CN113110624A - 一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置及方法，其中装置包括安全阀、定量液压泵、进液电磁开关阀驱动控制器、出液电磁开关阀驱动控制器、蓄能器流量计算器、流量比较器、蓄能器出液压力传感器、蓄能器进液压力传感器和若干蓄能单元，蓄能单元包括进液电磁开关阀、蓄能器压力传感器、出液电磁开关阀、蓄能器和单向阀，多个蓄能单元组成蓄能阵列，同一时刻蓄能阵列中所有蓄能器分为充液、待命、供液三种状态组合，且本装置中单台定量液压泵供液，不含卸荷阀。本发明不但能够向工作系统按需供液，还能够实现流量大范围快速智能跟踪响应，还消除了现有系统中卸荷阀带来的能量损耗、系统振动、冲击、噪声等问题和多泵供液系统的能源浪费问题。

Description

一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置及方法
技术领域
本发明一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置及方法，属于液压控制技术领域。
背景技术
对于自来水供水系统、煤矿综采工作面供液系统等用液量及用液速度大范围快速变化的液压系统来说，如何使供液流量快速跟踪匹配需求流量的变化是一个难题。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题。第一种是常见的定量泵+卸荷阀式流量跟踪方案，是一种被动式流量跟踪方法，这种方法跟踪速度快，流量范围也大，但泵的频繁加载与卸荷阀频繁卸荷，使很大一部分能量浪费。第二种是采用伺服变量泵供液，这种方法依靠泵排量的调节可实现供液量快速跟踪需求量，但供液流量变化范围有限，若采用多台变量泵，又会增大电能消耗。第三种是采用变频技术调节泵的流量，但这种方式响应速度慢，难以满足瞬时用液量快速变化要求。
发明内容
本发明就是鉴于以上问题而完成。本发明的目的在于提供一种既满足流量大范围跟踪要求，又能快速响应、节约能量的蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置，包括安全阀、定量液压泵、进液电磁开关阀驱动控制器、出液电磁开关阀驱动控制器、蓄能器流量计算器、流量比较器、蓄能器出液压力传感器、蓄能器进液压力传感器和若干蓄能单元，蓄能单元包括进液电磁开关阀、蓄能器压力传感器、出液电磁开关阀、蓄能器和单向阀，蓄能单元依序连接在蓄能器公共进液管和工作系统供液管之间；
工作系统回液管与定量液压泵的入口相连，定量液压泵的出口和安全阀均与蓄能器公共进液管相连，蓄能器的进出口分别与进液电磁开关阀的出液口和出液电磁开关阀的进液口相连，进液电磁开关阀的进液口与蓄能器公共进液管相连，出液电磁开关阀的出液口通过单向阀与工作系统供液管相连；蓄能器压力传感器设置在蓄能器的进出口，蓄能器出液压力传感器设置在工作系统供液管上，蓄能器进液压力传感器设置在蓄能器公共进液管上；
进液电磁开关阀驱动控制器与进液电磁开关阀的控制端相连，出液电磁开关阀驱动控制器与出液电磁开关阀的控制端相连，蓄能器流量计算器用于根据单个蓄能器的压差-流量特性得到全部蓄能单元向外供液的瞬时总流量Q1，流量比较器用于比较瞬时总流量Q1和工作系统所需瞬时流量值Q2的大小，然后，通过开启或关闭一定数量的蓄能器，使工作系统的供液需求达到平衡；蓄能单元的数目为n1+n2+1，n1为待命状态的蓄能器的数目，n2为向外供液蓄能器的数目，1表示任何时刻都有一个蓄能器处于充液状态，n1和n2根据工作系统所需最大瞬时总流量和工作系统特征而定。
进一步地，定量液压泵的数量为一台，所述安全阀的出口处于常闭状态，所述安全阀的调定压力大于工作系统额定压力。
