压执行器的个数相等，所述进出口独立控制单元的数量同样与液压执行器的个数相等。
所述负载敏感多路阀2包括3组，分别为负载敏感多路阀I2.1、负载敏感多路阀II2.2和负载敏感多路阀III2.3；进出口独立控制单元包括3组，分别为进出口独立控制单元I3.1、进出口独立控制单元II3.2和进出口独立控制单元III3.3，所述的液压执行器包括有杆腔和无杆腔，同样包括3组，分别为液压执行器I4.1、液压执行器II4.2和液压执行器III4.3。
如图2所示，所述的进出口独立控制单元I3.1与负载敏感多路阀I2.1相连接，包括并排设置的第一比例方向阀6和第二比例方向阀7，其中第一比例方向阀6上包括出油口A1、出油口R1，进油口P1和回油口T1，第二比例方向阀7上包括出油口A2、出油口B2，进油口P2和回油口T2，其中第一比例方向阀6的进油口P1和第二比例方向阀7的进油口P2均与负载敏感多路阀的输出口管路连接，第一比例方向阀6的出油口A1和第二比例方向阀7的出油口A2分别通过管路与匹配的液压执行器的两腔分别连接，其中第一比例方向阀6的出油口A1通过管路与液压执行器4.1的无杆腔连接，第二比例方向阀7的出油口A2通过管路与液压执行器4.1的有杆腔连接，第一比例方向阀6的出油口B1和第二比例方向阀7的出油口B2口均截止，第一比例方向阀6的回油口T1口和第二比例方向阀7的回油口T2相连并接回油箱；所述负载敏感多路阀II2.2、进出口独立控制单元II3.2及液压执行器II4.2之间、负载敏感多路阀III2.3、进出口独立控制单元III3.3及液压执行器III4.3连接结构与上述内容相同。
所述进出口独立控制单元I3.1、进出口独立控制单元II3.2和进出口独立控制单元III3.3中使用的第一比例方向阀6和第二比例方向阀7型号为DHZO-A，负载敏感多路阀2的PSV-4，控制器5型号为PLC1200。
一种工程机械负载敏感-进出口独立液压控制方法，其步骤为：
控制器5通过负载敏感多路阀2中的进出口独立控制单元改变油路，使与出口独立控制单元连接的各液压执行器分别进行阻抗伸出模式控制方法、阻抗缩回模式控制方法、高压再生伸出模式控制方法、低压再生缩回模式控制方法；
液压执行器I4.1、液压执行器II4.2或液压执行器III4.3根据实际需要分别实施不同的控制方法；
具体工作模式的控制方法为：
如图2所示，阻抗伸出模式控制方法：对应的进出口独立控制单元的第一比例方向阀6切换至左位，其出油口A1全开，此时第一比例方向阀6只起联通作用，以减少进油节流损失，而第二比例方向阀7切换至右位，其出油口A2节流以产生背压，从而提高所有执行器的平稳性；
如图3所示，阻抗缩回模式控制方法，第一比例方向阀6切换至右位，其出油口A1节流并产生背压，而第二比例方向阀7切换至左位，其出油口A2全开，此时第二比例方向阀只起联通作用；
如图4所示，高压再生伸出模式控制方法：第一比例方向阀6和第二比例方向阀7均切换至左位，液压执行器的有杆腔与无杆腔联通，液压回路构成差动连接，以减少液压泵的供油量，此时第一比例方向阀6的出油口A1和第二比例方向阀7的出油口A2阀口均全开；在低压再生缩回模式下，第一比例方向阀6和第二比例方向阀7均切换至右位，液压执行器的有杆腔和无杆腔联通，液压回路构成差动连接，此时第一比例方向阀6的出油口A1节流产生背压，第二比例方向阀7的出油口A2全开；
如图5所示，低压再生缩回模式控制方法：负载敏感多路阀2的任意一联处于中位，负载敏感泵无需供油，调节上述负载敏感多路阀2对应的进出口独立控制单元的第一比例方向阀6的开度来控制液压执行器的运行速度；
负载敏感控制方法：负载敏感多路阀的LS口检测各执行器的最高压力，反馈到负载敏感变量泵，使负载敏感变量泵输出与负载需求相适应的压力和流量。
在协同阻抗伸出模式、阻抗缩回模式、高压再生伸出模式下，负载敏感多路阀2的负载敏感多路阀I2.1负载敏感多路阀II2.2和负载敏感多路阀III2.3中的任意一联控制阀处于左位，通过调节负载敏感多路阀2的开度来控制进入相应液压执行器的油液流量，从而控制与之对应的液压执行器的运行速度；
控制器5向负载敏感多路阀2和进出口独立单元输出控制信号，控制负载敏感多路阀2中的各联的开度，控制进出口独立控制单元中第一比例方向阀6和第二比例方向阀7的开度，进而控制液压执行器的运动速度和背压，每组进出口独立控制单元根据需要实现被控制器5控制不同的开度以实现多液压执行器的复合动作；
负载敏感多路阀的LS口检测到的最高压力，可通过电信号或液压信号反馈到负载敏感变量泵。

Claims (8)

1.一种工程机械负载敏感-进出口独立液压系统，适用于具有多个液压执行器的工程机械上，其特征在于：它包括负载敏感变量泵(1)、负载敏感多路阀(2)、与液压执行器连接的进出口独立控制单元和控制器(5)，其中负载敏感变量泵(1)的出油口与负载敏感多路阀(2)的入口相链接，负载敏感多路阀(2)的出口通过管路与进出口独立控制单元相连接，进出口独立控制单元和负载敏感多路阀(2)的电气接口分别通过电线与控制器(5)相连接；
所述负载敏感多路阀(2)的联数与液压执行器的个数相等，所述进出口独立控制单元的数量同样与液压执行器的个数相等。
