CN111577682B - 一种基于变压差主动控制的二通调速阀 - Google Patents

一种基于变压差主动控制的二通调速阀 Download PDF

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本发明提供了一种基于变压差主动控制的二通调速阀，增加了液压马达‑发电机能量回收单元作为二通调速阀中节流阀口的压力补偿器。通过传感器得到节流阀的进出口压差Δp1(Δp1＝p1‑p2)，比较当前阀口压差与目标控制压差，得到电机控制信号，当Δp1大于目标控制压差时，电机控制器调节发电机的转矩增大，从而增大液压马达进出口压差Δp2(Δp2＝pp‑p1)，即降低了液压马达出口压力p1，此时，二通调速阀节流阀口两端压差Δp1降低，稳定在目标压差附近。当Δp1小于目标控制压差时，电机控制器调节发电机的转矩减小，从而减小液压马达进出口压差Δp2(Δp2＝pp‑p1)，即升高了液压马达出口压力p1，此时，流量阀节流阀口两端压差Δp1变大，并稳定在目标压差附近。

Description

一种基于变压差主动控制的二通调速阀
技术领域
本发明涉及以电液控制技术和二通插装阀，尤其是涉及一种基于变压差主动控制的二通调速阀。
背景技术
液压传动因具有功率密度大、易实现直线运动等优点被广泛应用于各大工业领域，但其最大不足之处就是效率低下。以阀控液压挖掘机为例，据研究报告，液压挖掘机的能量利用率大约只有20％，其中液压系统的效率大约为30％，因此液压系统的节能技术研究显得至关重要。
液压系统的种类较多，但不同液压系统的能耗基本都体现在节流损耗和溢流损耗。其中节流损耗主要分为进口节流损耗、出口节流损耗、旁路节流损耗和联动节流损耗。不同类型的液压系统具有不同类型的节流损耗。由于容积调速系统在操控性难以匹配阀控节流调速系统，而阀控节流技术主要通过流量匹配在一定程度上降低节流损耗，但其阀口的最小流量为保证执行器速度所需要的最小流量，同时很难始终保证节流阀口的压差仅为保证操控性所需要的最小工作压差。尤其在单泵多执行器系统中，经常存在单泵同时给多执行器供油的情况，液压泵压力由负载压力最大的执行器决定，而对于其它负载压力较小的执行器来说，将会产生额外的节流损耗。此外，在有些场合，工程机械中机械臂自身的重量超过了负载的重量，在机械臂下放时会释放出大量的能量。负值负载的存在使系统易产生超速情况，目前最常用的方法是在回油侧安装单向节流阀，把负值负载所提供的机械能转化为节流损耗，消耗在节流阀口上，不仅浪费了能量，还会导致系统发热和元件寿命的降低。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种基于变压差主动控制的二通调速阀，其能实现二通调速阀中节流阀口两端变压差主动控制，有效解决导致液压系统效率低下的节流损耗，将传统损耗在节流阀口的液压能转化为电能储存利用，提高了液压系统效率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于变压差主动控制的二通调速阀，包括第一压力传感器、第二压力传感器、液压马达、节流阀、电机控制器、发电机；
所述液压马达出油口与节流阀进油口连接；所述第一压力传感器与节流阀的出油口连接；第二压力传感器与节流阀的进油口连接；电机控制器的转矩输入端与发电机连接；
通过第一压力传感器与节流阀得到节流阀的进出口压差Δp1，比较进出口压差Δp1与目标控制压差；当Δp1大于目标控制压差时，电机控制器调节发电机的转矩增大，增大液压马达进出口压差Δp2；当Δp1小于目标控制压差时，电机控制器调节发电机的转矩减小，从而减小液压马达进出口压差Δp2。
在一较佳实施例中：还包括有液压泵、溢流阀、换向阀、节流阀、执行器、蓄电池；
该液压泵出油口与溢流阀进油口连接；溢流阀出油口与油箱连接；液压泵出油口与换向阀进油口p连接；换向阀的回油口T与油箱连接；换向阀的出油口A与液压马达进油口连接；节流阀出油口与执行器进油口连接；执行器出油口与换向阀的出油口B连接；蓄电池与电机控制器的电流输出端连接。
在一较佳实施例中：所述发电机和液压马达同轴连接。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
增加了液压马达-发电机能量回收单元作为二通调速阀中节流阀口的压力补偿器。通过传感器得到节流阀的进出口压差Δp1(Δp1＝p1-p2)，比较当前阀口压差与目标控制压差，得到电机控制信号，当Δp1大于目标控制压差时，电机控制器调节发电机的转矩增大，从而增大液压马达进出口压差Δp2(Δp2＝pp-p1)，即降低了液压马达出口压力p1，此时，二通调速阀节流阀口两端压差Δp1降低，稳定在目标压差附近。当Δp1小于目标控制压差时，电机控制器调节发电机的转矩减小，从而减小液压马达进出口压差Δp2(Δp2＝pp-p1)，即升高了液压马达出口压力p1，此时，流量阀节流阀口两端压差Δp1变大，并稳定在目标压差附近。
通过调节发电机机的转矩或转速控制节流阀的阀口压差仅为一个保证工作特性所需的较小压差，实现节流阀口两端变压差主动控制，执行器的流量控制方式仍然为节流控制，但二通调速阀中的节流阀口压差由节流控制变成容积控制，同时多余压差损耗能量则通过能量回收单元回收。本发明不仅能够起到定差减压阀中稳定压差的作用，而且能够实现阀口节流损耗的回收与转化，解决了传统消耗在定差减压阀阀口的节流损耗问题，提高了液压系统效率。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的结构原理图；
