專利名稱：變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)及其控制方法，屬于液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液壓系統(tǒng)由于具有功率密度大的特點(diǎn)而被應(yīng)用到很多場合，但是液壓系統(tǒng)也同時(shí)存在著效率不高的缺點(diǎn)。在日益增長的能源危機(jī)下，液壓系統(tǒng)的節(jié)能研究正成為廣大科研人員關(guān)注的熱點(diǎn)。在眾多的液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)中，基于壓力共軌(Common Pressure Rail簡稱CPR) 的液壓系統(tǒng)近年來得到了快速的發(fā)展。壓力共軌液壓系統(tǒng)與電網(wǎng)相似，整個(gè)系統(tǒng)分成高壓和低壓兩個(gè)管路，高壓管路一般由恒壓變量泵和液壓蓄能器作為動(dòng)力源，低壓管路一般與油箱連接。液壓執(zhí)行元件以并聯(lián)的方式接入系統(tǒng)，因?yàn)閴毫曹壪到y(tǒng)高壓管路的壓力波動(dòng)較小，所以只需控制液壓執(zhí)行元件的排量就可完成對(duì)負(fù)載的控制，這種技術(shù)消除了傳統(tǒng)閥控液壓系統(tǒng)的節(jié)流損失，而且可以回收能量，所以效率較高且多個(gè)執(zhí)行元件之間干擾較小。但是，壓力共軌系統(tǒng)要求液壓執(zhí)行元件必須是可變排量的，對(duì)于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)負(fù)載的變量液壓泵/馬達(dá)已經(jīng)有成熟產(chǎn)品，而驅(qū)動(dòng)直線負(fù)載的液壓缸通常不能變量，從而限制了壓力共軌系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，尤其是一些具備周期工作性質(zhì)且有較大勢(shì)能回收潛力的工況。針對(duì)這個(gè)問題，液壓變壓器應(yīng)運(yùn)而生，通過在液壓缸前串接一個(gè)液壓變壓器可完成對(duì)液壓缸壓力的調(diào)整，它的最大特別之處在于配流盤結(jié)構(gòu)(如圖I所示)，由三個(gè)油口組成，分別與壓力共軌系統(tǒng)的高壓端，負(fù)載端以及壓力共軌系統(tǒng)的低壓端組成，通過改變配流盤的角度來調(diào)整CPR高壓端和負(fù)載端之間的壓力比，從而實(shí)現(xiàn)CPR高壓端的壓力對(duì)不同負(fù)載壓力的適應(yīng)?，F(xiàn)有的液壓變壓器一般通過軸向柱塞元件改造而成，但迄今為止，液壓變壓器仍然沒有廣泛的應(yīng)用，主要原因是液壓變壓器的效率較低。而造成現(xiàn)有的液壓變壓器效率低下的一個(gè)原因是軸向柱塞元件在不同轉(zhuǎn)速下的效率差別較大。在工作過程中，液壓變壓器由于不能變量導(dǎo)致為了滿足不同流量的需求而使轉(zhuǎn)速變化頻繁且經(jīng)常處在低效率區(qū)。申請(qǐng)?zhí)枮?00810137522. O的題名為“液壓缸控斜盤式柱塞液壓變壓器”的發(fā)明專利，結(jié)構(gòu)上類似于斜盤式軸向柱塞元件，可以借鑒斜盤式軸向柱塞元件的變量方法，使液壓變壓器能夠變量從而控制轉(zhuǎn)速工作在高效率區(qū)成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有液壓變壓器控制液壓缸系統(tǒng)效率低下的問題，提供一種變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)包括第一壓力傳感器和液壓蓄能器，它還包括電磁換向閥、位移傳感器、單出桿液壓缸、第二壓力傳感器、液控單向閥、變量液壓變壓器和控制器；
