CN116146555A - 多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质 - Google Patents

多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116146555A
CN116146555A CN202310200146.XA CN202310200146A CN116146555A CN 116146555 A CN116146555 A CN 116146555A CN 202310200146 A CN202310200146 A CN 202310200146A CN 116146555 A CN116146555 A CN 116146555A
Authority
CN
China
Prior art keywords
oil
working
port
valve
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310200146.XA
Other languages
English (en)
Inventor
刘仁宇
付玲
刘延斌
王维
卢志恒
郭继东
刘洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd filed Critical Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority to CN202310200146.XA priority Critical patent/CN116146555A/zh
Publication of CN116146555A publication Critical patent/CN116146555A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/08Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/12Special measures for increasing the sensitivity of the system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087Control strategy, e.g. with block diagram

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多路阀及其首联、工作联,本发明多路阀的首联进油油路、首联回油油路与首联LS油路之间连接有通流调节阀,其保持首联进油油路与首联LS油路常通,且能够选择性地控制首联进油油路与首联回油油路之间截止或导通开度,从而调节两者的压差;以及各个工作联均为四阀芯进出油口独立控制结构,其A和B端口各自具有对应的供流油路和回流油路,各个供流油路和回流油路上分别设置独立控制的通流控制阀。此外,本发明还公开了多路阀液压控制系统及其控制方法、可读存储介质。本发明多路阀采用独创的液压执行元件换向切换结构以及负载敏感泵控制结构,其无需常规的压力补偿器和换向阀,有效地减少了压力损失,提高了控制精度。

Description

多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质
技术领域
本发明涉及一种液压控制阀,具体地,涉及一种多路阀及其首联和工作联。此外,本发明还涉及一种多路阀液压控制系统及其控制方法、可读存储介质。
背景技术
在工程机械液压控制系统中,常采用多路阀控制通往各液压执行机构流量,提供液压驱动力,控制液压执行机构运动速度。
现有技术的多路阀,例如,中国专利公开文献CN113669323B和CN113931893A,主要有图1和图2所示的两种流量控制方式。
但是这两种流量控制方式,由于其流量控制结构中并无直接针对负载敏感泵的压力调整结构,需要集成大量压力补偿阀、梭阀、过载补油阀等液压阀实现流量控制,主要是一种事后补偿式控制,无法相对精确地实现负载敏感泵的流量控制,更无法做到所控即所需,并且液压控制过程中的压力损失较大。
有鉴于此,需要设计一种更先进的多路阀及其控制结构型式。
发明内容
本发明所要解决的基本技术问题是提供一种多路阀,该多路阀在工作过程中能够较为精确地参与负载敏感泵的泵送流量控制,有效地进行换向切换控制,并能够减少压力损失。
本发明配套解决的技术问题是提供一种多路阀的首联,其能够为本发明的多路阀提供配件基础,在工作过程中能够较为精确地参与负载敏感泵的泵送流量控制,并能够减少压力损失。
本发明配套解决的另一技术问题是提供一种多路阀的工作联,其能够为本发明的多路阀提供配件基础,在工作过程中能够通过独特的换向结构有效地进行换向切换控制,并能够减少压力损失。
进一步地,本发明提供一种多路阀液压控制系统的控制方法,该控制方法能够相对精确地实现负载敏感泵的流量控制,实现所控即所需,并能够相对减少液压控制过程中的压力损失。
对应地,本发明提供一种多路阀液压控制系统,该多路阀液压控制系统能够相对精确地实现负载敏感泵的流量控制,实现所控即所需,并能够有效地减少液压系统压力损失。
此外,本发明提供一种可读存储介质,其能够被控制器执行以在应用过程中相对精确地实现负载敏感泵的流量控制,实现所控即所需,并能够相对减少液压控制过程中的压力损失。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种多路阀,包括至少一个工作联和用于向所述工作联输送液压油的首联,各个所述工作联包括A工作端口和B工作端口,其中,各个所述工作联均为四阀芯进出油口独立控制结构,其中所述首联包括首联进油油路、首联回油油路和首联LS油路,所述首联进油油路、首联回油油路与首联LS油路之间连接有设置通流控制单元的通流调节阀,该通流调节阀保持所述首联进油油路与所述首联LS油路常通,且在工作过程中能够选择性地控制所述首联进油油路与所述首联回油油路之间截止或导通开度,从而调节所述首联LS油路上的压力大小或调节所述首联进油油路与所述首联LS油路上的压差;以及所述四阀芯进出油口独立控制结构包括与所述A工作端口连接的A工作油路以及与所述B工作端口连接的B工作油路,所述A工作油路上并行连接有与所述A工作端口对应的供流油路和回流油路,所述B工作油路上并行连接有与所述B工作端口对应的供流油路和回流油路,各个所述供流油路和各个所述回流油路上分别设置具有通流驱动模块的通流控制阀,以能够实现所述A工作端口的进油和回油以及所述B工作端口的进油和回油的独立控制。
在本发明多路阀上述技术方案的基础上,配套地,本发明提供一种多路阀首联,其中,该多路阀首联为上述任一技术方案所述的多路阀中的首联。
配套地,本发明提供一种多路阀工作联,其中,该多路阀工作联为上述任一技术方案所述的多路阀中的工作联,以能够与上述技术方案所述的多路阀首联组装配合。
进一步地,本发明提供一种多路阀液压控制系统的控制方法,其中,所述多路阀液压控制系统采用负载敏感泵经由多路阀向各个液压执行元件供油,所述多路阀的各个工作联的A工作端口和B工作端口均连接有各自对应的工作油路,各个供流油路和回流油路分别有通流控制阀而能够独立控制,所述控制方法包括:实时采集各个所述工作联的各个实需流量信号,根据各个所述实需流量总和,调节并形成用于控制所述负载敏感泵输出流量的所述多路阀的LS端口的目标LS端口压力或者所述多路阀的进油端口压力与LS端口压力之间的目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵输出目标流量的液压油。
对应地,在本发明多路阀上述技术方案的基础上,本发明提供一种多路阀液压控制系统,其中,包括:上述任一技术方案所述的多路阀;负载敏感泵,该负载敏感泵的泵吸油口连接于油箱,泵出油口连接于所述首联进油油路,负载敏感控制端口连接于所述首联LS油路;与各个所述工作联对应的液压执行元件,各个所述液压执行元件的第一工作端口连接于各自对应的所述工作联的所述A工作端口,第二工作端口连接于各自对应的所述工作联的所述B工作端口;压力传感器单元,该压力传感器单元包括用于检测所述首联的进油端口压力的进油端口压力传感器、用于检测所述首联的LS端口压力的LS端口压力传感器、用于检测所述首联的回油端口压力的回油端口压力传感器、用于分别检测各个所述工作联的所述A工作端口和B工作端口压力的对应的工作端口压力传感器;以及控制器,该控制器电连接于所述多路阀液压控制系统的主机上的各个工作联的流量控制手柄、所述进油端口压力传感器、所述LS端口压力传感器、所述回油端口压力传感器、各个所述工作端口压力传感器、所述通流调节阀的通流控制单元、以及各个所述通流控制阀的通流驱动模块,所述控制器在工作过程中以上述任一技术方案所述的多路阀液压控制系统的控制方法进行控制。
此外,本发明还提供一种可读存储介质,该可读存介质上存储有可执行指令,该可执行指令被控制器执行时实现上述任一技术方案所述的多路阀液压控制系统的控制方法。
通过上述技术方案,本发明申请的多路阀打破现有技术基于负载压力进行主泵流量控制的结构形式,其在多路阀首联中独创性地采用通流调节阀连接首联进油油路、首联回油油路与首联LS油路,并通过通流调节阀保持所述首联进油油路与所述首联LS油路常通,且在工作过程中通过通流调节阀选择性地控制所述首联进油油路与所述首联回油油路之间截止或导通开度,从而能够控制LS端口压力或首联进油油路与所述LS油路上的压差,也即负载敏感泵的P口-LS口压差,从而有效地控制负载敏感泵的输出流量,这种泵送流量的控制技术,省去了现有技术中的压力补偿器,显著降低了压力损失,提高了流量控制精度。尤其是,本发明多路阀的工作联的两个工作端口,即A工作端口和B工作端口各自连接有并行的能够独立控制的供流油路和回流油路,也就是说,A工作端口连接有自己对应的供流油路和回流油路,B工作端口连接有自己对应的供流油路和回流油路,各个供流油路和回流油路上均设置相应的通流控制阀以能够进行独立控制,这实际实现了一种独特的四阀芯进出油口独立控制结构,在工作联工作过程中,通过控制A工作端口和B工作端口各自的供流油路和回流油路,即可便利地实现液压执行元件换向的切换控制功能,从而无需再采用传统技术中常规的主换向阀,这进一步减少了压力损失压力。此外,这种四阀芯进出油口独立控制结构流量更便于采集指令控制流量和卸荷流量,可以便利地为首联的泵送流量的调节提供相对准确的流量控制目标,相对有效地实现所控即所需,减小能量损耗,提升流量控制精度。而且,本发明创造性地提出工作联四阀芯独立控制结构形式,极大拓展了多路阀工作联的工作性能,为独创性针对单一工作端口采用进回油旁通阻尼可调技术提供了硬件结构基础,在保证流量控制精准的同时,提升了负载运动平稳性;同时搭配首联基于流量指令的泵送流量控制技术,实现泵控阀控协同控制,进一步提升能量利用率。综合而言,本发明基本实施方式的多路阀省去了现有技术需要采用较多压力补偿阀、梭阀、过载补油阀等液压阀,实现了流量安全可控,降低了多路阀搭载主机能耗及多路阀制造成本,其采用首联泵出流量控制结构和工作联四阀芯进出油口独立控制的多路阀设计,能够根据负载工况、压力波动、控制需求调节输出流量,保证各动作流量按需分配,具有广泛的适应性。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
下列附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明,但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中:
图1是典型的单阀芯多路阀的液压原理简图;
图2是典型的阀口独立控制多路阀液压原理简图;
