CN114370445A - 一种用于精确控制油温的液压系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于精确控制油温的液压系统及方法。克服现有温度控制系统存在的控温精度差及功率损耗大等问题。系统包括柱塞泵、柱塞马达、送风装置、温包、温控阀、节流器、第一比例阀及液压缸；温包实时感受油箱中油温并控制温控阀中锥阀的开度，进而改变通过节流器的流量，从而改变第一比例阀左右两侧的压差，使得第一比例阀的工作位及可变阀口开度发生变化，进入液压缸控制腔的流量发生变化，从而使得柱塞泵斜盘角度发生变化，进而改变柱塞泵的输出流量；柱塞泵输出流量的改变使得柱塞马达及送风装置转速发生变化，从而改变油箱中油液的冷却速度。整个控制过程为全自动化控制，并可实时调节油温，始终保证油箱中油液温度处于要求温度范围内。

Description

一种用于精确控制油温的液压系统及方法
技术领域
本发明涉及一种油温控制系统，具体涉及一种用于精确控制油温的液压系统及方法。
背景技术
液压油的油温保持在合理的范围，对相关精密液压控制系统的控制特性有重要影响。目前上述系统中的温度控制系统，一般为温度开环控制，如图1所示，包括柱塞泵01、柱塞马达02及风扇03，工作原理为柱塞泵01持续输出流量，驱动柱塞马达02带动风扇03转动，对油箱04的油液进行冷却。
该系统工作时，存在以下缺陷；
1)系统工作时，柱塞马达02带动风扇03以恒定速度旋转，持续对油箱04油液进行冷却，无法将油箱温度控制在某一精确温度范围内(t1～t2)。
2)系统工作时，柱塞泵01和柱塞马达02持续带载工作，损耗系统功率。
3)系统工作时，柱塞泵01和柱塞马达02持续带载工作，一部分功率转化为液压系统油液的热能，使得油液温度上升。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于精确控制油温的液压系统，以克服现有开环温度控制系统存在的控温精度差及功率损耗大等问题。
本发明技术方案是提供一种用于精确控制油温的液压系统，其特殊之处在于：包括柱塞泵、柱塞马达、送风装置、温包、温控阀、节流器、第一比例阀及液压缸；
上述柱塞泵为斜盘式柱塞泵，柱塞泵的出油口通过管路I与柱塞马达的压力油入口连接，通过管路II与温控阀的外接油口连接；
上述柱塞马达的输出轴与送风装置连接；
上述温包位于待控温的油箱中，温包与温控阀的阀芯连接，温包通过实时感受油箱中的油温，控制温控阀阀芯动作实现温控阀中锥阀开度的控制；
上述温控阀的外接油口能够通过锥阀与泄油口连通，泄油口连接回油油箱；
上述节流器设置在管路II上；
上述第一比例阀的左侧控制端口通过管路III与管路II连接；上述第一比例阀的右侧控制端口通过管路V与管路II连接；管路III与管路II的连接位置位于节流器的前端，管路V与管路II的连接位置位于节流器的后端；第一比例阀的可变阀口通过管路与液压缸的控制腔连接；第一比例阀的可变阀口通过管路IV、管路VI分别与管路II及回油油箱连接；管路IV与管路II的连接位置位于节流器的前端；
液压缸的活塞杆与柱塞泵的变量斜盘连接；
温包实时感受油箱中油液温度并控制温控阀中锥阀的开度，进而改变通过节流器的流量，从而改变第一比例阀左右两侧的压差，使得第一比例阀的工作位及可变阀口开度发生变化，进入液压缸控制腔的流量发生变化，从而使得柱塞泵斜盘角度发生变化，进而改变柱塞泵的输出流量；柱塞泵输出流量的改变使得柱塞马达及送风装置转速发生变化，从而改变油箱中油液的冷却速度。
进一步地，为了保护系统安全，该系统还包括与第一比例阀并联的第二比例阀；第二比例阀的左侧控制端口与管路II连接，第二比例阀的右侧控制端口连接至回油油箱，第二比例阀的第三可变阀口与第一比例阀的第一可变阀口通过管路VII连接，第二比例阀的第四可变阀口通过管路VIII与液压缸的控制腔连接；
