CN204371806U

CN204371806U - 一种单泵双执行器的液压装置

Info

Publication number: CN204371806U
Application number: CN201420757839.5U
Authority: CN
Inventors: 林添良; 叶月影; 任好玲; 付胜杰; 黄伟平; 缪骋
Original assignee: Huaqiao University
Current assignee: Huaqiao University
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2024-12-04

Abstract

本实用新型一种单泵双执行器的液压装置，涉及定量泵负载敏感的液压装置。其包括驱动电机、定量泵、第一驱动油缸、第二驱动油缸、第一发电机、第二发电机、第一发电机控制器、第二发电机控制器、逆变器、第一液压马达、第二液压马达、第一比例方向阀、第二比例方向阀、第一梭阀、第二梭阀、第三梭阀、压力补偿阀、第一压差传感器、第二压差传感器、程序控制器等，本装置采用液压马达和发电机作为比例方向阀控制节流阀口的前后压差的调节单元，把传统消耗在定差减压阀阀口的节流损耗转换成电能储存在电量储存单元中，解决了在不同执行器工作压力差别较大时大量能量消耗在工作压力较小的执行器的定差减压阀阀口上的不足之处。

Description

一种单泵双执行器的液压装置

技术领域

本实用新型涉及一种定量泵负载敏感的液压装置。

背景技术

现有定量泵负载敏感系统主要通过梭阀获得系统中多个执行器的负载最大压力，并作用在定量泵出口的压力补偿器，使得定量泵的出口压力仅比负载最大压力大于某个较小的压差，实现定量泵输出压力与系统所需的负载最大压力的动态匹配。一种典型的负载敏感型单泵双执行器的液压装置的结构，如图1所示。驱动电机1的转轴与定量泵2的主轴同轴连接。定量泵2的进口201接油箱20，定量泵2的出口202分三路：第一路接压力补偿器10的进油口1001；第二路接第一定差减压阀11的进油口11P；第三路接第二定差减压阀12的进油口12。压力补偿器10的出油口1002接油箱20。

第一比例换向阀4的进油口4P与第一定差减压阀11的出口1101相连，第一比例换向阀4的出油口4T接油箱20。第一比例换向阀4的第一工作油口4A分别与第一梭阀5的第一进油口5A1、第一驱动油缸3的无杆腔301相连，第一比例换向阀4的第二工作油口4B分别与第一梭阀5的第二进油口5A2、第一驱动油缸3的有杆腔302相连。第一驱动油缸3与第一比例换向阀4组成该液压系统中的第一执行器，第一梭阀5是该第一执行器负载压力的检测单元。

第二比例换向阀7的进油口7P与第二定差减压阀12的出口1201相连，第二比例换向阀7的出油口7T接油箱20。第二比例换向阀7的第一工作油口7A分别与第二梭阀8的第一进油口8A1、第二驱动油缸6的无杆腔601相连，第二比例换向阀7的第二工作油7B分别与第二梭阀8的第二进油口8A2、第二驱动油缸6的有杆腔602相连。第二驱动油缸6和第二比例换向阀7组成该液压系统中的第二执行器，第二梭阀8是该第二执行器负载压力的检测单元。

第三梭阀9的第一进油口9A1分别与第一梭阀5的出油口503和第一定差减压阀11的弹簧腔的控制油口11L相连，第三梭阀9的第二进油口9A2分别与第二梭阀8的出油口803和第二定差减压阀12的弹簧腔的控制油口12L相连，第三梭阀9的出油口903与压力补偿器10的弹簧腔的控制油口1003相连。第三梭阀9是两个执行器负载最大压力的检测单元。