图3是本发明具体实施方式的多路阀的首联的液压原理图;
图4是本发明具体实施方式的多路阀的工作联的液压原理图;
图5是本发明具体实施方式的多路阀的首联与负载敏感泵连接的液压原理图;
图6是本发明具体实施方式的多路阀液压控制系统以单液压执行元件为例的液压原理图;
图7是本发明具体实施方式的负载敏感泵输出流量的总体控制原理图,该总体控制原理图以一个工作联工作、并以A工作端口作为供流端口为例进行了显示,图中相关术语有所简化,其在具体实施方式中进行补充详细说明;
图8是本发明具体实施方式的多路阀液压控制系统以两个液压执行元件为例的液压原理图;
图9是图8所示的两个液压执行元件为例的复合动作流量控制原理框图;
图10是本发明具体实施方式的多路阀液压控制系统的控制方法的步骤框图。
本发明附图标记说明:
1负载敏感泵; 1a0 A工作油路;
1a1A工作端口对应的供流油路; 1a2 A工作端口对应的回流油路;
1b0 B工作油路; 1b1 B工作端口对应的供流油路;
1b2 B工作端口对应的回流油路;1g工作联;
1s首联; 1p工作联进油油路;
1t工作联回油油路; 1k工作联液控油路;
1y1首联进油油路; 1y2首联回油油路;
1y3首联LS油路; 1y4首联液控油路;
2减压阀; 3.1进油端口压力传感器;
3.2回油端口压力传感器; 3.3LS端口压力传感器;
3.4A工作端口对应的工作端口压力传感器;
3.5B工作端口对应的工作端口压力传感器;
4.1首联比例减压阀; 4.2工作联比例减压阀;
4.3工作联比例减压阀; 4.4工作联比例减压阀;
4.5工作联比例减压阀; 5电比例座阀;
6 LS油路溢流阀; 7通流调节阀;
8.1A工作端口溢流补油阀; 8.2B工作端口溢流补油阀;
9A工作端口回油阀; 10A工作端口进油阀;
11B工作端口回油阀; 12B工作端口进油阀;
13液压执行元件; P进口端口;
T回油端口; P1液控端口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明,应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。在描述过程中,将附带性解释相关技术特征或技术术语的技术含义、以及本发明技术构思范围内涵盖的其他等同变型方式。
在描述本发明的具体实施方式之前,为了更便于理解本发明的方案和技术优点,需要对多路阀及其通用控制型式整体了解。典型的控制结构型式主要分两种:
第一种是采用单阀芯结构形式(即进回油节流槽皆在同一阀芯上,例如),参见图1所示,图1中仅示意性显示了多路阀的一联(即换向阀4a),其中安全阀1a主要用于紧急情况下的卸载,溢流阀5a和溢流阀5b分别用于在进油和回油压力过大时安全泄压。在这种控制方式中,前置压力补偿阀3a限定进油节流口前后压差,通过换向阀液控油路上的电比例减压阀来控制多路阀中的阀芯开度来调节输出到液压执行机构流量,通过梭阀2a将负载压力反馈至负载敏感泵LS口来调节泵输出流量。在图1中,通过换向阀4a控制进出口油路切换,当换向阀4a处于左位时,端口B1进油,端口A1回油;当换向阀4a处于右位时,端口B1回油,端口A1进油;通过压力补偿阀3a控制换向阀4a进出口压差,进而控制液压执行机构输入流量。通过梭阀2a获取各执行机构最高工作压力作用于LS口控制负载敏感泵输出流量,溢流阀1a、5a用于限定系统压力,保护系统安全。该第一种控制方式在一定意义上实现了流量指令控制,不过由于进回油通道均由同一阀芯控制,进回油节流槽位移联动,无法自由调节回油背压,以适应不同工况。
第二种是负载口独立双阀芯结构形式,参见图2所示,在该双阀芯结构形式下,多路阀的首联主要承担系统安全功能,由主进油端口P连接的主进油油路在过压工况下通过主溢流阀5k溢流泄压向回油油路6k,与端口X、Y各自连接的液控油路以及与负载反馈端口LS连接的负载敏感反馈油路2k主要通过流量稳定器1k、三通压力补偿阀3k、减压溢流阀4k、LS安全阀11k和安全阀14k1、14k2等进行液控油路或负载反馈油路的流量、最高压力和安全调节。在工作联中,进油通过换向控制阀8k进行控制,回油采用回油换向阀9k进行控制,进油油路采用压力补偿阀7进行压力补偿,换向控制阀8k和回油换向阀9k均采用液控油路上的电比例减压阀13k1、13k2、13k3和13k4进行压力控制,此外还设有用于负载过大时的过载补油阀10k。具体地,电比例减压阀13k1、13k2、13k3和13k4用于控制进油换向阀8k及回油换向阀9k切换油路通道,当进油换向阀8k及回油换向阀9k处于左位时,油液从进油端口P经压力补偿阀7k、进油换向阀8k进入工作端口B,再从工作端口A经回油换向阀9k返回回油端口T;当进油换向阀8k及回油换向阀9k处于右位时,油液从进口端口P经压力补偿阀7k、进油换向阀8k进入工作端口A,再从工作端口B经回油换向阀9k返回回油端口T口;压力补偿阀7k用于控制进油换向阀8k进出口压差、进而控制进油换向阀8k输出流量;三通压力补偿阀3k用于控制进油端口P及负载敏感端口LS压差,配合梭阀12k控制负载敏感泵出口流量;减压溢流阀4k给电比例减压阀13k1、13k2、13k3和13k4提供先导压力油控制进、回油换向阀换向。由此可见,该结构形式通过进回油口解耦(即结构分开),进油阀芯及回油阀芯单独可控,回油背压自由可调,在实现流量指令控制的基础上实现背压可调,以适应不同工况。但是,该第二种方式下,其流量控制方式与单阀芯一样,皆是采用压力补偿阀7k+换向控制阀8k调节输出至液压执行机构流量及方向,采用梭阀12k+压力补偿阀7k控制负载敏感泵输出流量实现流量所供即所需。
上述两种结构形式皆需集成大量压力补偿阀、梭阀、过载补油阀等液压阀实现流量安全可控,这极大地增加了多路阀搭载主机能耗及多路阀制造成本。具体地,上述两种多路阀结构形式,就第一种是单阀芯结构控制形式而言,其应用过程存在如下问题:第一,通用性差,各液压执行机构阀芯需单独设计,无法通用;第二,进回油阀芯联动,负载背压不可调,需要在系统中增加平衡阀、单向节流阀、背压阀以增大背压,保障系统平稳运行。就第二种为双阀芯结构控制形式,其应用过程存在如下问题:第一,泵流量输出及流量控制依靠压力补偿阀+梭阀控制,流量控制精度依赖于压力补偿阀及负载敏感泵本身结构参数,泵源输出流量控制精度低;第二,泵输出流量经过压力补偿阀、进油流量控制阀芯,压力损失大,能量利用效率低;第三,适应性一般,进回油油路简单,无法面对复杂工况进行控制,一般主要适用于单联控制,难以构建多工作联组合油路,实现动力传递。
与上述典型的多路阀不同,参见图3和图4所示,本发明基本实施方式的多路阀,包括至少一个工作联1g和用于向工作联输送液压油的首联1s,各个工作联1s包括A工作端口和B工作端口。这两个工作端口一般用于连接液压执行元件上的工作端口,例如液压缸的有杆腔和无杆腔的工作接口,从而通过多路阀的工作联的换向切换控制,实现液压缸的伸缩驱动。独特地,本发明多路阀的各个工作联1g均为四阀芯进出油口独立控制结构,其中,首联1s包括首联进油油路1y1、首联回油油路1y2和首联LS油路1y3,首联进油油路、首联回油油路与首联LS油路之间连接有设置通流控制单元的通流调节阀7,该通流调节阀保持首联进油油路1y1与首联LS油路常通,且在工作过程中通过对通流调节阀7的控制,能够选择性地控制所述首联进油油路与所述首联回油油路之间截止或导通开度。这种首联进油油路与所述首联回油油路之间的卸荷流量大小,会直接改变所述首联LS油路上的压力大小或调节首联进油油路1y1与首联LS油路上的压差,多路阀的首联进油油路1y1和首联LS油路在液压控制系统中分别连接到负载敏感泵1的泵送出口和负载敏感控制端口(即LS控制端口)上,因此上述压差实际在工作过程中是负载敏感泵1的泵送出口和负载敏感控制端口之间的压差,这种首联LS油路上的压力或压差的控制是负载敏感泵1泵送流量的主要控制手段之一,从而通过首联的这种独特的控制结构,能够有效地调节负载敏感泵1的泵送流量。更独特地,本发明多路阀工作联的四阀芯进出油口独立控制结构包括与A工作端口连接的A工作油路1a0以及与B工作端口连接的B工作油路1b0,A工作油路1a0上并行连接有述A工作端口对应的供流油路1a1和回流油路1a2,B工作油路1b0上并行连接有与B工作端口对应的供流油路1b1和回流油路1b2,各个供流油路1a1,1b1和各个回流油路1a2,1b2上分别设置具有通流驱动模块的通流控制阀,以能够实现A工作端口的进油和回油以及B工作端口的进油和回油的独立控制。
在本发明上述基本实施方式的多路阀的技术构思范围内,其包含了多种可以实现的具体结构形式,这将在下文的具体实施方式和优选实施方式中附带性地描述。可以看出,通过本发明上述基本实施方式的多路阀,对比现有技术中常规的多路阀,本发明的多路阀打破了常规技术基于负载压力、采用压力补偿器进行主泵流量控制的结构形式,其在多路阀首联中独创性地采用通流调节阀7连接首联进油油路1y1、首联回油油路1y2与首联LS油路1y3,并通过通流调节阀7保首联进油油路1y1与首联LS油路1y2常通,且在工作过程中通过通流调节阀7的调节,选择性地控制首联进油油路1y1与首联回油油路1y2之间截止或导通开度,从而能够控制首联LS油路上的压力或首联LS油路1y3(即首联LS端口压力)或首联进油油路1y1与首联LS油路1y3上的压差,也即负载敏感泵的P口-LS口压差,从而有效地控制负载敏感泵1的输出流量,这种泵送流量的控制技术,省去了现有技术中的压力补偿器,显著降低了压力损失,提高了流量控制精度。尤其是,本发明多路阀的工作联1g的两个工作端口,即A工作端口和B工作端口各自连接有并行的能够独立控制的供流油路和回流油路,也就是说,A工作端口连接有自己对应的供流油路1a1和回流油路1a2,B工作端口连接有自己对应的供流油路1b1和回流油路1b2,各个供流油路和回流油路上均设置相应的通流控制阀以能够进行独立控制,这实际实现了一种独特的四阀芯进出油口独立控制结构,在工作联工作过程中,通过控制A工作端口和B工作端口各自的供流油路和回流油路,即可便利地实现液压执行元件换向的切换控制功能,从而无需再采用传统技术中常规的主换向阀,这进一步减少了压力损失压力。此外,这种四阀芯进出油口独立控制结构流量更便于采集指令控制流量和卸荷流量,可以便利地为首联的泵送流量的调节提供相对准确的流量控制目标,相对有效地实现所控即所需,减小能量损耗,提升流量控制精度。而且,本发明创造性地提出工作联四阀芯独立控制结构形式,极大拓展了多路阀工作联的工作性能,为独创性针对单一工作端口采用进回油旁通阻尼可调技术提供了硬件结构基础,在保证流量控制精准的同时,提升了负载运动平稳性;同时搭配首联1s基于流量指令的泵送流量控制技术,实现泵控阀控协同控制,进一步提升能量利用率。综合而言,本发明基本实施方式的多路阀省去了现有技术需要采用较多压力补偿阀、梭阀、过载补油阀等液压阀,实现了流量安全可控,降低了多路阀搭载主机能耗及多路阀制造成本,其采用首联泵出流量控制结构和工作联四阀芯进出油口独立控制的多路阀设计,能够根据负载工况、压力波动、控制需求调节输出流量,保证各动作流量按需分配,具有广泛的适应性。
