CN116104825A - 一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路和控制方法 - Google Patents

一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路和控制方法，属于蓄能器技术领域，解决了现有的蓄能器控制回路在长期待机的情况下保压能力降低的问题。本发明的零泄露保压调速的蓄能器控制回路，包括第一二位二通插装阀、第二二位二通插装阀和比例插装节流阀，蓄能器和液压泵通过第一二位二通插装阀和第二二位二通插装阀连接，液压泵与油箱连接，形成蓄能器充液回路，蓄能器和液压缸通过第二二位二通插装阀和比例插装节流阀连接，形成蓄能器输出回路。本发明采用零泄漏大流量插装阀，实现系统待机状态下的蓄能器压力保持，72h内系统泄漏量小于0.5ml，高压压降小于1MPa，实现了系统的超长待机。

Description

一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路和控制方法
技术领域
本发明涉及蓄能器技术领域，尤其涉及一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路和控制方法。
背景技术
为减少系统功率，在间歇工作或一个工作循环内速度差别大的液压系统中，通常采用蓄能器作为辅助能源实现短时间内能源的大流量输出。蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置，它能够将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又能将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补给给系统。在非工作期间，蓄能器控制回路实现液压泵对蓄能器的充油和待机状态下的保压功能，在工作期间，蓄能器控制回路完成蓄能器卸荷，向执行元件输出大流量工作介质。
实现大流量充液和释放的蓄能器控制回路，其连接蓄能器与泵和执行元件的液压阀存在一定泄漏，在长时间关泵条件下蓄能器油腔的泄漏量会引起蓄能器压力降低，将减少蓄能器输出油液的有效容积。
发明内容
鉴于上述分析，本发明旨在提供一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路和控制方法，以解决现有的蓄能器控制回路在长期待机的情况下保压能力降低的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种零泄露保压调速的蓄能器控制回路，包括第一二位二通插装阀、第二二位二通插装阀和比例插装节流阀，蓄能器和液压泵通过第一二位二通插装阀和第二二位二通插装阀连接，液压泵与油箱连接，形成蓄能器充液回路，蓄能器和液压缸通过第二二位二通插装阀和比例插装节流阀连接，形成蓄能器输出回路。
进一步地，第一二位二通插装阀的入口与液压泵的出口连接，第二二位二通插装阀的出口与蓄能器连接，比例插装节流阀的出口与液压缸连接。
进一步地，所述第一二位二通插装阀、第二二位二通插装阀和比例插装节流阀均为零泄漏阀。
进一步地，还包括定差减压阀，所述定差减压阀设置在第二二位二通插装阀和比例插装节流阀之间。
进一步地，还包括压力检测单元，所述压力检测单元设置在蓄能器和第二二位二通插装阀之间。
进一步地，还包括二位二通阀，所述二位二通阀的出口与油箱连接，入口分别与第一二位二通插装阀和第二二位二通插装阀所在的支路连接。
进一步地，还包括溢流阀，溢流阀的出口与油箱连接，入口与液压泵的出口连接。
进一步地，所述压力检测单元为压力传感器或压力继电器。
一种上述技术方案所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路的控制方法，用于控制上述技术方案所述的零泄露保压调速的蓄能器控制回路，包括充液过程，所述充液过程中，第一二位二通插装阀和第二二位二通插装阀通电，比例插装节流阀和二位二通阀断电。
进一步地，充液过程后为保压过程或输出过程；所述保压过程中，第一二位二通插装阀、第二二位二通插装阀、比例插装节流阀和二位二通阀断电；所述输出过程中，第二二位二通插装阀和比例插装节流阀通电，第一二位二通插装阀和二位二通阀断电。
本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明的蓄能器控制回路采用零泄漏大流量插装阀，实现系统待机状态下的蓄能器压力保持，72h内系统泄漏量小于0.5ml，高压压降小于1MPa，实现了系统的超长待机。
(2)本发明的蓄能器控制回路同时兼顾系统快速的大流量输出和慢速运动过程中的小流量控制，蓄能器输出流量控制稳定，不受负载和蓄能器压力衰减干扰，尤其适用于变幅运动、速度变化范围宽的系统。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为传统蓄能器控制回路；
