CN116221207A - 多电磁阀控制的离散四腔液压缸*** - Google Patents

多电磁阀控制的离散四腔液压缸*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，本发明***涉及的主要内容是：所述***包括采用三个并联的相同液压缸组成的四腔缸、一个蓄能器、两个两位两通电磁开关阀和一个两位三通电磁换向阀。所述四腔液压缸能通过2个两位两通电磁开关阀和1个两位三通电磁换向阀电磁铁之间的不同通断电组合将不同容腔分配至不同的端口上，从而实现执行器的不同运动模式。本***通过四腔缸实现传统双出杆两腔缸所具备的进出口流量对称性，并通过精确控制执行器的运动模式，使***能够达到与传统单出杆两腔缸相同的输出力，同时在相同流量情况下可以达到更高的运动速度。所述蓄能器连接到四腔液压缸一个无杆腔中实现了能量回收和利用功能。

Description

多电磁阀控制的离散四腔液压缸***
技术领域
本发明涉及一种液压***，具体说是一种多电磁阀控制的离散四腔液压缸***。
背景技术
由于传统的单出杆两腔缸的两腔面积恒定且不一致，应用于闭式泵控***时存在进出口流量不对称问题。为了实现闭式泵控***进出口流量的平衡，通常需要增加包括低压蓄能器、液控单向阀等组成的补油回路，或者采用非对称三口泵，以补偿两腔的不对称流量，但是这样增加了***的复杂性，且非对称泵设计制造非常困难。三腔缸可以通过设计不同容腔的活塞面积以及通过外接蓄能器的方法使其等效成为对称油缸，解决流量不对称和能量回收问题；但是由于以上设计因素的限制使得三腔缸输出力会小于传统单出杆两腔缸，难以满足挖掘机等工程机械重载工况作业需要。因此，需要能解决闭式泵控***流量不对称问题，可进行能量回收，且输出力范围和速度范围大于或等于传统单出杆两腔缸的执行器***。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，所述***包括：三个并联的相同液压缸组成的四腔缸、一个蓄能器、两个两位两通电磁开关阀和一个两位三通电磁换向阀。所述执行机构有H、L两个端口，可分别连接闭式泵控***的两个工作油口。所述***其中两个并联的液压缸4、5的无杆腔连接H端口所在油路，所述并联的两个液压缸4、5的有杆腔连接在两位两通电磁开关阀1和两位两通电磁开关阀2之间。液压缸6的有杆腔连接两位三通电磁阀3的A口，无杆腔外接蓄能器。两个两位两通电磁开关阀1、2串联后分别接在H端口和L端口所在油路上并且两个电磁开关阀1、2之间连接液压缸4、5有杆腔。两位三通电磁换向阀3的A口连接液压缸6的有杆腔，P口和T口分别连接在H端口和L端口的油路上。首先，可通过设计不同容腔活塞面积使其等效成为对称油缸，实现液压油进出口流量相同，解决流量不对称的问题。其次，通过三个电磁阀电磁铁之间的不同通断电组合，可实现第一、第二和第三工作模式，可以根据外部实际工况有针对地选择不同工作模式。通过高压蓄能器可实现***能量回收与利用。
本发明将四腔液压缸各个容腔分别记为Ca、Cb、Cc、Cd，其中Ca为液压缸4、5的有杆腔共同组成，Cb为液压缸6的有杆腔，Cc为液压缸4、5的无杆腔共同组成，Cd为液压缸6的无杆腔且外接蓄能器作为能量回收腔。可将四腔缸各腔的有效活塞面积比设计为2:1:3:1.5。在进行有效面积的计算时，将油缸无杆腔连接到H端口为正，连接到L端口为负，对于油缸有杆腔则相反。由于Cd腔接蓄能器不接入闭式***故在面积设计时不计入，可保证所述四腔液压缸在应用于闭式***时有杆腔和无杆腔的有效活塞面积相等，即实现了油缸对称性的目的，解决了流量不平衡的问题。
