專利名稱：二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置的制作方法
技術領域：
二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，涉及到一種二次調節靜液傳動方法及系統。
背景技術：
二次調節靜液傳動技術一般定義是在恒壓網絡中對液壓泵/馬達無節流地進行閉環控制的液壓傳動技術。由于系統一般工作于壓力耦聯系統，在多數情況下被稱為CPS(Common Pressure System)、CPR(Common Pressure Rail)，或SCS(Secondary Controlled System)。該技術由于具有可多負載并聯、控制特性好、能實現系統制動動能和勢能的回收等優點而引起越來越多的關注，國外已將該技術應用于起重機械、車輛傳動、大型試驗臺等領域。
但是，工作于恒壓網絡的二次調節靜液傳動系統也存在著一些問題一是該系統在利用液壓蓄能器進行能量的回收和重新利用的過程中，存在著只能在較小范圍內允許壓力變化的恒壓網絡與需要在較大范圍內壓力變化的液壓蓄能器能量回收子系統之間的矛盾，限制了能量的回收與再利用；二是當系統介入不可變量的液壓執行元件(液壓油缸或定量液壓馬達)時，不能直接進行速度等參數的控制。要解決上述問題，一種方法是在系統中引入一種能量轉換元件(液壓變壓器)，目前國外的瑞典、德國和日本以及我國的浙江大學和哈爾濱工業大學等都在對此進行研究；另一種方法是根據負載特性要求，利用流量耦聯系統的特點，將二次調節技術與流量耦聯系統結合，建立二次調節流量耦聯靜液傳動系統。
發明內容
為了解決現有二次調節靜液傳動系統中存在的只能在較小范圍內允許壓力變化的恒壓網絡與需要在較大范圍內壓力變化的液壓蓄能器能量回收子系統之間的矛盾，本發明提供了一種二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置。
二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，它包括負載驅動液壓泵/馬達、電動機、蓄能液壓泵/馬達、控制油路組件、蓄能電液控制閥組件、液壓蓄能器組件、液壓油缸安全閥組件、液壓油缸、上限位傳感器、下限位傳感器、負載驅動電液控制閥組件和控制器，液壓油缸的活塞桿和外部重物負載連接，在所述液壓油缸的活塞桿的側面固定有一個上限位傳感器和下限位傳感器，所述上限位傳感器和所述下限位傳感器之間的距離等于所述液壓油缸的工作行程，所述上限位傳感器和所述下限位傳感器的電信號輸出端分別與控制器的控制信號輸入端連接；液壓油缸的一個輸油口分別和負載驅動液壓泵/馬達的輸油口、液壓油缸安全閥組件的油路輸入口連通，負載驅動液壓泵/馬達的出油口和外部油箱連通；負載驅動電液控制閥組件中的活塞桿和負載驅動液壓泵/馬達的斜盤連接；蓄能液壓泵/馬達的輸油口和液壓蓄能器組件的輸油口連通，所述蓄能液壓泵/馬達的出油口和外部油箱連通，所述蓄能液壓泵/馬達的斜盤和蓄能電液控制閥組件中的活塞桿連接；控制油路組件由液壓泵和溢流閥組成，所述溢流閥的油路輸入口與液壓泵的油路輸入口連通后，分別與負載驅動電液控制閥組件、蓄能電液控制閥組件的油路連通，所述溢流閥的油路輸出口和液壓泵的油路輸出口連通后與外部油箱連通；負載驅動液壓泵/馬達、蓄能液壓泵/馬達和控制油路組件中的液壓泵的傳動軸分別與電動機的輸出軸固定連接；負載驅動電液控制閥組件和蓄能電液控制閥組件的電信號控制端分別和控制器的控制信號輸出端連接。
本發明實現了系統重物勢能的回收和重新利用，從而達到節能的效果，減小了系統的裝機功率，降低了系統的能耗，節能效果能達到39％以上。可以廣泛應用于提升機系統、液壓抽油機系統等以重物提升方式進行作業的機械系統中。
圖1是具體實施方式
一所述的本發明的裝置的整體結構示意圖；圖2是具體實施方式
二所述的本發明的裝置的結構示意圖；圖3是本發明的電路結構示意圖。