在本发明上述基本实施方式的基础上,就通流调节阀7而言,其可以具有多种控制阀型式,例如可以采用二位三通电比例调节阀,在此情况下,该二位三通电比例调节阀上的比例电磁铁控制模块可以用作其通流控制单元。作为本发明的一种优选具体结构形式,参见图3所示,首联1s还可以包括首联液控油路1y4,首联进油油路1y1经由减压阀2连接于首联液控油路1y4;在此情形下,通流调节阀7可以采用液控换向阀,该液控换向阀的液控端口经由用作通流控制单元的首联比例减压阀4.1连接于首联液控油路,这样在工作过程中,首联液控油路1y4引入经由减压阀2减压后的首联进油油路1y1上的液压油作为液控油,该首联液控油路1y4上的液控油通过首联比例减压阀4.1到达液控换向阀的液控端口,通过调节首联比例减压阀4.1,可以方便地调节到达液控换向阀的液控端口的液控油的压力,对液控换向阀进行阀芯开度的压力控制,从而能够选择性地控制首联进油油路1y1与首联回油油路1y2之间截止或导通开度,有效地调节首联LS油路上的LS端口压力或首联进油油路1y1与首联LS油路上的压差。这种通流调节阀7优选的具体结构形式,巧妙地应用了首联液控油路1y4上的液控油,从而使得通流调节阀7的主体部分可以采用液控换向阀,而采用的用作通流控制单元的首联比例减压阀4.1处于流量相对较小的液控油路上,这种巧妙的结构显著降低了设备成本,同时控制效果良好。
具体选择地,上述减压阀2可以采用定值减压阀,当然也可以采用定差减压阀,这均属于本发明的技术构思范围之内,定值减压阀可以将首联进油油路1y1上的高压油转换为压力恒定的低压油输出至首联液控油路1y4上。另外,液控换向阀可以采用两位三通换向阀,当然采用两位四通等换向阀均是可以的,在连接时将无需使用的阀门端口封堵即可。
就工作联四阀芯独立控制结构的具体布置型式而言,典型地,参见图4所示,为了在工作过程中接收首联1s输送的液压油,工作联内部一般可以包括与首联进油油路1y1连通的工作联进油油路1p以及与首联回油油路1y2连通的工作联回油油路1t,A工作端口对应的供流油路1a1连接在工作联进油油路1p与A工作油路1a0之间,A工作端口对应的回流油路1a2连接在工作联回油油路1t与A工作油路1a0之间,B工作端口对应的供流油路1b1连接在工作联进油油路1p与B工作油路1b0之间,B工作端口对应的回流油路1b2连接在工作联回油油路1t与B工作油路1b0之间。
优选地,为了限定工作联的A工作端口和B端口工作的工作压力,并在压力过低时通过负压从工作联回油油路1t上抽吸液压油进行补油,起到保护作用,A工作油路1a0与工作联回油油路1t之间可以连接有A工作端口溢流补油阀8.1,B工作油路1b0与工作联回油油路1t之间也可以连接有B工作端口溢流补油阀8.2。
优选地,各个供流油路1a1,1b1和各个回流油路1a2,1b2上分别设置具有通流驱动模块的通流控制阀也可以采用液控式流量控制阀,具体地,工作联还可以包括与首联液控油路1y4连通的工作联液控油路1k,A工作端口对应的供流油路1a1上的通流控制阀为A工作端口进油阀10,A工作端口对应的回流油路1a2上的通流控制阀为A工作端口回油阀9,B工作端口对应的供流油路1b1上的通流控制阀为B工作端口进油阀12,B工作端口对应的回流油路1b2上的通流控制阀为B工作端口回油阀11,工作端口进油阀10、A工作端口回油阀9、B工作端口进油阀12以及B工作端口回油阀11均采用液控式控制阀,其各自的液控端口分别通过各自对应的用作通流驱动模块的工作联比例减压阀4.3,4.2,4.5,4.4与工作联液控油路(1k)连接。这种优选实施型式通过工作联液控油路1k与首联液控油路1y4对接,巧妙地引入了首联液控油路1y4上的液控油,其中液控油路由于液压油流量和压力较小,可以采用相对小型的电控型式的工作联比例减压阀4.3,4.2,4.5,4.4,而工作端口进油阀10、A工作端口回油阀9、B工作端口进油阀12以及B工作端口回油阀11则可以采用性价比和性能相对较高的液控式控制阀,在满足使用功能的同时,降低了成本。
就具体实体结构而言,一般而言,工作联1g的阀体内可以形成有A工作端口进油阀腔、A工作端口回油阀腔、B工作端口进油阀腔和B工作端口回油阀腔,并且该A工作端口进油阀腔、A工作端口回油阀腔、B工作端口进油阀腔和B工作端口回油阀腔各自安装有对应的阀芯,从而分别形成工作端口进油阀10、A工作端口回油阀9、B工作端口进油阀12和B工作端口回油阀11。
作为多路阀典型的实体结构组装型式,首联1s连接相邻的工作联1g,该相邻的工作联1g依次连接其它工作联1g,首联1s的阀体和各个工作联1g的阀体在实体结构上分别设有各自的进油端口P、回油端口T和液控端口P1,首联1s的阀体以及各个工作联1g的阀体依次连接,且连接为使得首联1s和工作联1g各自的进油端口P依次密封性对接,以使得首联进油油路1y1与各个工作联进油油路1p彼此连通;各自的回油端口T依次密封性对接,以使得首联回油油路1y2与各个工作联回油油路1t彼此连通;以及各自的液控端口P1依次密封性对接,以使得首联液控油路1y4与各个工作联液控油路1k彼此连通。实际产品生产中,根据需要驱动的液压执行元件(例如液压马达或液压缸)的数量,可以在首联1s上组装相应数量的工作联。当然,即使首联上组装的工作联数量超过实际使用需要也是可以的,在工作过程中不实用这些工作联即可。本发明的这种多路阀,具有普遍的适用性和通用性。
优选地,首联LS油路1y3与首联回油油路1y2之间可以连接有LS油路溢流阀6,这主要是限定首联LS油路1y3上的最高压力,起到安全保护作用。另外,为了发生特殊意外情况进行紧急卸荷,首联进油油路1y1与首联回油油路1y2之间可以连接有电比例座阀5,这种座阀的特点在于能够通过阀芯的移动实现快速卸荷。
尤其优选地,本发明上述各个实施方式的多路阀,可以集成有相关的压力传感器,这可以方便后续液压控制系统的安装,避免在组成液压控制系统时,需要另外再设置压力传感器。具体地,首联进油油路1y1上可以设有进油端口压力传感器3.1,首联LS油路1y3上可以设有LS端口压力传感器3.3,首联回油油路1y2上设有回油端口压力传感器3.2;以及A工作油路1a0设有与A工作端口对应的工作端口压力传感器3.4,B工作油路1b0设有与B工作端口对应的工作端口压力传感器3.5。这些压力传感器主要在组成后续的液压控制系统中提供各个端口的油液压力用,当然在液压系统中,并不局限于在上述多路阀的内部油路上设置,根据需要可以设置在多路阀的外部。
在本发明多路阀的上述技术方案的基础上,作为多路阀的关键配件,参见图3,本发明提供一种多路阀首联,该多路阀首联为上述任一实施方式的多路阀中的首联1s。此处需要注意的是,本发明的多路阀首联本身可以构成独立的产品,其不仅可以与本发明下述的多路阀工作联配合组装构成本发明独特的多路阀,其也可以与现有技术中常用的单阀芯或双阀芯工作联组装构成多路阀,这不会影响到本发明多路阀首联对负载敏感泵流量控制功能的实现。
配套地,本发明还提供一种多路阀工作联,其中,该多路阀工作联为上述任一实施方式的多路阀中的工作联1g,以能够与上述的多路阀首联组装配合。
以上描述了本发明多路阀的基本实施方式和各个优选实施方式,以下描述本发明的多路阀液压控制系统,由于本发明多路阀液压控制系统具有一定的特殊性,其工作联可以为一个、两个或更多个,其同时工作的工作联也可能是一个、两个或更多个。另外,在工作过程中,由于液压执行元件存在换向工作,例如液压缸的伸缩、液压马达的正反转,工作联的A工作端口和B工作端口并不固定承担特定的进油或回油的职能,而是根据工作过程进行切换,例如在液压缸伸出时,A工作端口进油,B工作端口回油;在液压缸缩回时,则正好相反,A工作端口回油,B工作端口向液压缸进油。为了避免涵盖上述多种情况的本发明基本实施方式和优选方式的多路阀液压控制系统及其运行过程过于抽象,以下首先参照图5至图9,首先以一个工作联工作和两个工作联工作、并且均以A工作端口进油(即向液压执行元件供流)为实施例,以增进对本发明后续技术方案的技术理解。
参见图5和图6,在硬件结构方面,如同上文描述,在本发明的多路阀液压控制系统的这种实施例中,多路阀的首联1s的阀体上具有用于对外连接的进油端口P、回油端口T、LS端口、液控端口P1。首联1s内部的首联液控油路1y4上设有减压阀2(典型为定值减压阀),与进油端口P连接的首联进油油路1y1上设有进油端口压力传感器3.1,首联LS油路1y3上设有LS端口压力传感器3.3,首联回油油路1y3上设有回油端口压力传感器3.2,首联液控油路1y4经由首联比例减压阀4.1连接于首联进油油路1y1上,首联进油油路1y1经由电比例座阀5连接于首联回油油路1y2上,首联LS油路1y3经由LS端口溢流阀6连接于首联回油油路1y2。
工作联1g采用四阀芯进出油口独立控制结构,工作联1g的阀体上具有用于对外连接液压执行元件的A工作端口和B工作端口、液控端口P1、进油端口P、回油端口T。此处需要特别说明的是,对于多路阀而言,工作联上的液控端口P1、进油端口P、回油端口T与上述首联1s描述的相应端口实际在组装过程中用于密封性对接。工作联1g的内部包括连接于A工作油路1a0上的A工作端口溢流补油阀8.1和连接于B工作油路1b0上的B工作端口溢流补油阀8.2,A工作油路1a0上并行连接有与A工作端口对应的供流油路1a1和回流油路1a2,B工作油路1b0上并行连接有与B工作端口对应的供流油路1b1和回流油路1b2,具体地,供流油路1a1连接在工作联进油油路1p与A工作油路1a0之间,回流油路1a2连接在工作联回油油路1t与A工作油路1a0之间,供流油路1b1连接在工作联进油油路1p与B工作油路1b0之间,回流油路1b2连接在工作联回油油路1t与B工作油路1b0之间,供流油路1a1上设有用作通流控制阀的A工作端口进油阀(10),回流油路1a2上设有用作通流控制阀的A工作端口回油阀9,供流油路1b1上设有用作通流控制阀的B工作端口进油阀12,回流油路1b2上设有用作通流控制阀B工作端口回油阀11,也就是说,A工作端口和B工作端口各自具有能够独立控制的两条并行油道,即供流油路和回流油路,这样在液压执行元件进行一个方向动作时,例如可以使A工作端口承担向液压执行元件供油、B工作端口承担接收液压执行元件回油的职能,A工作端口对应的供流油路1a1打开(其对应的回流油路1a2关闭),从工作联进油油路1p接收液压油供应到液压执行元件,同时B工作端口对应的回流油路1b2打开(其对应的供流油路1b1关闭),接收液压执行元件的回油输送到工作联回油油路1t;当液压执行元件执行反方向动作时,此时A工作端口承担接收液压执行元件回油、B工作端口承担向液压执行元件供油的职能,A工作端口对应的回流油路1a2打开(其对应的供流油路1a1关闭),从液压执行元件接收液压油输送到工作联回油油路1t,同时B工作端口对应的供流油路1b1打开(其对应的回流油路1b2关闭),接收工作联进油油路1p的液压油输送到液压执行元件。也就是说,在工作联1g的四阀芯进出油口独立控制结构中,实际通过四条并行的供流油路和回流油路,根据换向控制的需要控制相应的供流油路和回流油路打开关闭,由此实现方向切换的功能。A工作端口进油阀10、A工作端口回油阀9、B工作端口进油阀12以及B工作端口回油阀11均采用液控式控制阀,其各自的液控端口分别通过各自对应的用作通流驱动模块的工作联比例减压阀4.3,4.2,4.5,4.4与工作联液控油路1k连接。此外,A工作油路1a0设有用于检测A工作端口压力的工作端口压力传感器3.4,B工作油路1b9设有用于检测B工作端口压力的工作端口压力传感器3.5。A工作端口压力传感器3.4和B工作端口压力传感器3.5能够采集A工作端口和B工作端口处的工作压力,A工作端口溢流补油阀8.1能够限定A工作端口的工作压力,B工作端口溢流补油阀8.2能够限定B工作端口处的工作压力,并在压力过低时进行补油,起保护作用。
在上述首联1s和工作联1g的基础上,以图6中显示的首联1s组装一个工作联1g为例,将首联1s与工作联1g的进油端口P、回油端口T和液控端口P1密封性对接,完成多路阀的组装。参见图6,组装的多路阀,其工作联1g的A工作端口连接到液压执行元件13的第一工作端口(例如图6中液压缸的有杆腔接口),B工作端口连接到液压执行元件13的第二工作端口(例如图6中的液压缸的无杆腔接口)。此外,多路阀的首联1s的进油端口P连接到负载敏感泵1的泵送出口,LS端口连接到负载敏感泵1的负载反馈控制端口上。此处需要额外说明的是,LS对于本领域技术人员而言,其技术含义是公知的,一般指负载敏感反馈,LS端口即负载敏感反馈端口;LS油路,即负载敏感反馈油路。
