CN114321046B - 一种液压系统、设备及其流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压系统、设备及其流量控制方法,包括：控制器、压力检测单元、执行油缸、换向阀、第一油路、第二油路、驱动单元、以及液压泵；其中，所述液压泵的输入端用于连接液压油箱，所述液压泵通过所述第一油路与所述换向阀的输入端连接，所述换向阀的输出端与所述第二油路的输入端连接，所述第二油路的第一输出端与所述执行油缸连接，所述第二油路的第二输出端连接至所述液压油箱，所述驱动单元与所述液压泵轴连接，所述压力检测单元配置在所述第二油路的第二输出端上；所述压力检测单元与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与驱动单元电气连接。解决了现有的流量控制系统响应慢、损耗大的问题。

Description

一种液压系统、设备及其流量控制方法

技术领域

本发明涉及液压系统领域，特别涉及一种液压系统、设备及其流量控制方法。

背景技术

对于传统工程机械，采用的动力系统是内燃机驱动系统。分析内燃机万有特性曲线可以获知，为了使得内燃机能够工作在一个高效区间，对其转矩与转速有着明显要求。以常见的液压挖掘机为例，柴油动力挖掘机为了实现柴油机高效率运行，通常采用的是分工况控制方法，将工况分为轻载、中载以及重载三种情况，分别对应三种柴油机转速，将液压泵的转速限制在了该转速下。而液压系统在完成不同工作时，需要的流量是不一样的，这就需要液压泵在定转速的情况下，通过改变自身排量，从而达到改变系统供应流量，以此来达到目标流量与实际流量的匹配要求。

为了保持内燃机在某一转速下的稳定运行，需要保证内燃机转轴上所承受的转矩保持较好的稳定性，突然的转矩变化会影响内燃机转速，从而使内燃机脱离高效运行区间，增加能耗，降低效率，甚至有熄火的风险。为了保证内燃机在定转速下有一个稳定的负载转矩，即保证内燃机的一个恒功率输出，业界在液压系统功率匹配上做了较多的研究，并形成了比较完善的流量控制方法。目前业界主流有三种流量控制方法：正流量控制、负流量控制、负载敏感控制，对于负载敏感控制还有抗流量饱和的LUDV控制。

而这些传统的流量控制普遍存在难以避免的机械响应慢、溢流损耗大等问题。为了减小溢流损耗，工程机械设置了怠速功能，在不用进行负载作业，同时要求发动机不熄火工况时，可以主动降低发动机转速，从而减小损耗，但是该状态下的溢流损耗依旧很大。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明公开了一种液压系统、设备及其流量控制方法，旨在解决现有的流量控制系统响应慢、损耗大的问题。

本发明第一实施例提供了一种液压系统,包括：控制器、压力检测单元、执行油缸、换向阀、第一油路、第二油路、驱动单元、以及液压泵；

其中，所述液压泵的输入端用于连接液压油箱，所述液压泵通过所述第一油路与所述换向阀的输入端连接，所述换向阀的输出端与所述第二油路的输入端连接，所述第二油路的第一输出端与所述执行油缸连接，所述第二油路的第二输出端连接至所述液压油箱，所述驱动单元与所述液压泵轴连接，所述压力检测单元配置在所述第二油路的第二输出端上；

所述压力检测单元与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与驱动单元电气连接。

在本发明一个可能的实施例中，所述驱动单元包括：依次电气连接的动力电池、BMS单元、高压管理单元、电机控制器、以及驱动电机；

所述控制器通过CAN总线与所述BMS单元、所述高压管理单元、所述电机控制器电气连接，所述驱动电机的输出轴与所述液压泵轴连接。

在本发明一个可能的实施例中，所述第一油路包括单向阀、以及第一溢流阀；

其中，所述液压泵的输出端与所述单向阀的输入端连接，所述单向阀的输出与所述换向阀的P口和C口连接，所述第一溢流阀的输入端连接在所述单向阀和所述第一溢流阀之间。

在本发明一个可能的实施例中，所述第二油路包括第二溢流阀、第三溢流阀、以及节流阀；

其中，所述换向阀的A口与所述执行油缸的有杆腔连接，所述换向阀的B口与所述执行油缸的无杆腔连接，所述第二溢流阀的输入端连接在所述换向阀的A口与所述执行油缸的有杆腔之间，所述第三溢流阀的输入端连接在所述换向阀的B口与所述执行油缸的无杆腔之间，所述换向阀的d口和T口通过所述节流阀与所述液压油箱连接，所述第二溢流阀的输出端和所述第三溢流阀的输出端通过所述节流阀与所述液压油箱连接。

在本发明一个可能的实施例中，所述动力电池的为锂电池。

本发明第二实施例提供了一种流量控制方法，包括：

实时获取由所述压力检测单元采集到的压力值；

根据所述压力值判断当前的液压泵输出的流量值是否与当前液压系统工作需求流量值相互匹配；

若否，生成控制信号至所述驱动单元，以调整所述液压泵的转速，进而使得所述液压泵输出的流量与当前液压系统工作需求流量值相匹配。

本发明第三实施例提供了一种设备，包括如上任意一项所述的一种液压系统。

基于本发明提供的一种液压系统、设备及其流量控制方法，所述控制器通过发送控制信号至所述驱动单元，以带动所述液压泵转动，进而将油箱内的液压油通过油路送至所述执行油缸，通过配置在第二油路的第二输出端上的压力检测单元实时监测回流至油缸内的流量，在判断到回油流量与目前所需要的回油流量不匹配时，调整所述液压泵的转速，以此保证泵输出流量与液压系统工作需求流量的匹配，这将极大地提高液压系统效率，减小功率损耗，降低作业成本，实现节能减排。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种液压系统的结构示意图；

图2是本发明第二实施例提供的一种流量控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

本发明公开了一种液压系统、设备及其流量控制方法，旨在解决现有的流量控制系统响应慢、损耗大的问题。

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种液压系统,包括：控制器6、压力检测单元7、执行油缸9、换向阀11、第一油路、第二油路、驱动单元、以及液压泵14；

其中，所述液压泵14的输入端用于连接液压油箱，所述液压泵14通过所述第一油路与所述换向阀11的输入端连接，所述换向阀11的输出端与所述第二油路的输入端连接，所述第二油路的第一输出端与所述执行油缸9连接，所述第二油路的第二输出端连接至所述液压油箱，所述驱动单元与所述液压泵14轴连接，所述压力检测单元7配置在所述第二油路的第二输出端上；

所述压力检测单元7与所述控制器6的输入端电气连接，所述控制器6的输出端与驱动单元电气连接。

在本实施例中，所述控制器6通过发送控制信号至所述驱动单元，以带动所述液压泵14转动，进而将油箱内的液压油通过油路送至所述执行油缸9，通过配置在第二油路的第二输出端上的压力检测单元7实时监测回流至油缸内的流量，在判断到回油流量与目前所需要的回油流量不匹配时，调整所述液压泵14的转速，以此保证泵输出流量与液压系统工作需求流量的匹配，这将极大地提高液压系统效率，减小功率损耗，降低作业成本，实现节能减排。

在本发明一个可能的实施例中，所述驱动单元包括：依次电气连接的动力电池5、BMS单元4、高压管理单元3、电机控制器2、以及驱动电机1；

所述控制器6通过CAN总线与所述BMS单元4、所述高压管理单元3、所述电机控制器2电气连接，所述驱动电机1的输出轴与所述液压泵14轴连接。

需要说明的是，在本实施例中，所述动力电池5的可以为锂电池(但不仅限于此，还可以使用磷酸铁锂蓄电池)，其中，所述动力电池5先通过所述BMS单元4，所述BMS单元4的主继电器控制高压主回路的通断，再连接到高压管理单元3，继而提供高压直流电到电机控制器2，所述电机控制器2将直流电逆变为三相电给所述驱动电机1供电，其中，所述驱动电机1通过花键连接带动所述液压泵14工作。

在本发明一个可能的实施例中，所述第一油路包括单向阀12、以及第一溢流阀13；

其中，所述液压泵14的输出端与所述单向阀12的输入端连接，所述单向阀12的输出与所述换向阀11的P口和C口连接，所述第一溢流阀13的输入端连接在所述单向阀12和所述第一溢流阀13之间。

需要说明的是，在本实施例中，所述换向阀11可以是三位六通阀(但不仅限于此)，其中，所述换向阀11的e和f端为先导压力信号,所述单向阀12只能够单向导通，避免出现液压油回流的情况，所述第一溢流阀13起到保证系统最大运行压力，当系统压力运行到最大压力，所述第一溢流阀13开启，回油至液压油箱。

在本发明一个可能的实施例中，所述第二油路包括第二溢流阀8、第三溢流阀10、以及节流阀16；

其中，所述换向阀11的A口与所述执行油缸9的有杆腔连接，所述换向阀11的B口与所述执行油缸9的无杆腔连接，所述第二溢流阀8的输入端连接在所述换向阀11的A口与所述执行油缸9的有杆腔之间，所述第三溢流阀10的输入端连接在所述换向阀11的B口与所述执行油缸9的无杆腔之间，所述换向阀11的d口和T口通过所述节流阀16与所述液压油箱连接，所述第二溢流阀8的输出端和所述第三溢流阀10的输出端通过所述节流阀16与所述液压油箱连接。

需要说明的是，在本实施例中，所述换向阀11的c、d口在中位时连通，连接到回油路，所述第二溢流阀8和所述第三溢流阀10分别并联在所述执行油缸9的有杆腔和无杆腔上，在液压缸达到行程末端时溢流；液压系统回油路通过节流阀16，最后回油至液压油箱。

以下阐述实施例的工作原理：

所述驱动电机1带动液压泵14运行，当所述换向阀11(即三位六通阀)处于中位时，c、d口接通，主油路通过所述节流阀16回油箱，压力检测单元7检测所述节流阀16前端压力信号，反馈至所述控制器6，所述控制器6根据反馈压力信号与设定压差信号做对比分析，将所述驱动电机1的目标转速通过CAN总线发送至电机控制器2，所述电机控制器2调节所述驱动电机1的转速，保证液压系统处于中位回油目标流量值；

当所述换向阀11(即三位六通阀)工作在左位时，液压油进入所述执行油缸9的有杆腔，无杆腔的液压油通过所述节流阀16回油箱；压力检测单元7检测所述节流阀16前端压力信号，反馈至所述控制器6，所述控制器6根据反馈压力信号与设定压差信号做对比分析，将所述驱动电机1的目标转速通过CAN总线发送至电机控制器2，所述电机控制器2调节所述驱动电机1的转速，保证液压系统处于液压缸收缩回油目标流量值；

当所述换向阀11(即三位六通阀)工作在右位时，液压油进入所述执行油缸9的无杆腔，有杆腔的液压油通过所述节流阀16回油箱；压力检测单元7检测所述节流阀16前端压力信号，反馈至所述控制器6，所述控制器6根据反馈压力信号与设定压差信号做对比分析，将所述驱动电机1的目标转速通过CAN总线发送至电机控制器2，所述电机控制器2调节所述驱动电机1的转速，保证液压系统处于液压缸伸出回油目标流量值。

综上所述，本实施例的优点在于：控制器6接收节流口前端压力传感器反馈回的压力信号，计算回油流量，根据多路阀不同工位分别设置的目标回油流量值，比对实际回油流量，对电机转速做出实时调控，从而使液压系统在各工况下的回油流量保证在系统设定的最小值附近，从而大大减小了液压系统流量损耗，提高系统工作效率，节约成本。

请参阅图2，本发明第二实施例提供了一种流量控制方法，包括：

S101，实时获取由所述压力检测单元7采集到的压力值；

S102，根据所述压力值判断当前的液压泵14输出的流量值是否与当前液压系统工作需求流量值相互匹配；其中，当前液压系统工作需求流量值包括换向阀在左位时的所需的流量值、换向阀在中位时的所需的流量值、以及换向阀在右位时的所需的流量值；

S103，若否，生成控制信号至所述驱动单元，以调整所述液压泵14的转速，进而使得所述液压泵14输出的流量与当前液压系统工作需求流量值相匹配。

本发明第三实施例提供了一种设备，包括如上任意一项所述的一种液压系统。

本发明提供了一种液压系统、设备及其流量控制方法，使用高能量密度的动力电池5为能量供应单元，考虑到工程机械的恶劣工作环境对电池安全性能的要求，以及综合电池成本，推荐使用安全性能更高、工作环境适应性强、成本相对较低的磷酸铁锂蓄电池为系统提供能量。采用电机控制器2驱动电机1，带动液压泵14运行的工作模式，具有能够为液压系统提供快速的转速以及转矩响应优点。同时电机具有快速启停的能力，能够在怠速状态下做到极低转速怠速或者零转速怠速，极大程度上减少了传统内燃机由于自身运行要求的限制而造成的难以避免的液压系统上的能量损耗问题。通过主回油路上设置的节流口及其前端设置的压力传感器，能够有效获取压差信号，作为当前系统提供流量与工作需求流量匹配性的判断依据，控制器6再根据该信号发送转速指令，电机控制器2接收转速指令后调节电机转速，从而实时控制液压系统流量匹配情况，极大程度上降低了由于传统内燃机运行特性局限而造成的液压系统难以避免的流量损失。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种液压系统,其特征在于，包括：控制器、压力检测单元、执行油缸、换向阀、第一油路、第二油路、驱动单元、以及液压泵；

其中，所述液压泵的输入端用于连接液压油箱，所述液压泵通过所述第一油路与所述换向阀的输入端连接，所述换向阀的输出端与所述第二油路的输入端连接，所述第二油路的第一输出端与所述执行油缸连接，所述第二油路的第二输出端连接至所述液压油箱，所述驱动单元与所述液压泵轴连接，所述压力检测单元配置在所述第二油路的第二输出端上；

所述压力检测单元与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与驱动单元电气连接；

所述驱动单元包括：依次电气连接的动力电池、BMS单元、高压管理单元、电机控制器、以及驱动电机；

所述控制器通过CAN总线与所述BMS单元、所述高压管理单元、所述电机控制器电气连接，所述驱动电机的输出轴与所述液压泵轴连接;

所述第一油路包括单向阀、以及第一溢流阀；

其中，所述液压泵的输出端与所述单向阀的输入端连接，所述单向阀的输出与所述换向阀的P口和C口连接，所述第一溢流阀的输入端连接在所述单向阀和所述第一溢流阀之间;

所述第二油路包括第二溢流阀、第三溢流阀、以及节流阀；

其中，所述换向阀的a口与所述执行油缸的有杆腔连接，所述换向阀的b口与所述执行油缸的无杆腔连接，所述第二溢流阀的输入端连接在所述换向阀的a口与所述执行油缸的有杆腔之间，所述第三溢流阀的输入端连接在所述换向阀的b口与所述执行油缸的无杆腔之间，所述换向阀的d口和T口通过所述节流阀与所述液压油箱连接，所述第二溢流阀的输出端和所述第三溢流阀的输出端通过所述节流阀与所述液压油箱连接；

当所述换向阀处于中位时，c、d口接通，主油路通过所述节流阀回油箱，压力检测单元检测所述节流阀前端压力信号，反馈至所述控制器，所述控制器根据反馈压力信号与设定压差信号做对比分析，将所述驱动电机的目标转速通过CAN总线发送至电机控制器，所述电机控制器调节所述驱动电机的转速，保证液压系统处于中位回油目标流量值；

当所述换向阀工作在左位时，液压油进入所述执行油缸的有杆腔，无杆腔的液压油通过所述节流阀回油箱；压力检测单元检测所述节流阀前端压力信号，反馈至所述控制器，所述控制器根据反馈压力信号与设定压差信号做对比分析，将所述驱动电机的目标转速通过CAN总线发送至电机控制器，所述电机控制器调节所述驱动电机的转速，保证液压系统处于液压缸收缩回油目标流量值；

当所述换向阀工作在右位时，液压油进入所述执行油缸的无杆腔，有杆腔的液压油通过所述节流阀回油箱；压力检测单元检测所述节流阀前端压力信号，反馈至所述控制器，所述控制器根据反馈压力信号与设定压差信号做对比分析，将所述驱动电机的目标转速通过CAN总线发送至电机控制器，所述电机控制器调节所述驱动电机的转速，保证液压系统处于液压缸伸出回油目标流量值。

2.根据权利要求1所述的一种液压系统，其特征在于，所述动力电池的为锂电池。

3.根据权利要求1至2任意一项所述的液压系统的流量控制方法，其特征在于，包括：

实时获取由所述压力检测单元采集到的压力值；

根据所述压力值判断当前的液压泵输出的流量值是否与当前液压系统工作需求流量值相互匹配；

若否，生成控制信号至所述驱动单元，以调整所述液压泵的转速，进而使得所述液压泵输出的流量与当前液压系统工作需求流量值相匹配。

4.一种设备，其特征在于，包括如权利要求1至2任意一项所述的一种液压系统。