CN113775604B - 分布式泵控系统及低压损控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种分布式泵控系统,包括单出杆液压缸、分布式泵控系统,直流母线,分布式泵控系统包括,第Ⅰ电动/发电机、双向定量泵/马达、第Ⅰ逆变器、第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀、第Ⅰ溢流阀、第Ⅱ溢流阀;进一步增设有DC‑DC变换器、超级电容组、流量分配补偿单元、压力补偿器、集中式补油泵、主电动机、第Ⅱ逆变器、控制器;本发明增设大功率的集中动力源和流量补偿分配单元,对所有分布式泵控子系统的不对称流量进行集中补偿和功率放大,用小功率的分布式泵控子系统实现大功率执行器的驱动牵引,同时采用高转速的电机和高效、小排量的定量泵,极大地减小了分布式泵控单元的容量、重量及成本,显著降低泵控多执行器系统总的装机功率。
Description
技术领域
本发明属于液压控制技术中多执行器的控制系统,具体涉及一种用于工程装备的分布式泵容积直驱单出杆液压缸、多执行器低压损流量分配和动势能回收的电液控制系统和方法。
背景技术
近年来,随着世界能源短缺以及环境污染问题持续加剧,在工程机械、筑路机械、矿山机械、林业机械和农业机械等各类非道路移动装备中,对液压系统进行节能减排研究已成为热点。虽然现有的正流量、负流量和负载敏感技术等液压系统节能方法在提高系统能效方面起到了重要的作用,但始终无法克服现有多执行器系统普遍采用内燃发动机驱动液压泵作动力源、经多路阀和管路分配与传递动力时,由于泵的输出压力只能与最高负载相匹配,高负载执行器为控制流量、低负载执行器为补偿载荷差异所造成的巨大阀口节流损失,而这部分损失恰恰是多执行器系统最主要的能耗来源,占到发动机输出功率的35%~39%。
采用闭式泵控技术,理论上可以完全消除这部分节流损失,但现有研究工作主要是针对单个单出杆液压缸,用于多执行器系统也仅仅是单执行器回路的简单叠加,如申请号为2016104063579的中国专利所公开的方案。这种方案存在的问题是:各执行器动力源必须按峰值功率配置,极大地增加了系统的总装机功率、重量和体积,受装机功率、电驱动单元成本制约,目前主要用于小功率的系统和机器。其次为了解决液压泵与单出杆液压缸面积比不匹配问题,现有单向阀补偿不对称流量方案系统仍存在部分节流损失。为此,申请号为2016104063579的中国专利所公开的方案中,将挖掘机动臂、斗杆和铲斗单出杆液压缸更换为对称式单出杆液压缸,相较非对称单出杆液压缸,存在输出力、挖掘力不足等新的问题。而专利号为US6962050B2的美国专利所公开的泵控系统挖掘机整机方案中,为了补偿单出杆液压缸面积差,每个单出杆液压缸采用两个液压泵驱动,整个系统则至少需要7个液压泵,系统结构更为复杂、成本较高。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种装机功率小、体积小、功重比高、易于补偿单出杆液压缸不对称流量、并且能够以极低的压力损失分配系统不对称流量、控制特性好的分布式泵控系统。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种分布式泵控系统,包括单个或多个单出杆液压缸、单个或多个分布式泵控系统,直流母线,低压蓄能器,每个单出杆液压缸由一个分布式泵控系统驱动,多个分布式泵控系统统一连接低压蓄能器;