液壓蓄能器連通CPR高壓端，電磁換向閥的P 口、第一壓力傳感器以及變量液壓變壓器的A 口連通CPR高壓端；電磁換向閥的T 口連通CPR低壓端，電磁換向閥的T 口還同時(shí)連通單出桿液壓缸的上油口，電磁換向閥的A 口連通液控單向閥的控制油口，電磁換向閥的B 口堵死；單出桿液壓缸的下油口連通液控單向閥的出油口，單出桿液壓缸的下油口還連通第二壓力傳感器；液控單向閥的進(jìn)油口連通變量液壓變壓器的B 口 ；液壓變壓器的T口連通CPR低壓端；控制器的液壓缸目標(biāo)速度信號(hào)輸入端接收由手柄發(fā)出的速度信號(hào)；控制器的兩個(gè)壓力信號(hào)輸入端分別連接第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的壓力信號(hào)輸出端；控制器的位移信號(hào)輸入端連接位移傳感器的位移信號(hào)輸出端；控制器的兩個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出端分別連接電磁換向閥的兩個(gè)開關(guān)控制信號(hào)輸入端；控制器的角度信號(hào)輸出端一連接變量液壓變壓器的斜盤角度信號(hào)輸入端β工，控制器的角度信號(hào)輸出端二連接變量液壓變壓器的配流盤角度信號(hào)輸入端β2。
基于上述變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)的控制方法，具體過程為步驟一、控制器采集液壓缸速度控制手柄的目標(biāo)速度信號(hào)、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器的壓力信號(hào)以及位移傳感器的信號(hào)；步驟二、設(shè)定控制器有兩個(gè)目標(biāo)量一個(gè)是液壓缸的速度所對(duì)應(yīng)的輸出流量，另一個(gè)是參照軸向柱塞元件的轉(zhuǎn)速與效率關(guān)系表來確定的處在高效率區(qū)的液壓變壓器轉(zhuǎn)速；控制器的控制量主要包括變量液壓變壓器的斜盤角度、變量液壓變壓器的配流盤角度β2以及電磁換向閥的開關(guān)和方向，控制器通過協(xié)調(diào)^和02的耦合關(guān)系完成對(duì)目標(biāo)量的控制；步驟三、其中，當(dāng)速度信號(hào)向上時(shí)，電磁換向閥處于右位，變量液壓變壓器將CPR高壓端的壓力油經(jīng)變壓后通過液控單向閥傳到單出桿液壓缸下腔；當(dāng)速度信號(hào)向下時(shí)，電磁換向閥處于左位，變量液壓變壓器將單出桿液壓缸下腔的壓力油經(jīng)變壓后回收到CPR高壓端并儲(chǔ)存在液壓蓄能器中，完成重力勢(shì)能的回收。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用變量液壓變壓器的變排量和變壓功能，不僅可完成對(duì)單出桿液壓缸的速度控制，而且可以通過調(diào)整斜盤角度以及配流盤角度的耦合關(guān)系使液壓變壓器處于效率高的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，可有效的提高液壓變壓器的效率。通過加裝液控單向閥可以保證如圖所示的工況在停機(jī)狀態(tài)下保持位置穩(wěn)定，同時(shí)可以有效緩解單出桿液壓缸在向上運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)下由于壓力建立所需時(shí)間而導(dǎo)致的振蕩問題。另夕卜，利用液壓變壓器可以完成重力勢(shì)能回收并存儲(chǔ)在液壓蓄能器中，所以更有利于提高液壓系統(tǒng)效率。


圖I為液壓變壓器配流盤結(jié)構(gòu)圖，圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)，它包括第一壓力傳感器I和液壓蓄能器2，它還包括電磁換向閥
