CN111734696B - 一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法 - Google Patents

一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法，其中，系统包括：液压油箱、油温传感器、截止阀、电动机、钟形罩及联轴器、闭式电比例泵组、冲洗阀组、行走平衡阀、行走马达、齿轮泵、辅助阀组、液压油散、泄油过滤器、回油过滤器、空气过滤器、压力传感器以及底座；本申请提出的液压系统及控制方法，使得液压系统控制简单，结构回路少，布局空间占比小；安全可靠、整机效率高，使用成本低，使用灵活方便。使用集成阀组，易于检修，减少液压系统布置空间。

Description

一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法
技术领域
本发明属于液压控制领域，具体涉及一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法。
背景技术
履带式移动破碎站是集受料、破碎、筛分、除铁、输送等工艺为一体的设备，由受料系统、给料系统、破碎系统、动力系统、输送系统、行走系统、液压系统等组成。其中动力系统是履带式移动破碎站的“心脏”，目前各厂家研制的履带式移动破碎站动力系统主要有直接驱动加液压驱动、直接驱动加电力驱动、全液压驱动、市电驱动、柴电驱动等5种驱动方式。
目前，在动力系统及行走系统中，一般采用柴油机驱动液压系统为主，其中较常用的是开式负载敏感液压系统，但存在控制复杂、结构回路多、布局空间占比大、油箱体积大等缺点，并且时时消耗柴油能源，经济性低，不环保。
现有技术中存在液压系统的控制复杂，结构回路多，布局空间占比大、油箱体积大等问题，尚未得到理想解决方案。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提出一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法，使得液压系统控制简单，结构回路少，布局空间占比小。
一种基于闭环控制的闭式液压系统，采用电动机直接驱动液压泵组提供动力源，由液压泵组直接连接至执行机构。
一种基于闭环控制的闭式液压系统，包括：
液压油箱、电动机、闭式电比例泵组、冲洗阀组、液压油散、液压马达，所述液压油箱与所述液压油散相连通；所述电动机与所述闭式电比例泵组相连接；所述闭式电比例泵组的出油口与所述冲洗阀组相连接，所述冲洗阀组与所述液压油散相连接；所述闭式电比例泵组用于驱动所述液压马达运转。
进一步地，所述液压油箱上设置回油过滤器、空气过滤器，所述回油过滤器通过管路与液压油散相连接；所述电动机放置在底座上，并且通过钟形罩及联轴器与所述闭式电比例泵组相连接，电动机通过钟形罩及联轴器将动力传递给闭式电比例泵组。
进一步地，所述闭式电比例泵组通过内置补油齿轮泵从所述液压油箱吸油，保证管路内有油液；所述闭式电比例泵组与所述液压油箱之间设有截止阀，用于管路维修或长时间停机时，截断液压油箱与整个系统管路的连接。
进一步地，行走平衡阀与行走马达分别设置在所述闭式液压系统的主机上；所述闭式电比例泵组的出油口A、B口分别与所述冲洗阀组的A、B口、所述行走平衡阀的A、B口并联，其中，所述冲洗阀组由低压优先的梭阀、溢流阀和阻尼孔组成，所述阻尼孔设置在梭阀中，所述梭阀与所述溢流阀相连接，用于将主回路中的少量液压油溢流至旁回路，进入所述液压油散；所述闭式电比例泵组的A、B口分别与所述冲洗阀组的进油口连接，经过所述阻尼孔进入所述冲洗阀组，然后经过所述溢流阀到出口，最后由所述出口连接至所述液压油散，进行散热。