图2为本发明实施例的零泄漏保压调速蓄能器控制回路原理图；
图3为本发明实施例的零泄露阀的插装元件的结构示意图。
附图标记：
1-第一二位二通插装阀，2-第二二位二通插装阀，3-比例插装节流阀，4-定差减压阀，5-二位二通阀，6-压力检测单元，7-液压缸，8-蓄能器，9-溢流阀，10-液压泵，11-电机，12-油箱，21-二位二通换向阀，22-二位三通换向阀，23-液控单向阀，31-主阀芯，32-阀套，33-先导阀芯，34-弹簧座，35-第一O形圈，36-第二O形圈，37-第三O形圈，38-复位弹簧，39-硬密封。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
传统的作为辅助能源的蓄能器控制回路如图1所示，蓄能器控制回路主要包括二位二通换向阀21、二位三通换向阀22、液控单向阀23，蓄能器控制回路外接液压缸7、液压泵10、电机11以及蓄能器8。其中，二位二通换向阀21通电时，液压泵10能够向蓄能器8充液，二位二通换向阀21断电时，二位二通换向阀21和液控单向阀23封闭油路，蓄能器控制回路处于待机状态，蓄能器8保压。二位三通阀22通电时，向液控单向阀23输入压力，液控单向阀23反向开启，蓄能器8经过液控单向阀23向液压缸7供油。
此控制回路二位二通换向阀21的阀芯采用锥阀结构，硬密封结构在高压情况下存在泄漏，二位二通换向阀21处于长期断电时，蓄能器8的工作介质经过二位二通换向阀21向油箱12、溢流阀9泄漏，导致蓄能器8不能保持储能压力，不能满足对液压缸7输出的压力和流量要求，需频繁启动液压泵10对蓄能器8进行充液。
另一方面，此蓄能器控制回路中的液控单向阀23的阀芯采用滑阀结构，硬密封结构存在高压泄漏，蓄能器8内的液体经过液控单向阀23可向液压缸7泄漏。
此外，此控制回路采用液控单向阀23实现蓄能器8中液压油的释放，蓄能器8的输出流量受负载和蓄能器8供油压力的影响大，特别是在变幅运动系统中会造成液压缸7的运动速度不稳定。
实施例1
鉴于此种情况，本发明的一个实施例，如图2所示，公开了一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，包括第一二位二通插装阀1、第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3。第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2位于蓄能器充液回路，蓄能器8和液压泵10之间通过第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2连接，液压泵10的入口与油箱12连接，液压泵10设有电机11。当第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2通电时，第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2导通，液压泵10能够将油箱12内的液压油经过第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2送入蓄能器8，实现蓄能器8的充液。第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3位于蓄能器输出回路，蓄能器8和液压缸7之间通过第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3连接，当第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3通电时，蓄能器8能够向液压缸7供油。
具体地，第一二位二通插装阀1的入口与液压泵10的出口连接，出口分为与第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3所在的回路连接。第二二位二通插装阀2的入口分别与第一二位二通插装阀1和比例插装节流阀3所在的回路连接，出口与蓄能器8连接。比例插装节流阀3的入口分别与第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2所在的回路连接，出口与液压缸7连接。
本发明实施例中，第一二位二通插装阀1、第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3均为零泄漏阀，第一二位二通插装阀1、第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3的插装元件结构相同，参见图3。