實施方式具體實施方式
一本實施方式的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置由負載驅動液壓泵/馬達1、電動機2、蓄能液壓泵/馬達3、控制油路組件4、蓄能電液控制閥組件5、液壓蓄能器組件6、液壓油缸安全閥組件7、液壓油缸8、上限位傳感器9、下限位傳感器10、負載驅動電液控制閥組件12和控制器13組成。
液壓油缸8的活塞桿和外部重物負載11連接，在所述液壓油缸8的活塞桿的側面固定有上限位傳感器9和下限位傳感器10，所述上限位傳感器9和所述下限位傳感器10之間的距離等于所述液壓油缸8的工作行程，所述上限位傳感器9和所述下限位傳感器10的電信號輸出端分別與控制器13的控制信號輸入端連接；液壓油缸8的一個輸油口分別和負載驅動液壓泵/馬達1的輸油口、液壓油缸安全閥組件7的油路輸入口連通，負載驅動液壓泵/馬達1的出油口和外部油箱20連通；負載驅動電液控制閥組件12中的活塞桿和負載驅動液壓泵/馬達1的斜盤1-1連接；蓄能液壓泵/馬達3的輸油口和液壓蓄能器組件6的輸油口連通，所述蓄能液壓泵/馬達3的出油口和外部油箱20連通，所述蓄能液壓泵/馬達3的斜盤3-1和蓄能電液控制閥組件5中的活塞桿連接；控制油路組件4由液壓泵4-2和溢流閥4-1組成，所述溢流閥4-1的油路輸入口與液壓泵4-2的油路輸入口連通后，分別與負載驅動電液控制閥組件12、蓄能電液控制閥組件5的油路連通，所述溢流閥4-1的油路輸出口和液壓泵4-2的油路輸出口連通后與外部油箱20連通；負載驅動液壓泵/馬達1、蓄能液壓泵/馬達3和控制油路組件4中的液壓泵4-2的傳動軸分別與電動機2的輸出軸固定連接；負載驅動電液控制閥組件12和蓄能電液控制閥組件5的電信號控制端分別和控制器13的控制信號輸出端連接。
所述負載驅動電液控制閥組件12由負載驅動控制油缸12-1和負載驅動控制調節閥12-2組成，所述負載驅動控制油缸12-1的活塞桿與負載驅動液壓泵/馬達1的斜盤1-1連接，所述負載驅動控制調節閥12-2的兩個輸油口分別與負載驅動控制油缸12-1的兩個輸油口連通，所述負載驅動控制調節閥12-2的另兩個輸油口為負載驅動電液控制閥組件12的兩個輸油口，分別與控制油路組件4的出油口、外部油箱20連通，所述負載驅動控制調節閥12-2的電信號控制端與控制器13的控制信號輸出端連接。
所述蓄能電液控制閥組件5由蓄能控制油缸5-1和蓄能控制調節閥5-2組成，所述蓄能控制油缸5-1的活塞桿與蓄能液壓泵/馬達3的斜盤3-1連接，所述蓄能控制調節閥5-2的兩個輸油口分別與蓄能控制油缸5-1的兩個輸油口連通，所述蓄能控制調節閥5-2的另兩個輸油口為蓄能電液控制閥組件5的兩個輸油口，分別與控制油路組件4的出油口、外部油箱20連通。
所述負載驅動控制調節閥12-2和蓄能控制調節閥5-2可以是電磁換向閥、電液換向閥、電液伺服閥或者電液比例閥。
所述控制油路組件4為負載驅動電液控制閥組件12和蓄能電液控制閥組件5提供恒壓液壓源，以保證所述負載驅動電液控制閥組件12和蓄能電液控制閥組件5能夠正常工作。
液壓蓄能器組件6由液壓蓄能器6-1、蓄能截止閥6-2、蓄能器安全閥組件6-5組成，所述液壓蓄能器6-1的輸油口通過蓄能截止閥6-2與蓄能液壓泵/馬達3的輸油口連通，所述蓄能器安全閥組件6-5由安全截止閥6-4和蓄能安全閥6-3組成，所述蓄能安全閥6-3的油路輸入口與安全截止閥6-4的一個輸油口連通后與液壓蓄能器6-1和蓄能截止閥6-2連接的輸油口連通，所述蓄能安全閥6-3的油路輸出口與安全截止閥6-4的另一個輸油口連接后與外部油箱20連通。
所述液壓油缸安全閥組件7由單向閥7-2和液壓油缸安全閥7-1組成，所述液壓油缸安全閥7-1的油路輸入端與所述單向閥7-2的油路輸入端連通后為液壓油缸安全閥組件7的油路輸入端，所述液壓油缸安全閥7-1的油路輸出端與所述單向閥7-2的油路輸出端連通后與外部油箱20連通。