进一步地，同一个蓄能器上的所述进液电磁开关阀和所述出液电磁开关阀不得同时打开。
一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪方法，包括：
获取工作系统所需瞬时流量值Q2；
计算全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1；
比较Q1与Q2的大小，当Q1﹤Q2时，增加|(Q2-Q1)/Q0|取整+1个蓄能器（6）对工作系统供液，其中，Q0为单个蓄能器初始时刻最大流量；当Q1＞Q2时，减少|(Q1-Q2)/Q0|取整个蓄能器（6）向外供液，使工作系统的供液需求达到平衡。
进一步地，所述计算全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1包括：
将单台定量液压泵的出口与蓄能器公共进液管连接，安全阀与定量液压泵的出口连接；进液电磁开关阀的进液口直接与蓄能器公共进液管相连，出液口与所述蓄能器的进出口相连；出液电磁开关阀的进液口与所述蓄能器的进出口相连，出液口与工作系统供液管相连；单向阀设置在出液电磁开关阀和工作系统供液管之间，蓄能器压力传感器连接在所述蓄能器的进出口，蓄能器进液压力传感器连接在蓄能器公共进液管上，蓄能器出液压力传感器连接在工作系统供液管上；
将单个蓄能器的压差-流量特性存储在蓄能器流量计算器中，其中，蓄能器压差由蓄能器压力传感器和蓄能器出液压力传感器的差值得到，流量事先由实验测得；这样，每个蓄能器的瞬时流量均可得到，所有蓄能器的瞬时流量相加就可得到当前全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1。
进一步地，所述比较Q1与Q2的大小，当Q1﹤Q2时，增加一定数量的蓄能器对工作系统供液，增加的数量为|(Q2-Q1)/Q0|取整+1，QO为单个蓄能器初始时刻最大流量；当Q1＞Q2时，减少一定数量的蓄能器向外供液，减少的数量为|(Q1-Q2)/Q0|取整，使工作系统的供液需求达到平衡包括：
所述进液电磁开关阀的控制端与进液电磁开关阀驱动控制器相连接，所述出液电磁开关阀的控制端与出液电磁开关阀驱动控制器相连接；
所述进液电磁开关阀、所述蓄能器压力传感器、所述出液电磁开关阀、所述蓄能器、所述单向阀构成一个蓄能单元，多个蓄能单元并联在蓄能器公共进液管和工作系统供液管之间，构成一个蓄能阵列；
当前蓄能阵列向外供液的瞬时总流量Q1与工作系统所需瞬时流量值Q2在流量比较器中比较，当Q1﹤Q2时，流量比较器向出液电磁开关阀驱动控制器发送指令，由出液电磁开关阀驱动控制器对连续紧邻的|(Q2-Q1)/Q0|取整+1个出液电磁开关阀通电，开启供液；当Q1﹥Q2时，流量比较器向出液电磁开关阀驱动控制器发送指令，由出液电磁开关阀驱动控制器对连续紧邻的|(Q1-Q2)/Q0|取整个出液电磁开关阀断电，停止相应蓄能器供液。
进一步地，所述定量液压泵用于向所述蓄能阵列充液，同一个蓄能器上的进液电磁开关阀和出液电磁开关阀不得同时打开，其中，蓄能单元的数目为n1+n2+1，n1为待命状态的蓄能器的数目，n2为向外供液蓄能器的数目，1表示任何时刻都有一个蓄能器处于充液状态，n1和n2根据工作系统所需最大瞬时总流量和工作系统特征而定。设所有蓄能器从左至右依次标号为1,2，……,n1+n2+1。在初始时刻，第1～n1号为待命组蓄能器，第n1+1号为充液组蓄能器，第（n1+2）～（n1+n2+1）号为供液组蓄能器；
三种蓄能器的状态随着时间不断转换，状态转换均是从各组第一个蓄能器开始，从左至右转换，当供液组第1个蓄能器停止供液后，转变为充液状态，而待命组第1个蓄能器转变为供液状态，而充液组蓄能器充满液转换为待命状态，如此反复循环。