插装元件包括主阀芯31和阀套32，主阀芯31和阀套32为嵌套安装，复位弹簧38位于主阀芯31上侧的空腔内。复位弹簧38上端设有弹簧座34，先导阀芯33穿过弹簧座34和复位弹簧38。
本发明实施例中，为了保证零泄露阀的密封性，除了硬密封39外，还设有第一O形圈35、第二O形圈36和第三O形圈37。第一O形圈35设置在先导阀芯33和弹簧座34之间，避免先导阀芯33运动过程中泄露液压油。第二O形圈36第三O形圈37设置在主阀芯31和阀套32之间，使主阀芯31和阀套32形成冗余密封，从而有效降低本发明实施例的第一二位二通插装阀1、第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3的泄露量。
第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2还包括第一先导盖板，第一先导盖板为电磁方向阀，电磁方向阀控制先导阀与主油路的切换。
比例插装节流阀3还包括第二先导盖板，第二先导盖板为比例电磁铁操控的先导级比例阀，比例电磁铁推动先导阀芯与控制弹簧的反馈力平衡，从而控制主阀芯的开口位置与电磁铁输入电流成正比。
本发明实施例中，第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2为双向流动液压元件，充液和放液的通断动作通过第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2可实现。
本发明实施例中，比例插装节流阀3能够实现宽流量范围的流量无级调节，比例插装节流阀3的输出流量由以下公式决定：
Figure BDA0003347556010000071
其中，Q为输出流量，Cd为流量系数，A为阀口通流面积，ΔP为阀口前后压差，ρ为液压油密度。
由此可知，比例插装节流阀3的输出流量与阀口面积A、进出口压差ΔP成正比。当需要大流量输出时，控制比例插装节流阀3的输入电流，增加阀口通流面积A，从而实现大流量输出。当需要控制液压缸7慢速运动时，减小阀口通流面积A，从而实现液压缸7慢速运动过程中的小流量控制。
本发明实施例中，当比例插装节流阀3的输入电流确定时，即阀口通流面积A固定，比例插装节流阀3的输出流量Q受蓄能器压力和系统的负载压力的影响，因此，为了实现回路中输出流量的稳定，本发明实施例还设有定差减压阀4。
本发明实施例中，定差减压阀4设置在第二二位二通插装阀2和比例插装节流阀3之间，定差减压阀4能够使得其进、出口液压油的压差保持稳定。高压油经定差减压阀4的节流口减压后以低压流出，同时，低压油经阀芯中心孔将压力传至阀芯上腔，其进、出油液压力在阀芯有效作用面积上的压力差与定差减压阀4的弹簧力相平衡，从而保持定差减压阀4的进、出口压差的稳定。
本发明实施例中，为了控制阀和电机的通、断电，还设有控制系统，控制系统可以单独设置，也可以集成在液压系统的控制系统中。
进一步地，为了检测蓄能器8的充液压力，本发明实施例的蓄能器控制回路还设有压力检测单元6，压力检测单元6设置在蓄能器8和第二二位二通插装阀2之间，用于检测蓄能器8内的压力。在充液过程中，当压力检测单元6检测到蓄能器8内的压力达到设定压力时，压力检测单元6向控制系统发送信号，控制系统控制第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2断电关闭，液压泵10停止向蓄能器8充液。
本发明实施例中，压力检测单元6为压力传感器或压力继电器。
进一步地，为了在系统出现异常的情况下实现蓄能器8的卸荷，本发明实施例的蓄能器控制回路还设有二位二通阀5，二位二通阀5的出口与油箱12连接，入口分别与第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2所在的支路连接。当蓄能器需要卸荷时，第二二位二通插装阀2和二位二通阀5通电，第一二位二通插装阀1断电，蓄能器8内的液压油经过第二二位二通插装阀2和二位二通阀5流回油箱12，实现蓄能器8的卸荷。
进一步地，为了调节液压泵10的输出压力，使液压泵10以恒定的压力向蓄能器8充液，本发明实施例的蓄能器控制回路还设有溢流阀9，溢流阀9的出口与油箱12连接，入口与液压泵10的出口连接。当液压泵10出口的回路中压力波动时，液压泵10出口的液压油能够通过溢流阀9流回油箱12，从而保证液压泵10出口压力的稳定。
实施例2
本发明的一个实施例，公开了一种零泄露保压调速的蓄能器控制回路的控制方法，包括充液过程。
液压缸7工作之前，首先由液压泵10对蓄能器8充液，对蓄能器8充液时，第一二位二通插装阀1、第二二位二通插装阀2通电，比例插装节流阀3、二位二通阀5断电，液压泵10输出液压油，经过第一二位二通插装阀1和第二二位二通插装阀2向蓄能器8充液，当压力检测单元6检测到蓄能器8内的压力达到设定压力时，第一二位二通插装阀1、第二二位二通插装阀2断电，蓄能器8完成充液。