第二比例阀的打开压力高于系统额定工作压力，当柱塞泵出油口油液的压力高于额定工作压力时，克服第二比例阀右侧弹簧，第二比例阀处于左位工作，柱塞泵出油口的油液经过第二比例阀进入液压缸的控制腔，控制柱塞泵斜盘角度为零。
为了进一步确保系统的稳定性能，该系统还包括管路IX与管路X；管路X的两端分别连接至管路VIII与管路VI，管路IX的两端分别连接至管路VII与管路X；管路X上设置有两个节流器，分别位于与管路IX连接位置的前后段。
进一步地，温包可以采用固体温包型、液体温包型或气体温包型。
进一步地，上述送风装置为风扇。
进一步地，上述温包包括测温部及驱动部，测温部浸入油箱的油液中，驱动部与温控阀阀芯底部接触。
本发明还提供一种基于上述用于精确控制油温的液压系统的控温方法，其特殊之处在于：
油箱中油温处于上限t2，温包膨胀，控制温控阀阀芯动作，关闭温控阀中锥阀的开度；节流器的前后压差为零，第一比例阀左右两侧的压差为零，第一比例阀在右侧弹簧作用下处于右位工作，无油液进入液压缸的控制腔；在液压缸左侧弹簧的作用下，液压缸控制柱塞泵斜盘角度为最大，柱塞泵输出流量最大，进入柱塞马达的流量最大，驱动送风装置以最高转速转动；
油箱中油温处于下限t1，温包收缩，控制温控阀阀芯动作，完全打开温控阀中锥阀的开度；节流器的前后压差最大，第一比例阀两侧的压差也最大，克服第一比例阀右侧弹簧，第一比例阀处于左位工作，柱塞泵出油口的油液通过第一比例阀的第二可变阀口与第一可变阀口进入液压缸的控制腔，控制柱塞泵斜盘角度为零，柱塞泵输出流量为零，进入柱塞马达的流量为零，送风装置转速为零，油液停止冷却，油温上升；
当油箱中油液温度处于(t1～t2)范围内时，上述温控阀与第一比例阀可变阀口开度动态变化，使得柱塞马达及送风装置转速动态变化，保持油箱中油液冷却速度相应变化。
进一步地，通过第二比例阀对系统进行如下保护，当柱塞泵出油口油液的压力高于额定工作压力时，进入第二比例阀的左侧控制端口的油液克服第二比例阀右侧弹簧，第二比例阀处于左位工作，柱塞泵出油口油液经过第二比例阀进入液压缸的控制腔，控制柱塞泵斜盘角度为零。
本发明的有益效果是：
1)本发明液压系统油温控制精度高，自适应性强；
本发明液压系统通过温包实时感受油箱中油液温度并控制温控阀中锥阀的开度，改变通过节流器流体前后的流量，从而改变第一比例阀左右两侧的压差，进而使得第一比例阀的工作位及阀口开度发生变化；第一比例阀的工作位及阀口开度的变化使得进入控制液压缸的流量发生变化，从而使得柱塞泵斜盘角度发生变化，进而改变柱塞泵的输出流量；柱塞泵输出流量的改变使得柱塞马达及送风装置转速发生变化，从而改变油箱油液的冷却速度。整个控制过程为全自动化控制，并可实时调节油温，始终保证油箱中油液温度处于要求温度范围内(t1～t2)；
2)本发明液压系统功率损耗小；
本发明实时感应油液温度并根据油液温度的变化实时通过控制柱塞泵的斜盘倾斜角度，控制柱塞泵的输出流量，当油液温度处于下限(较低)时，柱塞泵输出流量为零(很小)，最大程度节省了系统功率；
3)本发明液压系统自身发热小；
柱塞泵输出流量为零(或较小)时，柱塞马达及送风装置转速也为零(或较小)，减小了液压系统自身的发热。
附图说明
图1为液压油箱油温控制系统结构示意图；
图中附图标记为：01-柱塞泵，02-柱塞马达，03-风扇，04-油箱；
图2为本发明用于精确控制油温的液压系统结构示意图(油液温度上限)；
图3为本发明用于精确控制油温的液压系统结构示意图(油液温度下限)；
图中附图标记为：