3、位移傳感器4、單出桿液壓缸5、第二壓力傳感器6、液控單向閥7、變量液壓變壓器8和控制器9;液壓蓄能器2連通CPR高壓端，同時(shí)，電磁換向閥3的P 口、第一壓力傳感器I以及變量液壓變壓器8的A 口連通CPR高壓端；電磁換向閥3的T 口連通CPR低壓端，電磁換向閥3的T 口還同時(shí)連通單出桿液壓缸5的上油口，電磁換向閥3的A 口連通液控單向閥7的控制油口，電磁換向閥3的B 口堵死；單出桿液壓缸5的下油口連通液控單向閥7的出油口，同時(shí)，單出桿液壓缸5的下油口連通第二壓力傳感器6。液控單向閥7的進(jìn)油口連通變量液壓變壓器8的B 口。液壓變壓器8的T 口連通CPR低壓端；控制器9的液壓缸目標(biāo)速度信號(hào)輸入端接收由手柄發(fā)出的速度信號(hào)；控制器9的兩個(gè)壓力信號(hào)輸入端分別連接第一壓力傳感器I和第二壓力傳感器6 的壓力信號(hào)輸出端；控制器9的位移信號(hào)輸入端連接位移傳感器4的位移信號(hào)輸出端；控制器9的兩個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出端分別連接電磁換向閥3的兩個(gè)開關(guān)控制信號(hào)輸入端;控制器9的角度信號(hào)輸出端一連接變量液壓變壓器8的斜盤角度信號(hào)輸入端β 1；控制器9的角度信號(hào)輸出端二連接變量液壓變壓器8的配流盤角度信號(hào)輸入端β 2。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為基于實(shí)施方式一所述變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)的控制方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)單出桿液壓缸的速度控制，具體過程為控制器9根據(jù)采集獲得的液壓缸速度控制手柄的目標(biāo)速度信號(hào)、第一壓力傳感器
I、第二壓力傳感器6的壓力信號(hào)以及位移傳感器4的信號(hào)組成閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。設(shè)定控制器9有兩個(gè)目標(biāo)量，一個(gè)是液壓缸的速度所對(duì)應(yīng)的輸出流量，另一個(gè)是參照軸向柱塞元件的轉(zhuǎn)速與效率關(guān)系表來確定的處在高效率區(qū)的液壓變壓器轉(zhuǎn)速，控制器9的控制量主要包括變量液壓變壓器8的斜盤角度β i、變量液壓變壓器8的配流盤角度β 2以及電磁換向閥3的開關(guān)和方向，控制器9通過協(xié)調(diào)^和β2的耦合關(guān)系完成對(duì)目標(biāo)量的控制，具體為首先調(diào)整P1處于最大值，再通過調(diào)整@2完成液壓變壓器對(duì)負(fù)載的適應(yīng)，然后根據(jù)液壓變壓器的實(shí)測效率表來調(diào)整β!使得液壓變壓器處于高效率區(qū)；當(dāng)速度信號(hào)向上時(shí)，電磁換向閥3處于右位，變量液壓變壓器8將CPR高壓端的壓力油經(jīng)變壓后通過液控單向閥7傳到單出桿液壓缸5下腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸向上的推動(dòng)；液控單向閥7可以保證如圖I所示的工況在靜止?fàn)顟B(tài)下保持位置穩(wěn)定，同時(shí)可以有效緩解單出桿液壓缸在向上運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)下由于壓力建立所需時(shí)間而導(dǎo)致的振蕩問題；當(dāng)速度信號(hào)向下時(shí)，電磁換向閥3處于左位，液控單向閥7的控制油口與壓力油接通從而控制液控單向閥7反向連通，變量液壓變壓器8將單出桿液壓缸5下腔的壓力油經(jīng)變壓后回收到CPR高壓端并儲(chǔ)存在液壓蓄能器中，完成重力勢(shì)能的回收；在以上兩個(gè)過程中，變量液壓變壓器8的轉(zhuǎn)速都被控制器9通過調(diào)整^和02的大小設(shè)定在高效率轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，從而避免了現(xiàn)有液壓變壓器由于轉(zhuǎn)速常處于低效率區(qū)而導(dǎo)致的整機(jī)效率較低問題。
權(quán)利要求
