CN109538456B - 一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵及控制方法 - Google Patents

一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵及控制方法，该电液比例阀控泵包括主泵、油箱、比例阀、四个微型高速数字阀、变量活塞和位移传感器；本发明电液比例阀控泵采用大流量的比例阀与小流量的微型高速数字阀联合控制，在变量过程中利用比例阀的大流量提高变量机构的响应速度，在变量过程的末端利用微型高速数字阀的小流量分辨率来保证变量控制的精度；本发明采用比例阀与微型高速数字阀联合控制，避免采用高精度的伺服阀，降低了***成本；本发明采用的微型高速数字阀结构简单，满足高温高压等特殊工况环境，故障率低，采用的普通比例阀对复杂工况具有良好的适应性，提高了***的可靠性。

Description

一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控 泵及控制方法
技术领域
本发明属于变量泵领域，尤其涉及一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵及控制方法。
背景技术
液压泵作为液压***的动力源，其性能直接影响着液压***的性能和效率。液压变量泵能在变量控制装置的作用下根据工作需要在一定范围内调整输出特性，如恒流控制、恒压控制、恒功率控制等。采用变量泵***，具有显著的节能效果，而且新的结构和控制方式发展迅速。
按照变排量机构结构的不同，变量泵又可分为基于机-液变量机构的变量泵、基于机-电-液变量机构的变量泵。采用机-液变量机构的变量泵依据其控制方式在泵体内集成一个或多个控制阀，泵出口液压油通过控制阀后推动变量活塞实现泵的变量，这种变量方式只能实现有限种类的变量特性，而且每种变量特性需要集成一个变量控制阀，造成泵的体积重量增大。采用机-电-液变量机构的变量泵通常采用比例阀或着伺服阀来控制变量机构，其优点在于可以实现泵排量的任意变化，但是采用比例阀的变量泵存在的死区、滞环、动态响应慢，精度低等特性，导致这种变量泵仅能用于性能要求较低的液压***中；而采用伺服阀的变量泵在制造时要求的精度过高，使用中对于油液的要求较高，导致了泵的使用成本较高，使用环境受限。因此如何设计低成本的泵排量控制方式，使得泵具有控制精度高、响应特性好、适用范围广是需要考虑的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵及控制方法，该泵具有控制精度高、响应速度快、成本低等特点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵，包括主泵、油箱、第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、比例阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀、变量活塞和位移传感器；所述主泵的吸油口与油箱连接，所述主泵的排油口后设置四个分支，分别与外负载、比例阀的进油口、第三微型高速数字阀的进油口、第四微型高速数字阀的进油口连接；所述比例阀的回油口、第一微型高速数字阀的出油口、第二微型高速数字阀的出油口相互连通，并与油箱相连；所述比例阀的A工作油口、第一微型高速数字阀的进油口、第三微型高速数字阀的出油口相互连通，并与变量活塞的左腔连通；所述比例阀的B工作油口、第二微型高速数字阀的进油口、第四微型高速数字阀的出油口相互连通，并与变量活塞的右腔连通；所述变量活塞与主泵的变量机构相连，推动变量机构完成变量；所述位移传感器与变量活塞的活塞杆相连，测量变量活塞的活塞杆的位移。
进一步地，所述比例阀、第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀的启闭和调节采用电气控制***来控制。
进一步地，所述比例阀的流量大于所述第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀的流量；变量活塞高速运行时，采用比例阀控制，精确定位时，采用第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀微流量调整。