2.根据权利要求1所述的工程机械负载敏感-进出口独立液压系统，其特征在于：所述负载敏感多路阀(2)包括3组，分别为负载敏感多路阀I(2.1)、负载敏感多路阀II(2.2)和负载敏感多路阀III(2.3)；进出口独立控制单元包括3组，分别为进出口独立控制单元I(3.1)、进出口独立控制单元II(3.2)和进出口独立控制单元III(3.3)，所述的液压执行器包括有杆腔和无杆腔，同样包括3组，分别为液压执行器I(4.1)、液压执行器II(4.2)和液压执行器III(4.3)。
3.根据权利要求1或2所述的工程机械负载敏感-进出口独立液压系统，其特征在于：所述的进出口独立控制单元I(3.1)与负载敏感多路阀I(2.1)相连接，包括并排设置的第一比例方向阀(6)和第二比例方向阀(7)，其中第一比例方向阀(6)上包括出油口A1、出油口B1，进油口P1和回油口T1，第二比例方向阀(7)上包括出油口A2、出油口B2，进油口P2和回油口T2，其中第一比例方向阀(6)的进油口P1和第二比例方向阀(7)的进油口P2均与负载敏感多路阀的输出口管路连接，第一比例方向阀(6)的出油口A1和第二比例方向阀(7)的出油口A2分别通过管路与匹配的液压执行器的两腔分别连接，其中第一比例方向阀(6)的出油口A1通过管路与液压执行器(4.1)的无杆腔连接，第二比例方向阀(7)的出油口A2通过管路与液压执行器(4.1)的有杆腔连接，第一比例方向阀(6)的出油口B1和第二比例方向阀(7)的出油口B2口均截止，第一比例方向阀(6)的回油口T1口和第二比例方向阀(7)的回油口T2相连并接回油箱；所述负载敏感多路阀II(2.2)、进出口独立控制单元II(3.2)及液压执行器II(4.2)之间、负载敏感多路阀III(2.3)、进出口独立控制单元III(3.3)及液压执行器III(4.3)连接结构与上述内容相同。
4.根据权利要求2所述的工程机械负载敏感-进出口独立液压系统，其特征在于：所述进出口独立控制单元I(3.1)、进出口独立控制单元II(3.2)和进出口独立控制单元III(3.3)中使用的第一比例方向阀(6)和第二比例方向阀(7)型号为DHZO-A，负载敏感多路阀(2)的PSV-4，控制器(5)型号为PLC1200。
5.一种使用上述任意权利要求所述工程机械负载敏感-进出口独立液压系统的控制方法，其特征在于步骤为：
控制器(5)通过负载敏感多路阀(2)中的进出口独立控制单元改变油路，使与出口独立控制单元连接的各液压执行器分别进行阻抗伸出模式控制方法、阻抗缩回模式控制方法、高压再生伸出模式控制方法、低压再生缩回模式控制方法；
液压执行器I(4.1)、液压执行器II(4.2)或液压执行器III(4.3)根据实际需要分别实施不同的控制方法；
具体工作模式的控制方法为：
阻抗伸出模式控制方法：对应的进出口独立控制单元的第一比例方向阀(6)切换至左位，其出油口A1全开，此时第一比例方向阀(6)只起联通作用，以减少进油节流损失，而第二比例方向阀(7)切换至右位，其出油口A2节流以产生背压，从而提高所有执行器的平稳性；
阻抗缩回模式控制方法，第一比例方向阀(6)切换至右位，其出油口A1节流并产生背压，而第二比例方向阀(7)切换至左位，其出油口A2全开，此时第二比例方向阀只起联通作用；
高压再生伸出模式控制方法：第一比例方向阀(6)和第二比例方向阀(7)均切换至左位，液压执行器的有杆腔与无杆腔联通，液压回路构成差动连接，以减少液压泵的供油量，此时第一比例方向阀(6)的出油口A1和第二比例方向阀(7)的出油口A2阀口均全开；在低压再生缩回模式下，第一比例方向阀(6)和第二比例方向阀(7)均切换至右位，液压执行器的有杆腔和无杆腔联通，液压回路构成差动连接，此时第一比例方向阀6的出油口A1节流产生背压，第二比例方向阀7的出油口A2全开；
低压再生缩回模式控制方法：负载敏感多路阀(2)的任意一联处于中位，负载敏感泵无需供油，调节上述负载敏感多路阀(2)对应的进出口独立控制单元的第一比例方向阀6的开度来控制液压执行器的运行速度；
负载敏感控制方法：负载敏感多路阀的LS口检测各执行器的最高压力，反馈到负载敏感变量泵，使负载敏感变量泵输出与负载需求相适应的压力和流量。
6.根据权利要去5所述的控制方法，其特征在于：在协同阻抗伸出模式、阻抗缩回模式、高压再生伸出模式下，负载敏感多路阀(2)的负载敏感多路阀I(2.1)负载敏感多路阀II(2.2)和负载敏感多路阀III(2.3)中的任意一联控制阀处于左位，通过调节负载敏感多路阀(2)的开度来控制进入相应液压执行器的油液流量，从而控制与之对应的液压执行器的运行速度；
7.根据权利要去5或6所述的控制方法，其特征在于：控制器(5)向负载敏感多路阀(2)和进出口独立单元输出控制信号，控制负载敏感多路阀(2)中的各联的开度，控制进出口独立控制单元中第一比例方向阀(6)和第二比例方向阀(7)的开度，进而控制液压执行器的运动速度和背压，每组进出口独立控制单元根据需要实现被控制器(5)控制不同的开度以实现多液压执行器的复合动作；
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：负载敏感多路阀的LS口检测到的最高压力，可通过电信号或液压信号反馈到负载敏感变量泵。
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