进一步地，在所述蓄能阵列向外供液时，当蓄能器压力传感器检测到压力值降低至设定工作压力下限时，通过出液电磁开关阀驱动控制器将第一个蓄能器的出液电磁开关阀由开启转为关闭，停止向外供液，同时，下一个蓄能器的出液电磁开关阀开启，按顺序逐个向外供液。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1.本发明采用单泵-蓄能阵列模式向工作系统供液，一部分蓄能器向外供液，一部分蓄能器待命，另一部分蓄能器充液，保证供液的蓄能器与充液的蓄能器不发生交叉重叠，依靠蓄能阵列里的蓄能器不断在充液、待命、供液之间切换，无需使用卸荷阀卸荷，避免了卸荷阀频繁开启带来振动、压力冲击和噪声等问题。
2.本发明与电机变频技术方案相比，蓄能阵列依靠进液电磁开关阀和出液电磁开关阀控制，既保证了最大流量需求，还能够实现流量大范围智能快速跟踪匹配；单泵方案避免了多泵过多的电能消耗，且单泵的电机功率小于现有单泵功率，大幅减少了不必要的电能消耗，节约了能源。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置的结构示意图。图2为本发明实施例中蓄能器状态转换示意图。
图中，1-安全阀，2-定量液压泵，3-进液电磁开关阀，4-蓄能器压力传感器，5-出液电磁开关阀，6-蓄能器，7-进液电磁开关阀驱动控制器，8-出液电磁开关阀驱动控制器,9-蓄能器流量计算器，10-流量比较器，11-蓄能器出液压力传感器，12-蓄能器进液压力传感器，13-单向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置，包括安全阀1、定量液压泵2、进液电磁开关阀驱动控制器7、出液电磁开关阀驱动控制器8、蓄能器流量计算器9、流量比较器10、蓄能器出液压力传感器11、蓄能器进液压力传感器12和若干蓄能单元，蓄能单元包括进液电磁开关阀3、蓄能器压力传感器4、出液电磁开关阀5、蓄能器6和单向阀13。蓄能单元依序连接在蓄能器公共进液管和工作系统供液管之间。
工作系统回液管与定量液压泵2的入口相连，定量液压泵2的出口和安全阀1均与蓄能器公共进液管相连，蓄能器6的进出口分别与进液电磁开关阀3的出液口和出液电磁开关阀5的进液口相连，进液电磁开关阀3的进液口与蓄能器公共进液管相连，出液电磁开关阀5的出液口通过单向阀13与工作系统供液管相连；蓄能器压力传感器4设置在蓄能器6的进出口，蓄能器出液压力传感器11设置在工作系统供液管上，蓄能器进液压力传感器设置在蓄能器公共进液管上。定量液压泵2的数量为一台，安全阀1的出口处于常闭状态，安全阀1的调定压力大于31.5MPa，用来防止系统压力突然异常升高造成破坏，起安全保护作用。单向阀13的作用是防止工作系统供液管内压力波动造成出液电磁开关阀5产生误动作。
进液电磁开关阀驱动控制器7与进液电磁开关阀3的控制端相连，出液电磁开关阀驱动控制器8与出液电磁开关阀5的控制端相连，蓄能器流量计算器9用于根据单个蓄能器6的压差-流量特性得到全部蓄能单元向外供液的瞬时总流量Q1，流量比较器10用于比较瞬时总流量Q1和工作系统所需瞬时流量值Q2的大小，通过开启或关闭一定数量的蓄能器6，使工作系统的供液需求达到平衡。本装置在使用时，同一个蓄能器进出口上的进液电磁开关阀3和出液电磁开关阀5不得同时打开。
本发明实施例还提供一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪方法，包括：
步骤S1，获取工作系统所需瞬时流量值Q2。
步骤S2，计算全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1。
本实施例中，步骤S2具体包括：