本发明通过独立控制两个电磁开关阀和一个电磁换向阀的电磁铁通断电精确控制四腔缸的运动模式。参阅图1，所述电磁开关阀和电磁换向阀的具体控制策略可分为三种：1）所述电磁开关阀1处于通电位、所述电磁开关阀2处于断电位、所述二位三通电磁换向阀3处于断电位。可将此控制逻辑下***的运动模式称为第一模式；2）所述电磁开关阀1处于断电位、所述电磁开关阀2处于通电位、所述二位三通电磁换向阀3处于通电位。可将此控制逻辑下***的运动模式称为第二模式；3）所述电磁开关阀1处于断电位、所述电磁开关阀2通电位、所述二位三通电磁换向阀3处于断电位。可将此控制逻辑下***的运动模式称为第三模式。
当***切换到第一模式时，Ca和Cc腔连接H端口所在油路、Cb腔连接L端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，根据前述设计方法可知：此时***有效活塞面积等效为传统单出杆两腔缸有效活塞面积的三分之一，因此在相同流量的情况下***所提供的速度范围比传统单出杆两腔缸所能提供的速度范围大；且通过与其它两个模式比较可得出：***在第一模式下所能提供的速度范围比第二、三模式的速度范围大，输出力范围比第二、三模式的输出力范围小。当***切换到的第二模式时，Ca腔连接L端口所在油路、Cb和Cc腔连接H端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，根据前述设计方法可知：此时***有效活塞面积等效为传统单出杆两腔缸有效活塞面积的三分之二，因此在相同流量的情况下，***所提供的速度范围仍然比传统单出杆两腔缸所能提供的速度范围大；且通过与其它两个模式比较可得出：***在此模式下能够提供的速度范围比第三模式大、能够提供的输出力范围比第三模式会相应减小；同理，在该模式下***所能提供的输出力范围比第一模式大、所提供的速度范围比第一模式会相应减小，即此模式拓宽了***在第一模式下的输出力的范围以及第三模式下的输出速度的范围。当***切换到第三模式时，Ca和Cb腔连接L端口所在油路、Cc腔连接H端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，根据前述设计方法可知：此时***有效活塞面积和传统单出杆两腔缸有效活塞面积等效相同，因此***能够提供与传统单出杆两腔缸相同的速度和输出力范围，且通过与其它两个模式比较可得出：***在第三模式下所能提供的输出力范围比第一、二模式提供的输出力范围大；所能提供的速度范围比第一、二模式提供的速度范围小。
本发明所述蓄能器7接入液压缸6的Cd腔中，当***活塞杆承受超越负载力缩回时，可将能量转化为液压能储存在蓄能器中，在活塞杆伸出时中，蓄能器中的高压油进入能量回收腔，辅助驱动活塞杆移动。由于液压缸和蓄能器的能量转换效率很高，且没有其他能量转换元件参与能量回收利用过程，因此，能量会被高效回收与利用。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的离散四腔液压缸解决了闭式泵控***中单出杆两腔缸两腔面积不对称而导致的进出口流量不平衡问题，从而显著地缩小了闭式补油***中蓄能器体积，或大幅降低闭式补油泵排量及溢流损失，进一步简化了闭式***补油回路。
2、本发明使用的执行器通过三个不同的电磁阀对液压缸的不同容腔进行组合，可以离散地改变其有效活塞面积，使得该***在第一模式下能够提供的速度范围比传统单出杆两腔缸以及第二、三模式的速度范围大；所述执行器在第二模式的情况下所能提供的速度范围仍然比传统单出杆两腔缸和第三模式的速度范围大，且所能提供的输出力范围比第一模式大，即此模式拓展了第一模式的输出力范围和第三模式的输出速度范围；所述执行器在第三模式下可以提供与传统单出杆两腔缸相同的速度和输出力范围，且所能提供的输出力范围比第一、二模式大。
3、本发明将液压缸6中一个无杆腔接蓄能器作为能量回收腔，在活塞承受超越负载力且缩回时实现了能量回收利用的作用，在活塞杆伸出时蓄能器中的高压油进入能量回收腔，辅助驱动活塞杆移动，降低了驱动功率。此过程由于没有其他能量转换元件参与，因此，能量会被高效回收与利用。