1.一種變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)，它包括第一壓力傳感器(I)和液壓蓄能器(2)，其特征在于它還包括電磁換向閥(3)、位移傳感器(4)、單出桿液壓缸(5)、第二壓力傳感器出)、液控單向閥(7)、變量液壓變壓器(8)和控制器(9)； 液壓蓄能器⑵連通CPR高壓端，電磁換向閥(3)的P 口、第一壓力傳感器⑴以及變量液壓變壓器(8)的A 口連通CPR高壓端；電磁換向閥(3)的T 口連通CPR低壓端，電磁換向閥⑶的T 口還同時(shí)連通單出桿液壓缸(5)的上油口，電磁換向閥(3)的A 口連通液控單向閥⑵的控制油口，電磁換向閥(3)的B 口堵死；單出桿液壓缸(5)的下油口連通液控單向閥(7)的出油口，單出桿液壓缸(5)的下油口還連通第二壓力傳感器(6);液控單向閥(7)的進(jìn)油口連通變量液壓變壓器(8)的B 口 ；液壓變壓器(8)的T 口連通CPR低壓端；控制器(9)的液壓缸目標(biāo)速度信號(hào)輸入端接收由手柄發(fā)出的速度信號(hào)；控制器(9)的兩個(gè)壓力信號(hào)輸入端分別連接第一壓力傳感器(I)和第二壓力傳感器(6)的壓力信號(hào)輸出端；控制器(9)的位移信號(hào)輸入端連接位移傳感器(4)的位移信號(hào)輸出端；控制器(9)的兩個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出端分別連接電磁換向閥(3)的兩個(gè)開關(guān)控制信號(hào)輸入端；控制器(9)的角度信號(hào)輸出端一連接變量液壓變壓器(8)的斜盤角度信號(hào)輸入端P1，控制器(9)的角度信號(hào)輸出端二連接變量液壓變壓器(8)的配流盤角度信號(hào)輸入端β2。
2.一種基于權(quán)利要求I所述變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述方法的具體過程為 步驟一、控制器(9)采集液壓缸速度控制手柄的目標(biāo)速度信號(hào)、第一壓力傳感器(I)、第二壓力傳感器出)的壓力信號(hào)以及位移傳感器(4)的信號(hào)； 步驟二、設(shè)定控制器(9)有兩個(gè)目標(biāo)量一個(gè)是液壓缸的速度所對(duì)應(yīng)的輸出流量，另一個(gè)是參照軸向柱塞元件的轉(zhuǎn)速與效率關(guān)系表來確定的處在高效率區(qū)的液壓變壓器轉(zhuǎn)速；控制器(9)的控制量主要包括變量液壓變壓器(8)的斜盤角度P1、變量液壓變壓器(8)的配流盤角度32以及電磁換向閥⑶的開關(guān)和方向，控制器(9)通過協(xié)調(diào)^和@2的耦合關(guān)系完成對(duì)目標(biāo)量的控制； 步驟三、其中，當(dāng)速度信號(hào)向上時(shí)，電磁換向閥(3)處于右位，變量液壓變壓器(8)將CPR高壓端的壓力油經(jīng)變壓后通過液控單向閥(7)傳到單出桿液壓缸(5)下腔；當(dāng)速度信號(hào)向下時(shí)，電磁換向閥⑶處于左位，變量液壓變壓器⑶將單出桿液壓缸(5)下腔的壓力油經(jīng)變壓后回收到CPR高壓端并儲(chǔ)存在液壓蓄能器中，完成重力勢(shì)能的回收。
全文摘要
變量液壓變壓器控制單出桿液壓缸系統(tǒng)及其控制方法，屬于液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有液壓變壓器控制液壓缸系統(tǒng)效率低下的問題。包括第一壓力傳感器(1)和液壓蓄能器(2)、電磁換向閥(3)、位移傳感器(4)、單出桿液壓缸(5)、第二壓力傳感器(6)、液控單向閥(7)、變量液壓變壓器(8)和控制器(9)；控制器(9)的控制量主要包括變量液壓變壓器(8)的斜盤角度β1、變量液壓變壓器(8)的配流盤角度β2以及電磁換向閥(3)的開關(guān)和方向，控制器(9)通過協(xié)調(diào)β1和β2的耦合關(guān)系完成對(duì)目標(biāo)量的控制。本發(fā)明利用變量液壓變壓器的變排量和變壓功能，可完成對(duì)單出桿液壓缸的速度控制，有效的提高液壓變壓器的效率。
文檔編號(hào)F15B21/08GK102829034SQ201210336380
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者姜繼海, 沈偉, 王克龍, 楊冠中, 劉成強(qiáng), 高麗新 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)