CN116717511A - 一种动臂独立油路再生控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动臂独立油路再生控制系统及方法，其中控制系统包括主阀单元、执行机构、主泵单元和油箱，主阀单元包括第一控制主阀、单向阀、再生控制阀、工作油口A1、B1，进油口P1、出油口T1和先导控制口XA1、XB1、XAr，进油口P1与主泵单元出油口连接，回油口T1与油箱连接，工作油口A1、B1分别与执行机构的进、出油口连接，第一控制主阀的左控制端连接先导控制口XA1，右控制端连接先导控制口XB1，再生控制阀的进油口连接工作油口A1，再生控制阀的出油口连接单向阀的进油口，单向阀的出油口连通进油口P1，再生控制阀的控制口连接先导控制口XAr。
Description
技术领域
本发明涉及一种动臂独立油路再生控制系统及方法，属于工程机械节能技术领域。
背景技术
在工程机械产品中，随着主机产品的电控化、绿色化升级，各种主机产品逐渐切换成全电控系统，通过全电控系统升级给整机带来更低的能耗，更佳的操控感受。传统的液压控制系统多以主阀内部回油通道实现本联主阀腔流量再生利用，具有一定的节能效果，但随着全电控系统的升级，传统的内部再生回路节能效果满足不了需求。
传统的普通节流、负流量、负载敏感等系统的流量再生均通过主阀内部油道实现，当主阀切换到再生功能位时，主泵流量供给执行机构，执行机构回油背压通道产生的背压将回油流量供向执行机构进油口，从而实现流量再生。当执行机构进油口油压高于执行机构回油通道背压，再生回路在单向阀的作用下关闭再生功能。但执行机构在有载条件下，背压较高，再生流量较多，从而使执行机构运动速度加快。
新兴的动臂下降势能回收方案也广为应用，国内厂家多通过蓄能器回收动臂下降势能驱动风扇马达，从而达到降低能耗目的。国外厂家通过蓄能器回收动臂下降势能驱动马达电机发电，通过储存的电能驱动电机，从而辅助发动机，进而减小系统能耗。但新兴的动臂下降势能回收方案成本极高，不利于产业化应用。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种动臂独立油路再生控制系统及方法，解决了现有技术中电控负载敏感、电控正流量系统节能效率低、成本高的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种动臂独立油路再生控制系统，包括主阀单元、执行机构、主泵单元和油箱；
主阀单元包括第一控制主阀、单向阀、再生控制阀、工作油口A1、工作油口B1，进油口P1、出油口T1和先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XAr；
进油口P1与主泵单元出油口连接，回油口T1与油箱连接，工作油口A1、工作油口B1分别与执行机构的进、出油口连接；
第一控制主阀的油口C1、油口D1与进油口P1连通，油口E1与回油口T1连通，油口F1连通油箱，油口G1、油口H1分别连接工作油口B1、工作油口A1，第一控制主阀的左控制端连接先导控制口XA1，右控制端连接先导控制口XB1；
再生控制阀的出油口连接单向阀的进油口，单向阀的出油口连通进油口P1，再生控制阀的控制口连接先导控制口XAr；
当第一控制主阀处于再生功能位时，先导控制口XB1激活，第一控制主阀的油口D1、油口G1连通，油口E1、油口H1连通。
进一步地，前述还包括补偿阀；
补偿阀的进油口连通工作油口A1，补偿阀的出油口连通再生控制阀的进油口。
进一步地，前述还包括补偿阀；
再生控制阀的出油口连接补偿阀的进油口，补偿阀的出油口连接单向阀的进油口。
进一步地，前述主泵单元包括主泵和电比例阀，主泵进油口连接油箱，主泵出油口连接主阀单元的进油口P1；电比例阀连接主泵，用于控制主泵的开度。
进一步地，前述还包括动臂油缸压力传感器、主泵压力传感器和控制器；
动臂油缸压力传感器与执行机构连接，并向控制器传递压力信号；主泵压力传感器与主泵连接，并向控制器传递压力信号；电比例阀与控制器连接，控制主泵的排量。
进一步地，前述主阀单元还包括第二控制主阀、工作油口A2、工作油口B2和先导控制口XA2、先导控制口XB2；
第二控制主阀的油口C2连接第二控制主阀的油口F1，油口D2与进油口P1连通，油口E2、油口F2与回油口T1连通，油口G2、油口H2分别连接工作油口B2、工作油口A2，第二控制主阀的左控制端连接先导控制口XA2，右控制端连接先导控制口XB2，工作油口A2、工作油口B2分别与执行机构的进出油口连接。
进一步地，前述还包括整机工作状态识别模块、流量控制模块、流量斜坡及缓冲控制模块、再生流量压力转换模块和主阀阀口开度控制模块；
