CN1821574A

CN1821574A - 低空转能耗液压动力源

Info

Publication number: CN1821574A
Application number: CN 200610012474
Authority: CN
Inventors: 权龙�; 李敏; 秦太龙
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: CN100451336C

Abstract

一种低空转能耗液压动力源属于流体传动及控制技术领域，是为降低液压系统处于非工作周期和部分负载工况能量消耗而设计的一种供油装置。本发明由液压泵1、电动机2、电机转速控制器3、蓄能器4、电磁阀5、压力传感器6、位移传感器7、控制器8、管道9、10、控制执行器的比例阀11、方向阀12、13等部件组成。本发明的特征是液压泵1为恒压式的变量泵，其上增设了可检测泵排量的位移传感器7，通过改变泵的转速可使该动力源具有恒压、恒流和恒功率控制的复合功能，并通过降低液压泵在非工作周期和部分负载工况的转速降低液压系统的能耗。

Description

低空转能耗液压动力源

一、技术领域：

本发明低空转能耗液压动力源属于流体传动及控制技术领域，是为液压执行器提供一定压力和流量的动力源装置。

二、背景技术：

液压动力源是流体传动及控制系统为执行器提供动力的单元，它将机械能转换为具有一定压力和流量的液压能，用于驱动液压缸和液压马达。传统的液压动力源由转速固定不变的电动机驱动定量或变量液泵组成。为了与负载匹配、降低能耗，国际上发展了多种形式的变量液压泵。常用的变量泵有恒压、恒流和恒功率三种形式。恒压式变量泵的工作特点是当系统工作压力低于泵的设定压力时，泵输出相应转速下的最大流量，而当系统工作压力达到泵的压力设定值时，泵输出的流量自动适应负载要求，降低与流量有关的能耗。恒流式变量泵输出与设定值相一致的流量，而压力则与系统的负载相适应，降低与压力相关的能量损失。恒功率变量泵限制泵的输出功率与设定值相一致，使泵输出流量和压力的乘积保持不变。这三种泵同用定量泵组成的动力源相比，虽然在一定程度上都降低了系统的能耗，但试验表明，当系统处于非工作周期时，如泵处于低压大流量的泄荷工况，泵处于高压小流量工况等，电机仍以额转速运转，要产生较大的能量损失。

为了降低非工作周期，因电机仍以额定转速运转造成的能量损失，一种新的趋势是通过改变液压泵的转速来控制泵的流量和压力，已出现的控制方式有用交流异步电动机，通过改变转速控制定量液压泵输出的流量和压力，欧洲专利、公开号EP 0752304 A1；用可变转速的异步电动机，结合比例压力和流量阀与定量泵组成动力源控制供给系统的流量和压力，欧洲专利，公开号EP 0509 724 A1，他们的不足是动态响应较慢；在德国专利DE 3919823 A1中，用伺服电机控制定量液压泵的输出流量和压力，存在的问题是成本高，影响其推广和应用；德国也有人研究用可变转速的交流异步电动机与电子比例控制的变排量液压泵组合控制泵的输出流量和压力，存在的不足仍然是成本高，且组成的系统也非常复杂。本发明低空转能耗液压动力源目的在于，提供一种新的变速电机与变量液压泵组合方式作为液压动力源，即具有低的成本，好的动态响应，又能满足各种液压系统对动力源的功能要求和降低非工作周期的能量消耗。

三、发明内容

本发明的目的旨在降低现有液压动力源将机械能转换为液压能过程中的能量损失，实现节能。液压动力源是为流体传动及控制系统提供的力的单元，它将机械能转换为具有一定压力和流量的液压能，用来驱动液压缸或液压马达。

本发明一种低空转能耗液压动力源，它包含有液压泵1、电动机2、蓄能器4、电磁阀5、其特征是液压泵1为恒压式的变量液压泵，并增设了电机转速控制器3、压力传感器6、位移传感器7和控制器8；压力传感器6安装在连接泵出口的液压管道9中，检测系统的实际压力，并将其转换为电信号输入到控制器8中；位移传感器7安装在液压泵1中，检测泵变量机构的摆角，并将其值转换为电信号输入到控制器8中；蓄能器通过液压管路9、10连接到液压泵1的出口，在液压管路9和10之间装有电磁阀5控制蓄能器的通断；控制器8根据执行器控制阀11、12、13的流量要求，给出控制电机转速的指令信号Uf到电机转速控制器3中，并用接收到的压力传感器6和位移传感器7的信号，对转速设定值进行修正；转速控制器3控制电机的转速和功率。比例阀11、方向阀12、13用于控制执行器的运动方向和速度，系统中执行器可以是1个、2个、或者是多个。

上述的低空转能耗液压动力源，其特征是液压泵1是机械控制人工调整的恒压式变量泵、或者是用电信号自动调整的电液比例恒压变量泵。

上述的低空转能耗液压动力源，其特征是电动机2是交流异步电机、交流伺服电机、或者是关磁阻电机。

上述的低空转能耗液压动力源，其特征是电机转速控制器3是可连续控制电机转速的变频器、控制电机只有几个固定转速级别的控制器，或者是软启动装置。

本发明低空转能耗液压动力源主要优点体现在，I、当液压系统处于低压、泄荷等非工作周期时，通过降低液压泵的转速，将极大地减小因液压泵以额定转速旋转产生的能量损失。II、在液压系统的工作过程中，通过提高泵的转速，可加大系统的供油流量，减小所选用泵的体积。III、由于变频器本身就具有控制电机处于恒功率工作状态的功能，从而也使本动力源迭加了恒功率控制的特征。IV、通过改变泵的转速，使泵具有了压力和流量的复合控制功能，可实现多执行器的流量匹配控制。V、通过检测泵变量机构的摆角和输出压力，配合电机的转速，可实现动力源的效率最优控制。本发明可代替现有的液压动力源，广泛应用于液压工业领域，实现节能。