所述的分布式泵控系统包括,第Ⅰ电动/发电机、双向定量泵/马达、第Ⅰ逆变器、第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀、第Ⅰ溢流阀、第Ⅱ溢流阀;第Ⅰ电动/发电机同轴驱动双向定量泵/马达,双向定量泵/马达两端分别与单出杆液压缸两腔连通,第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀的出油口分别与双向定量泵/马达两腔连通,第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀的进油口与低压蓄能器连通,通过低压蓄能器向双向定量泵/马达两腔补充油液泄漏,第Ⅰ溢流阀、第Ⅱ溢流阀进油口与双向定量泵/马达两腔连通,第Ⅰ溢流阀、第Ⅱ溢流阀出油口与油箱连通;所述直流母线上连接有滤波电容、整流器、电源开关;
其特征在于:进一步增设有DC-DC变换器、超级电容组、流量分配补偿单元、压力补偿器、集中式补油泵、主电动机、第Ⅱ逆变器、控制器;
主电机与集中式补油泵连接,集中式补油泵出油口与供油管路L连接,所述供油管路L上设置有主安全阀、第Ⅲ压力传感器、开关阀,所述供油管路L通过开关阀与低压蓄能器连通;
每个单出杆液压缸匹配有一个压力补偿器和流量分配补偿单元,各单出杆液压缸匹配的压力补偿器和流量分配单元共用同一的供油管路L;所述压力补偿器进油口与供油管路L连通,压力补偿器出油口与流量补偿分配单元进油口连接,所述流量补偿分配单元工作油口与单出杆液压缸两腔连通;
所述分布式泵控系统中第Ⅰ电动/发电机与第Ⅰ逆变器的输出端连接,第Ⅰ逆变器的输入端与直流母线连接,所述主电机与第Ⅱ逆变器的输出端连接,第Ⅱ逆变器的输入端与直流母线连接,所述DC-DC变换器一端与直流母线连接,另一端与超级电容连接;
所述控制器包括,信号接收器、运算模块、信号输出器;信号接收器持续接收初始输入信号、第Ⅰ电动/发电机、主电动机反馈的转速、扭矩反馈信号,持续接收第Ⅰ压力传感器、第Ⅱ压力传感器、第Ⅲ压力传感器、第Ⅳ压力传感器输出的压力信号,持续接收来自第Ⅰ位移传感器的位移信号,并将上述信号输入运算模块运算处理,最后通过信号输出器对第Ⅰ电动/发电机、主电动机的转速、扭矩,主控制阀开口进行控制;
所述的压力补偿器上增设有第Ⅰ位移传感器;所述流量补偿分配单元包括:第Ⅰ压力传感器、第Ⅱ压力传感器、主控制阀,主控制阀工作油口A分别与第Ⅰ压力传感器、单出杆液压缸无杆腔连接,主控制阀工作油口B分别与第Ⅱ压力传感器、单出杆液压缸有杆腔连接;所述压力补偿器出油口与主控制阀进油口P连通,主控制阀出油口T与油箱连通,压力补偿器弹簧端与主方向阀负载检测油口LS连接,压力补偿器另一端与主控制阀进油口P连接。
所述流量补偿分配单元进一步增设有第Ⅰ比例阀,主控制阀回油口T通过第Ⅰ比例阀与油箱连通。
所述流量补偿分配单元进一步增设有第Ⅱ比例阀、第Ⅲ比例阀,第Ⅱ比例阀、第Ⅲ比例阀进油口分别与主控制阀工作油口A、B连通,第Ⅱ比例阀、第Ⅲ比例阀出油口分别与油箱连通,主控制阀回油口T被封堵。
所述流量补偿分配单元增设比例换向阀,比例换向阀工作油口A1、B1分别与主控制阀工作油口A、B油口连通,比例换向阀进油口P1被封堵,比例换向阀回油口T1与油箱连通。
所述流量补偿分配单元还包括第Ⅳ比例阀和第Ⅴ比例阀,第Ⅳ比例阀布置在压力补偿器与主控制阀进油口P之间,压力补偿器弹簧端与第Ⅳ比例阀出油口连接,另一端与第Ⅳ比例阀进油口连接,主控制阀出油口T通过第Ⅴ比例阀与油箱连通。
所述供油管路L还设置有载荷检测比例阀,所述载荷检测比例阀为三位三通阀,所述载荷检测比例阀进一步增设有第Ⅲ位移传感器、比例电磁铁;