本實施方式的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置的控制方法為步驟一、處于液壓馬達工況的蓄能液壓泵/馬達3在液壓蓄能器組件6輸出的高壓油的作用下，與電動機2一起帶動處于液壓泵工況的負載驅動液壓泵/馬達1轉動，負載驅動液壓泵/馬達1輸出的高壓油驅動液壓油缸8上行進而提升負載11；步驟二、當液壓油缸3上行至上限位置時，上限位傳感器9發出電信號給控制器13，所述控制器13同時控制負載驅動電液控制閥組件12和蓄能電液控制閥組件5分別帶動負載驅動液壓泵/馬達1和蓄能液壓泵/馬達3的斜盤轉換工位，使負載驅動液壓泵/馬達1和蓄能液壓泵/馬達3分別轉換到液壓馬達工況和液壓泵工況；步驟三、液壓油缸8在負載11重力的作用下開始下行，使液壓油缸8輸出高壓油驅動處于液壓馬達工況的負載驅動液壓泵/馬達1轉動，所述負載驅動液壓泵/馬達1與電動機2一起驅動處于液壓泵工況的蓄能液壓泵/馬達3，蓄能液壓泵/馬達3輸出高壓油對液壓蓄能器組件6進行充壓、蓄能；步驟四、當液壓油缸8下行至下限位置時，下限位傳感器10發出電信號給控制器13，所述控制器13同時控制負載驅動電液控制閥組件12和蓄能電液控制閥組件5分別帶動負載驅動液壓泵/馬達1的斜盤1-1和蓄能液壓泵/馬達3的斜盤3-1轉換，使負載驅動液壓泵/馬達1和蓄能液壓泵/馬達3分別轉換到液壓泵工況和液壓馬達工況，然后返回執行步驟一。
本實施方式的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，通過兩個液壓泵/馬達將液壓油缸在工作過程中由負載帶動下行的過程中產生的勢能轉換成液壓能儲存在液壓蓄能器中，然后在裝置需要提升負載的時候再通過兩個液壓泵/馬達將儲存在液壓蓄能器中的液壓能釋放帶動液壓油缸上升，由于能夠回收負載下行過程中的重力勢能，可以減少系統的裝機功率，根據系統的負載情況合理配置液壓蓄能器，可以達到非常好的節能效果。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置的區別在于，它還包括控制油路驅動電動機14，控制油路組件4中的控制液壓泵4-2的傳動軸沒有與電動機2的輸出軸連接，而是與所述控制油路驅動電動機14的輸出軸固定連接。
本實施方式的控制油路組件4單獨工作，不受傳動電動機2工況的影響。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置的區別在于，它還包括多個蓄能器組件6，所述多個液壓蓄能器組件的輸油口并聯連接后與蓄能液壓泵/馬達3的輸油口連通。
本實施方式增加了多個液壓蓄能器組件6并聯使用，可以根據實際現場情況和所選用蓄能器的容積、輸出壓力的情況進行配置多個液壓蓄能器組件，提高了系統的通用性。
具體實施方式
四本實施方式的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，選用兩個液壓蓄能器組件6，設定的液壓油缸8的實際工況為提升最大負載質量8,000kg；最大沖程6m；沖次為2～5次/分鐘。
在液壓油缸8上行提升負載的的過程系統的功率為Pe+Pac＝PL(1)式中Pe——電動機輸出功率(kW)；Pac——液壓蓄能器輸出功率(kW)；PL——驅動負載所需功率(kW)。
負載在能量回饋的下行程過程，系統的功率為PL+Pe＝Pac(2)選定液壓油缸的內徑100mm，活塞桿直徑70mm，有效行程6m，液壓缸的最快速度不低于1m/s。
由公式FA=8000×9.8π4(0.12-0.072)=19.6MPa]]>，可得液壓缸的最大輸出壓力為19.6MPa，最大輸出功率為pL＝8000×9.8×1＝78.4kW。
所述兩個液壓蓄能組件6中的液壓蓄能器6-1均選取型號為NXQA-40/31.5-L的40L氣囊式液壓蓄能器，每個液壓蓄能器的輸出功率為21.6kW，則兩個液壓蓄能器的輸出功率為Pac＝2×21.6＝43.2kW。
