CN2549245Y - 将升压与降压增流合为一体的开关液压源 - Google Patents

Abstract

一种将升压与降压增流合为一体的开关液压源。在液压总线供油路上串接第一高速开关阀、液感元件、第一单向阀，第二单向阀、第二高速开关阀、液容元件分别跨接在液压总线供油路和液压总线回油路上，第二单向阀的输出端和第一高速开关阀的输出端、液感元件的输入端连接，第二高速开关阀的输入端和液感元件的输出端、第二单向阀的输入端连接，液容元件的输入端和第一单向阀的输出端连接。本实用新型可以通过对脉宽调制波占空比的控制，输出所需的压力值，并为执行器提供与其消耗功率相适应的流量，可同时适应升压和降压增流两种截然不同工作原理的工况，达到最佳节能效果。

Description

将升压与降压增流合为一体的开关液压源

                          技术领域

本实用新型涉及增压器或液体压力转换器。

                          背景技术

液压系统最大的优势之一在于其多执行器特性，即可以由单个液压泵供油，同时驱动多路执行器动作。

目前大部分工矿、冶金、钢铁等企业的生产线液压系统均采用液压总线的供油方式：由泵站输出一路压力油管、一路控制油、一路回油和一路泄漏油，所有的液压执行器控制单元均挂在该液压总线上。由于液压总线上的供油压力为恒定，因而要求各执行器的负载与供油压力相适应，或者需要通过一个减压阀(将液压总线上的供油压力降低到与该执行器负载相适应)再将执行器挂到液压总线上。由于无法实现升压以及降压增流，普遍存在泵站输出压力高、各执行器的结构尺寸受执行器供油压力的限制、减压阀上节流损失大等问题。

大型工程机械的液压系统大多也采用单泵供油驱动多个执行器协调动作的方式。虽然可以通过负载敏感等方式实现泵的输出压力与最高负载压力相适应，但同样存在无法实现升压以及降压增流的问题，因而对于非最高负载压力联执行器件来说，在控制阀上的节流损失仍然很大，能量浪费严重。

普通的升压型和降压型开关液压源由于只能实现升压或降压增流，因而不能适应同时和降压增流要求的场合。

                          发明内容

本实用新型的目的是设计一种将升压与降压增流合为一体的开关液压源，将开关源的输入端直接挂在液压总线上，通过高速开关方式加以升压或降压增流，最终输出与各执行器需求相适应的压力和流量。

本实用新型采用的技术方案如下：它包括两个高速开关阀，液感元件，两个单向阀，液容元件；在液压总线供油路上串接第一高速开关阀、液感元件、第一单向阀，第二单向阀、第二高速开关阀、液容元件分别跨接在液压总线供油路和液压总线回油路上，第二单向阀的输入端和第一高速开关阀的输出端、液感元件的输入端连接，第二高速开头阀的输入端和液感元件的输出端、第二单向阀的输入端连接，液容元件的输入端和第一单向阀的输出端连接。

本实用新型为两只高速开关阀同步提供周期为T，占空比(通电时间与周期之比)为D的脉宽调制波。当高速开关阀断电(油路通)时，液感元件的输入端通液压总线的供油压力，输出端通回油，液感在液压总线供油压力的作用下加速，储存能量；当高速开关阀通电(油路断)时，液感元件的输入端通过单向阀从带背压的回油管路中吸油，输出端通过单向阀向执行器供油，由于输出压力高于液压总线的回油压力，液感在液压总线反向压力差的作用下减速，释放所储存的能量；从而实现开关液压源的升压和降压增流。液容元件用来进行滤波，减小因高速开关引起的输出压力纹波。

本实用新型具有的有益的效果是：可以通过对脉宽调制波占空比的控制，输出所需的压力值，并为执行器提供与其消耗功率(不是流量！)相适应的流量，可同时适应升压和降压增流两种截然不同工作原理的工况，达到最佳节能效果。

                          附图说明

附图是本实用新型的结构原理示意图。

                        具体实施方式

如附图所示，它包括两个高速开关阀1、5，液感元件2，两个单向阀3、4，液容元件6；在液压总线供油路A上串接第一高速开关阀1、液感元件2、第一单向阀3，第二单向阀4、第二高速开关阀2、液容元件6分别跨接在液压总线供油路A和液压总线回油路B上，第二单向阀4的输出端和第一高速开关阀1的输出端、液感元件2的输入端连接，第二高速开头阀5的输入端和液感元件2的输出端、第二单向阀3的输入端连接，液容元件6的输入端和第一单向阀3的输出端连接。