所述第Ⅱ阀位移传感器是集成在比例电磁铁上,通过检测比例电磁铁铁芯位置来检测载荷检测比例阀芯位移和速度,或是通轴安装在载荷检测比例阀芯上,直接检测载荷检测比例阀芯的位置和速度;
载荷检测比例阀进油口连接供油管路L,载荷检测比例阀出油口C、D分别连接油箱和补油蓄能器;
所述系统进一步增设有梭阀组,通过多个梭阀筛选和检测出多个液压执行器的最大负载压力,梭阀组出油口通过液压油路连接到所述载荷检测比例阀阀芯的弹簧端,所述载荷检测比例阀阀芯的另一端通过液压管路与供油管路L连通,用于检测集中式补油泵出口压力。
所述的第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀是普通单向阀或液控单向阀;当第Ⅰ补油单向阀/第Ⅱ补油单向阀为液控单向阀时,出油口分别与双向定量泵/马达两腔连通、进油口与低压蓄能器连通、控制油口连通双向定量泵/马达中与另一液控单向阀出油口连通的腔。
所述的系统进一步增设有液压马达、辅助电机和第Ⅲ变频器,所述液压马达与辅助电机同轴机械连接,同时匹配有压力补偿器和流量分配单元,所述压力补偿器进油口与供油管路L连通,压力补偿器出油口与流量补偿分配单元进油口连接,所述流量补偿分配单元工作油口与液压马达两腔连通,所述辅助电机通过第Ⅲ变频器与直流母线连接。
一种分布式泵控多执行器系统的低压损控制方法,其特征是:包括多个单出杆液压缸,具体步骤如下,
步骤一:给定多个单出杆液压缸速度控制信号,以单出杆液压缸有杆腔流量为基准,由公式计算分布式泵控系统第Ⅰ电动/发电机转速,式中AB为单出杆液压缸有杆腔面积,V d为闭式泵排量;
步骤二:实时检测多个单出杆液压缸驱动腔压力并进行对比,以最大负载压力和其余低负载压力差值作为控制量,叠加第Ⅰ电动/发电机转速控制上,反复调整,使各执行器驱动腔压力相等,从而使多个单出杆液压缸等效负载相同,消除压力补偿器上载荷差异造成的节流损失;
步骤三:分别计算多个单出杆液压缸需要补偿的不对称流量Q 1、Q 2、Q 3……并求和,控制主电机转速,同时控制主控制阀开口,使最高负载主控制阀开口最大,低负载执行器主控制阀开口>80%;
步骤四:多个流量补偿分配单元中,实时检测压力补偿器阀芯位移,并与最大设定压力补偿器阀芯位移比较,取其差值作为控制量,叠加在主电机转速控制信号上,反复调整,使多个流量补偿分配单元中压力补偿器阀口保持全开,就能认为补油泵输出流量完全满足多个单出杆液压缸不对称流量需求,实现流量匹配。
与现有技术相比,本发明具有以下技术优势:
本发明增设大功率的集中动力源和流量补偿分配单元,对所有分布式泵控子系统的不对称流量进行集中补偿和功率放大,用小功率的分布式泵控子系统实现大功率执行器的驱动牵引,同时采用高转速的电机和高效、小排量的定量泵,极大地减小了分布式泵控单元的容量、重量及成本,显著降低泵控多执行器系统总的装机功率;
本发明采用新的结构设置的流量补偿分配单元,通过设置主控制阀对分布式泵控子系统进行双向驱动和预压紧,提升泵控子系统驱动功率,通过设置压力补偿器抑制系统动态压力波动、过大载荷差异和管路损失,实时准确分配集中动力源流量;
本发明提出的极低压损控制方法,通过分布式泵控单元调控各执行器非驱动腔压力,使低负载执行器驱动腔压力与最高负载一致,消除由于载荷差异产生的节流损失,并采用流量匹配控制,使控制阀处于较大开口,极大降低流量补偿分配单元阀口节流损失,使系统达到与闭式泵控单出杆液压缸相当的能效,同时又具有高的动态响应;