負載驅動液壓泵/馬達1選用排量為250ml/r的A4VSO 250型斜盤式變量柱塞泵，蓄能液壓泵/馬達3選用排量為125ml/r的A4VSO 125型斜盤式變量柱塞泵。
由公式(1)可得電動機2的輸出功率為Pe＝PL-Pac＝78.4-43.2＝35.2kW根據上述計算結果，選定額定功率為37kW、同步轉速為1500r/min的電動機作為電動機2，可以選Y225S-4型三相異步電動機。
本系統的液壓油缸的負載需要功率為78.4kW，而實際安裝功率僅為37kW，比負載需要的功率降低了47.19％。
本實施方式的系統便于現場的調試與測量，能根據工況隨時對沖程與沖次進行無級的最佳調節，可以通過系統參數調整適應工況的變化，保證整機的最佳性能。
權利要求
1.二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，它包括負載驅動液壓泵/馬達(1)、電動機(2)、蓄能液壓泵/馬達(3)、控制油路組件(4)、蓄能電液控制閥組件(5)、液壓蓄能器組件(6)、液壓油缸安全閥組件(7)、液壓油缸(8)、上限位傳感器(9)、下限位傳感器(10)、負載驅動電液控制閥組件(12)和控制器(13)組成，其特征在于，液壓油缸(8)的活塞桿和外部重物負載(11)連接，在所述液壓油缸(8)的活塞桿的側面固定有上限位傳感器(9)和下限位傳感器(10)，所述上限位傳感器(9)和所述下限位傳感器(10)之間的距離等于所述液壓油缸(8)的工作行程，所述上限位傳感器(9)和所述下限位傳感器(10)的電信號輸出端分別與控制器(13)的控制信號輸入端連接；液壓油缸(8)的一個輸油口分別和負載驅動液壓泵/馬達(1)的輸油口、液壓油缸安全閥組件(7)的油路輸入口連通，負載驅動液壓泵/馬達(1)的出油口和外部油箱(20)連通；負載驅動電液控制閥組件(12)中的活塞桿和負載驅動液壓泵/馬達(1)的斜盤(1-1)連接；蓄能液壓泵/馬達(3)的輸油口和液壓蓄能器組件(6)的輸油口連通，所述蓄能液壓泵/馬達(3)的出油口和外部油箱(20)連通，所述蓄能液壓泵/馬達(3)的斜盤(3-1)和蓄能電液控制閥組件(5)中的活塞桿連接；控制油路組件(4)由液壓泵(4-2)和溢流閥(4-1)組成，所述溢流閥(4-1)的油路輸入口與液壓泵(4-2)的油路輸入口連通后，分別與負載驅動電液控制閥組件(12)、蓄能電液控制閥組件(5)的油路連通，所述溢流閥(4-1)的油路輸出口和液壓泵(4-2)的油路輸出口連通后與外部油箱(20)連通；負載驅動液壓泵/馬達(1)、蓄能液壓泵/馬達(3)和控制油路組件(4)中的液壓泵(4-2)的傳動軸分別與電動機(2)的輸出軸固定連接；負載驅動電液控制閥組件(12)和蓄能電液控制閥組件(5)的電信號控制端分別和控制器(13)的控制信號輸出端連接。
2.根據權利要求1所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于所述負載驅動電液控制閥組件(12)由負載驅動控制油缸(12-1)和負載驅動控制調節閥(12-2)組成，所述負載驅動控制油缸(12-1)的輸出軸與負載驅動液壓泵/馬達(1)的斜盤(1-1)連接，所述負載驅動控制調節閥(12-2)的兩個輸油口分別與負載驅動控制油缸(12-1)的兩個輸油口連通，所述負載驅動控制調節閥(12-2)的另兩個輸油口為負載驅動電液控制閥組件(12)的兩個輸油口，分別與控制油路組件(4)的出油口、外部油箱(20)連通，所述負載驅動控制調節閥(12-2)的電信號控制端與控制器(13)的控制信號輸出端連接。
3.根據權利要求1所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于所述蓄能電液控制閥組件(5)由蓄能控制油缸(5-1)和蓄能控制調節閥(5-2)組成，所述蓄能控制油缸(5-1)的輸出軸與蓄能液壓泵/馬達(3)的斜盤(3-1)連接，所述蓄能控制調節閥(5-2)的兩個輸油口分別與蓄能控制油缸(5-1)的兩個輸油口連通，所述蓄能控制調節閥(5-2)的另兩個輸油口為蓄能電液控制閥組件(5)的兩個輸油口，分別與控制油路組件(4)的出油口、外部油箱(20)連通。