将单台定量液压泵2的出口与蓄能器公共进液管连接，安全阀1与定量液压泵2的出口连接；进液电磁开关阀3的进液口直接与蓄能器公共进液管相连，出液口与蓄能器6的进出口相连；出液电磁开关阀5的进液口与蓄能器6的进出口相连，出液口与工作系统供液管相连；单向阀13设置在出液电磁开关阀5和工作系统供液管之间，蓄能器压力传感器4连接在蓄能器6的进出口，蓄能器进液压力传感器12连接在蓄能器公共进液管上，蓄能器出液压力传感器11连接在工作系统供液管上。
将单个蓄能器的压差-流量特性存储在蓄能器流量计算器9中，其中，蓄能器压差由蓄能器压力传感器4和蓄能器出液压力传感器11的差值得到，流量事先由实验测得；所有蓄能器的瞬时流量相加得到当前全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1。
步骤S3，比较Q1与Q2的大小，当Q1﹤Q2时，增加一定数量的蓄能器6对工作系统供液，增加的数量为|(Q2-Q1)/Q0|取整+1个，QO为单个蓄能器初始时刻最大流量；当Q1＞Q2时，减少一定数量的蓄能器6向外供液，减少的数量为|(Q1-Q2)/Q0|取整个，使工作系统的供液需求达到平衡。
本实施例中，步骤S3具体包括：
将进液电磁开关阀3的控制端与进液电磁开关阀驱动控制器7相连接，出液电磁开关阀5的控制端与出液电磁开关阀驱动控制器8相连接。
进液电磁开关阀3、蓄能器压力传感器4、出液电磁开关阀5、蓄能器6、单向阀13构成一个蓄能单元，多个蓄能单元并联在蓄能器公共进液管和工作系统供液管之间，构成一个蓄能阵列。蓄能单元数目依据工作系统最大瞬时流量而定。
当前蓄能阵列向外供液的瞬时总流量Q1与工作系统所需瞬时流量值Q2在流量比较器10中比较，当Q1﹤Q2时，流量比较器10向出液电磁开关阀驱动控制器8发送指令，由出液电磁开关阀驱动控制器8对连续紧邻的|(Q2-Q1)/Q0|取整+1个出液电磁开关阀5通电，开启供液；当Q1﹥Q2时，流量比较器10向出液电磁开关阀驱动控制器8发送指令，由出液电磁开关阀驱动控制器8对连续紧邻的|(Q1-Q2)/Q0|取整个出液电磁开关阀5断电，停止相应蓄能器6供液，这样可以使工作系统供液需求达到平衡。
定量液压泵2用于向蓄能阵列充液，同一个蓄能器6上的进液电磁开关阀3和出液电磁开关阀5不得同时打开，至少有一个蓄能器6处于充液状态。当蓄能器压力传感器4检测到压力值达到设定工作压力上限P1时，通过进液电磁开关阀驱动控制器7将第一个蓄能器的进液电磁开关阀3由开启转为关闭，充液停止，同时，下一个蓄能器进液电磁开关阀开启，开始充液。蓄能器6在充液时按顺序逐个充液,当最后一个蓄能器6完成充液后,再转至第一个蓄能器6对其充液,如此反复。
在蓄能阵列向外供液时，当蓄能器压力传感器4检测到压力值降低至设定工作压力下限P2时，通过出液电磁开关阀驱动控制器8将第一个蓄能器6的出液电磁开关阀5由开启转为关闭，停止向外供液，同时，下一个蓄能器6的出液电磁开关阀5开启，按顺序逐个向外供液。
参见图2，若工作系统在最大瞬时流量时需要n2个蓄能器同时供液，需要n1个蓄能器待命，则总共需要的蓄能单元数目为n1+n2+1。初始时刻，第1～n1号为待命组蓄能器，第n1+1号为充液组蓄能器，第（n1+2）～（n1+n2+1）号为供液组蓄能器。
三种蓄能器的状态随着时间不断转换，状态转换均是从各组第一个蓄能器开始，从左至右转换，当供液组第1个蓄能器（即图2中第n1+2号）停止供液后，转变为充液状态，而待命组第1个蓄能器（即图2中第1号）转变为供液状态，而充液组蓄能器（即图2中第n1+1号）充满液转换为待命状态。蓄能器依次按图2中箭头所示方向转换状态，不断循环。其中n1和n2具体个数可根据工作系统工况要求确定和调整，但需要遵守的原则是，同一个蓄能器不能同时既充液又供液，即同一个蓄能器进出口处的进液电磁开关阀3和出液电磁开关阀5不能同时都处于打开状态，且每时每刻都必须有一个蓄能器处于充液状态。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (8)