本发明的分布式泵控系统既是驱动单元,也是执行器动势能回收利用单元,通过直流母线可以直接利用各执行器产生的动势能,也可以将产生的动势能转换为电能存储在超级电容中,特别适用于电动化的工程装备。
附图说明
图1为本发明分布式泵控单执行器系统原理图;
图2为本发明流量补偿分配单元的第一种结构原理图;
图3为本发明流量补偿分配单元的第二种结构原理图;
图4为本发明流量补偿分配单元的第三种结构原理图;
图5为本发明流量补偿分配单元的第四种结构原理图;
图6为本发明流量补偿分配单元的第五种结构原理图;
图7为本发明分布式泵控多执行器系统原理图;
图8为本发明的控制器的结构原理图;
图9为本发明的控制方法流程。
图中:1-单出杆液压缸,2-分布式泵控系统,2-1-第Ⅰ分布式泵控系统,2-2-第Ⅱ分布式泵控系统,3-第Ⅰ电动/发电机,4-双向定量泵/马达,5-第Ⅰ逆变器,6-第Ⅰ补油单向阀,7-第Ⅱ补油单向阀,8-第Ⅰ溢流阀,9-第Ⅱ溢流阀,10-直流母线,11-滤波电容,12-DC-DC变换器,13-超级电容组,14-整流器,15-电源开关,16-流量补偿分配单元,16-1-第Ⅰ流量补偿分配单元,16-2-第Ⅱ流量补偿分配单元,16-3-第Ⅲ流量补偿分配单元,17-第Ⅰ压力传感器,18-第Ⅱ压力传感器,19-主控制阀,20-压力补偿器,20-1-第Ⅰ压力补偿器,20-2-第Ⅱ压力补偿器,20-3-第Ⅲ压力补偿器,21-第Ⅰ位移传感器,22-集中式补油泵,23-主电动机,24-主安全阀,25-第Ⅱ逆变器,26-第Ⅲ压力传感器,27-开关阀,28-第Ⅲ溢流阀,29-低压蓄能器,30-第Ⅳ压力传感器,31-第Ⅱ位移传感器,32-控制器,33-信号接收器,34-运算模块,35-信号输出器,36-第Ⅰ比例阀,37-第Ⅱ比例阀,38-第Ⅲ比例阀,39-比例换向阀,40-第Ⅳ比例阀,41-第Ⅴ比例阀,42-载荷检测比例阀,43-补油蓄能器,44-第Ⅲ位移传感器,45-梭阀,46-比例电磁铁,47-液压马达,48-辅助电机,49-第Ⅲ变频器。
具体实施方式
实施例一:
如图1所示,一种分布式泵控单执行器系统,包括单出杆液压缸1,分布式泵控系统2,流量补偿分配单元16、压力补偿器20、集中式补油泵22、主电动机23、第Ⅱ逆变器25、载荷检测比例阀42、补油蓄能器43、直流母线10、控制器32。
单出杆液压缸1设有用于检测活塞杆位置的第Ⅱ位移传感器31,单出杆液压缸1由分布式泵控系统2控制,分布式泵控系统2包括第Ⅰ电动/发电机3、双向定量泵/马达4、第Ⅰ逆变器5、第Ⅰ补油单向阀6、第Ⅱ补油单向阀7、第Ⅰ溢流阀8、第Ⅱ溢流阀9;第Ⅰ电动/发电机3同轴驱动双向定量泵/马达4,双向定量泵/马达4两端分别与单出杆液压缸1两腔连通,第Ⅰ补油单向阀6、第Ⅱ补油单向阀7的出油口分别与双向定量泵/马达4两腔连通,第Ⅰ补油单向阀6、第Ⅱ补油单向阀7的进油口与低压蓄能器29连通,通过低压蓄能器29向双向定量泵/马达4两腔补充油液压缩、泄漏等,第Ⅰ溢流阀8、第Ⅱ溢流阀9进油口与双向定量泵/马达4两腔连通,第Ⅰ溢流阀8、第Ⅱ溢流阀9出油口与油箱连通。
主电机23与集中式补油泵22连接,集中式补油泵22出油口与供油管路L连接,供油管路L设置有压力补偿器20、主安全阀24、第Ⅲ压力传感器26、开关阀27和载荷检测比例阀42,集中式补油泵22出油口通过供油管路L分别与压力补偿器20进油口、主安全阀24进油口、第Ⅲ压力传感器26进油口、开关阀27进油口、载荷检测比例阀42进油口连通,压力补偿器20出油口与流量补偿分配单元16连接,压力补偿器20上设有第Ⅰ位移传感器21,流量补偿分配单元16与单出杆液压缸1工作油口连通,补偿单出杆液压缸1面积差造成的不对称流量,主安全阀24出油口与油箱连通,开关阀27出油口与低压蓄能器29连通,通过开关阀27控制集中式补油泵22向低压蓄能器29补油。