4.根據權利要求2所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于所述負載驅動控制調節閥(12-2)是電磁換向閥或電液換向閥或電液伺服閥或者電液比例閥。
5.根據權利要求3所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于所述蓄能控制調節閥(5-2)是電磁換向閥或電液換向閥或電液伺服閥或者電液比例閥。
6.根據權利要求1所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于所述液壓蓄能器組件(6)由液壓蓄能器(6-1)、蓄能截止閥(6-2 )、蓄能器安全閥組件(6-5)組成，所述液壓蓄能器(6-1)的輸油口通過蓄能截止閥(6-2)與蓄能液壓泵/馬達(3)的輸油口連通，所述蓄能器安全閥組件(6-5)由安全截止閥(6-4)和蓄能安全閥(6-3)組成，所述蓄能安全閥(6-3)的油路輸入口與安全截止閥(6-4)的一個輸油口連通后與液壓蓄能器(6-1)和蓄能截止閥(6-2)連接的輸油口連通，所述蓄能安全閥(6-3)的油路輸出口與安全截止閥(6-4)的另一個輸油口連接后與外部油箱(20)連通。
7.根據權利要求6所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于所述液壓蓄能器(6-1)是氣囊式液壓蓄能器。
8.根據權利要求1所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于所述液壓油缸安全閥組件(7)由單向閥(7-2)和油缸安全閥(7-1)組成，所述油缸安全閥(7-1)的油路輸入端與所述單向閥(7-2)的油路輸入端連通后為液壓油缸安全閥組件(7)的油路輸入端，所述油缸安全閥(7-1)的油路輸出端與所述單向閥(7-2)的油路輸出端連通后與外部油箱(20)連通。
9.根據權利要求1所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于它還包括控制油路驅動電動機(14)，控制油路組件(4)中的液壓泵(4-2)的傳動軸沒有與電動機(2)的輸出軸連接，而是與所述控制油路驅動電動機(14)的輸出軸固定連接。
10.根據權利要求1或9所述的二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，其特征在于它還包括多個液壓蓄能器組件(6)，所述多個液壓蓄能器組件的輸油口并聯連接后與蓄能液壓泵/馬達(3)的輸油口連通。
全文摘要
二次調節流量耦聯液壓蓄能器儲能靜液傳動裝置，涉及到一種二次調節靜液傳動方法及系統。它解決了現有二次調節靜液傳動系統中存在的只能在較小范圍內允許壓力變化的恒壓網絡與需要在較大范圍內壓力變化的液壓蓄能器能量回收子系統之間的矛盾。它采用液壓蓄能器輸出高壓油驅動蓄能液壓泵/馬達與電動機一起驅動液壓油缸帶動負載上行，當負載需要下行的時候，負載驅動液壓泵/馬達和蓄能液壓泵/馬達分別轉換工況，將液壓油缸在負載重力作用下下行過程中產生的勢能進行回收、蓄能，當負載需要上行的時候，蓄能液壓泵/馬達和負載驅動液壓泵/馬達分別轉換工況，重復上述工作。它可以應用于提升機、液壓抽油機等以重物提升方式進行作業的機械系統中。
文檔編號F15B21/14GK101070864SQ200710072398
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月25日 優先權日2007年6月25日
發明者姜繼海, 劉宇輝 申請人:哈爾濱工業大學