整机工作状态识别模块，通过先导控制口信号识别执行机构动作，结合主泵压力Pp识别工况，根据执行机构流量需求设置最大再生流量Qmax；
流量控制模块，根据执行机构压力Ab与主泵压力Pp计算出压差，根据/>大小对再生流量进行插值计算，得出再生需求流量Qr；
流量斜坡及缓冲控制模块，对输入再生需求流量Qr进行斜坡控制；
再生流量压力转换模块，根据再生控制阀的流量特性曲线，将再生流量转换成对应的再生控制阀控制压力；
主阀阀口开度控制模块，控制主阀根据再生流量重新调整回油流量，根据回油流量调整先导控制口XB1控制压力。
一种动臂独立油路再生控制方法，包括如下步骤：
基于执行机构压力Ab与主泵压力Pp，计算得出压差；
基于设定压差，比较和设定压差的大小：当/>大于设定压差时，计算再生需求流量Qr，设定压差为预先设定的压差值；
将再生需求流量转换成再生控制阀先导控制口XAr的控制压力，进行输出；
基于再生需求流量大小，计算第一控制主阀的回油箱流量，并将回油箱流量转换成先导控制口XB1的控制压力，进行输出。
进一步地，前述计算再生需求流量Qr的步骤包括：
基于，通过压力流量数组表对再生流量进行插值计算，得出/>对应的再生需求流量Qr，压力流量数组表显示再生需求流量与压差的线性关系。
进一步地，前述当小于或等于设定压差时，输出先导控制口XAr无控制压力，控制XB1按设定的动臂下降速度进行工作。
本发明所达到的有益效果：
1. 流量再生控制回路回油与主油路连接，可实现单动作或复合动作的流量再生，节能效果更佳；
2. 流量再生控制回路，前置补偿阀可有效控制再生流量大小，提升整机的操控性能；
3.主阀单元增加的再生回路，可降低成本、提高可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一的液压电气系统原理图；
图2是本发明流量再生控制系统原理图；
图3是本发明第一控制主阀各油口示意图；
图4是本发明第二控制主阀各油口示意图；
图5是本发明实施例二的液压电气系统原理图；
图6是本发明实施例三的液压电气系统原理图。
图中附图标记的含义：1.1-第一控制主阀；1.2-第二控制主阀；1.3-单向阀；1.4-再生控制阀；1.5-补偿阀；2.1-主泵；2.2-电比例阀；2.3-主泵压力传感器；3.1-动臂油缸；3.2-动臂油缸压力传感器；4.1-控制器。
具体实施方式
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例1
本实施例公开了一种动臂独立油路再生控制系统，如图1所示，该再生控制系统包括主阀单元、主泵单元、传感器检测单元、控制单元和执行机构，主泵单元通过主阀单元为执行机构供油，控制单元基于传感器检测单元的反馈，精准控制主阀单元、主泵单元的油量输出，传感器检测单元用于检测主泵单元、执行机构的压力。
主阀单元包括第一控制主阀1.1、第二控制主阀1.2，调速阀和单向阀1.3，其中调速阀包括再生控制阀1.4和补偿阀1.5；主阀单元还设有工作油口A1、工作油口B1、工作油口A2、工作油口B2，先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XA2、先导控制口XB2、先导控制口XAr，工作油口A1、工作油口B1、工作油口A2、工作油口B2分别与执行机构的进出油口连接，先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XA2、先导控制口XB2、先导控制口XAr为电比例阀控制口连接。传感器检测单元包括动臂油缸压力传感器3.2和主泵压力传感器2.3，主泵单元包括主泵2.1和电比例阀2.2，控制单元包括控制器4.1，执行机构包括动臂油缸3.1。
主阀单元进油口P1与主泵单元出油口通过液压管路连接，主阀单元回油口T1通过管路与油箱连接。
结合图3，第一控制主阀1.1的油口C1、油口D1与进油口P1连通，油口E1与回油口T1连通，油口F1与第二控制主阀1.2的油口C2连通，油口G1、油口H1分别连接工作油口B1、工作油口A1。第一控制主阀1.1的左控制端连接先导控制口XA1，右控制端连接先导控制口XB1。
结合图4，第二控制主阀1.2的油口D2与进油口P1连通，油口E2、油口F2与回油口T1连通，油口G2、油口H2分别连接工作油口B2、工作油口A2。第二控制主阀1.2的左控制端连接先导控制口XA2，右控制端连接先导控制口XB2。
主阀单元内部设置流量再生回路，该回路设置补偿阀1.5、再生控制阀1.4和单向阀1.3，补偿阀1.5的进油口连通工作油口A1，补偿阀1.5的出油口连通再生控制阀1.4的进油口，再生控制阀1.4的出油口连通单向阀1.3的进油口，单向阀1.3的出油口连通进油口P1，再生控制阀1.4的控制口连接先导控制口XAr。再生控制阀1.4前置补偿阀1.5，再生控制阀1.4压差保持恒定，再生流量与再生控制阀1.4开口面积保持正比例关系，因此通过控制再生控制阀1.4的先导控制口XAr口，先导压力就可实现再生流量的线性控制。