四、附图说明

图1低空转能耗液压动力源。其中

1-液压泵 2-电动机 3-电机转速控制器 4-蓄能器 5-电磁阀 6-压力传感器 7-位移传感器 8-控制器 9、10-液压管路 11-比例阀 12-方向阀、13-方向阀

下面结合附图对本发明的原理和结构作进一步详细说明。

本发明低空转能耗液压动力源是由液压泵1、电动机2、控制电机转速的变频器3、液压蓄能器4、开关式的电磁液压阀5、压力传感器6、检测泵排量(摆角)的位移传感器7、控制器8，液压管路9、10，比例阀11、方向阀12和方向阀13等部件组成。其中，液压泵1采用机械式恒压式变量泵、或者电子比例控制的恒压式变量泵，其特点是当系统压力低于该泵的设定压力时，泵输出最大排量所对应的流量。而当系统压力达到其设定值后，泵的输出流量自动适应负载要求。电动机2是驱动液压泵的原动机，将电能转变为机械能。电机转速控制器3的作用是控制电机转动的速度，同时也能起到限制电机输出扭矩和功率的目的。蓄能器4的作用是储存一定压力的液压油，补偿动态过程中液压泵供油不足所需的流量。电磁阀5控制蓄能器的工作状态是断开还是接通。压力传感器6检测和监测液压泵出口处的实际压力值，并将其转换为电信号提供给控制器8。位移传感器7用来检测液压泵变量机构的摆角，并将这一信号转化为电信号输入到控制器8。控制器8的作用是根据系统的工作状态、压力传感器6和位移传感器7提供的信息，控制电动机的转动速度，并限制电机的最大输出功率。比例阀11和方向阀12、13用于控制执行机构的运动方向及速度。

该动力源的工作过程是：首先根据负载的运动速度，当为多执行器工况时，根据各执行器的速度和，按泵的最大排量确定电动机的转速，并将这一设定值提供给电动机的转速控制器3，当系统压力低于液压泵的设定值，通过检测到的系统压力值和液压泵的排量，根据泵的泄露特性，对泵的转速进行修正。当系统处于最高压力时，通过同时改变泵的排量和转速来适应负载所需流量。当泵的输出功率超过电动机的功率设定值后，转速控制器就会自动降低电动机的转速，限制液压泵的输出功率。当所有执行器都不工作时，控制泵的转速为某一最低值，系统处于低能耗工作状态。这时如果某个执行器突然启动，为了满足动态特性的要求，可以通过控制电磁阀5使蓄能器打开，补充流量。

五、具体实施方式

实施方式1：

在图1所示的实施方案中，液压泵1采用机械控制的先导结构恒压变量泵，电动机2采用交流异步电动机，电机转速控制器3选用矢量控制方式的变频器，蓄能器选用皮囊式的结构，电磁阀5选用10通经的2位二通电磁阀，压力传感器选测量范围为0-35MPa，并集成有前置放大级。位移传感器7选用差动变压器原理，控制器8由单片计算器构成。

实施方式2：

本实施方式与实施方式1的区别是将方式1中机械控制的恒压变量泵改为电子比例控制的恒压变量泵，电机转速控制器3选用软启动器，其余部分一致。

实施方式3：

本实施方式与实施方式1的区别是将方式1中采用的交流异步电动机改为交流伺服电机，其余部分一致。

Claims

1、一种低空转能耗液压动力源，它包含有液压泵1、电动机2、蓄能器4、电磁阀5、其特征是液压泵1为恒压式的变量液压泵，并增设了电机转速控制器3、压力传感器6、位移传感器7和控制器8；压力传感器6安装在连接泵出口的液压管道9中，检测系统的实际压力，并将其转换为电信号输入到控制器8中；位移传感器7安装在液压泵1中，检测泵变量机构的摆角，并将其值转换为电信号输入到控制器8中；蓄能器通过液压管路9、10连接到液压泵1的出口，在液压管路9和10之间装有电磁阀5控制蓄能器的通断；控制器8根据执行器控制阀11、12、13的流量要求，给出控制电机转速的指令信号U_f到电机转速控制器3中，并用接收到的压力传感器6和位移传感器7的信号，对转速设定值进行修正；转速控制器3控制电机的转速和功率。比例阀11、方向阀12、13用于控制执行器的运动方向和速度，系统中执行器可以是1个、2个、或者是多个。

2、根据权利要求1所述的低空转能耗液压动力源，其特征是液压泵1是机械控制人工调整的恒压式变量泵、或者是用电信号自动调整的电液比例恒压变量泵。

3、根据权利要求1所述的低空转能耗液压动力源，其特征是电动机2是交流异步电机、交流伺服电机、或者是关磁阻电机。

4、根据权利要求1所述的低空转能耗液压动力源，其特征是电机转速控制器3是可连续控制电机转速的变频器、控制电机只有几个固定转速级别的控制器，或者是软启动装置。