附图标识说明：
1、液压泵 2、溢流阀
3、第一换向阀 4、液压马达
5、节流阀 6、第一执行器
7、第一压力传感器 8、第二压力传感器
9、蓄电池 10、电机控制器
11、发电机 12、第二换向阀
13、二通调速阀 14、第二执行器
具体实施方式
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：
参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，有液压泵1、溢流阀2、第一换向阀3、液压马达4、节流阀5、第一执行器6、第一压力传感器7、第二压力传感器8、蓄电池9、电机控制器10、发电机11、第二换向阀12、二通调速阀13、第二执行器14；其中：
该液压泵1出油口与溢流阀2进油口连接；溢流阀2出油口与油箱连接；液压泵1出油口与第一换向阀3进油口p连接；第一换向阀3的回油口T与油箱连接；第一换向阀3的出油口A与液压马达4进油口连接；液压马达4出油口与节流阀5进油口连接；节流阀5出油口与第一执行器6进油口连接；第一执行器6出油口与第一换向阀3的出油口B连接；第一压力传感器7与节流阀5的出油口连接；第二压力传感器8与节流阀5的进油口连接；蓄电池9与电机控制器10的电流输出端连接；电机控制器10的转矩输入端与发电机11连接；发电机11和液压马达4同轴连接；液压泵1出油口与第二换向阀12进油口p连接；第二换向阀12的回油口T与油箱连接；第二换向阀12的出油口A与二通调速阀13的进油口连接；二通调速阀13出油口跟第二执行器14进油口连接；第二执行器14出油口与第二换向阀12的出油口B连接。
参照图1所示，详述本实施例的工作原理如下：
液压马达4、发电机11构成了二通调速阀的压力补偿器，不仅可实现传统定差减压阀的稳定压差功能，而且能够进行变压差主动控制，将多余的压差能量损耗回收利用。在单泵多执行器液压系统中，液压泵出口压力pp由最大负载决定，对于传统的二通调速阀节流控制，负载较小的执行器将通过定差减压阀4减小节流口压差，这将造成额外的节流损耗。对于图1采用二通调速阀后，面临这种多执行器负载压力不一致的情况，可避免额外的节流损耗，具体如下：
当FL1<FL2时，液压泵压力pp由负载FL2决定此时二通调速阀13中节流阀口压差为保证负载FL2操控性的最小压差，但节流阀5两端压差Δp1＝p1-p2大于负载FL1的目标控制压差。电机控制器10根据当前节流阀5两端压差Δp1输出控制信号，增大发电机11的转矩T，根据
Figure GDA0003364381150000051
可知，液压马达4进出口压差Δp2(Δp2＝pp-p1)增大，从而降低p1，则Δp1减小，控制节流阀5的阀口压差仅为一个保证工作特性所需的较小压差，减少了节流损耗。同理可得，当节流阀5两端压差Δp1＝p1-p2小于负载FL1的目标控制压差时，电机控制器10根据当前节流阀5两端压差Δp1输出控制信号，减小发电机11的转矩T，根据
Figure GDA0003364381150000052
可知，液压马达4进出口压差Δp2(Δp2＝pp-p1)减小，从而增大p1，则Δp1增大，控制节流阀5的阀口压差仅为一个保证工作特性所需的较小压差，实现节流阀口两端变压差主动控制，加大了节流损耗的回收力度。执行器的流量控制方式仍然为节流控制，但压差补偿中节流阀口压差由节流控制变成容积控制，回收了多余的节流阀口压差。
本发明的设计重点在于：液压马达-发电机构成了节流阀口的压差补偿器，通过调节发电机转矩的方式控制节流阀口压差仅为保证操控性的一个最小压差，即目标压差。将压差补偿器的节流控制变成容积控制，降低节流损耗的同时可回收多余的压差损耗。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于变压差主动控制的二通调速阀，其特征在于：包括第一压力传感器(7)、第二压力传感器(8)、液压马达(4)、节流阀(5)、电机控制器(10)、发电机(11)；
所述液压马达(4)出油口与节流阀(5)进油口连接；所述第一压力传感器(7)与节流阀(5)的出油口连接；第二压力传感器(8)与节流阀(5)的进油口连接；电机控制器(10)的转矩输入端与发电机(11)连接；
通过第一压力传感器(7)与第二压力传感器(8)得到节流阀(5)的进出口压差Δp1，比较进出口压差Δp1与目标控制压差；当Δp1大于目标控制压差时，电机控制器(10)调节发电机的转矩增大，增大液压马达进出口压差Δp2；当Δp1小于目标控制压差时，电机控制器调节发电机的转矩减小，从而减小液压马达进出口压差Δp2。
2.根据权利要求1所述的一种基于变压差主动控制的二通调速阀，其特征在于：还包括有液压泵(1)、溢流阀(2)、第一换向阀(3)、节流阀(5)、第一执行器(6)、蓄电池(9)；
该液压泵(1)出油口与溢流阀(2)进油口连接；溢流阀(2)出油口与油箱连接；液压泵(1)出油口与第一换向阀(3)进油口p连接；第一换向阀(3)的回油口T与油箱连接；第一换向阀(3)的出油口A与液压马达(4)进油口连接；节流阀(5)出油口与第一执行器(6)进油口连接；第一执行器(6)出油口与第一换向阀(3)的出油口B连接；蓄电池(9)与电机控制器(10)的电流输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于变压差主动控制的二通调速阀，其特征在于：所述发电机(11)和液压马达(4)同轴连接。
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