1-柱塞泵，11-出油口，2-柱塞马达，3-送风装置，4-油箱，5-温包，6-温控阀，61-外接油口，62-泄油口，63-锥阀，7-节流器，8-第一比例阀，81-第一比例阀的左侧控制端口，82-第一比例阀的右侧控制端口，83-第一比例阀的第一可变阀口，84-第一比例阀的第二可变阀口，9-第二比例阀，91-第二比例阀的左侧控制端口，92-第二比例阀的右侧控制端口，93-第二比例阀的第三可变阀口，94-第二比例阀的第四可变阀口，10-液压缸。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“前、后、上、下、左和右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二、第三或第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
从图2和图3可以看出，本实施例用于精确控制油温的液压系统主要包括柱塞泵1、柱塞马达2、送风装置3、温包5、温控阀6、节流器7、第一比例阀8、第二比例阀9及液压缸10。
本实施例采用斜盘式柱塞泵，柱塞泵1的出油口11通过管路I和管路II分别与柱塞马达2压力油入口及温控阀6的外接油口61连接；节流器7设置在管路II上。柱塞马达2的输出轴与送风装置3连接。本实施例送风装置采用风扇，当然，也可以将风扇更换为其他可以通过柱塞马达2驱动实现降温的设备。温包5位于待控温的油箱4中，上端与温控阀6的阀芯底部连接，温控阀6的外接油口61连接管路II一端，泄油口62连接回油油箱。从图中可以看出，本实施例温包5包括测温部及驱动部，测温部完全浸入油箱4的油液中，驱动部与温控阀6阀芯底部接触。本实施例中温包5采用固体温包型，在其他实施例中还可以采用液体型温包或气体型温包。位于油箱中的温包5可以实时感受油液温度，并通过驱动阀芯动作控制温控阀6中锥阀的开度，实现温控阀6中锥阀63开度的控制。例如，当油温到达温度上限时，温包5膨胀，向上顶起温控阀6的阀芯，使得温控阀6中锥阀63开度关闭，即断开外接油口61与泄油口62的通路；而当油温到达温度下限时，温包5收缩，使得温控阀6的阀芯下降，温控阀6中锥阀63开度打开，即接通外接油口61与泄油口62。即通过温包5可实时控制温控阀6中锥阀63的开度，进一步控制流经节流器7后端管路II中油液的流量。第一比例阀的左侧控制端口81通过管路III与管路II连接；第一比例阀的右侧控制端口82通过管路V与管路II连接；管路III与管路II的连接位置位于节流器7的前端，管路V与管路II的连接位置位于节流器7的后端；此处可定义油液先经过的部位为前，后经过的部位为后。第一比例阀的第二可变阀口84通过管路IV、管路VI分别与管路II及回油油箱连接，管路IV与管路II的连接位置位于节流器7的前端。第一比例阀的第一可变阀口83与液压缸10的控制腔连接。当通过节流器7前后的流量发生变化时，即流经管路III和管路V中流体的流量发生变化时，第一比例阀8左右两侧的压差发生变化，进而使得第一比例阀8的工作位及阀口开度发生变化。进入液压缸10控制腔的流量发生变化。液压缸10的活塞杆与柱塞泵1的变量斜盘连接，当液压缸10控制腔的流量发生变化时，使得柱塞泵1斜盘角度发生变化，进而改变柱塞泵1的输出流量；柱塞泵1输出流量的改变使得柱塞马达2及送风装置3转速发生变化，从而改变油箱4中油液的冷却速度。
本实施例还可以设置有第二比例阀9，第二比例阀9的打开压力高于系统额定工作压力，对系统压力进行限制，当系统异常，压力最大时，控制柱塞泵1斜盘角度为零，泵出口流量减小为零，保护系统安全。具体安装关系如图2及图3所示，第二比例阀的左侧控制端口91与管路II连接，第二比例阀的右侧控制端口92连接至回油油箱，第二比例阀的第四可变阀口94与第一比例阀的第一可变阀口83通过管路VII连接，第二比例阀的第三可变阀口93通过管路VIII与液压缸10的控制腔连接。当柱塞泵1出油口11油液的压力高于额定工作压力时，进入第二比例阀的左侧控制端口91的油液克服第二比例阀9右侧弹簧，第二比例阀9处于左位工作，柱塞泵1出油口11油液经过第二比例阀9进入液压缸10的控制腔，控制柱塞泵斜盘角度为零。