充液过程完成后，蓄能器处于保压过程或输出过程。蓄能器8充液完成后，液压缸7开始工作前，蓄能器8处于保压状态。蓄能器8处于保压状态时，第一二位二通插装阀1、第二二位二通插装阀2、比例插装节流阀3、二位二通阀5断电，蓄能器8的油路被第二二位二通插装阀2封闭，蓄能器8处于保压状态。
当液压缸7开始工作时，为了保证对液压缸7短时间大流量的输出，蓄能器8向液压缸7输出液压油，此时，第二二位二通插装阀2、比例插装节流阀3通电，第一二位二通插装阀1、二位二通阀5断电，蓄能器8中的液压油经过第二二位二通插装阀2、定差减压阀4和比例插装节流阀3给液压缸7供油，蓄能器8的供油流量由比例插装节流阀3的控制电流决定，不受负载变化的影响。
本发明实施例中，当系统出现异常，蓄能器8需要卸荷时，第二二位二通插装阀2、二位二通阀5通电，第一二位二通插装阀1、比例插装节流阀3断电，蓄能器8的液压油经过第二二位二通插装阀2、二位二通阀5流向油箱12，实现蓄能器8的卸荷。
综上所述，本发明实施例提供的一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路和控制方法，采用零泄漏大流量插装元件，实现系统待机状态下的蓄能器压力保持，72h内系统泄漏量小于0.5ml，高压压降小于1MPa，实现了系统的超长待机；本发明的蓄能器控制回路同时兼顾系统快速的大流量输出和慢速运动过程中的小流量控制，蓄能器输出流量控制稳定，不受负载和蓄能器压力衰减干扰，尤其适用于变幅运动、速度变化范围宽的系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，包括第一二位二通插装阀(1)、第二二位二通插装阀(2)和比例插装节流阀(3)；蓄能器(8)和液压泵(10)通过所述第一二位二通插装阀(1)和所述第二二位二通插装阀(2)连接，所述液压泵(10)与油箱(12)连接，形成蓄能器充液回路，所述蓄能器(8)和所述液压缸(7)通过所述第二二位二通插装阀(2)和所述比例插装节流阀(3)连接，形成蓄能器输出回路。
2.根据权利要求1所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，所述第一二位二通插装阀(1)的入口与所述液压泵(10)的出口连接，所述第二二位二通插装阀(2)的出口与所述蓄能器(8)连接，所述比例插装节流阀(3)的出口与所述液压缸(7)连接。
3.根据权利要求1所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，所述第一二位二通插装阀(1)、所述第二二位二通插装阀(2)和所述比例插装节流阀(3)均为零泄漏阀。
4.根据权利要求1所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，还包括定差减压阀(4)，所述定差减压阀(4)设置在所述第二二位二通插装阀(2)和所述比例插装节流阀(3)之间。
5.根据权利要求1所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，还包括压力检测单元(6)，所述压力检测单元(6)设置在所述蓄能器(8)和所述第二二位二通插装阀(2)之间。
6.根据权利要求1所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，还包括二位二通阀(5)，所述二位二通阀(5)的出口与油箱(12)连接，入口分别与所述第一二位二通插装阀(1)和所述第二二位二通插装阀(2)所在的支路连接。
7.根据权利要求1所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，还包括溢流阀(9)，溢流阀(9)的出口与油箱(12)连接，入口与所述液压泵(10)的出口连接。
8.根据权利要求5所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路，其特征在于，所述压力检测单元(6)为压力传感器或压力继电器。
9.一种权利要求1-8所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路的控制方法，其特征在于，包括充液过程，所述充液过程中，第一二位二通插装阀(1)和第二二位二通插装阀(2)通电，比例插装节流阀(3)和二位二通阀(5)断电。
10.根据权利要求9所述的零泄漏保压调速的蓄能器控制回路的控制方法，其特征在于，充液过程后为保压过程或输出过程；所述保压过程中，第一二位二通插装阀(1)、第二二位二通插装阀(2)、比例插装节流阀(3)和二位二通阀(5)断电；所述输出过程中，第二二位二通插装阀(2)和比例插装节流阀(3)通电，第一二位二通插装阀(1)和二位二通阀(5)断电。
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