附图说明
图1是本发明基于多电磁阀控制的离散四腔液压缸原理所设计的***原理图。
图2是基于***原理所设计的第一模式下的***原理图。
图3所示为本发明根据基本原理所设计的第二模式下的原理图。
图4是根据***基本原理思想所设计的第三模式原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
参见图1，本发明提供的多电磁阀控制的离散四腔液压缸***包括：三个并联的相同液压缸4、5、6组成的四腔缸，两个两位两通电磁开关阀1和2，一个两位三通电磁换向阀3和一个蓄能器7；所述四腔缸的各个容腔分别记为Ca、Cb、Cc、Cd，其中Ca由液压缸4和液压缸5的有杆腔共同组成，Cb为液压缸6有杆腔，Cc由液压缸4和液压缸5的无杆腔共同组成，Cd为液压缸6无杆腔。所述执行机构有H、L两个端口，可分别连接闭式泵控***的两个工作油口。液压缸4和液压缸5的无杆腔与H端口油路相连，液压缸4和液压缸5的有杆腔连接在电磁开关阀1和电磁开关2阀之间。液压缸6有杆腔连接两位三通电磁阀3的A口，无杆腔外接蓄能器7。两位三通电磁阀3的A口与液压缸6的有杆腔相连，P口和T口分别连接H端口和L端口所在油路。
参见图2，为本发明根据三个电磁阀控制的离散四腔液压缸***所设计的***回路，将其记为第一模式。如图所示，该***在所述第一模式下三个电磁阀电磁铁之间的不同通断电组合方式如下：所述电磁开关阀1处于通电位、所述电磁开关阀2处于断电位，所述二位三通电磁换向阀3处于断电位。当***切换到第一模式时，根据图2示，以活塞杆处于伸出状态为例，液压油经过输油管道进入所述液压缸4和所述液压缸5的无杆腔，所述液压缸6无杆腔中的油由蓄能器7提供；此时由于活塞杆处于伸出状态，所述液压缸4和所述液压缸5中有杆腔的液压油经出油口流过所述电磁开关阀1进入液压缸4和液压缸5的无杆腔，所述液压缸6有杆腔中的液压油由所述二位三通电磁阀3的A口流入、T口流出，进入闭式泵控***的L接口，至此所述第一模式的液压油进行循环流动。同理当所述执行器的液压缸处于缩回状态时液压油的流向与伸出状态时完全相反。当***处于该第一模式时，Ca和Cc腔连接H端口所在油路、Cb腔连接L端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，此时***有效活塞面积等效为传统单出杆两腔缸有效活塞面积的三分之一，因此在相同流量的情况下***所提供的速度范围比传统单出杆两腔缸所能提供的速度范围大；且通过与其它两个模式比较可得出：执行器在此模式下所能提供的速度范围比第二、三模式大，所提供的输出力范围比第二、三模式小。图2显示了在此方案下，***中液压油的具体流向。
在另一种实施方案，即第二模式下，其基本***原理图参见图3。该***所述第二模式的三个电磁阀电磁铁之间的不同通断电组合方式如下：所述电磁开关阀1处于断电位、所述电磁开关阀2处于通电位、所述二位三通电磁换向阀3处于通电位。根据图3原理图所示，仍以活塞杆处于伸出状态为例，液压油经输油管进入到所述液压缸4和所述液压缸5的无杆腔，液压缸6的无杆腔中的液压油由蓄能器7提供，所述液压缸4和所述液压缸5有杆腔中的液压油经出油口流过所述电磁开关阀2后流回闭式泵控***，所述液压缸6有杆腔中的液压油经出油口由所述二位三通电磁阀3的A口流入、P口流出，进入所述液压缸4和液压缸5的无杆腔，当所述液压缸4、所述液压缸5和所述液压缸6的液压油共同完成以上的流动过程后，所述第二模式的液压油进行循环流动。同理当所述执行器的液压缸处于缩回状态时液压油的流向与伸出状态的流向完全相反，此时所述液压缸6无杆腔中的液压油进入所述蓄能器7中保存。当***切换到该第二模式时，Ca腔连接L端口所在油路、Cb和Cc腔连接H端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，此时***有效活塞面积等效为传统单出杆两腔缸有效活塞面积的三分之二，因此在相同流量的情况下，***所提供的速度范围仍然比传统单出杆两腔缸所能提供的速度范围大；且通过与其它两个模式比较可得出：***在此模式下所能提供的速度范围大于第三模式的输出速度的范围、提供输出力的范围会比第三模式的输出力范围相应减小；同理，***在该模式下所能提供的输出力范围比第一模式大、提供的速度范围会比第一模式相应减小。图3显示了在此方案下，***中液压油的具体流向。