动臂油缸压力传感器3.2与动臂油缸3.1连接，并向控制器4.1传递压力信号；主泵压力传感器2.3与主泵2.1连接，并向控制器4.1传递压力信号；电比例阀2.2与主泵2.1连接，通过控制器4.1采用电控排量方式，通过电比例阀2.2实现主泵2.1的排量控制；控制器4.1可以对先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XA2、先导控制口XB2、先导控制口XAr及主泵排量进行控制。
第一控制主阀1.1在再生功能位时先导控制口XB1激活，动臂油缸压力传感器3.2检测动臂油缸压力，主泵压力传感器2.3检测主泵压力，当执行机构压力Ab大于主泵压力Pp，且Ab-Pp的压差值大于设定压差时，再生控制阀1.4打开，再生流量依次经过补偿阀1.5、再生控制阀1.4和单向阀1.3，流向主泵供油油路，实现流量再生。当仅有先导控制口XB1激活时，再生流量通过主泵回路实现动臂大腔向小腔流量再生；当先导控制口XB1、先导控制口XA2同时激活或先导控制口XB1与先导控制口XB2同时激活时，再生流量通过主泵回路实现向其它执行机构供油。当动臂油缸压力小于或等于主泵压力设定压力时，再生控制阀1.4关闭。
图2为流量再生控制原理图，包括整机工作状态识别模块、流量控制模块、流量斜坡及缓冲控制模块、再生流量压力转换模块及主阀阀口开度控制模块：
整机工作状态识别模块，通过先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XA2、先导控制口XB2信号识别执行机构动作，结合主泵压力Pp识别工况，根据执行机构流量需求设置最大再生流量Qmax；
流量控制模块，根据执行机构压力Ab与主泵压力Pp计算出压差，根据压差大小在压力流量数组表中对再生流量进行插值计算，得出再生需求流量Qr，压力流量数组表预先设置在控制器里，其表示为再生需求流量与压差的线性关系；
流量斜坡及缓冲控制模块，对输入再生需求流量Qr进行斜坡控制，防止再生需求流量加载过快，缓冲控制算法可防止再生控制阀出现压力超调；
再生流量压力转换模块，根据再生控制阀的流量特性曲线，将再生需求流量转换成对应的再生控制阀的控制压力；
主阀阀口开度控制模块，第一控制主阀1.1根据再生需求流量重新调整回油流量，根据回油流量调整先导控制口XB1控制压力。
控制系统的具体工作流程如下：控制系统采集主阀先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XA2、先导控制口XB2及执行机构压力Ab、主泵压力Pp。根据先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XA2、先导控制口XB2大小识别整机工作状态及最大再生需求流量，通过执行机构压力Ab与主泵压力Pp的偏差计算得出，当/>大于设定压差时，产生再生需求流量，再生需求流量经过斜坡及缓冲控制模块处理后，将再生需求流量转换成再生控制阀1.4的先导控制口XAr控制压力，另外由于流量再生至主回路，为保持动臂原设定下降速度，需控制回油箱流量与再生流量之和与动臂下降流量相等，为此根据再生需求流量大小计算第一控制主阀1.1回油箱流量，根据回油箱流量对先导控制口XB1进行控制。当/>小于或等于设定压差时，流量再生功能关闭，先导控制口XAr无控制压力，先导控制口XB1按设定的动臂下降速度进行控制。
实施例2
本实施例中，如图5所示，调速阀包括再生控制阀1.4和补偿阀1.5，其中补偿阀1.5后置，再生控制阀1.4的进油口连接工作油口A1，再生控制阀1.4的出油口连接补偿阀1.5的进油口，补偿阀1.5的出油口连接单向阀1.3的进油口，单向阀1.3的出油口连通进油口P1。
实施例3
本实施例中，如图6所示，调速阀包括再生控制阀1.4，再生控制阀1.4的进油口连接工作油口A1，再生控制阀1.4的出油口连接单向阀1.3的进油口，单向阀1.3的出油口连通进油口P1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种动臂独立油路再生控制系统，其特征在于，包括主阀单元、执行机构、主泵单元和油箱；
所述主阀单元包括第一控制主阀（1.1）、单向阀（1.3）、再生控制阀（1.4）、工作油口A1、工作油口B1，进油口P1、出油口T1和先导控制口XA1、先导控制口XB1、先导控制口XAr；
所述进油口P1与主泵单元出油口连接，所述回油口T1与油箱连接，所述工作油口A1、工作油口B1分别与执行机构的进、出油口连接；