载荷检测比例阀42工作油口C与油箱连通,工作油口D与补油蓄能器43连接,载荷检测比例阀42弹簧端与压力补偿器20的弹簧端连接,检测执行器负载压力,比例电磁铁46端与供油管路L连通,检测集中式补油泵22出油口压力,载荷检测比例阀42通过弹簧力保证集中式补油泵22出口压力始终比执行器负载压力高一个固定值。主电机23、分布式泵控系统2分别通过第Ⅱ逆变器25、第Ⅰ逆变器5与直流母线10连接,超级电容组13通过DC-DC变换器12与直流母线10连接。
如图2所示,流量补偿分配单元16包括:第Ⅰ压力传感器17、第Ⅱ压力传感器18、主控制阀19;压力补偿器20出油口与主控制阀19进油口P连通,主控制阀19出油口T与油箱连通,主控制阀19工作油口A分别与第Ⅰ压力传感器17、单出杆液压缸1无杆腔连接,主控制阀19工作油口B分别与第Ⅱ压力传感器18、单出杆液压缸1有杆腔连接。压力补偿器20弹簧端与主方向阀20负载检测油口LS连接,压力补偿器20另一端与主控制阀19进油口P连接。
图3给出了流量补偿分配单元的第二种结构原理图,与图2的区别在于,流量补偿分配单元16进一步增设有第Ⅰ比例阀36,主控制阀19回油口T通过第Ⅰ比例阀36与油箱连通。
图4给出了流量补偿分配单元的第三种结构原理图,与图2的区别在于,流量补偿分配单元16增设有第Ⅱ比例阀37、第Ⅲ比例阀38,第Ⅱ比例阀37、第Ⅲ比例阀38进油口分别与主控制阀19工作油口A、B连通,第Ⅱ比例阀37、第Ⅲ比例阀38出油口分别与油箱连通,主控制阀19回油口T被封堵。
图5给出了流量补偿分配单元的第四种结构原理图,与图2的区别在于,流量补偿分配单元16增设比例换向阀39,比例换向阀39工作油口A1、B1分别与主控制阀19工作油口A、B油口连通,比例换向阀39进油口P1被封堵,比例换向阀39回油口T1与油箱连通。
图6给出了流量补偿分配单元的第五种结构原理图,与图2的区别在于,流量补偿分配单元16还包括第Ⅳ比例阀40和第Ⅴ比例阀41,第Ⅳ比例阀40布置在压力补偿器20与主控制阀19进油口P之间,压力补偿器20弹簧端与第Ⅳ比例阀40出油口连接,另一端与第Ⅳ比例阀40进油口连接,主控制阀19出油口T通过第Ⅴ比例阀41与油箱连通。
实施例二:
如图7所示,一种分布式泵控多执行器系统,包括与实施例一相同结构以及连接方式的第一单出杆液压缸1-1,第Ⅰ分布式泵控系统2-1,第Ⅰ流量补偿分配单元16-1、第Ⅰ压力补偿器20-1、集中式补油泵22、主电动机23、第Ⅱ逆变器25、载荷检测比例阀42、补油蓄能器43、直流母线10、控制器32。
本实施例中,供油管路L上并列设置有三组执行器,除第Ⅰ单出杆液压缸1-1外,进一步增设有第Ⅱ单出杆液压缸1-2以及液压马达47;
所述第Ⅱ单出杆液压缸1-2匹配有第Ⅱ分布式泵控系统2-2,第Ⅱ流量补偿分配单元16-2、第Ⅱ压力补偿器20-2,第Ⅲ单出杆液压缸1-3匹配有第Ⅲ分布式泵控系统2-3,第Ⅲ流量补偿分配单元16-3、第Ⅲ压力补偿器20-3。每个压力补偿器上均设有第Ⅰ位移传感器21,每个单出杆液压缸均设有用于检测活塞杆位置的第Ⅱ位移传感器31;
第Ⅱ分布式泵控系统2-2与第Ⅰ分布式泵控系统2-1不同之处在于,系统中两单向阀其中之一为液控单向阀,系统中单向阀、液控单向阀出油口分别与双向定量泵/马达4两腔连通、进油口与低压蓄能器29连通、系统中液控单向阀控制油口连通定量泵/马达4中与单向阀出油口连通的腔;