该单泵双执行器的液压装置在工作时：驱动电机1带动定量泵2将油箱20中的液压油抽出，通过两个定差减压阀分别向两个执行器供油并提供这两个执行器需要的工作压力；第一驱动油缸3与第一比例换向阀4组成该液压装置中的第一执行器；对第一比例换向阀4的两个控制阀口4K1、4K2进行操作，可以使定量泵2通过第一定差减压阀11供给第一比例换向阀4进油口4P的液压油通过其第一工作油口4A进入第一驱动油缸3的无杆腔301，同时，第一驱动油缸3有杆腔302内原有的部分液压油通过第一比例换向阀3的第二工作油口3B和出油口3T返回油箱20；或者使定量泵2通过第一定差减压阀4供给第一比例换向阀4进油口4P的液压油通过其第一工作油口4B进入第一驱动油缸3的有杆腔302，同时，第一驱动油缸3无杆腔301内原有的部分液压油通过第一比例换向阀4的第一工作油口4A和出油口4T返回油箱20；从而改变第一驱动油缸3内无杆腔301和有杆腔302的体积比，使第一驱动油缸3内的活塞303做轴向的移动。

第二驱动油缸6和第二比例换向阀7组成该液压装置中的第二执行器；对第二比例换向阀7的两个控制阀口7K1、7K2进行操作，可以使定量泵2通过第二定差减压阀12供给第二比例换向阀7进油口7P的液压油通过其第一工作油口7A进入第二驱动油缸6的无杆腔601，同时，第二驱动油缸6有杆腔602内原有的部分液压油通过第二比例换向阀7的第二工作油口7B和出油口7T返回油箱20；或者使定量泵2通过第二定差减压阀12供给第二比例换向阀7进油口7P的液压油通过其第二工作油口7B进入第二驱动油缸6的有杆腔602，同时，第二驱动油缸6无杆腔601内原有的部分液压油通过第二比例换向阀7的第一工作油口7A和出油口7T返回油箱20；从而改变第二驱动油缸6内无杆腔601和有杆腔602的体积比，使第二驱动油缸6内的活塞603做轴向的移动。

在第一驱动油缸3和第二驱动油缸6工作的过程中，第一梭阀5动态地检测出第一驱动油缸3承担的负载压力，并通过其出油口503将此负载压力传递给第一定差减压阀11的弹簧腔的控制油口11L和第三梭阀9的第一进油口9A1；第一定差减压阀11受到此负载压力的控制，使其出口1101以适当的流量向第一比例换向阀4的进油口4P供给液压油。第二梭阀8动态地检测出第二驱动油缸6承担的负载压力，并通过其出油口803将该负载压力传递给第二定差减压阀12的弹簧腔的控制油口12L和第三梭阀9的第二进油口9A2；第二定差减压阀12受到第二驱动油缸6负载压力的控制，使其出口1201以适当的流量向第二比例换向阀7的进油口7P供给液压油。第三梭阀9获得第一驱动油缸3的负载压力和第二驱动油缸6的负载压力，并取其中较大者作为系统当前所需负载最大压力pmax，第三梭阀9的出油口903将该负载最大压力pmax作用在压力补偿器10的弹簧腔的控制油口1003，由于压力补偿阀10的进油口1001的压力比该负载最大压力pmax大一个由其弹簧预先设定的压差△p1，所以定量泵2出油口202的出口压力仅比系统当前负载最大压力pmax大某个较小的压差△p1，实现了定量泵2输出压力与系统所需的负载最大压力的动态匹配。

然而，在该装置运行中，由于不同执行器所需的工作压力不同，定量泵2的出口压力由最大负载压力决定，工作压力较小的那个执行器所需的工作压力与定量泵2的出口压力存在压差，必须通过工作压力较小的那个执行器的定差减压阀的阀口平衡上述的压差。因此其本质是通过节流损耗来实现压力差的平衡，导致定量泵负载敏感系统的能量利用率仍然不高，尤其是在不同执行器的工作压力差别较大时。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种单泵双执行器的液压装置，它可以回收工作压力较小的那个执行器与定量泵2的出口压力之间压差所对应的能量，提高能量利用率。