进一步地，所述液压油箱一侧设置有辅助阀组，所述辅助阀组借助齿轮泵与所述闭式电比例泵组相连接；所述辅助阀组与所述液压油散相连接。齿轮泵通过闭式电比例泵组预留的接口直接串在后面，从液压油箱吸油，给辅助阀组提供压力油。
进一步地，所述辅助阀组的回油和所述冲洗阀组的回油共同进入液压油散降温，最后通过回油过滤器进入液压油箱。
进一步地，所述液压油箱上设置泄油过滤器；所述闭式电比例泵组的泄油、所述行走马达的泄油经过所述泄油过滤器进入所述液压油箱。
进一步地，所述液压油箱上设置有油温传感器，所述油温传感器与PLC相连接，PLC与显示屏相连接，PLC实时读取所述油温传感器的数值，所述油温传感器接于所述液压油箱的吸油口处。油温传感器将温度信号转换成电信号传至PLC，PLC又将电信号转换成温度数值实时在显示屏上显示。
进一步地，所述闭式电比例泵组高压测压点上设置有压力传感器，所述压力传感器与PLC相连接，用于实时读取述压力传感器的数值，压力传感器连接于闭式泵组的出油口相应的测压点上，实时反馈系统行走压力的变化。
本发明还提供一种基于闭环控制的闭式液压系统控制方法：
所述控制方法流程如下：
步骤S1：通过压力传感器16监测系统压力，得到系统压力信号；通过油温传感器2监测系统油温。
步骤S2：采集履带移动破碎机各种参数，包括：整机重量，整机重心位置，履带架驱动轮的直径及接地比，行走马达的排量及相关性能参数，减速机的速比及相关性能参数；
步骤S3：根据行走速度V及驱动力F，履带移动破碎机行走动作时参数设置；
步骤S4：实时监测主泵出口压力，限制主泵排量，得出功率控制参数；
步骤S5：将系统压力信号转化为电信号，传输至PLC，将电信号转化为压力值，并通过功率控制参数中的电动机扭矩公式将该压力值转化为该转速下的扭矩T1；
步骤S6：将扭矩T1与设定的扭矩值T2进行比较，当T1＜T2时，则可增大泵组比例电流值I(即增大泵的排量)，直至T1＝T2，其中I不可超过泵组的最大电流值；当T1＞T2时，则减小泵组比例电流值I(即减小泵的排量)，直至T1＝T2。
步骤S7：将比例电流值I通过转化为电信号，传输至泵组比例电流接收口处；比例电流通过电磁铁产生相应的力F，作用于泵组内部的斜盘，改变斜盘的角度，从而改变输出流量，从而改变行走马达输出转速，最后改变行走速度。
本申请所达到的有益效果：
本申请提出一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法，使得液压系统控制简单，结构回路少，布局空间占比小。安全可靠、整机效率高，管路精细化程度高；使用集成阀组，易于检修，减少液压系统布置空间；充分考虑到了操作过程中的设备及人员的安全保护，通过接收端信号，远程操控遥控器(最远可距离机器500米)，并且在遥控器上可实时显示闭式泵组的比例电流值、行走速度、驱动压力、液压油温以及系统功率，安全性高。使用成本低，使用灵活方便。
附图说明
图1为本申请实施例的一种基于闭环控制的闭式液压系统结构图正面；
图2为本申请实施例的一种基于闭环控制的闭式液压系统结构图背面；
图3为现有技术的开式负载敏感液压系统示意图；
图4为本申请实施例的一种基于闭环控制的闭式液压系统控制方法的流程
图5一种基于闭环控制的闭式液压系统液压原理图；
图6为本申请实施例的关于泵出口压力值与泵控制电流的关系曲线图；
图7为本申请实施例的冲洗阀组结构示意图；
其中，1-液压油箱，2-油温传感器、3-截止阀、4-电动机、5-钟形罩及联轴器、6-闭式电比例泵组、7-冲洗阀组、8-行走平衡阀、9-行走马达、10-齿轮泵、11-辅助阀组、12-液压油散、13-泄油过滤器、14-回油过滤器、15-空气过滤器以及16-压力传感器，17-底座。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