所述第一控制主阀（1.1）的油口C1、油口D1与进油口P1连通，油口E1与回油口T1连通，油口F1连通油箱，油口G1、油口H1分别连接工作油口B1、工作油口A1，所述第一控制主阀（1.1）的左控制端连接先导控制口XA1，右控制端连接先导控制口XB1；
所述再生控制阀（1.4）的出油口连接单向阀（1.3）的进油口，所述单向阀（1.3）的出油口连通进油口P1，所述再生控制阀（1.4）的控制口连接先导控制口XAr；
当第一控制主阀（1.1）处于再生功能位时，先导控制口XB1激活，第一控制主阀（1.1）的油口D1、油口G1连通，油口E1、油口H1连通。
2.根据权利要求1所述的一种动臂独立油路再生控制系统，其特征在于，还包括补偿阀（1.5）；
所述补偿阀（1.5）的进油口连通工作油口A1，所述补偿阀（1.5）的出油口连通再生控制阀（1.4）的进油口。
3.根据权利要求1所述的一种动臂独立油路再生控制系统，其特征在于，还包括补偿阀（1.5）；
所述再生控制阀（1.4）的出油口连接补偿阀（1.5）的进油口，所述补偿阀（1.5）的出油口连接单向阀（1.3）的进油口。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种动臂独立油路再生控制系统，其特征在于，所述主泵单元包括主泵（2.1）和电比例阀（2.2），所述主泵（2.1）进油口连接油箱，所述主泵（2.1）出油口连接主阀单元的进油口P1；所述电比例阀（2.2）连接主泵（2.1），用于控制主泵（2.1）的开度。
5.根据权利要求4所述的一种动臂独立油路再生控制系统，其特征在于，还包括动臂油缸压力传感器（3.2）、主泵压力传感器（2.3）和控制器（4.1）；
所述动臂油缸压力传感器（3.2）与执行机构连接，并向控制器（4.1）传递压力信号；所述主泵压力传感器（2.3）与主泵（2.1）连接，并向控制器（4.1）传递压力信号；所述电比例阀（2.2）与控制器（4.1）连接，控制主泵（2.1）的排量。
6.根据权利要求4所述的一种动臂独立油路再生控制系统，其特征在于，所述主阀单元还包括第二控制主阀（1.2）、工作油口A2、工作油口B2和先导控制口XA2、先导控制口XB2；
所述第二控制主阀（1.2）的油口C2连接第二控制主阀（1.1）的油口F1，油口D2与进油口P1连通，油口E2、油口F2与回油口T1连通，油口G2、油口H2分别连接工作油口B2、工作油口A2，所述第二控制主阀（1.2）的左控制端连接先导控制口XA2，右控制端连接先导控制口XB2，所述工作油口A2、工作油口B2分别与执行机构的进出油口连接。
7.根据权利要求4所述的一种动臂独立油路再生控制系统，其特征在于，还包括整机工作状态识别模块、流量控制模块、流量斜坡及缓冲控制模块、再生流量压力转换模块和主阀阀口开度控制模块；
所述整机工作状态识别模块，通过先导控制口信号识别执行机构动作，结合主泵压力Pp识别工况，根据执行机构流量需求设置最大再生流量Qmax；
所述流量控制模块，根据执行机构压力Ab与主泵压力Pp计算出压差，根据/>大小对再生流量进行插值计算，得出再生需求流量Qr；
所述流量斜坡及缓冲控制模块，对输入再生需求流量Qr进行斜坡控制；
所述再生流量压力转换模块，根据再生控制阀的流量特性曲线，将再生流量转换成对应的再生控制阀控制压力；
所述主阀阀口开度控制模块，控制主阀根据再生流量重新调整回油流量，根据回油流量调整先导控制口XB1控制压力。
8.一种动臂独立油路再生控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于执行机构压力Ab与主泵压力Pp，计算得出压差；
基于设定压差，比较和设定压差的大小：当/>大于设定压差时，计算再生需求流量Qr，所述设定压差为预先设定的压差值；
将再生需求流量转换成再生控制阀（1.4）先导控制口XAr的控制压力，进行输出；
基于再生需求流量大小，计算第一控制主阀（1.1）的回油箱流量，并将回油箱流量转换成先导控制口XB1的控制压力，进行输出。
9.根据权利要求8所述的一种动臂独立油路再生控制方法，其特征在于，所述计算再生需求流量Qr的步骤包括：
基于，通过压力流量数组表对再生流量进行插值计算，得出/>对应的再生需求流量Qr，所述压力流量数组表显示再生需求流量与压差的线性关系。
10.根据权利要求8所述的一种动臂独立油路再生控制方法，其特征在于，所述当小于或等于设定压差时，输出先导控制口XAr无控制压力，控制先导控制口XB1按设定的动臂下降速度进行工作。
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2023
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