CN103775442B - 液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***，它包括用于对被测液压缸的运动速度和位移进行控制的被测液压缸泵控***、用于对加载液压缸的加载力进行控制的加载液压缸泵控***、由低压补油***和控制油***组成的辅助***、功率回收***。主泵电动机、主泵、加载马达三者同轴机械连接，主泵电动机驱动主泵，主泵输出的功率最终大部分回收至加载马达，加载马达通过机械传动再驱动主泵，功率在主泵电动机、主泵、加载马达、主泵往复循环达到功率回收的目的。本发明采用闭式泵控***，具有能耗低、发热少、装机功率低等优点。

Description

液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***

技术领域

本发明涉及一种液压缸测试试验台控制装置，特别涉及一种液压缸测试试验台功率回收液压控制***。

背景技术

随着科学技术的发展，液压传动技术的应用越来越广泛，液压设备在整个机械设备中所占的比重也越来越大。液压缸作为液压***的主要执行元件，其综合性能不仅对***的性能有影响，同时影响着设备的寿命。尤其是工程机械行业对液压缸的需求量大，质量要求高，而且工况恶劣，负载变化剧烈，对液压缸性能提出了新的要求，因此，对于液压缸动静态性能、可靠性和寿命等测试尤为重要。

传统阀控液压缸测试试验台液压***按照JB219-77的规定，被测液压缸阀控***由于方向阀的节流作用导致大量能量使油液发热，同时由于采用溢流阀加载，又使大部分能量转化成热能消耗掉，这部分热能导致***油温升高很快，势必需要增大冷却***的功率用来保证油液温度控制在合理的范围内。因此，这类***在进行耐久性试验时，能源浪费严重。

传统阀控液压缸测试试验台液压***功率回收的方法，主要采用将被测液压缸高压腔与加载液压缸加载腔直接连通的功率回收技术，两液压缸互为加载液压缸。但是***具有明显的局限性，能量以液压能的形式传递，当加载液压缸的加载腔压力小于被测液压缸高压腔压力时，功率将无法回收；在测量不同规格的液压缸时需要更换相匹配的加载液压缸来实现功率回收，增加了试验周期和实验装置成本。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***，该***具备传统液压缸测试试验台适用测试范围广、测试性能全面、结构简单、可靠性高、寿命长、加载功率无级调节等优点，同时避免了现有液压缸测试试验台***的能量无法回收或回收率低以及发热量大等缺点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***，包括被测液压缸泵控***、加载液压缸泵控***、由低压补油***和控制油***组成的辅助***、功率回收***；

所述被测液压缸泵控***，用于对被测液压缸的运动速度和位移进行控制，包括被测液压缸，位移传感器，第三、第四球阀，第三、第四压力传感器，第二两位三通电磁换向阀，第二背压阀，第五、第六、第七、第八单向阀组成的液压桥路，第四电磁卸荷溢流阀，第一能量转换机构、第一变量执行器、第一变量控制阀组成的主泵，主泵电动机；所述第一变量控制阀的进油口P与单向阀Ⅱ的出油口相连通，出油口通过连接管路与第一变量执行器相连，回油口T与第一能量转换机构的卸油口并联连通油箱，所述主泵和主泵电动机同轴机械连接，主泵的进、出油口分别通过连接管路与所述被测液压缸相连，所述液压桥路连接在被测液压缸的进、出油口之间的管路上，所述液压桥路的出油口与第四电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，所述第四电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，所述第二两位三通电磁换向阀和第二背压阀串接在被测液压缸有杆腔管路上，所述第二背压阀的出油口连通油箱，所述位移传感器连接在被测液压缸活塞杆处，所述第三压力传感器通过第三球阀与被测液压缸有杆腔相连，所述第四压力传感器通过第四球阀与被测液压缸无杆腔相连；所述被测液压缸的行程范围由控制器采集位移传感器信号进行闭环控制，控制器同时控制第一或第二两位三通电磁换向阀的得电和失电，使被测液压缸或加载液压缸由于不对称产生的多余油液通过第一或第二两位三通电磁换向阀排回油箱；