所述液压马达47与辅助电机48同轴机械连接,同时匹配有第Ⅲ压力补偿器20-3和第Ⅲ流量补偿分配单元16-3,所述第Ⅲ压力补偿器20-3进油口与供油管路L连通,第Ⅲ压力补偿器20-3出油口与第Ⅲ流量补偿分配单元16-3进油口连接,第Ⅲ流量补偿分配单元16-3工作油口与液压马达47两腔连通,所述辅助电机48通过第Ⅲ变频器49与直流母线10连接。
如图7所示,系统进一步增设有梭阀组45,梭阀45的进油口一端与流量补偿分配单元16中主控制阀19的LS油口连通,梭阀45另一端与下一流量补偿分配单元16中的梭阀出油口连通,首位梭阀45出油口与载荷检测比例阀42弹簧端油口连接,从而使载荷检测比例阀42弹簧端检测各执行器最高负载压力,末位梭阀45另一端与油箱连通。
如图8所示,所述控制器32包括,信号接收器33、运算模块34、信号输出器35;信号接收器33持续接收初始输入信号、第Ⅰ电动/发电机3、主电动机23反馈的转速、扭矩反馈信号,持续接收第Ⅰ压力传感器17、第Ⅱ压力传感器18、第Ⅲ压力传感器26、第Ⅳ压力传感器30输出的压力信号,持续接收来自第Ⅰ位移传感器21的位移信号,并将上述信号输入运算模块34运算处理,最后通过信号输出器35对第Ⅰ电动/发电机3、主电动机23的转速、扭矩,主控制阀19开口进行控制。
如图9所示,具体运算模块控制步骤如下:
步骤一:给定多个单出杆液压缸1速度控制信号,以单出杆液压缸有杆腔流量为基准,由公式计算分布式泵控系统2第Ⅰ电动/发电机3转速,式中A B为单出杆液压缸有杆腔面积,V d为闭式泵排量。
步骤二:由第Ⅰ压力传感器17或第Ⅱ压力传感器18实时检测多个单出杆液压缸1驱动腔压力,并在控制器32中进行对比,以最大的驱动腔压力和各自执行器驱动腔压力的差值作为控制量,即叠加第Ⅰ电动/发电机3转速控制上,反复调整,使各执行器驱动腔压力相等,从而使多个单出杆液压缸1等效负载相同,消除压力补偿器20上载荷差异造成的节流损失。
步骤三:分别计算多个单出杆液压缸1需要补偿的不对称流量Q 1 、Q 2 、Q 3……并求和,控制主电机23转速,同时控制主控制阀19开口,使最高负载主控制阀19开口最大,低负载执行器主控制阀开口>80%及以上,该80%控制量实际中可视具体情况设定。
步骤四:多个流量补偿分配单元16中,采用第Ⅰ位移传感器21实时检测压力补偿器20阀芯位移,并与最大设定压力补偿器20阀芯位移比较,取其差值作为控制量,叠加在主电机23转速控制信号上,反复调整,使多个流量补偿分配单元16中压力补偿器20阀口保持全开,就能认为补油泵23输出流量完全满足多个单出杆液压缸1不对称流量需求,实现流量匹配。
以上所述仅表明了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并非是对本发明的保护范围的限制。本发明构思中的分布式泵控单元采用了变电机驱动定量泵实现流量控制,对本领域技术人员而言,在不脱离本发明构思的前提下,还可采用柴油机驱动变量泵实现流量控制,这也应属于本发明的保护范围。因此,在不脱离本发明的精神和范围下,所作出的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (11)
1.一种分布式泵控系统,包括单个或多个单出杆液压缸(1)、单个或多个分布式泵控系统(2),直流母线(10),低压蓄能器(29),每个单出杆液压缸由一个分布式泵控系统驱动,多个分布式泵控系统连接到低压蓄能器;