进一步地，所述比例阀采用连续信号控制，所述第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀采用脉冲信号控制。
进一步地，所述所述第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀的脉冲流量由PWM信号的频率与占空比决定。
一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵的控制方法，该方法包括以下步骤：
当电液比例阀控泵排量需要增大时，比例阀工作在左位，主泵出口的液压油经由比例阀进入变量活塞的左腔，推动变量活塞的活塞杆迅速右移，增大电液比例阀控泵的排量，与此同时，位移传感器检测变量活塞的活塞杆实际位置，计算活塞杆目标位置与活塞杆实际位置之间的距离，并与预设的比例阀的工作状态切换设定值比较；若未达到比例阀的工作状态切换设定值，维持比例阀工作在左位，第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀关闭；若达到比例阀的工作状态切换设定值，比例阀工作在中位，根据工作状态切换设定值与脉冲流量发出对应数目的脉冲信号，控制第三微型高速数字阀、第二微型高速数字阀高速开关，主泵出口的液压油经由第三微型高速数字阀进入变量活塞的左腔，推动变量活塞的活塞杆慢速右移达到目标位置，变量活塞的右腔的液压油经由第二微型高速数字阀流回油箱；
当电液比例阀控泵排量需要减小时，比例阀工作在右位，主泵出口的液压油经由比例阀进入变量活塞的右腔，推动变量活塞的活塞杆迅速左移，减小电液比例阀控泵的排量，与此同时，位移传感器检测变量活塞的活塞杆实际位置，计算活塞杆目标位置与活塞杆实际位置之间的距离，并与预设的比例阀的工作状态切换设定值比较；若未达到比例阀的工作状态切换设定值，维持比例阀工作在右位，第一微型高速数字阀、第二微型高速数字阀、第三微型高速数字阀、第四微型高速数字阀关闭；若达到比例阀的工作状态切换设定值，比例阀工作在中位，根据工作状态切换设定值与脉冲流量发出对应数目的脉冲信号，控制第四微型高速数字阀、第一微型高速数字阀高速开关，主泵出口的液压油经由第四微型高速数字阀进入变量活塞的右腔，推动变量活塞的活塞杆慢速左移达到指令位置，变量活塞的左腔的液压油经由第一微型高速数字阀流回油箱。
本发明的有益结果是：
(1)本发明电液比例阀控泵控制精度高、响应速度快：电液比例阀控泵采用大流量的比例阀与小流量的微型高速数字阀联合控制，在变量过程中利用比例阀的大流量提高变量机构的响应速度，在变量过程的末端利用微型高速数字阀的小流量分辨率来保证变量控制的精度。
(2)本发明电液比例阀控泵成本降低：电液比例阀控泵采用比例阀与微型高速数字阀联合控制，避免采用高精度的伺服阀，降低了***成本。
(3)本发明电液比例阀控泵可靠性高：电液比例阀控泵采用的微型高速数字阀结构简单，满足高温高压等特殊工况环境，故障率低，采用的普通比例阀对复杂工况具有良好的适应性，提高了***的可靠性。
附图说明
图1是本发明采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵原理示意图；
图中：1-主泵、2-油箱、3-第一微型高速数字阀、4-第二微型高速数字阀、5-比例阀、6-第三微型高速数字阀、7-第四微型高速数字阀、8-变量活塞、9-位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，本实施例提供的一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵，包括主泵1、油箱2、第一微型高速数字阀3、第二微型高速数字阀4、比例阀5、第三微型高速数字阀6、第四微型高速数字阀7、变量活塞8和位移传感器9；所述主泵1的吸油口与油箱2连接，所述主泵3的排油口后设置四个分支，分别与外负载、比例阀5的进油口、第三微型高速数字阀6的进油口、第四微型高速数字阀7的进油口连接；所述比例阀5的回油口、第一微型高速数字阀3的出油口、第二微型高速数字阀4的出油口相互连通，并与油箱2相连；所述比例阀5的A工作油口、第一微型高速数字阀3的进油口、第三微型高速数字阀6的出油口相互连通，并与变量活塞8的左腔连通；所述比例阀5的B工作油口、第二微型高速数字阀4的进油口、第四微型高速数字阀7的出油口相互连通，并与变量活塞8的右腔连通；所述变量活塞8与主泵1的变量机构相连，推动变量机构完成变量；所述位移传感器9与变量活塞8的活塞杆相连，测量变量活塞8的活塞杆的位移。