在工作过程中,首联比例减压阀4.1能够电流指令信号将首联液控油路1y4上的压力油转化为不同压力等级的液控油作用于通流调节阀7的液控端口。通流调节阀7连接在首联进油油路1y1、首联LS油路1y3和首联回油油路1y2之间,其能够基于首联比例减压阀4.1的输出压力,控制首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的压差,也即首联的进油端口P与LS端口之间的压差,从而控制负载敏感泵1的泵送流量。电比例座阀5连接在首联进油油路1y1与首联回油油路1y2之间,根据控制信号起通断作用,其用于在主机空转时直接连通进油端口P与回油端口T,对油液进行紧急卸荷。LS溢流阀6能够限定LS端口的最高压力,保障系统安全。
工作联1g在工作过程中,根据不同换向工况下的进回油切换,工作联1g中的用作通流驱动模块的工作联比例减压阀4.2,4.3,4.4,4.5能够基于电流控制信号,将工作联液控油路1k上的压力转化为不同等级压力分别对应地作用于A工作端口回油阀芯9、A工作端口进油阀10、B工作端口回油阀芯11和B工作端口进油阀12的液控端口,控制油路切换。具体地,A工作端口进油阀10能够基于工作联比例减压阀4.3控制压力来调节阀芯开度,起到通断和可变液阻功能,A工作端口回油阀9能够基于工作联比例换向阀4.2控制压力调节阀芯开度,起通断和可变液阻功能。B工作端口进油阀12能够基于工作联比例减压阀4.5控制压力调节阀芯开度,起通断和可变液阻功能,B工作端口回油阀11能够基于工作联比例换向阀4.4控制压力调节阀芯开度,起通断和可变液阻功能。
参见图6,就泵输出流量控制的总体原理而言,多路阀液压控制系统的控制器通过实时采集进油端口压力P0、LS端口压力Pls、多路阀液压控制系统的主机上的各个工作联的流量流控制手柄的流量指令控制信号,基于负载敏感泵1流量输出特性,输出首联比例换向阀4.1的电流控制信号,改变通流调节阀7的阀芯开度,从而调节LS端口压力或首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的LS压差,改变LS端口反馈到负载敏感泵1的负载敏感反馈控制端口的作用压力,进而起到调节输出需求流量。
具体地,以驱动液压执行元件13为液压缸作为实施例,多路阀与负载敏感泵及工作油缸连接液压原理图如图6所示,A工作端口承担供流功能、B工作端口承担回流功能,即此时液压缸执行缩回动作,图6所示的单工作联驱动工况的主要工作过程如下:
第一,比例减压阀4.3得电控制A工作端口进油阀10全开以进行进油,比例减压阀4.4根据实际工况控制B工作端口回油阀11全开或部分开启,以进行回油;
第二,控制器实时采集工作联流量控制手柄的指令流量Q1,并基于该指令流量Q1和实时检测的进油端口压力P0和LS端口压力Pls,调节比例减压阀4.1的控制电流,控制通流调节阀7建立P-LS压差或改变LS端口压力大小,即首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的目标LS压差,从而控制负载敏感泵1的泵送流量;
第三,作为更优选的控制过程,借鉴实际工况中典型的控制方式,由于A工作端口作为供流端口,一旦与工作联回油油路1t上压差超过阙值(根据不同的应用工况实践确定),液压控制系统中的抖动和啸声会比较严重,控制器可以采集工作联的供流端口压力Pg1(此时由于A工作端口承担供流职能,即A端口工作压力)和回油端口压力PT,,判断是否开启A工作端口回油阀9进行旁路卸荷,计算卸荷流量Qpt
Figure BDA0004108857730000101
其中Cd为流量系数,A为与所述供流端口对应的所述回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积,ρ为液压油密度。一旦确定卸荷流量,可以容易地通过控制A工作端口回油阀9进行卸荷,此处需要额外说明的是,由于旁通流量相对于主驱动流量较小,一般不计入上述负载敏感泵1的最大输出流量是否饱和或足够的判定考虑因素中,下文不再额外赘述。
第四,控制器引入卸荷流量Qpt并根据手柄控制不同指令流量Q1,实时控制比例减压阀4.1的控制电流,控制通流调节阀7建立所需的P-LS压差,从而使得负载敏感泵1输出需要的控制流量,实现流量所供即所需,节约能量损耗。
上述单一工作联的驱动工况,以A工作端口作为供流端口的一个工作行程为例进行了说明,在下个工作行程,例如图6中的液压缸伸出时,则需要以B工作端口作为供流端口,其工作原理过程与上述相似,此时比例减压阀4.5得电控制B工作端口进油阀12全开,比例减压阀4.2基于实际工况控制A工作端口回油阀10开启回油。
参见图7,图7显示了本发明多路阀液压控制系统的总体控制原理,其主要以上述单一工作联的驱动工况为例进行了显示,但下文描述的两个以上工作联同时工作的复合驱动工况,其控制原理是类似的。如图7所示,在图7中由于图面空间有限,对相关术语进行了简化,控制器采集工作联对应的主机流量控制手柄的指令流量Q1(即图7中的手柄指令Q1),同时根据供流端口(例如图6中单程阶段A工作端口承担供流端口职能,此时A工作端口即为供流端口)压力Pg1与回油端口压力P T(即图7中的回油口压力P T)之间压差过大,超过阙值而导致液压控制系统剧烈抖动、啸叫,根据上述公式(1)计算供流端口需要卸荷的旁通卸荷流量Qpt,并根据该旁通卸荷流量Qpt控制供流端口对应的回流油路上的通流控制阀,例如图6中的A工作端口对应的回流油路1a2上的A工作端口回油阀9,通过针对A工作端口回油阀9对应的通流控制单元(即比例减压阀4.2)进行电流控制(即图7中的旁通控制电流i2),可以容易地按照旁通卸荷流量Qpt进行旁通卸荷。控制器基于供流端口压力Pg1和旁通卸荷流量Qpt的总和,形成需要控制负载敏感泵1实现的输出目标流量。对于本领域技术人员相对熟悉的,负载敏感泵1的输出流量或泵送流量,与驱动负载敏感泵1的发动机(电机或内燃机)的转速n和液压油的油液温度T有关,同时给予负载敏感泵1的负载反馈控制特性,其也与负载敏感泵1的泵送出口压力P0和负载反馈端口压力之间的压差有关,因此负载敏感泵1泵送的目标流量Q0与上述控制因素的关系,可以表达为Q0=f(n,P0,T,Pls),从该表达式可以看出,负载敏感泵1的输出流量与泵送出口压力(即多路阀进油端口压力P0)和负载反馈端口压力(即多路阀的LS端口压力),通过调节LS端口压力的大小或进油端口压力P0LS端口压力之间的压差,均能对负载敏感泵1的泵送流量起到有效的控制作用。由于负载敏感泵1的泵送出口与多路阀的进油端口P直接连接,负载反馈端口与多路阀的LS端口直接连接,因此上述负载敏感泵1的泵送出口压力P0实际就是多路阀的进油端口压力P0,负载反馈端口压力实际就是多路阀的LS端口压力Pls,通过实时控制多路阀的进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls,形成两者之间的目标LS压差,即能够比较有效地实时控制负载敏感泵1输出目标流量Q0的液压油。在本发明的多路阀控制系统中,通过首联1s中的压力调节结构即可便利地实现,参考图6,由于首联进油油路1y1、首联回油油路1y2与首联LS油路1y3之间连接有设置通流控制单元的通流调节阀7,其中通流调节阀7采用液控式二位三通阀,该液控式二位三通阀的液控端口经由用作通流控制单元的首联比例减压阀4.1(即图7中的电比例减压阀)连接于首联液控油路1y4,该液控式二位三通阀保持所首联进油油路1y1与首联LS油路常通,且在工作过程中,通过控制首联比例减压阀4.1的控制电流i1,能够选择性地控制首联进油油路1y1与首联回油油路1y2之间截止或导通开度,首联进油油路1y1上的液压油因为与首联回油油路1y2之间的导通开度大小,会直接导致首联LS油路上的油压变化(即LS端口压力Pls的油压变化),从而能够有效地调节LS端口压力的大小或所述首联进油油路1y1与所述首联LS油路上的压差,使之形成目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
就两个以上工作联同时工作的复合驱动工况而言,由于复合驱动工况相对复杂,其同时会有两个以上工作联工作,并且各个工作联的供流端口并不必然是A工作端口或B工作端口,根据液压执行元件13的动作方向,在任一个方向的工作过程中,一般是A工作端口和B工作端口一者承担供流端口的职能,另一者承担回流端口的职能。在液压执行元件的动作方向切换到相反方向后,A工作端口和B工作端口承担的供流和回流职能则互换。
为了有助于逐步深入地理解技术方案,以下参照图8和图9,先以两个工作联同时工作为例描述工作过程,为了简化描述有助于理解实施例,在图8和图9中,两个液压执行元件13采用液压缸,并且均以A工作端口承担供流职能的液压缸的缩回行程为例进行初步描述。需要注意的是,在图8中由于图面篇幅空间的限制,省去了负载敏感泵1和多路阀的首联1s,关于负载敏感泵1与首联1s的连接以及首联1s与第一工作联的连接的液压原理图,可以参考图6,具体控制过程如下:
第一,控制器采集多路阀液压控制系统的主机上的两个工作联1g对应的流量控制手柄发出的流量控制指令Q1和Q2,将Q1和Q2的总和与负载敏感泵最大输出流量Q0max进行比较,当负载敏感泵1的最大输出流量足够时,确立流量按需分配的控制策略,当负载敏感泵1的最大输出流量不够时,确立流量根据指令信号进行优先供应工作压力最大的工作联、其余工作联比例分配的控制策略。
此处需要注意的是,Q1和Q2的总和,即总需求流量大于Q0max时,此时确立的是比例分配流量的控制策略,在此情况下,理论上可以基于Q1和Q2的总和,通过比例减压阀4.1的控制,使得负载敏感泵1保持最大输出流量,但是这种负载敏感泵1的最大输出流量的保持一般是动态波动的,由于各个工作联在最大输出流量Q0max不够的情况下,并不能完全满足指令流量Q1和Q2的需求,由于液压控制系统各个油路的压力波动,在这种情况下后续经过计算后比例开启实际供给的流量总和存在一定的波动,一定程度上会以等于或略低于最大输出流量Q0max的泵送输出流量进行供给,在此情形下,尽管在一段时间内可以保持比例减压阀4.1的控制使得负载敏感泵1输出最大流量,但是实时监控并在需要时通过比例减压阀4.1电流控制,进行负载敏感泵1的输出流量控制仍然是需要的,尤其是在后续优选方式中引入旁通卸荷流量的情况下,各个油路上的压力变化影响因素较多,需要引入相关压力参数进行计算,确保液压控制系统正常运行。这种最大输出流量Q0max不够的特殊情况下,实际仍然遵循所需即所控的控制思路,仅是将所需根据实际工况按照比例进行了转换缩小。
第二,使得两个工作联1g(按照距离首联1s的距离远近依次可以称为第1工作联和第2工作联)各自的比例减压阀4.3得电,控制第1工作联和第2工作联的A工作端口进油阀9预开启,控制器采集第1工作联和第2工作联的A工作端口压力Pg1和Pg2进行比较,其中A工作端口压力较大者,输出电流控制其A工作端口进油阀9全开,A工作端口压力较小者,根据流量控制手柄的流量信号进行电流控制比例开启,具体如下:
参见图9,若Pg1≥Pg2,控制A工作端口压力最大的第1工作联的A工作端口对应的供流油路1a1全开,并控制第2工作联的A工作端口对应的供流油路上的A工作端口进油阀10比例开启。此处需要注意的是,在实际工况中,极少数情形会出现Pg1=Pg2的情况,尤其后续通用实施方式中可能会出现多个工作联的供流端口均为最大压力且压力相等的情况,在此情况下一般选择供流端口压力最大且排序最靠近首联1s的工作联,控制其供流端口对应的供流油路上的通流控制阀全开,其它工作联的供流端口对应的供流油路则比例开启,其中比例开启的幅度因负载敏感泵1的最大输出流量Q0max是否足够而有所不同,在图9中,