在最后一种可选的实现方式中，即第三模式下，其基本***原理图参见图4。在所述第三模式下三个电磁阀电磁铁之间的不同通断电组合方式如下：所述电磁开关阀1处于断电位、所述电磁开关阀2处于通电位，所述二位三通电磁换向阀3处于断电位。根据图4原理图所示，仍以活塞杆处于伸出状态为例，液压油由经输油管进入到所述液压缸4和所述液压缸5的无杆腔，所述液压缸6无杆腔中的油仍由蓄能器7提供，所述液压缸4和所述液压缸5有杆腔中的液压油经出油口流过所述电磁开关阀2流向所述L端口所在油路，所述液压缸6有杆腔中的液压油经出油口由所述二位三通电磁阀3的A口流入、T口流出，与所述液压缸4和所述液压缸5流过电磁开关阀2的液压油汇合后共同流回闭式泵控***，至此所述第三模式的液压油进行循环流动。同理当所述执行器的液压缸处于缩回状态时液压油的流向与伸出状态时完全相反，此时所述液压缸6无杆腔中的液压油进入所述蓄能器7中保存。当***处于该第三模式时，Ca和Cb腔连接L端口所在油路、Cc腔连接H端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，此时***的有效活塞面积与传统单出杆两腔缸等效相同，因此可以提供与传统单出杆两腔缸相同的速度和输出力范围。且通过与其它两个模式比较可得出：在此模式下***所能提供的输出力范围比第一、二模式提供的输出力范围大；所能提供的速度范围比第一、二模式提供的速度范围小。图4显示了在此方案下，***中液压油的具体流向。
本发明所述蓄能器接入液压缸6的无杆腔中，将其作为能量回收腔，在执行器活塞杆承受超越负载力缩回时可将能量转化为液压能储存在蓄能器中，当执行器活塞杆伸出时所述蓄能器中的高压液压油进入到能量回收腔中，辅助驱动活塞杠向外伸出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于所述执行器包括：三个并联的相同液压缸(4、5、6)组成的四腔缸、两个两位两通电磁开关阀(1、2)、一个两位三通电磁换向阀(3)和一个蓄能器(7)；所述执行机构有H、L两个端口，可分别连接闭式泵控***的两个工作油口。
2.根据权利要求1所述的多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于所述***中两个并联的液压缸(4、5)的无杆腔连接H端口所在油路，所述两个并联的液压缸(4、5)有杆腔连接在电磁开关阀(1)和电磁开关阀(2)之间。液压缸(6)有杆腔连接两位三通电磁阀(3)A口，无杆腔外接蓄能器(7)。两个两位两通电磁开关阀(1、2)串联后分别接在H端口和L端口所在油路上，且在两个电磁开关阀(1、2)之间连接液压缸(4、5)有杆腔。两位三通电磁换向阀(3)A口连接液压缸(6)的有杆腔，P口和T口分别连接在H端口和L端口的油路上。
3.根据权利要求1所述的多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于该执行器为方便设计制造，所述四腔缸采用三个并联的相同单出杆两腔缸表示，将所述四腔液压缸各个容腔分别记为Ca、Cb、Cc、Cd，其中Ca为液压缸(4、5)有杆腔共同组成，Cb为液压缸(6)有杆腔，Cc为液压缸(4、5)无杆腔共同组成，Cd为液压缸(6)无杆腔。