本实用新型的技术方案是：一种单泵双执行器的液压装置，其中，驱动电机与定量泵同轴连接；定量泵的进口接油箱，定量泵的出口接压力补偿器的进油口；压力补偿器的出油口接油箱；第一比例换向阀的出油口接油箱，第一比例换向阀的第一工作油口分别接第一梭阀的第一进油口、第一驱动油缸的无杆腔，第一比例换向阀的第二工作油口分别接第一梭阀的第二进油口、第一驱动油缸的有杆腔；第二比例换向阀的出油口接油箱，第二比例换向阀的第一工作油口分别接第二梭阀的第一进油口、第二驱动油缸的无杆腔，第二比例换向阀的第二工作油口分别接第二梭阀的第二进油口、第二驱动油缸的有杆腔；第三梭阀的第一进油口接第一梭阀的出油口，第三梭阀的第二进油口接第二梭阀的出油口，第三梭阀的出油口接压力补偿器的弹簧腔的控制油口；它还有第一液压马达、第一发电机、第一发电机控制器、第二液压马达、第二发电机、第二发电机控制器、程序控制器、电量储存单元、逆变器、第一压差传感器和第二压差传感器；定量泵的出口分别接第一液压马达的进油口和第二液压马达的进油口；第一比例换向阀的进油口分别接第一液压马达的出口和第一压差传感器的第一进油口；第二比例换向阀的进油口分别接第二液压马达的出口和第二压差传感器的第一进油口；电量储存单元分别与逆变器的直流电源输入端口、第一发电机控制器的直流电源端口、第二发电机控制器的直流电源端口相连；逆变器的交流电源输出端口与驱动电机成电性连接；第一发电机控制器的交流电源端口与第一发电机成电性连接，第二发电机控制器的交流电源端口与第二发电机成电性连接；程序控制器的第一信号输入端口接第一压差传感器的信号输出端口，程序控制器的第二信号输入端口接第二压差传感器的信号输出端口，程序控制器的第一控制输出端口接第一发电机控制器的控制输入端口，程序控制器的第二控制输出端口连接第二发电机控制器的控制输入端口。

本实用新型单泵双执行器的液压装置，采用新能源汽车领域创新的发电机节能技术与液压马达组合，用发电机与液压马达组合代替了传统的定差减压阀调节，即采用容积调节代替了传统的节流调节。当两个执行器的工作压力不同时，把液压泵出口压力与负载较小的执行器之间的压差通过相应的液压马达和发电机，以及发电机控制器转换成电能储存在电量储存单元，使得相应比例换向阀的前后压差仅为一个用于调节流量所需较小的压差，在保证比例控制的同时降低了能量损耗。

附图说明

图1为一种现有单泵双执行器的液压装置的结构示意图。

图2为本实用新型单泵双执行器的液压装置一个实施例的结构示意图。

图3为图2实施例中第一比例换向阀的前后压差控制原理示意图。

图中：1，驱动电机；2，定量泵；3，第一驱动油缸；4，第一比例换向阀；

5，第一梭阀；6，第二驱动油缸；7，第二比例换向阀；8，第二梭阀；

9，第三梭阀；10，压力补偿阀；11，第一定差减压阀；12，第二定差减压阀；13，第一液压马达；14，第一发电机；15，第一发电机控制器；

16，第二液压马达；17，第二发电机；18，第二发电机控制器；

20，油箱；30，程序控制器，40，电量储存单元；41，逆变器；

50，第一压差传感器；60，第二压差传感器。

具体实施方式

一、实施例一

本实用新型单泵双执行器的液压装置的结构，请参看图2。该装置包括驱动电机1、定量泵2、第一驱动油缸3、第一比例换向阀4、第一梭阀5、第二驱动油缸6、第二比例换向阀7、第二梭阀8、第三梭阀9、压力补偿阀10、第一液压马达13、第一发电机14、第一发电机控制器15、第二液压马达16、第二发电机17、第二发电机控制器18、油箱20、程序控制器30、电量储存单元40、逆变器41、第一压差传感器50和第二压差传感器60。其中，发电机控制器是新能源汽车发展进程中出现的具有能量双向流动功能的交/直流转换设备，例如具有整流功能并可在数字信号处理器(Digital SignalProcessing)控制下运行的IGBT功率模块，在电机作为发电机工作时，发电机控制器将发电机发出的交流电能转化为直流电能送到储能电容或蓄电池之类的电量储存单元40中储存起来。程序控制器30可以采用已知的可编程控制器(PLC)或数字信号处理器(DSP)或工控器。