图中p₁表示液压总线的供油压力，T表示液压总线的回油压力；

p₂表示开关液压源的输出压力，由于它同时又是液容两端的压力，因而该压力不能突变；

Q_i表示流过液感元件的流量，该流量不能突变；

p₃表示液感输入端的压力，该压力随着高速开关阀的高速切换不断地在液压总线供油压力和回油压力之间切换；

p₄表示液感输出端的压力，该压力随着高速开关阀的高速切换不断地在最高输出压力和回油压力之间切换；

Q₁表示流过高速开关阀1的流量，该流量也随着高速开关阀1的高速切换不断地在Q_i和零之间切换；

Q₃表示流过高速开关阀5的流量，该流量也随着高速开关阀5的高速切换不断地在Q_i和零之间切换；

Q₂和Q₄分别表示开关液压源的输出流量和流过液容的流量，这两个流量的和在高速开关阀5切断时等于流过液感的流量Q_i，在高速开关阀2接通时等于零。

高速开关阀1和高速开关阀5同步打开或关闭。如果液容元件6和液感元件2的内泄漏、磨擦以及液容元件的质量可以忽略，并假设高速开关阀1、5和单向阀3、4为理想元件(启闭过程的节流损失为零)，高速开关阀的脉宽调制波周期为T，占空比(通电时间与周期之比)为D，则开关液压源的输出压力p₂与液压总线的输入压力成正比，与断电时间和通电时间之比成正比；液压总线的输入平均流量  与系统的输出流量成正比，与断电时间和通电时间之比成正比；通过液感元件的流量与输出流量成正比，与占空比成反比。即：

                       p₂＝(1-D)p₁/D $\stackrel{\‾}{Q_1}=(1-D)Q_2/D$

                       Q_i＝Q₂/D从而实现开关液压源的升压和降压增流。同时，输出压力p₂的波动幅值与输出流量成正比，与液容的容值C成反比，与脉宽调制波的周期成正比，与断电时间和通电时间之比成正比。即： $p_{2\max }-p_{2\min }=\frac{Q_2}{C}\frac{1-D}{D}T$

只要高速开关阀和单向阀动态性能接近于理想的高速开关阀和单向阀，开关液压源的压力变换效率可达100％，即输出功率等于输入功率，实现液压系统的无损升压。

附图中所说的液感元件[2]只要通过该元件的流量与其两端的压差有近似于下式所述的关系，就可以作为开关液压源中的敏感元件，用下式表示： $\mathrm{\Δp}=L\frac{d{Q}_1}{\mathrm{dt}}$

式中：Δp-液感元件两端的压差；

      L-液感值，量纲为[MPa/(L/min)]·s；

s-秒；

-通过液感元件的流量的变化率；

具有近似于上式所述关系的液感元件为由一个高速液压马达和一个与液压马达输出轴直接相连的飞轮组成的驱动大惯量负载的液压马达。

附图中所说的液容元件[4]只要其两端的压差与通过该元件的流量有近似于下式所述的关系，就可以作为开关液压源中的液容元件，用下式表示： $Q_4=C\frac{d\left(\mathrm{\Δ}{p}_2\right)}{\mathrm{dt}}$

其中：Q₄-通过液容元件的流量；

      C-液容值，量纲为[(L/min)/MPa]·s；

      s-秒；

      

-液容元件两端压差的变化率；

具有近似于上式所述关系的液容元件为蓄能器、弹簧液压缸。

Claims (3)

1.将升压与降压增流合为一体的开关液压源，其特征在于：它包括两个高速开关阀[1]、[5]，液感元件[2]，两个单向阀[3]、[4]，液容元件[6]；在液压总线供油路[A]上串接第一高速开关阀[1]、液感元件[2]、第一单向阀[3]，第二单向阀[4]、第二高速开关阀[2]、液容元件[6]分别跨接在液压总线供油路[A]和液压总线回油路[B]上，第二单向阀[4]的输出端和第一高速开关阀[1]的输出端、液感元件[2]的输入端连接，第二高速开头阀[5]的输入端和液感元件[2]的输出端、第二单向阀[3]的输入端连接，液容元件[6]的输入端和第一单向阀[3]的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的将升压与降压增流合为一体的开关液压源，其特征在于：所说的液感元件[2]只要通过该元件的流量与其两端的压差有近似于下式所述的关系，就可以作为开关液压源中的敏感元件，用下式表示： $\mathrm{\Δp}=L\frac{d{Q}_1}{\mathrm{dt}}$

式中：Δp-感元件两端的压差；

      L-液感值，量纲为[MPa/(L/min)]·s；

      s-秒；

       -通过液感元件的流量的变化率；

具有近似于上式所述关系的液感元件为由一个高速液压马达和一个与液压马达输出轴直接相连的飞轮组成的驱动大惯量负载的液压马达。

3.根据权利要求1所述的将升压与降压增流合为一体的开关液压源，其特征在于：所说的液容元件[4]只要其两端的压差与通过该元件的流量有近似于下式所述的关系，就可以作为开关液压源中的液容元件，用下式表示： $Q_4=C\frac{d\left(\mathrm{\Δ}{p}_2\right)}{\mathrm{dt}}$

其中：Q₄-通过液容元件的流量；

      C-液容值，量纲为[(L/min)/MPa]·s；

      s-秒；

      

-液容元件两端压差的变化率；

具有近似于上式所述关系的液容元件为蓄能器、弹簧液压缸。

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