所述加载液压缸泵控***，用于对加载液压缸的加载力进行控制，包括加载液压缸，力传感器，第一和第二球阀，第一和第二压力传感器，第一两位三通电磁换向阀，第一背压阀，第一、第二、第三、第四单向阀组成的液压桥路，第一电磁卸荷溢流阀，第二能量转换机构、第二变量执行器、第二变量控制阀组成的加载马达；所述第二变量控制阀的进油口P与单向阀Ⅱ的出油口相连通，出油口通过连接管路与第二变量执行器相连，回油口T与第二能量转换机构的卸油口并联连通油箱，所述加载马达的进、出油口分别通过连接管路与加载液压缸相连，所述液压桥路连接在加载液压缸的进、出油口之间的管路上，液压桥路的出油口与第一电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，所述第一电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，所述第一两位三通电磁换向阀和第一背压阀串接在加载液压缸有杆腔管路上，所述第一背压阀的出油口连通油箱，所述被测液压缸与加载液压缸通过力传感器刚性连接，所述第一压力传感器通过第一球阀与加载液压缸无杆腔相连，所述第二压力传感器通过第二球阀与加载液压缸有杆腔相连；

所述辅助***的低压补油***，用于向加载液压缸和被测液压缸闭式***补充由于加载液压缸和被测液压缸不对称产生的流量差和泄漏流量，并且用来补充加载马达的内部泄漏，包括补油泵、补油泵电动机、第三电磁卸荷溢流阀、单向阀Ⅰ；补油泵和补油泵电动机同轴机械连接，补油泵的出油口与第三电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，第三电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，补油泵的出油口还与单向阀Ⅰ的进油口连接，单向阀Ⅰ的出油口与液压桥路管路相连；补油泵通过液压桥路第一、第二或第五、第六单向阀使油液向加载液压缸或被测液压缸的进油口补油；

所述辅助***的控制油***，用于为主泵和加载马达提供控制油，包括控制油泵、第二电磁卸荷溢流阀、单向阀Ⅱ；控制油泵的出油口与第二电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，第二电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，控制油泵的出油口还与单向阀Ⅱ的进油口连接，单向阀Ⅱ的出油口分别与主泵、加载马达的控制油口连接；控制油路控制主泵的排量，实现被测液压缸的速度和位置控制以及加载液压缸的加载力控制；

所述功率回收***是主泵电动机、主泵、加载马达三者同轴机械连接，所述主泵为被测液压缸泵控***提供能量，所述被测液压缸泵控***驱动加载液压缸泵控***，所述加载液压缸泵控***的能量回收至加载马达，所述加载马达再通过机械传动驱动被测液压缸泵控***的主泵。

本发明液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***的进一步改进在于，所述辅助***的低压补油***设有第一过滤器、压力表开关Ⅱ和压力表Ⅱ，所述第一过滤器的进油口与所述补油泵的出油口连接，所述第一过滤器的出油口与单向阀Ⅰ的进油口连接，压力表开关Ⅱ和压力表Ⅱ串接后连接在第一过滤器的进油口与补油泵的出油口之间的管路上。

本发明液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***的进一步改进还在于，所述辅助***的控制油***设有第二过滤器、压力表开关Ⅰ和压力表Ⅰ，所述第二过滤器的进油口与控制油泵的出油口连接，所述第二过滤器的出油口与单向阀Ⅱ的进油口连接，所述压力表开关Ⅰ和压力表Ⅰ串接后连接在所述第二过滤器的进油口与控制油泵的出油口之间的管路上。

本发明提供的液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***与现有技术相比，具有以下优点：

(1)被测液压缸泵控***和加载液压缸泵控***均为闭式泵控***，大大减少了液压***的发热。

(2)由于发热降低(回收效率提高)使得能量消耗减小。

(3)采用主泵电动机、主泵、加载马达三者同轴机械连接，以机械能的形式传递回收的能量，具有较高的传递效率。

(4)能够对不同规格的液压缸进行试验，降低了试验装置成本，扩展了测试范围。

附图说明

图1是本发明液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***能量传递框图。

图2是本发明液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***原理图。

图中：1-加载液压缸，2-力传感器，3-被测液压缸，4-位移传感器，5.i(i＝1,2,3,4)-第一、第二、第三、第四球阀，6.i(i＝1,2,3,4)-第一、第二、第三、第四压力传感器，7.i(i＝1,2)-单向阀Ⅰ、Ⅱ，8.i(i＝1,2)-第一、第二过滤器，9.i(i＝1,2)-第一、第二两位三通电磁换向阀，10.i(i＝1,2)-第一、第二背压阀，11.i(i＝1,2…,8)-第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八单向阀，12.i(i＝1,2)-压力表Ⅰ、Ⅱ，13.i(i＝1,2)-压力表开关Ⅰ、Ⅱ，14.i(i＝1,2,3,4)-第一、第二、第三、第四电磁卸荷溢流阀，15-控制油泵，16-加载马达，16.1-第一能量转换机构，16.2-第一变量执行器，16.3-第一变量控制阀，17-主泵，17.1-第一能量转换机构，17.2-第二变量执行器，17.3-第三变量控制阀，18-主泵电动机，19-补油泵，20-补油泵电动机，21-油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1，主泵电动机、主泵、加载马达同轴机械连接，主泵电动机驱动主泵，主泵输出的高压油进入被测液压缸无杆腔，被测液压缸驱动加载液压缸运动，采集力传感器的反馈信号并与给定的加载力信号比较，控制油泵控制加载马达输出转矩和转角来控制加载液压缸相应腔的压力，实现控制加载力的功能，加载液压缸的一部分功率回收至加载马达，加载马达再通过机械传动驱动主泵，功率在主泵电动机、主泵、加载马达、主泵之间往复循环达到功率回收的目的。

参见图2，液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***由被测液压缸泵控***、加载液压缸泵控***、辅助***、功率回收***组成。

被测液压缸泵控***包括：被测液压缸3，位移传感器4，第三和第四球阀5.3、5.4，第三和第四压力传感器6.3、6.4，第二两位三通电磁换向阀9.2，第二背压阀10.2，第五、第六、第七、第八单向阀11.5、11.6、11.7、11.8组成的液压桥路，第四电磁卸荷溢流阀14.4，能量转换机构17.1、变量执行器17.2、变量控制阀17.3组成的主泵17和主泵电动机18；

加载液压缸泵控***包括加载液压缸1，力传感器2，第一、第二球阀5.1、5.2，第一、第二压力传感器6.1、6.2，第一两位三通电磁换向阀9.1，第一背压阀10.1，第一、第二、第三、第四单向阀11.1、11.2、11.3、11.4组成的液压桥路，第一电磁卸荷溢流阀14.1，能量转换机构16.1、变量执行器16.2、变量控制阀16.3组成的加载马达16；

辅助***由低压补油***和控制油***组成，低压补油***包括补油泵19、补油泵电动机20、第三电磁卸荷溢流阀14.3、压力表开关Ⅱ12.2和压力表Ⅱ13.2、第一过滤器8.1、单向阀Ⅰ7.1；液压桥路的第五、第六单向阀11.5、11.6使油液分别向加载液压缸1和被测液压缸3的进油口补油；控制油***包括控制油泵15、第二电磁卸荷溢流阀14.2、压力表开关Ⅰ13.1和压力表Ⅰ12.1、第二过滤器8.2、单向阀Ⅱ7.2；

功率回收***是主泵电动机18、主泵17、加载马达16三者同轴机械连接，加载液压缸泵控***输出的压力油驱动加载马达16，加载马达16再通过机械传动驱动被测液压缸泵控***的主泵17，功率在主泵电动机18、主泵17、加载马达16、主泵17之间往复循环，达到功率回收的目的。

具体工作过程如下所述：

1)测试加载工作过程

被测液压缸3驱动加载液压缸1运动，加载液压缸1无杆腔的油液进入加载马达16，采集力传感器2的反馈信号并与给定的力信号比较，控制油泵15经第二过滤器8.2与单向阀Ⅱ7.2为加载马达16和主泵17提供控制油，根据加载液压缸1相应腔所需的压力，输出相应的控制信号，通过第一变量控制阀16.3控制第一变量执行器16.2，进而获得加载马达16所需的转矩和转角，实现控制加载力的功能。当***压力超过了给定的力信号，加载马达16将减少流量，直到所需的压力达到设定值。在压力控制过程中加载马达16能转换到主动吸入模式(反向液流)，以便在相连的液压油***中快速降低压力。同时，补油泵电动机20工作驱动补油泵19经第一过滤器8.1和单向阀Ⅰ7.1，通过液压桥路第一或第二单向阀11.1或11.2向加载液压缸1补充油液，补偿液压缸由于不对称产生的流量差，第三电磁卸荷溢流阀14.3调定补油泵19的补油压力，还可以实现在紧急状态下的卸荷。被测液压缸3的行程范围通过位移传感器4采集的信号由控制器控制，同时控制第一、第二两位三通电磁换向阀9.1、9.2的得电和失电，液压缸由于不对称产生的流量差通过第一、第二背压阀10.1、10.2排回油箱21。第一、第二压力传感器6.1、6.2及压力表Ⅰ、Ⅱ和压力表开关Ⅰ、Ⅱ12.1、12.2、13.1、13.2分别检测和观测补油泵19、控制油泵15、加载液压缸1两腔的压力，第一、第二球阀5.1、5.2用于更换加载液压缸1时切断主油路。

2)功率回收工作过程

主泵电动机18、主泵17与加载马达16三者同轴机械连接，主泵电动机18驱动主泵17，主泵17输出的压力油进入被测液压缸3无杆腔，被测液压缸3驱动加载液压缸1运动，加载液压缸1的一部分功率回收至加载马达16，加载马达16再通过机械传动驱动主泵17，功率在主泵电动机18、主泵17、加载马达16、主泵17往复循环，进而实现减少主泵电动机18的输入功率，达到功率回收的目的。

Claims (3)

1.一种液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***，其特征在于，它包括被测液压缸泵控***、加载液压缸泵控***、由低压补油***和控制油***组成的辅助***、功率回收***；

所述被测液压缸泵控***，用于对被测液压缸的运动速度和位移进行控制，包括被测液压缸，位移传感器，第三、第四球阀，第三、第四压力传感器，第二两位三通电磁换向阀，第二背压阀，第五、第六、第七、第八单向阀组成的液压桥路，第四电磁卸荷溢流阀，第一能量转换机构、第一变量执行器、第一变量控制阀组成的主泵，主泵电动机；所述第一变量控制阀的进油口(P)与单向阀Ⅱ的出油口相连通，出油口通过连接管路与第一变量执行器相连，回油口(T)与第一能量转换机构的卸油口并联连通油箱，所述主泵和主泵电动机同轴机械连接，主泵的进、出油口分别通过连接管路与所述被测液压缸相连，所述液压桥路连接在被测液压缸的进、出油口之间的管路上，所述液压桥路的出油口与第四电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，所述第四电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，所述第二两位三通电磁换向阀和第二背压阀串接在被测液压缸有杆腔管路上，所述第二背压阀的出油口连通油箱，所述位移传感器连接在被测液压缸活塞杆处，所述第三压力传感器通过第三球阀与被测液压缸有杆腔相连，所述第四压力传感器通过第四球阀与被测液压缸无杆腔相连；所述被测液压缸的行程范围由控制器采集位移传感器信号进行闭环控制，控制器同时控制第一或第二两位三通电磁换向阀的得电和失电，使被测液压缸或加载液压缸由于不对称产生的多余油液通过第一或第二两位三通电磁换向阀排回油箱；

所述加载液压缸泵控***，用于对加载液压缸的加载力进行控制，包括加载液压缸，力传感器，第一和第二球阀，第一和第二压力传感器，第一两位三通电磁换向阀，第一背压阀，第一、第二、第三、第四单向阀组成的液压桥路，第一电磁卸荷溢流阀，第二能量转换机构、第二变量执行器、第二变量控制阀组成的加载马达；所述第二变量控制阀的进油口(P)与单向阀Ⅱ的出油口相连通，出油口通过连接管路与第二变量执行器相连，回油口(T)与能量转换机构的卸油口并联连通油箱，所述加载马达的进、出油口分别通过连接管路与加载液压缸相连，所述液压桥路连接在加载液压缸的进、出油口之间的管路上，液压桥路的出油口与第一电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，所述第一电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，所述第一两位三通电磁换向阀和第一背压阀串接在加载液压缸有杆腔管路上，所述第一背压阀的出油口连通油箱，所述被测液压缸与加载液压缸通过力传感器刚性连接，所述第一压力传感器通过第一球阀与加载液压缸无杆腔相连，所述第二压力传感器通过第二球阀与加载液压缸有杆腔相连；

所述辅助***的低压补油***，用于向加载液压缸和被测液压缸闭式***补充由于加载液压缸和被测液压缸不对称产生的流量差和泄漏流量，并且用于补充加载马达的内部泄漏，包括补油泵、补油泵电动机、第三电磁卸荷溢流阀、单向阀Ⅰ；所述补油泵和补油泵电动机同轴机械连接，补油泵的出油口与第三电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，所述第三电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，所述补油泵的出油口还与单向阀Ⅰ的进油口连接，所述单向阀Ⅰ的出油口与液压桥路管路相连；所述补油泵通过液压桥路第一、第二或第五、第六单向阀使油液向加载液压缸或被测液压缸的进油口补油；

所述辅助***的控制油***，用于为主泵和加载马达提供控制油，包括控制油泵、第二电磁卸荷溢流阀、单向阀Ⅱ；所述控制油泵的出油口与第二电磁卸荷溢流阀的进油口相连通，所述第二电磁卸荷溢流阀的出油口连通油箱，所述控制油泵的出油口还与单向阀Ⅱ的进油口连接，所述单向阀Ⅱ的出油口分别与主泵、加载马达的控制油口连接；控制油路控制主泵的排量，实现被测液压缸的速度和位置控制以及加载液压缸的加载力控制；

所述功率回收***是主泵电动机、主泵、加载马达三者同轴机械连接，所述主泵为被测液压缸泵控***提供能量，所述被测液压缸泵控***驱动加载液压缸泵控***，所述加载液压缸泵控***的能量回收至加载马达，所述加载马达再通过机械传动驱动被测液压缸泵控***的主泵。

2.根据权利要求1所述的液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***，其特征在于，所述辅助***的低压补油***设有第一过滤器、压力表开关Ⅱ和压力表Ⅱ，所述第一过滤器的进油口与所述补油泵的出油口连接，所述第一过滤器的出油口与单向阀Ⅰ的进油口连接，所述压力表开关Ⅱ和压力表Ⅱ串接后连接在第一过滤器的进油口与补油泵的出油口之间的管路上。

3.根据权利要求1所述的液压缸测试试验台泵控功率回收液压控制***，其特征在于，所述辅助***的控制油***设有第二过滤器、压力表开关Ⅰ和压力表Ⅰ，所述第二过滤器的进油口与控制油泵的出油口连接，所述第二过滤器的出油口与单向阀Ⅱ的进油口连接，所述压力表开关Ⅰ和压力表Ⅰ串接后连接在所述第二过滤器的进油口与控制油泵的出油口之间的管路上。