基于高壓共軌艙的多執行器重載數字液壓回路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于機、電、液控制技術為特征的流體傳動與控制領域，特別涉及基于高壓共軌艙的多執行器重載數字液壓回路。
【背景技術】
[0002]現有的工程機械多采用傳統的模擬液壓系統，利用泵開式回路，由一個泵控制多個執行器，泵和執行器之間通過負載敏感閥、比例閥等來控制執行器的動作，由于系統的工作壓力一般在25-35MPa之間，導致執行器的尺寸不能太小，故導致整個系統的尺寸不能太小，無法進一步的減小整機的結構尺寸。
[0003]在工程機械上，利用數字液壓技術進行液壓回路的設計目前還處于研宄階段，2010年，有學者在輪式裝載機上用高速開關閥組成的數字液壓回路替代傳統的負載敏感系統，通過仿真研宄發現，改進后的系統可以減少33-63%的能量消耗。工程機械具有重載及多執行器的特點，如果能夠通過提高液壓系統的壓力來減小系統流量的需求進而提高液壓元件的功率密度比，則可大幅度的減小執行器的尺寸，從而也使工程機械的整體尺寸變得緊湊。
[0004]高壓共軌是用具有較大容積的共軌艙把高壓油泵輸送的高壓油蓄積起來，并利用電子控制單元，壓力傳感器，壓力調節閥等實現精確的壓力控制。目前，高壓共軌主要應用在柴油發動機高壓共軌燃油電噴系統中，其共軌壓力可以達到200MPa，主要目的是將噴射壓力和噴射過程完全分開，使高壓油壓力與發動機轉速無關，在通過電子控制單元來控制高速開關閥來調節燃油噴射量，提高燃油效率。
[0005]隨著數字液壓的普及，由高速開關閥組成的數字液壓回路受到了越來越多的關注，由于高速開關閥能夠對進油口和回油口實現單獨的控制，從而能夠更加精確的實現速度及位移控制，而且由于高速開關閥沒有節流壓差，因而從效率上來講數字液壓回路的效率要高于由傳統的伺服閥和比例閥組成的液壓回路。但當要求高速開關閥的通流能力較大時，其開關的響應時間往往又較慢，生產頻響高且流量大的高速開關閥往往是一個難題。然而，如果降低對高速開關閥通流能力的要求，則其可以達到很高的頻響，其開關響應時間可以達到暈秒級，所以尚速開關閥的發展趨勢是小流量尚頻響閥。尚速開關閥的頻響越尚其控制性能越好，常采用脈寬調制的方法來控制高速開關閥，然而由于脈寬調制對閥的頻響要求太高，故比較可行的辦法是采用脈數調制，即用很多個小流量高頻響的高速開關閥來組成一個大流量的高速開關閥組，通過控制一個閥組中小流量開關閥的開和關的個數來控制其通過的流量，這樣就降低了對高速開關閥頻響的要求，同時由于小流量高頻響的高速開關閥是未來的發展方向，通過脈數控制高速開關閥組的方法具有很大的市場應用價值。
【發明內容】
[0006]本發明的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供一種能進一步的提高液壓系統的工作壓力，提高液壓元件的功率密度比的基于高壓共軌艙的多執行器重載數字液壓回路。為解決上述技術問題，本發明的解決方案是:
[0007]提供基于高壓共軌艙的多執行器重載數字液壓回路，包括供油系統、高速開關閥組、電子控制單元和執行器，所述供油系統包括發動機、閥配流柱塞泵、高壓艙、轉速轉角傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、先導比例溢流閥、蓄能器和安全閥；所述發動機用于驅動閥配流柱塞泵，閥配流柱塞泵的出油口與高壓艙的進油口連接，先導比例溢流閥的回油口與油箱A連接，閥配流柱塞泵的吸油口、吸油濾油器、油箱A依次連接；高壓艙的回油口與安全閥的進油口連接，安全閥的回油口與油箱B連接；閥配流柱塞泵和高壓艙之間的連接管路上設有先導比例溢流閥、溫度傳感器、壓力傳感器、蓄能器，溫度傳感器、壓力傳感器、先導比例溢流閥、安全閥、轉速轉角傳感器的控制信號線分別與電子控制單元連接；