驱动电机1的转轴与定量泵2的转轴同轴机械相连；第一液压马达13的转轴与第一发电机14的转轴同轴机械相连；第二液压马达16的转轴与第二发电机17的转轴同轴机械相连。

定量泵2的进口201接油箱20。定量泵2的出口202分三路：第一路接压力补偿器10的进油口1001；第二路接第一液压马达13的进油口1301；第三路接第二液压马达16的进油口1601。压力补偿器10的出油口1002接油箱20。

第一比例换向阀4的进油口4P分别与第一液压马达13的出口1302和第一压差传感器50的第一进油口50A1相连，第一比例换向阀4的出油口4T接油箱20。第一比例换向阀4的第一工作油口4A与第一梭阀5的第一进油口5A1、第一驱动油缸3的无杆腔301相连，第一比例换向阀4的第二工作油口4B分别与第一梭阀5的第二进油口5A2、第一驱动油缸3的有杆腔302相连。第一压差传感器50的第二进油口50A2与第一梭阀5的出油口503相连。

第二比例换向阀7的进油口7P分别与第二液压马达16的出口1602和第二压差传感器60的第一进油口60A1相连，第二比例换向阀7的出油口7T接油箱20。第二比例换向阀7的第一工作油口7A与第二梭阀8的第一进油口8A1、第二驱动油缸6的无杆腔601相连，第二比例换向阀7的第二工作油7B与第二梭阀8的第二进油口8A2、第二驱动油缸6的有杆腔602相连。第二压差传感器60的第二进油口60A2与第二梭阀8的出油口803相连。

第三梭阀9的第一进油口9A1与第一梭阀5的出油口503相连，第三梭阀9的第二进油口9A2与第二梭阀8的出油口803相连，第三梭阀9的出油口903与压力补偿器10的弹簧腔的控制油口1003相连。

电量储存单元40分别与逆变器41的直流电源输入端口4101、第一发电机控制器15的直流电源端口1501、第二发电机控制器18的直流电源端口1801相连。逆变器41的交流电源输出端口4102与驱动电机1成电性连接。第一发电机控制器15的交流电源端口1502与第一发电机14成电性连接，第二发电机控制器18的交流电源端口1802与第二发电机17成电性连接。

程序控制器30的第一信号输入端口3001连接第一压差传感器50的信号输出端口5003；程序控制器30的第二信号输入端口3002连接第二压差传感器60的信号输出端口6003。程序控制器30的第一控制输出端口3003连接第一发电机控制器15的控制输入端口1503，程序控制器30的第二控制输出端口3004连接第二发电机控制器18的控制输入端口1803。

本实用新型单泵双执行器的液压装置的具体工作原理如下：

电量储存单元40通过逆变器41向驱动电机1供电。驱动电机1带动定量泵2将油箱20中的液压油抽出，向整个液压系统供油并提供该液压系统需要的工作压力。

第一驱动油缸3与第一比例换向阀4组成该液压系统中的第一执行器；对第一比例换向阀4的两个控制阀口4K1、4K2进行操作，可以使定量泵2通过第一液压马达13供给第一比例换向阀4进油口4P的液压油通过其第一工作油口4A进入第二驱动油缸3的无杆腔301，同时，第一驱动油缸3有杆腔302内原有的部分液压油通过第一比例换向阀4的第二工作油口4B和出油口4T返回油箱20；或者使定量泵2通过第一液压马达13供给第一比例换向阀4进油口4P的液压油通过其第一工作油口4B进入第一驱动油缸3的有杆腔302，同时，第一驱动油缸3无杆腔301内原有的部分液压油通过第一比例换向阀4的第一工作油口4A和出油口4T返回油箱20；从而改变第一驱动油缸3内无杆腔301和有杆腔302的体积，使第一驱动油缸3内的活塞303做轴向的移动。