4.根据权利要求1所述的多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于与传统单出杆两腔缸***相比，本***通过设计各容腔活塞的面积，可使液压缸(4、5、6)有杆腔和液压缸(4、5)无杆腔的有效活塞面积始终相等，解决了进出口流量不对称问题，可显著缩小闭式补油蓄能器体积大小，或大幅降低闭式补油泵流量及其溢流损失，进一步简化闭式***补油回路。
5.根据权利要求3所述的多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于对各个容腔有效活塞面积设计时，因为液压缸(6)的Cd腔外接蓄能器，不接入闭式***，所以在进行对称性设计时不计入该容腔活塞面积。
6.根据权利要求1所述多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于所述执行器通过两个电磁开关阀(1、2)和一个两位三通电磁阀(3)电磁铁之间的不同通断电组合使得四腔缸处于第一、第二和第三模式，可以根据外部实际工况选择不同的工作模式。
7.根据权利要求6所述多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于当该***电磁开关阀(1)处于通电位，电磁开关阀(2)处于断电位，两位三通电磁换向阀(3)处于断电位，***工作在第一模式。当执行器切换到该第一模式时，Ca和Cc腔连接H端口所在油路、Cb腔连接L端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，此时在相同的流量的前提下，***所能提供的速度范围比传统单出杆两腔缸的速度范围大，且通过与其它两个模式比较可得出：在此模式下***所提供的速度范围比第二、三模式所能提供的速度范围大；所能提供的输出力范围比第二、三模式的输出力范围小。
8.根据权利要求6所述多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于当该***电磁开关阀(1)处于断电位，电磁开关阀(2)处于通电位，两位三通电磁换向阀(3)处于通电位，***工作在第二模式。当执行器切换到该第二模式时，Ca腔连接L端口所在油路、Cb和Cc腔连接H端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，此时在相同的流量的前提下，所能提供的速度范围仍然大于传统单出杆两腔缸的速度范围，且通过与其它两个模式比较可得出：***在第二模式下所能提供的速度范围大于第三模式的输出速度的范围、提供输出力的范围会比第三模式的输出力范围相应减小；同理，***在该模式下所能提供的输出力范围比第一模式大、提供的速度范围会比第一模式相应减小。即***在第二模式下拓宽了第一模式下输出力的范围以及拓宽了第三模式下输出速度的范围。
9.根据权利要求6所述多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于当该***电磁开关阀(1)处于断电位，电磁开关阀(2)处于通电位，两位三通电磁换向阀(3)处于断电位，***工作在第三模式。当执行器切换到该第三模式时，Ca和Cb腔连接L端口所在油路、Cc腔连接H端口所在油路、Cd腔外接蓄能器，此时执行器可以提供与传统单出杆两腔缸相同的速度和输出力范围，且通过与其它两个模式比较可得出：在此模式下***所能提供的输出力范围比第一、二模式提供的输出力范围大；所能提供的速度范围比第一、二模式提供的速度范围小。
10.根据权利要求2所述多电磁阀控制的离散四腔液压缸***，其特征在于所述蓄能器(7)连接液压缸(6)的无杆腔，在活塞杆承受超越负载力且缩回时可实现能量回收，在活塞杆伸出时蓄能器中的高压油进入能量回收腔，辅助驱动活塞杆移动，降低驱动功率。
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