[0008]所述閥配流柱塞泵用于將油液泵送進高壓艙中，獲得穩定的高壓油液(壓力在60MPa以上)；轉速轉角傳感器安裝在閥配流柱塞泵的轉軸上，用于獲得閥配流柱塞泵的轉速、轉角信息，并將獲得的轉速、轉角信息輸入電子控制單元進行監測；所述溫度傳感器、壓力傳感器分別用于獲得管路中油液的溫度、壓力，并將獲得的溫度、壓力信息輸入電子控制單元進行監測；所述電子控制單元能通過控制先導比例溢流閥，調節高壓艙內油液的壓力；所述蓄能器用于保證高壓艙內油液的壓力在先導比例溢流閥設定壓力的正負5%之內波動；所述安全閥用于限定高壓艙內油液的最高壓力，同時防止高壓艙內油液壓力突然迅速的下降；
[0009]所述高速開關閥組設置執行器的油口上，分別用于控制執行器與高壓艙、執行器與油箱之間油液的通斷；所述高速開關閥組包括至少四個并行連接的小流量高頻響高速開關閥，且每個高速開關閥組分別通過線路連接到電子控制單元，電子控制單元通過控制小流量高頻響高速開關閥打開的個數，實現對通過高速開關閥組的油液流量的控制，進而控制執行器的動作。
[0010]在本發明中，所述電子控制單元包括顯示器和可編程的PLC。
[0011]在本發明中，所述安全閥采用卸荷溢流閥，且其卸荷功能通過電子控制單元進行控制。
[0012]在本發明中，所述小流量高頻響高速開關閥采用二位二通閥，且額定流量在I?5L/min范圍內。
[0013]在本發明中，所述發動機采用柴油發動機。
[0014]在本發明中，所述執行器包括雙向運動的執行器、單向運動的執行器；
[0015]所述雙向運動的執行器的兩個油口分別連接有兩組高速開關閥組，且每個油口連接的兩組高速開關閥組，一組高速開關閥組與高壓艙連接，另一組高速開關閥組與油箱連接，即每個油口都設有和高壓艙連接的高速開關閥、和油箱連接的高速開關閥；
[0016]所述單向運動的執行器的兩個油口分別為進油口和回油口，進油口通過一個高速開關閥組與高壓艙連接，回油口通過一個高速開關閥組與油箱連接。
[0017]在本發明中，所述雙向運動的執行器包括單桿雙作用液壓缸、雙向定量馬達，單向運動的執行器包括單向定量馬達。
[0018]本發明的工作原理:將高壓艙蓄積的高壓油液通過高速開關閥組輸送到各個執行器，同時各個執行器同樣的通過高速開關閥組將油液排回油箱；整個液壓系統由一個電子控制單元(ECU)控制，通過輸入負載期望的運行規律和監測系統運行參數，控制每個高速開關閥組中小流量高速開關閥同時打開的個數，進而控制負載的運動。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0020]1、本發明通過高壓共軌方法提高了液壓系統的工作壓力，從而為降低執行器所需要的流量打下了基礎，進一步的提高液壓元件的功率密度比，使整個系統變得更加的緊湊。傳統的液壓系統一般工作于35MPa以下。而本發明提出的采用高壓共軌的方法，利用閥配流的柱塞泵能夠泵送至少60MPa的壓力油液，并且利用一個容積較大的高壓艙蓄積起來，通過先導式比例溢流閥和蓄能器來調定壓力，采用高壓共軌的方法，當系統穩定在某一壓力時，發動機只需要消耗很少的能量以維持泵轉動就行。
[0021]2、利用數字液壓技術來控制執行器及負載的運動，而不是通過傳統的伺服閥或者比例閥來控制。由于采用高速開關閥來控制，沒有節流損耗，因而提高