在Q0max≥Q1+Q2的情况下下,则第2工作联比例开启的电流控制信号按照如下公式(注意下述公式已具体化为仅第1工作联和第2工作联的情形)计算:
Figure BDA0004108857730000121
在Q0max<Q1+Q2的情况下,则第2工作联比例开启的电流控制信号按照如下公式计算:
Figure BDA0004108857730000131
其中,上述第2工作联采用的公式中,Ia2为第2工作联中对A工作端口(作为供流端口)对应的供流油路上的A工作端口进油阀10进行控制的比例减压阀4.3的控制电流;k2为所述第2工作联的供流端口压力Pg2对其对应的供流油路上的A工作端口进油阀10的阀芯过流面积的影响系数,这种影响系数为本领域的常用工况参数,一般为常数,可以通过实际测试获得,也可以通过理论测试的压力-流量与控制信号的函数关系图中获得;Q2为所述第2工作联对应的指令流量;Q0max为负载敏感泵1的最大输出流量;Q1+Q2为工作的第1和第2工作联的指令流量总和;Cd为流量系数,也就是小孔节流系数,一般为可以根据实际工况从液压手册上获得,属于流量计算中的常用参数;ρ为液压油密度;P0为首联的进油端口压力;Pg2为所述第2工作联的供流端口压力。
继续参见图9,若Pg1<Pg2,则控制过程与上述过程正好对调,控制A工作端口压力最大的第2工作联的A工作端口对应的供流油路1a1全开,并控制第1工作联的A工作端口对应的供流油路上的A工作端口进油阀10比例开启。在图9中,
在Q0max≥Q1+Q2的情形下,则第1工作联比例开启的电流控制信号按照如下公式计算:
Figure BDA0004108857730000132
若Q0max<Q1+Q2的情形下,则第1工作联比例开启的电流控制信号按照如下公式计算:
Figure BDA0004108857730000133
其中,上述第1工作联采用的公式中,Ia1为第1工作联中对A工作端口(作为供流端口)对应的供流油路上的A工作端口进油阀10进行控制的比例减压阀4.3的控制电流;k1为所述第1工作联的供流端口压力Pg1对其对应的供流油路上的A工作端口进油阀10的阀芯过流面积的影响系数;Q1为所述第1工作联对应的指令流量;Q0max为负载敏感泵1的最大输出流量;Q1+Q2为工作的第1和第2工作联的指令流量总和;Cd为流量系数,也就是小孔节流系数;ρ为液压油密度;P0为首联的进油端口压力;Pg1为所述第1工作联的供流端口压力。
第三,在上述控制过程的基础上,基于上述工作的第1和第2工作联的指令流量Q1、Q2,进油端口压力P0和所述LS端口压力Pls,实时通过通流调节阀7调节进油端口压力P0和LS端口压力Pls的大小,以形成目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
在上述基本控制过程的基础上,考虑到实际工况中典型的控制方式,由于A工作端口作为供流端口,一旦与工作联回油油路1t上压差超过阙值(根据不同的应用工况实践确定),液压控制系统中的抖动和啸声会比较严重,控制器可以采集第1和第2工作联的A工作端口(此时即供流端口)压力Pg1、Pg2和回油端口压力PT,在任一工作联的供流端口压力与回油端口压力之差超过阙值时,开启A工作端口回油阀9进行旁路卸荷,计算卸荷流量Qpt
Figure BDA0004108857730000141
其中Cd为流量系数,在第1工作联的供流端口压力与回油端口压力超出阙值值时,Pgi采用Pg1,A为与第1工作联供流端口对应的所述回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积;在第2工作联的供流端口压力与回油端口压力之差超出阙值值时,Pgi采用Pg2,A为与第2工作联供流端口对应的所述回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积;ρ为液压油密度。一旦确定卸荷流量,可以容易地通过控制A工作端口回油阀9进行卸荷。
控制器基于工作第1和第2工作联的指令流量Q1、Q2,超过阙值的第1和/或第2工作联的A工作端口(此时作为供流端口)对应的所述旁路卸荷流量的总和、进油端口压力P0和LS端口压力Pls,通过通流调节阀7对应的首联比例减压阀4.1的控制,控制进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小,以形成目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵输出目标流量的液压油。
在图6至图9以液压缸的单一缩回行程、A工作端口作为供流端口的实施例中,B工作端口承担回油职能,根据需要和实际工况,可以优选地控制与各个工作联的B工作端口(此时作为回流端口)对应的回流油路上的通流控制阀(图6和图8中即第1和/或第2工作联的B工作端口回油阀11)部分开启进行回油,以能够形成背压。
以上参照图5至图9,以液压缸的A工作端口作为供流端口的单一行程实施例的型式进行了描述,但是如上所述,在更普遍的应用场景下,液压执行元件13是在实际工作过程中是不断进行动作方向的切换,并且实际工作的工作联1g往往会同时存在三个、四个或更多个,均是实际工况中多路阀的常见情形。因此,在上文已经对本发明的多路阀液压控制系统具有一定理解的基础上,以下描述本发明更具普遍意义的基本实施方式和各个优选实施方式。
适当参考图5至图9,本发明基本实施方式的多路阀液压控制系统,包括:上述任一实施方式的多路阀;负载敏感泵1,其泵吸油口连接于油箱,泵出油口连接于首联进油油路1y1,负载敏感控制端口连接于首联LS油路1y3;与各个工作联对应的液压执行元件13,各个液压执行元件13的第一工作端口连接于各自对应的工作联1g的A工作端口,第二工作端口连接于各自对应的工作联1g的所述B工作端口;压力传感器单元,压力传感器单元包括用于检测首联1s的进油端口压力的进油端口压力传感器3.1、用于检测首联1s的LS端口压力的LS端口压力传感器3.3、用于检测首联1s的回油端口压力的回油端口压力传感器3.2、用于分别检测各个工作联1g的A工作端口和B工作端口压力的对应的工作端口压力传感器3.4,3.5;以及控制器,控制器电连接于多路阀液压控制系统的主机上的各个工作联1g对应的流量控制手柄、进油端口压力传感器3.1、LS端口压力传感器3.3、回油端口压力传感器3.2、各个工作端口压力传感器3.4,3.5、通流调节阀7的通流控制单元、以及各个通流控制阀的通流驱动模块,控制器在工作过程中进行如下控制:实时采集工作的各个工作联的流量控制手柄的实需流量信号,根据各个实需流量总和,控制通流调节阀7的导流开度以形成首联LS油路上的LS端口压力或首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
另外,本发明中,控制器控制负载敏感泵1输出目标流量的液压有后,还通过控制各个工作联的通流控制阀对目标流量进行分流,具体的分流或分配过程在下文详细描述。
在上述多路阀液压控制系统的基本实施方式基础上,作为一种实施型式,多路阀的至少一个工作联1g可以为一个工作联,也可以是至少一个工作联1g中仅一个工作联工作,在液压执行元件13执行正向或反向动作时,该实际工作的工作联的A工作端口和B工作端口中的一者作为供流端口,另一者作为回流端口,控制器在工作过程中按照如下步骤进行控制:第一,控制与实际工作的工作联的供流端口对应的供流油路上的通流控制阀全开,并控制与该工作联1g的回流端口相对应的回流油路上的通流控制阀开启以进行回油;第二,基于接收的工作联的流量控制手柄的指令流量Q1、进油端口压力传感器3.1的进油端口压力P0和LS端口压力传感器3.3的LS端口压力Pls,控制通流调节阀7的导流开度以形成目标LS端口压力或首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
如上所述,为了防止液压控制系统的剧烈抖动或啸叫等,优选地,控制器还可以按照第三步骤进行控制:接收与上述工作的工作联1g的供流端口对应的工作端口压力传感器检测的供流端口压力Pg1和回油端口压力传感器3.2检测的回油端口压力PT,在该供流端口压力Pg1与回油端口压力PT之差超过设定的阙值时,控制与该供流端口对应的回流油路上的通流控制阀进行旁路卸荷,该旁路卸荷的流量Qpt通过如下公式计算:
Figure BDA0004108857730000151
其中Cd为流量系数,A为与工作的工作联的供流端口对应的回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积,ρ为液压油密度;
上述控制器基于实时接收的工作联的流量控制手柄的指令流量Q1和旁路卸荷的流量Qpt、进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制通流调节阀7的导流开度以形成首联LS油路上的LS端口压力或首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
与上述仅一个工作联1g工作相对应,适当参考图8,作为一种更常见的通用实施型式,本发明多路阀的至少一个工作联1g为两个以上工作联,且至少一个工作联1g中两个以上工作联工作,其中,在工作的工作联1g中,与首联1s相邻或间隔最近的工作联为第1工作联,从该第1工作联开始依次至第n工作联;在各个液压执行元件13执行正向或反向动作时,与各个液压执行元件13相对应的工作联的A工作端口和B工作端口中的一者作为供流端口,另一者作为回流端口,控制器在工作过程中按照如下步骤进行控制:第一,接收工作的各个工作联对应的流量控制手柄的指令流量Q1、Q2...Qn,并将各个指令流量的总和与负载敏感泵1的最大输出流量Q0max进行比较;以及控制与各个工作联的供流端口对应的供流油路上的通流控制阀预开启,并控制与各个回流端口对应的回流油路上的通流控制阀开启以进行回油;第二,接收进油端口压力P0和各个工作联的供流端口压力Pg1、Pg2...Pgn,并比较各个供流端口压力中的最大者,控制供流端口压力最大的工作联的供流端口对应的所述供流油路上的通流控制阀全开(在存在两个以上供流端口压力最大者,控制距离首联1s排序最近的工作联的供流端口对应的所述供流油路上的通流控制阀全开),并控制其它工作联的供流端口对应的供流油路上的通流控制阀比例开启(此处需要注意的是,下述公式(2)和(3)中的比例控制的流量控制设计中,已排除上述已全开的供流油路的流量),其中
若Q0max≥Q1+Q2+...+Qn,则比例开启的电流控制信号按照如下公式(2)计算:
Figure BDA0004108857730000152
若Q0max<Q1+Q2+...+Qn,则比例开启的电流控制信号按照如下公式(3)计算:
Figure BDA0004108857730000161
其中,其它工作联采用的公式(2)和(3)中,Iai为第i工作联的供流端口对应的供流油路上的通流控制阀的控制电流;ki为第i工作联的供流端口压力Pgi对其对应的供流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积的影响系数;Qi为所述第i工作联对应的流量控制手柄的指令流量;Q0max为负载敏感泵1的最大输出流量;Q1+Q2+...+Qn为全部工作的工作联的流量控制手柄的指令流量总和;Cd为流量系数;ρ为液压油密度;P0为首联的进油端口压力;Pgi为第i工作联的供流端口压力。该优选方式下,控制器基于工作的各个工作联对应的流量控制手柄的指令流量Q1、Q2...Qn,进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制通流调节阀7的导流开度以形成首联LS油路上的LS端口压力或首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的所述目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