1.一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置，其特征在于：包括安全阀（1）、定量液压泵（2）、进液电磁开关阀驱动控制器（7）、出液电磁开关阀驱动控制器（8）、蓄能器流量计算器（9）、流量比较器（10）、蓄能器出液压力传感器（11）、蓄能器进液压力传感器（12）和若干蓄能单元，蓄能单元包括进液电磁开关阀（3）、蓄能器压力传感器（4）、出液电磁开关阀（5）、蓄能器（6）和单向阀（13），蓄能单元依序连接在蓄能器公共进液管和工作系统供液管之间；
工作系统回液管与定量液压泵（2）的入口相连，定量液压泵（2）的出口和安全阀（1）均与蓄能器公共进液管相连，蓄能器（6）的进出口分别与进液电磁开关阀（3）的出液口和出液电磁开关阀（5）的进液口相连，进液电磁开关阀（3）的进液口与蓄能器公共进液管相连，出液电磁开关阀（5）的出液口通过单向阀（13）与工作系统供液管相连；蓄能器压力传感器（4）设置在蓄能器（6）的进出口，蓄能器出液压力传感器（11）设置在工作系统供液管上，蓄能器进液压力传感器（12）设置在蓄能器公共进液管上；
进液电磁开关阀驱动控制器（7）与进液电磁开关阀（3）的控制端相连，出液电磁开关阀驱动控制器（8）与出液电磁开关阀（5）的控制端相连，蓄能器流量计算器（9）用于根据单个蓄能器（6）的压差-流量特性得到全部蓄能单元向外供液的瞬时总流量Q1，流量比较器（10）用于比较瞬时总流量Q1和工作系统所需瞬时流量值Q2的大小，通过开启或关闭一定数量的蓄能器（6），使工作系统的供液需求达到平衡；其中，蓄能单元的数目为n1+n2+1个，n1为待命状态的蓄能器的数目，n2为向外供液蓄能器的数目，1表示任何时刻都有一个蓄能器处于充液状态。
2.根据权利要求1所述的一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置，其特征在于：定量液压泵（2）的数量为一台，所述安全阀（1）的出口处于常闭状态，所述安全阀（1）的调定压力大于工作系统额定压力。
3.根据权利要求1所述的一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪装置，其特征在于：同一个蓄能器上的所述进液电磁开关阀（3）和所述出液电磁开关阀（5）不得同时打开。
4.一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪方法，其特征在于，包括：
获取工作系统所需瞬时流量值Q2；
计算全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1；
比较Q1与Q2的大小，当Q1﹤Q2时，增加|(Q2-Q1)/Q0|取整+1个蓄能器（6）对工作系统供液，其中，Q0为单个蓄能器初始时刻最大流量；当Q1＞Q2时，减少|(Q1-Q2)/Q0|取整个蓄能器（6）向外供液，使工作系统的供液需求达到平衡。
5.根据权利要求4所述的一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪方法，其特征在于：所述计算全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1包括：