所述的分布式泵控系统包括,第Ⅰ电动/发电机(3)、双向定量泵/马达(4)、第Ⅰ逆变器(5)、第Ⅰ补油单向阀(6)、第Ⅱ补油单向阀(7)、第Ⅰ溢流阀(8)、第Ⅱ溢流阀(9);第Ⅰ电动/发电机同轴驱动双向定量泵/马达,双向定量泵/马达两端分别与单出杆液压缸两腔连通,第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀的出油口分别与双向定量泵/马达两腔连通,第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀的进油口与低压蓄能器连通,通过低压蓄能器向双向定量泵/马达两腔补充油液泄漏,第Ⅰ溢流阀、第Ⅱ溢流阀进油口与双向定量泵/马达两腔连通,第Ⅰ溢流阀、第Ⅱ溢流阀出油口与油箱连通;所述直流母线上连接有滤波电容(11)、整流器(14)、电源开关(15);
其特征在于:进一步增设有DC-DC变换器(12)、超级电容组(13)、流量分配补偿单元(16)、压力补偿器(20)、集中式补油泵(22)、主电动机(23)、第Ⅱ逆变器(25)、控制器(32);
主电机与集中式补油泵连接,集中式补油泵出油口与供油管路L连接,所述供油管路L上设置有主安全阀(24)、第Ⅲ压力传感器(26)、开关阀(27),所述供油管路L通过开关阀与低压蓄能器连通;
每个单出杆液压缸匹配有一个压力补偿器和流量分配补偿单元,各单出杆液压缸匹配的压力补偿器和流量分配单元与供油管路L连通;所述压力补偿器进油口与供油管路L连通,压力补偿器出油口与流量补偿分配单元进油口连接,所述流量补偿分配单元工作油口与单出杆液压缸两腔连通;
所述分布式泵控系统中第Ⅰ电动/发电机与第Ⅰ逆变器的输出端连接,第Ⅰ逆变器的输入端与直流母线连接,所述主电机与第Ⅱ逆变器的输出端连接,第Ⅱ逆变器的输入端与直流母线连接,所述DC-DC变换器一端与直流母线连接,另一端与超级电容连接;
所述控制器包括,信号接收器(33)、运算模块(34)、信号输出器(35);信号接收器持续接收初始输入信号、第Ⅰ电动/发电机、主电动机反馈的转速、扭矩反馈信号,持续接收第Ⅰ压力传感器、第Ⅱ压力传感器、第Ⅲ压力传感器、第Ⅳ压力传感器输出的压力信号,持续接收来自第Ⅰ位移传感器的位移信号,并将上述信号输入运算模块运算处理,最后通过信号输出器对第Ⅰ电动/发电机、主电动机的转速、扭矩,主控制阀开口进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种分布式泵控系统,其特征是:所述的压力补偿器上增设有第Ⅰ位移传感器(21);所述流量补偿分配单元包括:第Ⅰ压力传感器(17)、第Ⅱ压力传感器(18)、主控制阀(19),所述压力补偿器出油口与主控制阀进油口P连通,压力补偿器弹簧端与主方向阀负载检测油口LS连接,压力补偿器另一端与主控制阀进油口P连接,所述主控制阀出油口T与油箱连通,主控制阀工作油口A与单出杆液压缸无杆腔连通,主控制阀工作油口B与单出杆液压缸有杆腔连通,第Ⅰ压力传感器、第Ⅱ压力传感器分别与主控制阀工作油口A、B连通。
3.根据权利要求2所述的一种分布式泵控系统,其特征是:所述流量补偿分配单元进一步增设第Ⅰ比例阀(36),主控制阀回油口T通过第Ⅰ比例阀与油箱连通。
4.根据权利要求2所述的一种分布式泵控系统,其特征是:所述流量补偿分配单元增设有第Ⅱ比例阀(37)、第Ⅲ比例阀(38),第Ⅱ比例阀、第Ⅲ比例阀进油口分别与主控制阀工作油口A、B连通,第Ⅱ比例阀、第Ⅲ比例阀出油口分别与油箱连通,主控制阀回油口T被封堵。