第二驱动油缸6和第二比例换向阀7组成该液压系统中的第二执行器；对第二比例换向阀7的两个控制阀口7K1、7K2进行操作，可以使定量泵2通过第二液压马达16供给第二比例换向阀7进油口7P的液压油通过其第一工作油口7A进入第二驱动油缸6的无杆腔601，同时，第二驱动油缸6有杆腔602内原有的部分液压油通过第二比例换向阀7的第二工作油口7B和出油口7T返回油箱20；或者使定量泵2通过第二液压马达16供给第二比例换向阀7进油口7P的液压油通过其第二工作油口7B进入第二驱动油缸6的有杆腔602，同时，第二驱动油缸6无杆腔601内原有的部分液压油通过第二比例换向阀7的第一工作油口7A和出油口7T返回油箱20；从而改变第二驱动油缸6内无杆腔601和有杆腔602的体积，使第二驱动油缸6内的活塞603做轴向的移动。

先看本实用新型单泵双执行器的液压装置的压力敏感调节功能。

在第一驱动油缸3和第二驱动油缸6工作的过程中，第一梭阀5动态地检测出第一驱动油缸3承担的负载压力，并通过其出油口503将此负载压力传递给第三梭阀9的第一进油口9A1；第二梭阀8动态地检测出第二驱动油缸6承担的负载压力，并通过其出油口803将该负载压力传递给第三梭阀9的第二进油口9A2；第三梭阀9获得以上两个负载压力，并取其中较大者作为系统当前所需负载最大压力pmax，第三梭阀9的出油口903将负载最大压力pmax作用在压力补偿器10的弹簧腔的控制油口1003，由于压力补偿阀10的进油口1001的压力比该负载最大压力pmax大一个由其弹簧预先设定的压差△p1，所以定量泵2出油口202的出口压力仅比系统当前负载最大压力pmax大某个较小的压差△p1，实现了定量泵2输出压力与系统所需的负载最大压力的动态匹配。

再看本实用新型单泵双执行器的液压装置的比例换向阀前后压差控制功能(以第一比例换向阀4为例)。

第一比例换向阀4的控制规则如图3所示，具体如下：

根据控制要求由人为设定第一比例换向阀4进油口4P与第一工作油口4A及第二工作油口4B之间的目标压差△p2(也就是规定第一压差传感器50的第一进油口50A1与第二进油口50A2的压差△p2)，比如1MPa。

本装置运行中，目标压差△p2自动输入程序控制器30内部的比例积分控制器(简记为PI)。程序控制器30通过对第一压差传感器50输出的压力差信号进行采集和数据处理，获得第一比例换向阀4的阀口4P-4A(或阀口4P-4B)的实际压差数据，作为程序控制器30内部PI的反馈输入；

程序控制器30通过其内部的PI和限幅单元产生控制第一发电机控制器15的目标信号，通过第一发电机控制器15调整第一发电机14的转速，由此调节第一液压马达13的转速，进而改变了第一比例换向阀4的进油口4P的压力，从而将第一比例换向阀4的控制阀口的前后压差(即进油口4P与第一工作油口4A的压差及进油口4P与第二工作油口4B的压差中数值较大者)的数值调整为与目标压差△p2的数值相同。

同理，第二发电机17和第二液压马达16对第二比例换向阀7前后压差的控制过程，也与以上所述类似。不再赘述。

最后说说本实用新型单泵双执行器的液压装置的节能原理。

1)假设压差补偿器10的弹簧设定对应的压差△p1为2MPa；某一时刻第一驱动油缸3的负载压力(驱动压力)p1为5MPa,第二驱动油缸6的负载压力(驱动压力)p2为15MPa；