进一步地，所述比例阀5、第一微型高速数字阀3、第二微型高速数字阀4、第三微型高速数字阀6、第四微型高速数字阀7的启闭和调节采用电气控制***来控制。
进一步地，所述比例阀5为大流量比例阀，流量可选用100L/min，采用连续信号控制。
进一步地，所述第一微型高速数字阀3、第二微型高速数字阀4、第三微型高速数字阀6、第四微型高速数字阀7为小流量微型高速数字阀，流量可选用1L/min，采用脉冲信号控制。
进一步地，所述所述第一微型高速数字阀3、第二微型高速数字阀4、第三微型高速数字阀6、第四微型高速数字阀7的脉冲流量由PWM信号的频率与占空比决定。
进一步地，变量活塞8高速运行时，采用比例阀5控制，精确定位时，采用第一微型高速数字阀3、第二微型高速数字阀4、第三微型高速数字阀6、第四微型高速数字阀7微流量调整。
本发明电液比例阀控泵的工作过程如下：
当电液比例阀控泵排量需要增大时，比例阀5工作在左位，主泵1出口的液压油经由比例阀5进入变量活塞8的左腔，推动变量活塞8的活塞杆迅速右移，增大电液比例阀控泵的排量，与此同时，位移传感器9检测变量活塞8的活塞杆实际位置，计算活塞杆目标位置与活塞杆实际位置之间的距离，并与预设的比例阀5的工作状态切换设定值比较；比例阀5的工作状态切换设定值的一种具体的选取示例如下，但不限于此：取变量活塞8的缸径为100mm，其活塞杆径为45mm，比例阀5单独控制变量活塞8时，变量活塞8的移动速度为266.1mm/s，第二微型高速数字阀4和第三微型高速数字阀6单独控制变量活塞8时，变量活塞8的移动速度为2.66mm/s，此时可取比例阀5的工作状态切换设定值为10mm；若未达到比例阀5的工作状态切换设定值，维持比例阀5工作在左位，第一微型高速数字阀3、第二微型高速数字阀4、第三微型高速数字阀6、第四微型高速数字阀7关闭；若达到比例阀5的工作状态切换设定值，比例阀5工作在中位，根据工作状态切换设定值与脉冲流量发出对应数目的脉冲信号，控制第三微型高速数字阀6、第二微型高速数字阀4高速开关，主泵1出口的液压油经由第三微型高速数字阀6进入变量活塞8的左腔，推动变量活塞8的活塞杆慢速右移达到目标位置，变量活塞8的右腔的液压油经由第二微型高速数字阀4流回油箱2。
当电液比例阀控泵排量需要减小时，比例阀5工作在右位，主泵1出口的液压油经由比例阀5进入变量活塞8的右腔，推动变量活塞8的活塞杆迅速左移，减小电液比例阀控泵的排量，与此同时，位移传感器9检测变量活塞8的活塞杆实际位置，计算活塞杆目标位置与活塞杆实际位置之间的距离，并与预设的比例阀5的工作状态切换设定值比较；若未达到比例阀5的工作状态切换设定值，维持比例阀5工作在右位，第一微型高速数字阀3、第二微型高速数字阀4、第三微型高速数字阀6、第四微型高速数字阀7关闭；若达到比例阀5的工作状态切换设定值，比例阀5工作在中位，根据工作状态切换设定值与脉冲流量发出对应数目的脉冲信号，控制第四微型高速数字阀7、第一微型高速数字阀3高速开关，主泵1出口的液压油经由第四微型高速数字阀7进入变量活塞8的右腔，推动变量活塞8的活塞杆慢速左移达到指令位置，变量活塞8的左腔的液压油经由第一微型高速数字阀3流回油箱2。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵，其特征在于，包括主泵(1)、油箱(2)、第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、比例阀(5)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)、变量活塞(8)和位移传感器(9)；所述主泵(1)的吸油口与油箱(2)连接，所述主泵(3)的排油口后设置四个分支，分别与外负载、比例阀(5)的进油口、第三微型高速数字阀(6)的进油口、第四微型高速数字阀(7)的进油口连接；所述比例阀(5)的回油口、第一微型高速数字阀(3)的出油口、第二微型高速数字阀(4)的出油口相互连通，并与油箱(2)相连；所述比例阀(5)的A工作油口、第一微型高速数字阀(3)的进油口、第三微型高速数字阀(6)的出油口相互连通，并与变量活塞(8)的左腔连通；所述比例阀(5)的B工作油口、第二微型高速数字阀(4)的进油口、第四微型高速数字阀(7)的出油口相互连通，并与变量活塞(8)的右腔连通；所述变量活塞(8)与主泵(1)的变量机构相连，推动变量机构完成变量；所述位移传感器(9)与变量活塞(8)的活塞杆相连，测量变量活塞(8)的活塞杆的位移。