现有技术中，如图3所示，开式负载敏感液压系统，由柴油机驱动液压泵组提供动力源，液压泵组S口从液压油箱吸油，从P口经单向阀、高压过滤器进入多路阀P口，多路阀A口、B口连接至行走马达A、B口，驱动液压马达旋转，带动履带前进。其中多路阀LS口将系统压力反馈至柱塞泵X口，当压力超过柱塞泵设定压力后，改变柱塞泵斜盘，从而改变系统流量，即使系统功率达到恒定值，不超过柴油机的输出功率。
此系统零部件繁多，集成度低，管路连接复杂。
本申请提出一种基于闭环控制的闭式液压系统，如图1、图2所示，包括：液压油箱1、油温传感器2、截止阀3、电动机4、钟形罩及联轴器5、闭式电比例泵组6、冲洗阀组7、行走平衡阀8、行走马达9、齿轮泵10、辅助阀组11、液压油散12、泄油过滤器13、回油过滤器14、空气过滤器15、压力传感器16以及底座17；
所述液压油箱1上设置泄油过滤器13、回油过滤器14、空气过滤器15，所述回油过滤器14通过管路与液压油散12相连接，所述液压油箱1的一侧设置有辅助阀组11，所述液压油箱1上设置有油温传感器2，所述电动机4放置在底座上，并且与钟形罩及联轴器5相连接，所述钟形罩及联轴器5与所述闭式电比例泵组6相连接，所述闭式电比例泵组6吸油口上设置有截止阀3以及高压测压点上设置有压力传感器16，所述闭式电比例泵组6与所述齿轮泵10相连接，所述闭式电比例泵组6的出油口与冲洗阀组7相连接，所述齿轮泵10与辅助阀组11相连接。
一种基于闭环控制的闭式液压系统液压，其液压原理图，如图5所示；
所述电动机4通过钟形罩及联轴器5与闭式电比例泵组6相连接，传递动力；
所述闭式电比例泵组6通过内置补油齿轮泵从液压油箱1吸油，保证管路内有充足的油液。
在闭式电比例泵组6与液压油箱1之间设置截止阀3，用于管路维修或长时间停机时，截断液压油箱1与整个系统管路的连接。
所述闭式电比例泵组6的出油口A、B口分别于冲洗阀组7的A、B口、行走平衡阀8的A、B口并联，其中，冲洗阀组7由低压优先的梭阀18、溢流阀19和阻尼孔20组成，如图7所示，所述阻尼孔20设置在梭阀18中，所述梭阀18与溢流阀19相连接用于将主回路中的少量液压油溢流至旁回路，进入液压油散12，降低主回路的液压油温，防止油温过高损坏泵、阀的密封装置及影响油液的粘度降低系统效率。
闭式电比例泵组6的A、B口分别与冲洗阀组7的进油口21连接，经过阻尼孔20进入冲洗阀组7，由A、B口压力决定阀芯开启的方向，当A口压力＞B口压力时，A口的液压油推动阀芯，使B口的液压油进入冲洗阀；当B口压力＞A口压力时，B口的液压油推动阀芯，使A口的液压油进入冲洗阀，然后经过溢流阀19到出口22，此处溢流阀19压力设定＜闭式电比例泵组(6)的低压侧的压力，最后由出口22连接至液压油散12，进行散热。
所述齿轮泵10通过闭式电比例泵组6预留的接口直接串在后面，从液压油箱1吸油，给辅助阀组11提供压力油。
所述辅助阀组11的回油和冲洗阀组7的回油共同进入液压油散12降温，最后通过回油过滤器14进入液压油箱1。
所述闭式电比例泵组6的泄油、行走马达9的泄油经过泄油过滤器13进入液压油箱1。
所述油温传感器2与PLC相连接，PLC与显示屏相连接，PLC实时读取油温传感器2的数值，油温传感器2接于液压油箱1的吸油口处，将温度信号转换成电信号传至PLC，PLC又将电信号转换成温度数值实时在显示屏上显示，用户可实时观察此液压系统的油温状况。当油温超过50℃时，直接将电流给至液压油散12(电机马达驱动)，驱动油散。
所述压力传感器16与PLC相连接，通过PLC编程，实时读取压力传感器16的数值，压力传感器16连接于闭式泵组6的出油口相应的测压点上，实时反馈系统行走压力的变化。
通过遥控或远程操控电动机4通电，电动机4带动闭式电比例泵组6从液压油箱1吸油，可通过人为给出特定的电信号控制闭式电比例泵组6的输出和输入，闭式电比例泵组6一部分的油会带动6带动液压马达9运转；另一部分油经过冲洗阀组7进入液压油散12进行散热。
需要说明的是，当闭式电比例泵组6只启动，不接收电信号时，A、B口不出油。
一种基于闭环控制的闭式液压系统及控制方法：
所述控制方法流程如下，如图4所示：
步骤S1：通过压力传感器16监测系统压力，得到系统压力信号；通过油温传感器2监测系统油温。
步骤S2：采集履带移动破碎机各种参数，包括：整机重量，整机重心位置，履带架驱动轮的直径及接地比，行走马达的排量及相关性能参数，减速机的速比及相关性能参数；
步骤S3：根据行走速度V及驱动力F，履带移动破碎机行走动作时参数设置；
步骤S4：实时监测主泵出口压力，限制主泵排量，得出功率控制参数；
步骤S5：将系统压力信号转化为电信号，传输至PLC，将电信号转化为压力值，并通过功率控制参数中的电动机扭矩公式将该压力值转化为该转速下的扭矩T1；
步骤S6：将扭矩T1与设定的扭矩值T2进行比较，当T1＜T2时，则可增大泵组比例电流值I(即增大泵的排量)，直至T1＝T2，其中I不可超过泵组的最大电流值；当T1＞T2时，则减小泵组比例电流值I(即减小泵的排量)，直至T1＝T2。
步骤S7：将比例电流值I通过转化为电信号，传输至泵组比例电流接收口处；比例电流通过电磁铁产生相应的力F，作用于泵组内部的斜盘，改变斜盘的角度，从而改变输出流量，从而改变行走马达输出转速，最后改变行走速度。
所述行走速度V，采用如下计算公式：
Figure BDA0002566639280000071
其中，V为履带移动破碎机的最大行走速度，单位为km/h；r为履带驱动轮半径，单位为mm；n为电动机转速，单位为r/min；q1为闭式泵最大排量，单位为cc/r；η1为泵容积效率；q2为行走马达排量，单位cc/r；η2为行走马达容积效率；i为行走减速机速比；η3为行走减速机效率；η4为行走马达机械效率；
所述驱动力F，采用如下计算公式：
Figure BDA0002566639280000072
其中，F为整机最大牵引力，单位为t；P为行走驱动压差，单位bar；
根据项目要求，需要履带移动破达到一定的行走速度V及驱动力F，反推得出以下参数设置，如表1所示：
表1：行走动作时参数设置
Figure BDA0002566639280000073
其中，nset为主机构最大速度对应的电动机转速，单位为r/min；Jboost为主泵待命电流，单位为mA；Jstar为主机构动作时主泵起步电流，单位为mA；Jdelta为主泵电流增量，满足机构最大运转速度，按动作需求取值，mA，计算公式需以厂家提供的曲线为准，此处默认为正比例比曲线。
实时监测主泵出口压力，限制主泵排量(双腿行走)通过1的数据，得出以下功率控制，如表2所示：
表2：功率控制参数
Figure BDA0002566639280000081
关于泵出口压力值p2与泵控制电流的关系，如图6所示，横坐标压力值，竖坐标电流值。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于闭环控制的闭式液压系统，其特征在于，包括：液压油箱（1）、电动机（4）、闭式电比例泵组（6）、冲洗阀组（7）、液压油散（12）、液压马达（9），所述液压油箱（1）与所述液压油散（12）相连通；所述电动机（4）与所述闭式电比例泵组（6）相连接；所述闭式电比例泵组（6）的出油口与所述冲洗阀组（7）相连接，所述冲洗阀组（7）与所述液压油散（12）相连接；所述闭式电比例泵组（6）用于驱动所述液压马达（9）运转；