与上述描述类似,在这种更普遍适用的实施方式中,更优选地,控制器还按照优选地第三步骤进行优化控制:实时接收各个供流端口压力Pg1、Pg2...Pgn和回油端口压力PT,在任一供流端口压力Pgi与回油端口压力PT之差超过设定的阙值时,控制与该超过阙值的供流端口对应的回流油路上的通流控制阀进行旁路卸荷,该旁路卸荷的流量Qpti通过如下公式计算:
Figure BDA0004108857730000162
其中Cd为流量系数,A为超过阙值的供流端口对应的所述回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积,ρ为液压油密度;
控制器此时基于工作的各个工作联对应的流量控制手柄的指令流量Q1、Q2...Qn,超过阙值的各个供流端口对应的旁路卸荷流量Qpti的总和、进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制通流调节阀7的导流开度。以形成目标LS端口压力或首联进油油路1y1与首联LS油路1y3之间的目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
进一步地,典型地,作为液压控制系统的优先控制型式,为了避免回油过快引起负压或失速等异常现象,控制器可以控制与各个回流端口对应的回流油路上的通流控制阀部分开启进行回油,以能够形成背压。
在本发明上述多路阀液压控制系统的技术方案基础上,对应地,本发明还提供一种多路阀液压控制系统的控制方法,此处需要说明的是,以上尽管参考图3至图9描述了本发明多路阀液压控制系统的典型液压结构,但是在液压控制领域,压力控制的型式多种多样,在本发明的技术构思范围内,除了必要的控制对象类液压结构之外(例如工作联的四阀芯进出油口独立结构),本发明的多路阀液压控制系统的控制方法并不局限于上述特定的液压油路结构型式实现,其可以具有各类简单结构变型,以下在本发明的控制方法的描述中将附带性说明。
参见图10,本发明基本实施方式的多路阀液压控制系统的控制方法,其中,所述多路阀液压控制系统采用负载敏感泵1经由多路阀向各个液压执行元件13供油,多路阀的各个工作联1g的A工作端口和B工作端口均连接有各自对应的工作油路,所述控制方法包括:实时采集各个工作联的各个实需流量信号,根据各个实需流量总和,调节并形成用于控制负载敏感泵1输出流量的所述多路阀的LS端口的目标LS端口压力或者所述多路阀的进油端口压力与LS端口压力之间的目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
与本发明各个阀口进回油独立控制的实施方式对应,优选地,上述多路阀的各个工作联1g的A工作端口和B工作端口各自所连接的所述工作油路均并行的供流油路和回流油路,各个供流油路和回流油路分别有通流控制阀而能够独立控制。
作为一种实施型式,多路阀可以包括一个工作联,或者,所述多路阀包括多个工作联且且其中一个工作联工作,在液压执行元件13执行正向或反向动作时,该工作的工作联的A工作端口和B工作端口中的一者作为供流端口,另一者作为回流端口,所述控制方法包括如下步骤:第一,控制与供流端口相对应的供流油路上的通流控制阀全开,并控制与回流端口对应的回流油路上的通流控制阀开启以进行回油;第二,获取工作的工作联的指令流量Q1、多路阀的进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小以形成目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
此处需要说明的是,对于负载敏感泵1的流量调节而言,在其工作负荷范围内,形成目标LS端口压力或目标LS压差,可以通过控制进油端口压力P0的大小、控制LS端口压力Pls的大小、或者同时控制进油端口压力P0和/LS端口压力Pls的大小来实现,这在首联的液压结构变型或通过额外的压力控制油路均能够实现,并不局限于图3所示的优选实施型式,例如图3中作为通流调节阀7的液控式二位三通换向阀,可以直接采用电比例二位三通换向阀代替;再如,可以在图3中采用节流阀代替通流调节阀7,首联供油油路1y1与首联LS油路1y3之间进油节流阀连接,并且在首联LS油路安装电比例减压阀控制LS油路上的油压(即LS端口压力)。总体而言,进油端口压力P0的大小、控制LS端口压力Pls的大小、或者同时控制进油端口压力P0和/LS端口压力Pls的大小,本领域技术人员在本发明的技术构思范围内,可以想到多种实施型式,但其只要采用本发明的技术构思,均应当属于本发明控制方法的保护范围。
进一步地,上述控制方法还可以包括第三步骤:获取与工作的单一工作联的供流端口对应的供流端口压力Pg1和多路阀的回油端口压力PT,在供流端口压力Pg1与回油端口压力PT之差超过设定的阙值时,控制与供流端口对应的回流油路上的通流控制阀开启进行旁路卸荷,该旁路卸荷的流量Qpt通过如下公式计算:
Figure BDA0004108857730000171
其中Cd为流量系数,A为供流端口对应的回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积,ρ为液压油密度;
基于实时接收的工作联的流量控制手柄的指令流量Q1和旁路卸荷的流量Qpt、进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小以形成目标LS端口压力或所述目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
作为本发明多路阀液压控制系统的控制方法更普遍适用的实施型式,所述多路阀可以包括两个以上工作联,且多路阀的两个以上的工作联工作,其中在工作的工作联中,与多路阀的首联相邻或间隔最近的工作联为第1工作联,从该第1工作联开始依次至第n工作联;在各个液压执行元件13执行正向或反向动作时,与各个液压执行元件13相对应的工作联的A工作端口和B工作端口中的一者作为供流端口,另一者作为回流端口,本发明的控制方法可以包括如下步骤:第一,获取工作的各个工作联的指令流量Q1、Q2...Qn,并将各个指令流量的总和与负载敏感泵1的最大输出流量Q0max进行比较;以及控制与各个工作联的供流端口对应的供流油路预开启,并控制与各个工作的工作联的回流端口相对应的回流油路开启以进行回油;第二,获取进油端口压力P0和各个工作的工作联的供流端口压力Pg1、Pg2...Pgn,并比较各个供流端口压力中的最大者,控制供流端口压力最大的工作联的供流端口对应的供流油路全开,并控制其它工作联的供流端口对应的供流油路上的通流控制阀比例开启,其中
在Q0max≥Q1+Q2+...+Qn的清下,则比例开启的电流控制信号按照如下公式(2)计算:
Figure BDA0004108857730000181
若Q0max<Q1+Q2+...+Qn,则比例开启的电流控制信号按照如下公式(3)计算:
Figure BDA0004108857730000182
其中,其它工作联采用的公式(2)和(3)中,Iai为第i工作联的供流端口对应的供流油路上的通流控制阀的控制电流;ki为第i工作联的供流端口压力Pgi对其对应的供流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积的影响系数;Qi为第i工作联对应的指令流量;Q0max为负载敏感泵1的最大输出流量;Q1+Q2+...+Qn为全部工作的工作联的指令流量总和;Cd为流量系数;ρ为液压油密度;P0为多路阀的进油端口压力;Pgi为第i工作联的供流端口压力;以及
本发明的控制方法基于工作的各个工作联的指令流量Q1、Q2...Qn,进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小以形成目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
在上述实施方式中,特殊地,在存在两个以上所述供流端口压力最大者时,控制所述供流端口压力最大者中距离所述首联1s排序最近的工作联的供流端口对应的所述供流油路全开。
更优选地,本发明的控制方法还可以包括第三步骤:获取与各个工作的工作联的供流端口对应的供流端口压力Pg1、Pg2...Pgn和回油端口压力PT,在任一供流端口压力Pgi与回油端口压力PT之差超过设定的阙值时,控制与该超过阙值的供流端口对应的回流油路开启进行旁路卸荷,该旁路卸荷的流量Qpti通过如下公式计算:
Figure BDA0004108857730000183
其中Cd为流量系数,A为超过阙值的供流端口对应的回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积,ρ为液压油密度;
基于工作各个工作联的指令流量Q1、Q2...Qn,超过阙值的各个工作联的供流端口对应的旁路卸荷流量Qpti的总和、进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小以形成目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制负载敏感泵1输出目标流量的液压油。
类似地,在本发明的控制方法中,在所述第一步骤中,控制与各个工作的工作联的回流端口对应的回流油路上的通流控制阀部分开启进行回油,以能够形成背压。
此外,本发明还提供一种可读存储介质,该可读存介质上存储有可执行指令,其中,该可执行指令被控制器执行时实现上述任一技术方案所述的多路阀液压控制系统的控制方法。
通过上述对本发明各个技术方案的描述可以看出,本发明的主要关键技术点如下:第一,本发明多路阀首联的通流调节阀(例如两位三通液控换向阀)基于进油端口压力P0调节LS端口压力(即负载敏感泵1的负载反馈控制端口压力),从而有效控制负载敏感泵1输出的流量。这种采用通流调节阀7的调节方式,实际是基于负载敏感泵1输出压力,在工作过程中可以实时采集流量控制手柄的指令流量,从而可以按照流量需求主动调节负载敏感泵1的负载反馈控制端口压力,形成负载敏感泵1的泵送出口(多路阀的进油端口压力P0)与LS端口的压差,使得负载敏感泵1输出需求流量,流量控制精度更高。第二,本发明多路阀的首联1s、工作联1g组合应用,协同控制。单一工作联动作时,首联控制负载敏感泵1流量输出,泵控负载流量大小(即工作联供流油路全开供应),工作联控制负载动作方向;复合动作时,首联控制负载敏感泵1流量输出,高压负载端工作联流量泵控调节(即高负载工作联供流油路全开供应),低压负载端工作联阀控流量比例调节。第三,本发明的工作联的四阀芯进出口独立控制结构,进回油阀芯独立可控,背压可以按需调节,能量利用更高效;双进油阀芯+双回油阀芯,回油旁通按需开启,启闭运行更加平稳;多工作联回路自由组合,能量传递效率高。