2.根据权利要求1所述的一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵，其特征在于，所述比例阀(5)、第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)的启闭和调节采用电气控制***来控制。
3.根据权利要求1所述的一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵，其特征在于，所述比例阀(5)的流量大于所述第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)的流量；变量活塞(8)高速运行时，采用比例阀(5)控制，精确定位时，采用第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)微流量调整。
4.根据权利要求1所述的一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵，其特征在于，所述比例阀(5)采用连续信号控制，所述第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)采用脉冲信号控制。
5.根据权利要求4所述的一种采用比例阀、微型高速数字阀联合控制的电液比例阀控泵，其特征在于，所述第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)的脉冲流量由PWM信号的频率与占空比决定。
6.一种权利要求1-5任一项所述电液比例阀控泵的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当电液比例阀控泵排量需要增大时，比例阀(5)工作在左位，主泵(1)出口的液压油经由比例阀(5)进入变量活塞(8)的左腔，推动变量活塞(8)的活塞杆迅速右移，增大电液比例阀控泵的排量，与此同时，位移传感器(9)检测变量活塞(8)的活塞杆实际位置，计算活塞杆目标位置与活塞杆实际位置之间的距离，并与预设的比例阀(5)的工作状态切换设定值比较；若未达到比例阀(5)的工作状态切换设定值，维持比例阀(5)工作在左位，第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)关闭；若达到比例阀(5)的工作状态切换设定值，比例阀(5)工作在中位，根据工作状态切换设定值与脉冲流量发出对应数目的脉冲信号，控制第三微型高速数字阀(6)、第二微型高速数字阀(4)高速开关，主泵(1)出口的液压油经由第三微型高速数字阀(6)进入变量活塞(8)的左腔，推动变量活塞(8)的活塞杆慢速右移达到目标位置，变量活塞(8)的右腔的液压油经由第二微型高速数字阀(4)流回油箱(2)；
当电液比例阀控泵排量需要减小时，比例阀(5)工作在右位，主泵(1)出口的液压油经由比例阀(5)进入变量活塞(8)的右腔，推动变量活塞(8)的活塞杆迅速左移，减小电液比例阀控泵的排量，与此同时，位移传感器(9)检测变量活塞(8)的活塞杆实际位置，计算活塞杆目标位置与活塞杆实际位置之间的距离，并与预设的比例阀(5)的工作状态切换设定值比较；若未达到比例阀(5)的工作状态切换设定值，维持比例阀(5)工作在右位，第一微型高速数字阀(3)、第二微型高速数字阀(4)、第三微型高速数字阀(6)、第四微型高速数字阀(7)关闭；若达到比例阀(5)的工作状态切换设定值，比例阀(5)工作在中位，根据工作状态切换设定值与脉冲流量发出对应数目的脉冲信号，控制第四微型高速数字阀(7)、第一微型高速数字阀(3)高速开关，主泵(1)出口的液压油经由第四微型高速数字阀(7)进入变量活塞(8)的右腔，推动变量活塞(8)的活塞杆慢速左移达到指令位置，变量活塞(8)的左腔的液压油经由第一微型高速数字阀(3)流回油箱(2)。
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