从图2及图3中看出，还可以包括管路IX与管路X；管路X的两端分别连接至管路VIII与管路VI，管路IX的两端分别连接至管路VII与管路X；管路X上设置有两个节流器，分别位于与管路IX连接位置的前后段。
如图2，当油箱中油温处于上限t2时，系统的具体工作原理如下：
当油箱中油温处于上限时，温包5膨胀，使得温控阀6中锥阀63开度(放大图I)关闭，从而使得通过上述开度的流量为零，通过节流器7的流量同步为零，节流器7的前后压差为零，第一比例阀8左右两侧的压差为零，第一比例阀8在右侧弹簧作用下处于右位工作，第二比例阀9在右侧弹簧的作用下也处于右位工作，进入液压缸10控制腔的流量为零，控制柱塞泵1斜盘角度为最大，柱塞泵1输出流量最大，进入柱塞马达2的流量最大，送风装置3转速最高，油液快速冷却，油温下降。
如图3，当油箱中油温处于下限t1时，系统的具体工作原理如下：
当油箱中油温处于下限时，温包5收缩，使得温控阀6中锥阀63开度(放大图I)最大，从而使得通过上述开度的流体流量最大，通过节流器7的流量同步最大，在节流器7(固定节流口)的通流面积不变的情况下，其前后压差最大，第一比例阀8两侧的压差也最大，克服第一比例阀8右侧弹簧，第一比例阀8处于左位工作，泵出口油液进入液压缸10的控制腔，控制柱塞泵1斜盘角度为零，柱塞泵1输出流量为零，进入柱塞马达2的流量为零，送风装置3转速为零，油液停止冷却，油温上升。
当油箱4中油液温度处于(t1～t2)范围内时，上述温控阀6及第一比例阀8的可变阀口开度连续动态变化，柱塞马达2及送风装置3转速动态相应变化，保持油箱4中油液温度处于(t1～t2)范围。
当柱塞泵1出油口11油液的压力高于额定工作压力时，进入第二比例阀的左侧控制端口的油液克服第二比例阀9右侧弹簧，第二比例阀9处于左位工作，柱塞泵1出油口11油液经过第二比例阀9进入液压缸10的控制腔，控制柱塞泵斜盘角度为零，保护系统安全。

Claims (8)

1.一种用于精确控制油温的液压系统，其特征在于：包括柱塞泵(1)、柱塞马达(2)、送风装置(3)、温包(5)、温控阀(6)、节流器(7)、第一比例阀(8)及液压缸(10)；
所述柱塞泵(1)为斜盘式柱塞泵，柱塞泵(1)的出油口(11)通过管路I与柱塞马达(2)的压力油入口连接，通过管路II与温控阀(6)的外接油口(61)连接；
所述柱塞马达(2)的输出轴与送风装置(3)连接；
所述温包(5)位于待控温的油箱(4)中，温包(5)与温控阀(6)的阀芯连接，通过实时感受油箱(4)中的油温，控制温控阀(6)阀芯动作实现温控阀(6)中锥阀(63)开度的控制；
所述温控阀(6)的外接油口(61)能够通过锥阀(63)与泄油口(62)连通，泄油口(62)连接回油油箱；
所述节流器(7)设置在管路II上；
所述第一比例阀的左侧控制端口(81)通过管路III与管路II连接；所述第一比例阀的右侧控制端口(82)通过管路V与管路II连接；管路III与管路II的连接位置位于节流器(7)的前端，管路V与管路II的连接位置位于节流器(7)的后端；第一比例阀的第一可变阀口(83)通过管路与液压缸(10)的控制腔连接；第一比例阀的第二可变阀口(84)通过管路IV、管路VI分别与管路II及回油油箱连接；管路IV与管路II的连接位置位于节流器(7)的前端；
液压缸(10)的活塞杆与柱塞泵(1)的变量斜盘连接；
温包(5)实时感受油箱(4)中油液温度并控制温控阀(6)中锥阀(63)的开度，进而改变通过节流器(7)的流量，从而改变第一比例阀(8)左右两侧的压差，使得第一比例阀(8)的工作位及可变阀口开度发生变化，进入液压缸(10)控制腔的流量发生变化，从而使得柱塞泵(1)斜盘角度发生变化，进而改变柱塞泵(1)的输出流量；柱塞泵(1)输出流量的改变使得柱塞马达(2)及送风装置(3)转速发生变化，从而改变油箱(4)中油液的冷却速度。
2.根据权利要求1所述的用于精确控制油温的液压系统，其特征在于：还包括与第一比例阀(8)并联的第二比例阀(9)；第二比例阀的左侧控制端口(91)与管路II连接，第二比例阀的右侧控制端口(92)连接至回油油箱，第二比例阀的第四可变阀口(94)与第一比例阀的第一可变阀口(83)通过管路VII连接，第二比例阀的第三可变阀口(93)通过管路VIII与液压缸(10)的控制腔连接；
第二比例阀(9)的打开压力高于系统额定工作压力，当柱塞泵(1)出油口(11)油液的压力高于额定工作压力时，进入第二比例阀的左侧控制端口(91)内的油液克服第二比例阀(9)右侧弹簧，第二比例阀(9)处于左位工作，柱塞泵(1)出油口(11)油液经过第二比例阀(9)进入液压缸(10)的控制腔，控制柱塞泵斜盘角度为零。
3.根据权利要求2所述的用于精确控制油温的液压系统，其特征在于：还包括管路IX与管路X；管路X的两端分别连接至管路VIII与管路VI，管路IX的两端分别连接至管路VII与管路X；管路X上设置有两个节流器，分别位于与管路IX连接位置的前后段。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于精确控制油温的液压系统，其特征在于：温包(5)采用固体温包型、液体温包型或气体温包型。
5.根据权利要求4所述的用于精确控制油温的液压系统，其特征在于：所述送风装置(3)为风扇。
6.根据权利要求5所述的用于精确控制油温的液压系统，其特征在于：所述温包(5)包括测温部及驱动部，测温部浸入油箱(4)的油液中，驱动部与温控阀(6)阀芯底部接触。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的用于精确控制油温的液压系统的控温方法，其特征在于：
油箱(4)中油温处于上限t2，温包(5)膨胀，控制温控阀(6)阀芯动作，关闭温控阀(6)中锥阀(63)的开度；节流器(7)的前后压差为零，第一比例阀(8)左右两侧的压差为零，第一比例阀(8)在右侧弹簧作用下处于右位工作，无油液进入液压缸(10)的控制腔；在液压缸(10)左侧弹簧的作用下，液压缸(10)控制柱塞泵(1)斜盘角度为最大，柱塞泵(1)输出流量最大，进入柱塞马达(2)的流量最大，驱动送风装置(3)以最高转速转动；
油箱(4)中油温处于下限t1，温包(5)收缩，控制温控阀(6)阀芯动作，完全打开温控阀(6)中锥阀(63)的开度；节流器(7)的前后压差最大，第一比例阀(8)两侧的压差也最大，克服第一比例阀(8)右侧弹簧，第一比例阀(8)处于左位工作，柱塞泵(1)出油口(11)的油液通过第一比例阀的第二可变阀口(84)与第一比例阀的第一可变阀口(83)，进入液压缸(10)的控制腔，控制柱塞泵(1)斜盘角度为零，柱塞泵(1)输出流量为零，进入柱塞马达(2)的流量为零，送风装置(3)转速为零，油液停止冷却，油温上升；
当油箱(4)中油液温度处于(t1～t2)范围内时，所述温控阀(6)与第一比例阀(8)可变阀口开度动态变化，使得柱塞马达(2)及送风装置(3)转速动态变化，保持油箱(4)中油液冷却速度相应变化。
8.根据权利要求7所述的用于精确控制油温的液压系统的控温方法，其特征在于：当柱塞泵(1)出油口(11)油液的压力高于额定工作压力时，克服第二比例阀(9)右侧弹簧，第二比例阀(9)处于左位工作，柱塞泵(1)出油口(11)油液经过第二比例阀(9)进入液压缸(10)的控制腔，控制柱塞泵斜盘角度为零。
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