总体而言,本发明优点在于:本发明的多路阀打破了常规技术基于负载压力、采用压力补偿器进行主泵流量控制的结构形式,其在多路阀首联中独创性地采用通流调节阀7连接首联进油油路1y1、首联回油油路1y2与首联LS油路1y3,并通过通流调节阀7保首联进油油路1y1与首联LS油路1y2常通,且在工作过程中通过通流调节阀7的调节,选择性地控制首联进油油路1y1与首联回油油路1y2之间截止或导通开度,从而能够控制首联进油油路1y1与首联LS油路1y3上的压差,也即负载敏感泵的P口-LS口压差,从而有效地控制负载敏感泵1的输出流量,这种泵送流量的控制技术,省去了现有技术中的压力补偿器,显著降低了压力损失,提高了流量控制精度。尤其是,本发明多路阀的工作联1g的两个工作端口,即A工作端口和B工作端口各自连接有并行的能够独立控制的供流油路和回流油路,也就是说,A工作端口连接有自己对应的供流油路1a1和回流油路1a2,B工作端口连接有自己对应的供流油路1b1和回流油路1b2,各个供流油路和回流油路上均设置相应的通流控制阀以能够进行独立控制,这实际实现了一种独特的四阀芯进出油口独立控制结构,在工作联工作过程中,通过控制A工作端口和B工作端口各自的供流油路和回流油路,即可便利地实现液压执行元件换向的切换控制功能,从而无需再采用传统技术中常规的主换向阀,这进一步减少了压力损失压力。此外,这种四阀芯进出油口独立控制结构流量更便于采集指令控制流量和卸荷流量,可以便利地为首联的泵送流量的调节提供相对准确的流量控制目标,相对有效地实现所控即所需,减小能量损耗,提升流量控制精度。而且,本发明创造性地提出工作联四阀芯独立控制结构形式,极大拓展了多路阀工作联的工作性能,为独创性针对单一工作端口采用进回油旁通阻尼可调技术提供了硬件结构基础,在保证流量控制精准的同时,提升了负载运动平稳性;同时搭配首联1s基于流量指令的泵送流量控制技术,实现泵控阀控协同控制,进一步提升能量利用率。综合而言,本发明基本实施方式的多路阀省去了现有技术需要采用较多压力补偿阀、梭阀、过载补油阀等液压阀,实现了流量安全可控,降低了多路阀搭载主机能耗及多路阀制造成本,其采用首联泵出流量控制结构和工作联四阀芯进出油口独立控制的多路阀设计,能够根据负载工况、压力波动、控制需求调节输出流量,保证各动作流量按需分配,具有广泛的适应性。具体而言:
第一,LS端口的压力能够独立调节、负载敏感泵的输出流量可以根据流量控制手柄的指令进行调节。本发明之前的负载敏感泵流量输出控制模式,通过梭阀反馈各工作联最大工作压力到主泵负载敏感控制端口处,基于负载敏感泵的泵送出口压力(即多路阀的进油端口压力)与负载敏感控制端口压力之差输出控制流量,流量控制精度依赖于压力补偿阀及主泵结构参数;本发明基于所需流量,采集多路阀的进油端口压力,通过比例减压阀实时控制首联阀芯开度,获得目标LS端口压力或目标压差作用于负载敏感泵,输出目标流量,实现流量所需即所控,流量控制精度高;且省去各联梭阀和压力补偿阀结构,节约加工成本,降低压力损失;第二,本发明泵控、阀控按需切换,能量利用效率高。本发明技术充分考虑泵控及阀控优势,驱动单执行机构时,工作联进油阀芯全开,泵出口流量由首联比例减压阀通过改变负载敏感泵负载敏感控制端口压力控制输出,直接作用于执行机构,能量利用率高,可省去传统多路阀压力补偿阀、进油阀芯部分能量损失;驱动多执行机构时,控制器自动识别负载低压端工作联,改变A工作端口进油阀芯开度,比例调节驱动流量,负载高的工作联的A工作短偶进油阀芯全开,采用泵控流量调节方式,双联协同运动,泵控阀控同时运行,实现流量精控兼顾能量高效利用;第三,本发明的四阀芯独立可调,功能组合形式多样。传统多路阀阀芯多采用单阀芯、双阀芯结构方式,适用于单工作联回路;本发明的工作联独创性地采用四阀芯结构方式,在已有双阀芯结构上增添两路旁通回油阀芯,单工作联可实现旁通阻尼可调,减小启闭冲击;多工作联协同可自由构建多种回路,实现能量回收传递。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (22)

1.多路阀,包括至少一个工作联(1g)和用于向所述工作联输送液压油的首联(1s),各个所述工作联包括A工作端口和B工作端口,其特征在于,各个所述工作联(1g)均为四阀芯进出油口独立控制结构,其中
所述首联包括首联进油油路(1y1)、首联回油油路(1y2)和首联LS油路(1y3),所述首联进油油路、首联回油油路与首联LS油路之间连接有设置通流控制单元的通流调节阀(7),该通流调节阀保持所述首联进油油路(1y1)与所述首联LS油路常通,且在工作过程中能够选择性地控制所述首联进油油路与所述首联回油油路之间截止或导通开度,从而调节所述首联LS油路上的压力大小或调节所述首联进油油路(1y1)与所述首联LS油路上的压差;以及
所述四阀芯进出油口独立控制结构包括与所述A工作端口连接的A工作油路(1a0)以及与所述B工作端口连接的B工作油路(1b0),所述A工作油路(1a0)上并行连接有与所述A工作端口对应的供流油路(1a1)和回流油路(1a2),所述B工作油路(1b0)上并行连接有与所述B工作端口对应的供流油路(1b1)和回流油路(1b2),各个所述供流油路(1a1,1b1)和各个所述回流油路(1a2,1b2)上分别设置具有通流驱动模块的通流控制阀,以能够实现所述A工作端口的进油和回油以及所述B工作端口的进油和回油的独立控制。
2.根据权利要求1所述的多路阀,其特征在于,所述首联(1s)还包括首联液控油路(1y4),所述首联进油油路(1y1)经由减压阀(2)连接于所述首联液控油路(1y4);所述通流调节阀(7)为液控换向阀,该液控换向阀的液控端口经由用作所述通流控制单元的首联比例减压阀(4.1)连接于所述首联液控油路,从而在工作过程中通过所述首联比例减压阀(4.1)引入的所述首联液控油路(1y4)的液控油的压力控制,能够选择性地控制所述首联进油油路(1y1)与所述首联回油油路(1y2)之间截止或导通开度,以调节所述首联LS油路上的LS端口压力或所述首联进油油路(1y1)与所述首联LS油路之间的压差。
3.根据权利要求2所述的多路阀,其特征在于,所述工作联还包括与所述首联进油油路(1y1)连通的工作联进油油路(1p)以及与所述首联回油油路(1y2)连通的工作联回油油路(1t),所述A工作端口对应的所述供流油路(1a1)连接在所述工作联进油油路(1p)与所述A工作油路(1a0)之间,所述A工作端口对应的所述回流油路(1a2)连接在所述工作联回油油路(1t)与所述A工作油路(1a0)之间,所述B工作端口对应的所述供流油路(1b1)连接在所述工作联进油油路(1p)与所述B工作油路(1b0)之间,所述B工作端口对应的所述回流油路(1b2)连接在所述工作联回油油路(1t)与所述B工作油路(1b0)之间。
4.根据权利要求3所述的多路阀,其特征在于,所述A工作油路(1a0)与所述工作联回油油路(1t)之间还连接有A工作端口溢流补油阀(8.1),以及所述B工作油路(1b0)与所述工作联回油油路(1t)之间还连接有B工作端口溢流补油阀(8.2)。
5.根据权利要求4所述的多路阀,其特征在于,所述工作联还包括与所述首联液控油路(1y4)连通的工作联液控油路(1k),所述A工作端口对应的所述供流油路(1a1)上的通流控制阀为A工作端口进油阀(10),所述A工作端口对应的所述回流油路(1a2)上的通流控制阀为A工作端口回油阀(9),所述B工作端口对应的所述供流油路(1b1)上的通流控制阀为B工作端口进油阀(12),所述B工作端口对应的所述回流油路(1b2)上的通流控制阀为B工作端口回油阀(11),所述工作端口进油阀(10)、所述A工作端口回油阀(9)、所述B工作端口进油阀(12)以及所述B工作端口回油阀(11)各自的液控端口分别通过各自对应的用作所述通流驱动模块的工作联比例减压阀(4.3,4.2,4.5,4.4)与所述工作联液控油路(1k)连接。
6.根据权利要求5所述的多路阀,其特征在于,所述工作联的阀体内形成有A工作端口进油阀腔、A工作端口回油阀腔、B工作端口进油阀腔和B工作端口回油阀腔,该A工作端口进油阀腔、A工作端口回油阀腔、B工作端口进油阀腔和B工作端口回油阀腔各自安装有对应的阀芯,以分别形成所述工作端口进油阀(10)、所述A工作端口回油阀(9)、所述B工作端口进油阀(12)和所述B工作端口回油阀(11)。
7.根据权利要求5所述的多路阀,其特征在于,所述首联的阀体和各个工作联的阀体上分别设有各自的进油端口(P)、回油端口(T)和液控端口(P1),所述首联的阀体以及各个所述工作联的阀体依次连接,且连接为:各自的进油端口(P)依次密封性对接,以使得所述首联进油油路(1y1)与各个所述工作联进油油路(1p)彼此连通;各自的所述回油端口(T)依次密封性对接,以使得所述首联回油油路(1y2)与各个所述工作联回油油路(1t)彼此连通;以及各自的液控端口(P1)依次密封性对接,以使得所述首联液控油路(1y4)与各个所述工作联液控油路(1k)彼此连通。
8.根据权利要求1所述的多路阀,其特征在于,所述首联LS油路(1y3)与所述首联回油油路(1y2)之间连接有LS油路溢流阀(6)。
9.根据权利要求1所述的多路阀,其特征在于,所述首联进油油路(1y1)与所述首联回油油路(1y2)之间连接有电比例座阀(5)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多路阀,其特征在于,所述首联进油油路(1y1)上设有进油端口压力传感器(3.1),所述首联LS油路(1y3)上设有LS端口压力传感器(3.3),所述首联回油油路(1y2)上设有回油端口压力传感器(3.2);以及所述A工作油路(1a0)设有与所述A工作端口对应的工作端口压力传感器(3.4),所述B工作油路(1b0)设有与所述B工作端口对应的工作端口压力传感器(3.5)。
11.多路阀首联,其特征在于,该多路阀首联为根据权利要求1至10中任一项所述的多路阀中的首联(1s)。
12.多路阀工作联,其特征在于,该多路阀工作联为根据权利要求1至10中任一项所述的多路阀中的工作联(1g),以能够与根据权利要求11所述的多路阀首联组装配合。
13.多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,所述多路阀液压控制系统采用负载敏感泵(1)经由多路阀向各个液压执行元件(13)供油,所述多路阀的各个工作联(1g)的A工作端口和B工作端口均连接有各自对应的工作油路,所述控制方法包括:实时采集各个所述工作联的各个实需流量信号,根据各个所述实需流量总和,调节并形成用于控制所述负载敏感泵(1)输出流量的所述多路阀的LS端口的目标LS端口压力或者所述多路阀的进油端口压力与LS端口压力之间的目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵(1)输出目标流量的液压油。
14.根据权利要求13所述的多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,所述多路阀的各个工作联(1g)的A工作端口和B工作端口各自所连接的所述工作油路均包括并行的供流油路和回流油路,各个供流油路和回流油路分别有通流控制阀而能够独立控制。
15.根据权利要求14所述的多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,在所述多路阀包括一个工作联,或者,所述多路阀包括多个工作联且其中一个工作联工作的情况下,在所述液压执行元件执行正向或反向动作时,该工作的工作联的所述A工作端口和B工作端口中的一者作为供流端口,另一者作为回流端口,所述控制方法包括如下步骤:
第一,控制与所述供流端口相对应的所述供流油路上的通流控制阀全开,并控制与所述回流端口对应的回流油路上的通流控制阀开启以进行回油;
第二,获取工作的所述工作联的指令流量Q1、所述多路阀的进油端口压力P0和LS端口压力Pls,控制所述进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小,以形成所述目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵输出目标流量的液压油。