5.根据权利要求2所述的一种分布式泵控系统,其特征是:所述流量补偿分配单元增设比例换向阀(39),比例换向阀工作油口A1、B1分别与主控制阀工作油口A、B油口连通,比例换向阀进油口P1被封堵,比例换向阀回油口T1与油箱连通。
6.根据权利要求2所述的一种分布式泵控系统,其特征是:所述流量补偿分配单元还包括第Ⅳ比例阀(40)和第Ⅴ比例阀(41),第Ⅳ比例阀布置在压力补偿器与主控制阀进油口P之间,压力补偿器弹簧端与第Ⅳ比例阀出油口连接,另一端与第Ⅳ比例阀进油口连接,主控制阀出油口T通过第Ⅴ比例阀与油箱连通。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种分布式泵控系统,其特征是:所述供油管路L还设置有载荷检测比例阀(42),所述载荷检测比例阀为三位三通阀,所述载荷检测比例阀进一步增设有第Ⅲ位移传感器(44)、比例电磁铁(46);
所述第Ⅱ阀位移传感器是集成在比例电磁铁上,通过检测比例电磁铁铁芯位置来检测载荷检测比例阀芯位移和速度,或是通轴安装在载荷检测比例阀芯上,直接检测载荷检测比例阀芯的位置和速度;
载荷检测比例阀进油口连接供油管路L,载荷检测比例阀出油口C、D分别连接油箱和补油蓄能器(43)。
8.根据权利要求7所述的一种分布式泵控系统,其特征是:进一步增设有梭阀组(45),通过多个梭阀筛选和检测出多个液压执行器的最大负载压力,梭阀组出油口通过液压油路连接到所述载荷检测比例阀阀芯的弹簧端,所述载荷检测比例阀阀芯的另一端通过液压管路与供油管路L连通,用于检测集中式补油泵出口压力。
9.根据权利要求1所述的一种分布式泵控系统,其特征是:第Ⅰ补油单向阀、第Ⅱ补油单向阀是普通单向阀或液控单向阀;当第Ⅰ补油单向阀/第Ⅱ补油单向阀为液控单向阀时,出油口分别与双向定量泵/马达两腔连通、进油口与低压蓄能器连通、控制油口连通双向定量泵/马达中与另一液控单向阀出油口连通的腔。
10.根据权利要求1所述的一种分布式泵控系统,其特征是:进一步增设有液压马达(47)、辅助电机(48)和第Ⅲ变频器(49),所述液压马达与辅助电机同轴机械连接,同时匹配有压力补偿器和流量分配单元,所述压力补偿器进油口与供油管路L连通,压力补偿器出油口与流量补偿分配单元进油口连接,所述流量补偿分配单元工作油口与液压马达两腔连通,所述辅助电机通过第Ⅲ变频器与直流母线连接。
11.一种分布式泵控多执行器系统的低压损控制方法,其特征是:包括多个单出杆液压缸,具体步骤如下,
步骤一:给定多个单出杆液压缸速度控制信号,以单出杆液压缸有杆腔流量为基准,由公式计算分布式泵控系统第Ⅰ电动/发电机转速,式中AB为单出杆液压缸有杆腔面积,V d为闭式泵排量;
步骤二:实时检测多个单出杆液压缸驱动腔压力并进行对比,以最大负载压力和其余低负载压力差值作为控制量,叠加第Ⅰ电动/发电机转速控制上,反复调整,使各执行器驱动腔压力相等,从而使多个单出杆液压缸等效负载相同,消除压力补偿器上载荷差异造成的节流损失;
步骤三:分别计算多个单出杆液压缸需要补偿的不对称流量Q 1、Q 2、Q 3……并求和,控制主电机转速,同时控制主控制阀开口,使最高负载主控制阀开口最大,低负载执行器主控制阀开口>80%;
步骤四:多个流量补偿分配单元中,实时检测压力补偿器阀芯位移,并与最大设定压力补偿器阀芯位移比较,取其差值作为控制量,叠加在主电机转速控制信号上,反复调整,使多个流量补偿分配单元中压力补偿器阀口保持全开,就能认为补油泵输出流量完全满足多个单出杆液压缸不对称流量需求,实现流量匹配。
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