所述液压油箱（1）上设置回油过滤器（14）、空气过滤器（15），所述回油过滤器（14）通过管路与液压油散（12）相连接；所述电动机（4）放置在底座（17）上，并且通过钟形罩及联轴器（5）与所述闭式电比例泵组（6）相连接；
所述闭式电比例泵组（6）通过内置补油齿轮泵从所述液压油箱（1）吸油；所述闭式电比例泵组（6）与所述液压油箱（1）之间设有截止阀（3）；
所述闭式电比例泵组（6）的出油口A、B口分别与所述冲洗阀组（7）的A、B口、行走平衡阀（8）的A、B口并联，其中，所述冲洗阀组（7）由低压优先的梭阀（18）、溢流阀（19）和阻尼孔（20）组成，所述阻尼孔（20）设置在梭阀（18）中，所述梭阀（18）与所述溢流阀（19）相连接，用于将主回路中的少量液压油溢流至旁回路，进入所述液压油散（12）；所述闭式电比例泵组（6）的A、B口分别与所述冲洗阀组（7）的进油口（21）连接，经过所述阻尼孔（20）进入所述冲洗阀组（7），然后经过所述溢流阀（19）到出口（22），最后由所述出口（22）连接至所述液压油散（12）。
2.根据权利要求1所述的基于闭环控制的闭式液压系统，其特征在于：所述液压油箱（1）一侧设置有辅助阀组（11），所述辅助阀组（11）借助齿轮泵（10）与所述闭式电比例泵组（6）相连接；所述辅助阀组（11）与所述液压油散（12）相连接。
3.根据权利要求2所述的基于闭环控制的闭式液压系统，其特征在于：所述辅助阀组（11）的回油和所述冲洗阀组（7）的回油共同进入液压油散（12）降温，最后通过回油过滤器（14）进入液压油箱（1）。
4.根据权利要求3所述的基于闭环控制的闭式液压系统，其特征在于：所述液压油箱（1）上设置泄油过滤器（13）；所述闭式电比例泵组（6）的泄油、所述液压马达（9）的泄油经过所述泄油过滤器（13）进入所述液压油箱（1）。
5.根据权利要求4所述的基于闭环控制的闭式液压系统，其特征在于：所述液压油箱（1）上设置有油温传感器（2），所述油温传感器（2）与PLC相连接，PLC与显示屏相连接，PLC实时读取所述油温传感器（2）的数值，所述油温传感器（2）接于所述液压油箱（1）的吸油口处。
6.根据权利要求5所述的基于闭环控制的闭式液压系统，其特征在于：所述闭式电比例泵组（6）高压测压点上设置有压力传感器（16），所述压力传感器（16）与PLC相连接，用于实时读取述压力传感器（16）的数值。
7.一种基于闭环控制的闭式液压系统控制方法，使用权利要求1~6 任一项权利要求所述的基于闭环控制的闭式液压系统实现，其特征在于：所述控制方法流程如下：
步骤S1：通过压力传感器（16）监测系统压力，得到系统压力信号；通过油温传感器（2）监测系统油温；
步骤S2：采集履带移动破碎机各种参数；
步骤S3：根据行走速度V及驱动力F，履带移动破碎机行走动作时参数设置；
步骤S4：实时监测主泵出口压力，限制主泵排量，得出功率控制参数；
步骤S5：将系统压力信号转化为电信号，传输至PLC，将电信号转化为压力值，并通过功率控制参数中的电动机扭矩公式将该压力值转化为扭矩T1；
步骤S6：将扭矩T1与设定的扭矩值T2进行比较，当T1＜T2时，则可增大泵组比例电流值I，直至T1＝T2，其中I不可超过泵组的最大电流值；当T1＞T2时，则减小泵组比例电流值I，直至T1＝T2；
步骤S7：根据比例电流值，改变液压马达输出转速，从而改变行走速度。
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