2)第三梭阀9通过第一梭阀5和第二梭阀8获得系统当前负载最大压力pmax为15MPa；

3)第三梭阀9的输出通过压力补偿器5使得定量泵2的出口压力pz仅比负载最大压力pmax大△p1，即为17MPa；

4)程序控制器30通过第一发电机控制器15和第一压差传感器50对第一发电机14和第一液压马达13进行控制，使得第一比例换向阀4的前后压差△pb1为1MPa,因此第一液压马达13的两端压差为△pm1＝pz–p1-△pb1＝11MPa；该压差使第一液压马达13和第一发电机14以相应的转速进行转动，这时第一发电机14进入交流发电机工作状态，相应地第一发电机控制器15切换到交流-直流的变送器工作状态，将第一发电机14发出的交流电能转化成直流电能储存在电量储存单元40中。

传统的负载敏感液压系统中，这11MPa的压差消耗在第一定差减压阀11的阀口上，转换成热量发散出去。而在本实用新型单泵双执行器的液压装置中，这11MPa的压差通过第一液压马达13、第一发电机14和第一发电机控制器15转成电能储存在电量储存单元6中，可以重新通过驱动电机1释放出来驱动定量泵2。

依据相同的原理，当第一油压缸3的负载压力高于第二油压缸6的负载压力时，第二液压马达16上的压差将使第二液压马达16和第二发电机17以相应的转速进行转动，这时第二发电机17进入交流发电机工作状态，相应地第二发电机控制器18切换到交流-直流的变送器工作状态，将第二发电机17发出的交流电能转化成直流电能储存在电量储存单元40中。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例，不以此限定本实用新型实施的范围，依本实用新型的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本实用新型涵盖的范围。

Claims

1.一种单泵双执行器的液压装置，其中，驱动电机与定量泵同轴连接；定量泵的进口接油箱，定量泵的出口接压力补偿器的进油口；压力补偿器的出油口接油箱；第一比例换向阀的出油口接油箱，第一比例换向阀的第一工作油口分别接第一梭阀的第一进油口、第一驱动油缸的无杆腔，第一比例换向阀的第二工作油口分别接第一梭阀的第二进油口、第一驱动油缸的有杆腔；第二比例换向阀的出油口接油箱，第二比例换向阀的第一工作油口分别接第二梭阀的第一进油口、第二驱动油缸的无杆腔，第二比例换向阀的第二工作油口分别接第二梭阀的第二进油口、第二驱动油缸的有杆腔；第三梭阀的第一进油口接第一梭阀的出油口，第三梭阀的第二进油口接第二梭阀的出油口，第三梭阀的出油口接压力补偿器的弹簧腔的控制油口；其特征在于：它还有第一液压马达、第一发电机、第一发电机控制器、第二液压马达、第二发电机、第二发电机控制器、程序控制器、电量储存单元、逆变器、第一压差传感器和第二压差传感器；定量泵的出口分别接第一液压马达的进油口和第二液压马达的进油口；第一比例换向阀的进油口分别接第一液压马达的出口和第一压差传感器的第一进油口；第二比例换向阀的进油口分别接第二液压马达的出口和第二压差传感器的第一进油口；电量储存单元分别与逆变器的直流电源输入端口、第一发电机控制器的直流电源端口、第二发电机控制器的直流电源端口相连；逆变器的交流电源输出端口与驱动电机成电性连接；第一发电机控制器的交流电源端口与第一发电机成电性连接，第二发电机控制器的交流电源端口与第二发电机成电性连接；程序控制器的第一信号输入端口接第一压差传感器的信号输出端口，程序控制器的第二信号输入端口接第二压差传感器的信号输出端口，程序控制器的第一控制输出端口接第一发电机控制器的控制输入端口，程序控制器的第二控制输出端口连接第二发电机控制器的控制输入端口。