将单台定量液压泵（2）的出口与蓄能器公共进液管连接，安全阀（1）与定量液压泵（2）的出口连接；进液电磁开关阀（3）的进液口直接与蓄能器公共进液管相连，出液口与所述蓄能器（6）的进出口相连；出液电磁开关阀（5）的进液口与所述蓄能器（6）的进出口相连，出液口与工作系统供液管相连；单向阀（13）设置在出液电磁开关阀（5）和工作系统供液管之间，蓄能器压力传感器（4）连接在所述蓄能器（6）的进出口，蓄能器进液压力传感器（12）连接在蓄能器公共进液管上，蓄能器出液压力传感器（11）连接在工作系统供液管上；
将单个蓄能器的压差-流量特性存储在蓄能器流量计算器（9）中，其中，蓄能器压差由蓄能器压力传感器（4）和蓄能器出液压力传感器（11）的差值得到，流量事先由实验测得；可得到每个蓄能器的瞬时流量,所有蓄能器的瞬时流量相加可得到当前全部蓄能器向外供液的瞬时总流量Q1。
6.根据权利要求5所述的一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪方法，其特征在于：所述比较Q1与Q2的大小，当Q1﹤Q2时，增加|(Q2-Q1)/Q0|取整+1个蓄能器（6）对工作系统供液，其中，Q0为单个蓄能器初始时刻最大流量；当Q1＞Q2时，减少|(Q1-Q2)/Q0|取整个蓄能器（6）向外供液，使工作系统的供液需求达到平衡包括：
所述进液电磁开关阀（3）的控制端与进液电磁开关阀驱动控制器（7）相连接，所述出液电磁开关阀（5）的控制端与出液电磁开关阀驱动控制器（8）相连接；
所述进液电磁开关阀（3）、所述蓄能器压力传感器（4）、所述出液电磁开关阀（5）、所述蓄能器（6）、所述单向阀（13）构成一个蓄能单元，多个蓄能单元并联在蓄能器公共进液管和工作系统供液管之间，构成一个蓄能阵列；
当前蓄能阵列向外供液的瞬时总流量Q1与工作系统所需瞬时流量值Q2在流量比较器（10）中比较，当Q1﹤Q2时，流量比较器（10）向出液电磁开关阀驱动控制器（8）发送指令，由出液电磁开关阀驱动控制器（8）对连续紧邻的|(Q2-Q1)/Q0|取整+1个出液电磁开关阀（5）通电，开启供液；当Q1﹥Q2时，流量比较器（10）向出液电磁开关阀驱动控制器（8）发送指令，由出液电磁开关阀驱动控制器（8）对连续紧邻的|(Q1-Q2)/Q0|取整个出液电磁开关阀（5）断电，停止相应蓄能器（6）供液。
7.根据权利要求6所述的一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪方法，其特征在于：所述定量液压泵（2）用于向所述蓄能阵列充液，同一个蓄能器（6）上的进液电磁开关阀（3）和出液电磁开关阀（5）不得同时打开，其中，蓄能单元的数目为n1+n2+1，n1为待命状态的蓄能器的数目，n2为向外供液蓄能器的数目，1表示任何时刻都有一个蓄能器处于充液状态，设所有蓄能器从左至右依次标号为1,2，……,n1+n2+1，在初始时刻，第1～n1号为待命组蓄能器，第n1+1号为充液组蓄能器，第（n1+2）～（n1+n2+1）号为供液组蓄能器；
三种蓄能器的状态随着时间不断转换，状态转换均是从各组第一个蓄能器开始，从左至右转换，当供液组第1个蓄能器停止供液后，转变为充液状态，而待命组第1个蓄能器转变为供液状态，而充液组蓄能器充满液转换为待命状态，如此反复循环。
8.根据权利要求6所述的一种蓄能阵列式流量大范围快速智能跟踪方法，其特征在于：在所述蓄能阵列向外供液时，当蓄能器压力传感器（4）检测到压力值降低至设定工作压力下限时，通过出液电磁开关阀驱动控制器（8）将第一个蓄能器（6）的出液电磁开关阀（5）由开启转为关闭，停止向外供液，同时，下一个蓄能器（6）的出液电磁开关阀（5）开启，按顺序逐个向外供液。
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