16.根据权利要求15所述的多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,还包括第三步骤:获取与所述供流端口对应的供流端口压力Pg1和所述多路阀的回油端口压力PT,在所述供流端口压力Pg1与所述回油端口压力PT之差超过设定的阙值时,控制与所述供流端口对应的所述回流油路开启进行旁路卸荷,该旁路卸荷的流量Qpt通过如下公式计算:
Figure FDA0004108857720000041
其中Cd为流量系数,A为所述供流端口对应的所述回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积,ρ为液压油密度;
基于实时接收的所述工作联的流量控制手柄的指令流量Q1和所述旁路卸荷的流量Qpt、所述进油端口压力P0和所述LS端口压力Pls,控制所述进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小,以形成所述目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵输出目标流量的液压油。
17.根据权利要求14所述的多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,所述多路阀包括两个以上工作联,且所述多路阀的两个以上的工作联工作,其中在工作的工作联中,与所述多路阀的首联相邻或间隔最近的工作联为第1工作联,从该第1工作联开始依次至第n工作联;在各个所述液压执行元件执行正向或反向动作时,与各个所述液压执行元件相对应的工作联的所述A工作端口和B工作端口中的一者作为供流端口,另一者作为回流端口,所述控制方法包括如下步骤:
第一,获取工作的各个所述工作联的指令流量Q1、Q2...Qn,并将各个所述指令流量的总和与所述负载敏感泵的最大输出流量Q0max进行比较;以及控制与各个工作联的所述供流端口对应的供流油路预开启,并控制与各个所述回流端口相对应的所述回流油路开启以进行回油;
第二,获取所述进油端口压力P0和各个所述工作联的供流端口压力Pg1、Pg2...Pgn,并比较各个所述供流端口压力中的最大者,控制所述供流端口压力最大的工作联的供流端口对应的所述供流油路全开,并控制其它工作联的所述供流端口对应的供流油路上的通流控制阀比例开启,其中
若Q0max≥Q1+Q2+...+Qn,则比例开启的电流控制信号按照如下公式(2)计算:
Figure FDA0004108857720000051
若Q0max<Q1+Q2+...+Qn,则比例开启的电流控制信号按照如下公式(3)计算:
Figure FDA0004108857720000052
其中,所述其它工作联采用的公式(2)和(3)中,Iai为第i工作联的所述供流端口对应的所述供流油路上的通流控制阀的控制电流;ki为所述第i工作联的供流端口压力Pgi对其对应的供流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积的影响系数;Qi为所述第i工作联对应的指令流量;Q0max为所述负载敏感泵的最大输出流量;Q1+Q2+...+Qn为全部工作的所述工作联的指令流量总和;Cd为流量系数;ρ为液压油密度;P0为所述多路阀的进油端口压力;Pgi为所述第i工作联的供流端口压力;以及
基于工作的各个所述工作联的指令流量Q1、Q2...Qn,所述进油端口压力P0和所述LS端口压力Pls,控制所述进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小,以形成所述目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵输出目标流量的液压油。
18.根据权利要求17所述的多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,在存在两个以上所述供流端口压力最大者时,控制所述供流端口压力最大者中距离所述首联(1s)排序最近的工作联的供流端口对应的所述供流油路全开。
19.根据权利要求17所述的多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,还包括第三步骤:获取与各个所述供流端口对应的供流端口压力Pg1、Pg2...Pgn和所述回油端口压力PT,在任一所述供流端口压力Pgi与所述回油端口压力PT之差超过设定的阙值时,控制与该超过阙值的供流端口对应的所述回流油路开启进行旁路卸荷,该旁路卸荷的流量Qpti通过如下公式计算:
Figure FDA0004108857720000061
其中Cd为流量系数,A为所述超过阙值的供流端口对应的回流油路上的通流控制阀的阀芯过流面积,ρ为液压油密度;
基于工作各个所述工作联的指令流量Q1、Q2...Qn,超过阙值的各个供流端口对应的所述旁路卸荷流量Qpti的总和、所述进油端口压力P0和所述LS端口压力Pls,控制所述进油端口压力P0和/或LS端口压力Pls的大小,以形成所述目标LS端口压力或目标LS压差,从而实时控制所述负载敏感泵输出目标流量的液压油。
20.根据权利要求15或17所述的多路阀液压控制系统的控制方法,其特征在于,在所述第一步骤中,控制与各个所述回流端口对应的所述回流油路上的通流控制阀部分开启进行回油,以能够形成背压。
21.多路阀液压控制系统,其特征在于,包括:
根据权利要求1至9中任一项所述的多路阀;
负载敏感泵(1),该负载敏感泵(1)的泵吸油口连接于油箱,泵出油口连接于所述首联进油油路(1y1),负载敏感控制端口连接于所述首联LS油路(1y3);
与各个所述工作联对应的液压执行元件(13),各个所述液压执行元件(13)的第一工作端口连接于各自对应的所述工作联(1g)的所述A工作端口,第二工作端口连接于各自对应的所述工作联的所述B工作端口;
压力传感器单元,该压力传感器单元包括用于检测所述首联(1s)的进油端口压力的进油端口压力传感器(3.1)、用于检测所述首联的LS端口压力的LS端口压力传感器(3.3)、用于检测所述首联的回油端口压力的回油端口压力传感器(3.2)、用于分别检测各个所述工作联的所述A工作端口和B工作端口压力的对应的工作端口压力传感器(3.4,3.5);以及
控制器,该控制器电连接于所述多路阀液压控制系统的主机上的各个工作联的流量控制手柄、所述进油端口压力传感器(3.1)、所述LS端口压力传感器(3.3)、所述回油端口压力传感器(3.2)、各个所述工作端口压力传感器(3.4,3.5)、所述通流调节阀(7)的通流控制单元、以及各个所述通流控制阀的通流驱动模块,所述控制器在工作过程中以根据权利要求13至20中任一项所述的多路阀液压控制系统的控制方法进行控制。
22.可读存储介质,该可读存介质上存储有可执行指令,其特征在于,该可执行指令被控制器执行时实现根据权利要求13至20中任一项所述的多路阀液压控制系统的控制方法。
CN202310200146.XA 2023-03-03 2023-03-03 多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质 Pending CN116146555A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310200146.XA CN116146555A (zh) 2023-03-03 2023-03-03 多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310200146.XA CN116146555A (zh) 2023-03-03 2023-03-03 多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116146555A true CN116146555A (zh) 2023-05-23

Family

ID=86354337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310200146.XA Pending CN116146555A (zh) 2023-03-03 2023-03-03 多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116146555A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116447184A (zh) * 2023-06-20 2023-07-18 中联重科股份有限公司 液压系统控制方法、计算机设备及机器可读存储介质

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116447184A (zh) * 2023-06-20 2023-07-18 中联重科股份有限公司 液压系统控制方法、计算机设备及机器可读存储介质
CN116447184B (zh) * 2023-06-20 2023-09-12 中联重科股份有限公司 液压系统控制方法、计算机设备及机器可读存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1354141B1 (en) Hydraulic control valve system with pressure compensated flow control
CN109441905B (zh) 一种变压差负载敏感多路阀
US20160251833A1 (en) Hydraulic drive system of construction machine
US7305821B2 (en) Hydraulic control apparatus
CN108412829B (zh) 一种进出口节流边能独立调节的负载敏感式多路阀
CN109882462B (zh) 液控比例与负载敏感融合变量泵及液控智能流量分配系统
CN116146555A (zh) 多路阀、首联、工作联、液压系统、方法和可读存储介质
CN113027847B (zh) 液压系统的流量分配控制方法、设备和装置以及液压系统
WO2014005396A1 (zh) 一种液压系统及掘进机
CN113775603A (zh) 一种电液多执行器流量控制系统及方法
US5063739A (en) Load sensing hydraulic control system
WO1993024757A1 (en) Hydraulic driving system
CN114165495B (zh) 工作联、阀口独立控制型多路阀及工程机械
JPH0419406A (ja) 油圧作業回路
US10655740B2 (en) Work machine
CN108506259B (zh) 一种阀后补偿的进出口独立控制的负荷传感式多路阀
CN108716491B (zh) 一种具有o型中位机能的三位五通负载口独立控制多路阀
CN112360847B (zh) 工程机械液压控制系统及工程机械
CN113212093A (zh) 可实现恒压控制和负载敏感控制的液压系统及控制方法
CN219974983U (zh) 多路阀及其首联、工作联、以及多路阀液压控制系统
CN110671376B (zh) 工程机械负载敏感-进出口独立液压系统及其控制方法
CN112196855B (zh) 直线行走控制阀、直线行走控制系统及履带式工程机械
CN214822450U (zh) 可实现恒压控制和负载敏感控制的液压系统
CN210344387U (zh) 一种基于阻尼桥路的可变压差分流阀及液压控制系统
CN111520368B (zh) 负载敏感系统的流量分配控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination