基于机液压差补偿的负载口独立液压系统设计
来源:哲成阀门 作者:哲成阀门贸易部 发布时间:2019-5-21 阅读:次
  

0引言
      液压传动与控制技术由于其结构简单、输出重量比大、反应灵敏、传动平稳、响应快等特点在农业机械、工程机械、钢铁工业等领域得到了用、传统的液压系统由于其采用了一根阀芯同时控制着进、出II油路,产生了多余的节流损失,导致了系统能耗大、效率低,因此,1987年德国的Backe教授提出了负载II独立控制技术,即利用两个独立的阀分别控制着进、出}}油路,从而尽量降低节流损失,达到节能的目的。此后,众多学者对负载I独立控制技术进行了深入研究,在组合方式、控制方法、实验研究上取得了一定成果。文献提出了在负载独立控制系统中利用机液压差补偿方法,不但可以提高系统的可靠性,而且具有一定的节能特性。
      因此,木文将分析负载}}独立液压系统的工作原理及结构特点,对比电液压差补偿方法和机液压差补偿方法的特点,采用机液压差补偿原理,选用相关液压元件,设计基于机液压差补偿的负载II独立控制阀及多执行器液压系统,并分析其工作原理,搭建试验平台、,结构组成与工作原理
1.1传统阀控液压系统工作原理
      传统的阀控液压系统普遍采用三位四通滑阀的结构,如图1所示,利用一个多边节流的控制阀芯同时控制着液压执行器的进、出油路,在进II节流调速的过程中,出同时进行节流,这就造成了多余的出II节流损失,因此,传统控制阀的结构形式造成了重复节流损失,使得系统在一定程度上能耗上升,效率降低。同时,由于阀芯和阀体的结构决定了中位机能,一旦控制阀确定,中位机能即确定,在实际的应用过程中,中位机能不能随着应用工况的需求而改变,因此,传统阀控系统的工况适应性较差。

图1 传统的阀控液压系统示意图

2 负载口独立液压系统工作原理
      负载II独立液压系统工作原理,如图2所示,将原有的单个控制阀芯x,分别利用四个控制阀芯x,,x=,x,,x4替代,从而完成对液压执行器进、出}}油路的独立控制,根据液压执行器工况需求,通过不同的控制逻辑对相应的施控制,在进II控制阀节流调速控制的同时,出II控制阀进行柔性控制,从而可以避免传统阀控液压系统中所出现的重复节流损失,进一步降低了系统能耗,实现阀控液压系统节能、

图2 负载II独立液压系统示意图

1.3负载口独立液压系统布局形式
      负载i独立液压系统的布局形式主要有两种,如图3所示,国内外学者所研究的布局形式均是由这两种布局形式进行变形与改进而来。图3(a)所示为4-2/2型液压布局形式,利用四个2/2比例阀进行组合,控制1个液压执行器;图3(b)所示为2-3/3型液压布局形式,利用两个3/3比例阀进行组合,控制1个液压执行器。两种布局形式各有特点,4-2/2型具有较高的控制柔性,可以实现多种中位机能,但是成木较高、控制难度较大;2-3/3型布局形式成木相对较低、控制难度相对小,但控制柔性较低,实现的中位机能种类较少。

图3 两种主要的布局形式

2 负载口独立液压系统运动控制方法
2.1 电液压差补偿方法
      无论是传统的液压系统,还是新型的负载II独立液压系统,其中一个最为重要的功能是运动控制。运动控制是一个难点,国内外学者在研究负载II独立液压系统时,多采用电液压差补偿方法‘所谓负载II独立控制系统的电液压差补偿方法‘如图4所示,通过3个压力传感器检测进II控制阀两端的压力、出II控制阀的压力,计算阀II压降,利用压力—流量特性方程,根据实际工况,通过控制器对进、出II控制阀的阀芯进行柔性控制,从而实现变负载工况下液压执行器的运动控制。
      然而,负载II独立液压系统是一个典型的多输入多输出控制系统,存在着压力、流量的祸合控制,是一个复杂多变的控制系统。电液压差补偿方法多采用成木较高的比例伺服阀,通过内置的阀芯位移传感器检测阀芯位移并以电反馈的方式实现压力、流量的祸合控制,此种电液压差补偿方法复杂,计算量大,对控制器性能要求较高,并且需要大量的试验进行性能调试,因此,很难在现有的工业机械中进行推)‘一应用,而工程机械或农业机械中均采用没有内置阀芯位移传感器的比例阀或开关阀,现有的研究不满足应用条件‘其工程应用更进一步受到了限制。

图4 电液压差补偿方法

2.2液压差补偿方法
      为了克服电液压差补偿方法的缺点,木文采用机液压差补偿方法,对负载II独立液压系统进行设计。所谓机液压差补偿方法,如图5所示,采用压力补偿器对进II控制阀的压差进行补偿,同时,通过2个压力传感器对进、出II控制阀的压力进行检测,通过控制器制定相应的进II控制阀和出II控制阀的控制方法、相比于电液压差补偿方法,减少了信号检测点,避免了阀芯位移检测,增强了系统的鲁棒性,便于变负载工况下控制策略的制定.便于今后在农业机械及工程机械中进行推广应用。

图5 机液压差补偿方法

3 负载口独立液压系统设计
3.1 负载口独立控制阀设计

      根据前文所述,采用机液压差补偿方法,设计负载II独立控制阀,原理图和三维设计图,如图6所示。采用5个二位二通比例阀4作为主控制阀,可以实现相应的逻辑控制、多种中位机能以及流量再生功能;采用压力补偿器5补偿进II阀两端的前后压差,从而实现流量稳定控制;采用两个二位三通换向阀2和梭阀6实现工作油腔的压力传递到负载敏感口 LS ;采用两个二次补油阀1,可以实现当液压执行器两腔吸空时进行补油;采用保持阀3可以实现负载保持功能;除此以外,设置了两个供油口,P1、p2,两个负载敏感口 LS1 , LS2,两个回油口 T1,T2,以及两个测压口Ma,Mb
      当A口进油、B口回油时,其工作原理如下二位二通比例阀4.3、二位二通比例阀4.5、二位三通换向阀2.1、保持阀3同时打开,则压力油从供油}Ip.或P}进油,经过压力补偿器5,再经过二位二通比例换向阀4.3达到All驱动液压执行器运动,通过BI}回油,经过保持阀3,再经过二位二通比例阀4.5到回油I I T,,T=,同时,A I I工作压力通过二位三通换向阀2.2和2.1,一路流入补偿器5的比较II,另一路通过梭阀6流回负载敏感LS,或LS。
    当B I I进油、A I I回油时,其工作原理与上述工作原理相似所不同的是‘二位二通换向阀4.2和4.4工作。

图6 负载ii独立控制阀原理图和三维设计图

3.2多执行器负载口独立液压系统设计
     以挖掘机工作机构为例,设计多执行器负载II独立液压系统,其他工程机械、农业机械与其类似。挖掘机工作机构负载II独立液压系统原理图和实物图如图7、图8所示。
      挖掘机的工作机构包括动臂、斗杆、铲斗和回转,对的液压驱动执行器为动臂液压缸、斗杆液压杆、铲斗液压缸和回转马达,对于负载独立控制阀,最大的特点是其通用性,因此,可以选用同样的负载II独立控制阀进行控制,如图7所示,选用四组负载II独立控制阀5.1 , 5.2 , 5.3和5.4分别控制动臂液压缸、斗杆液压杆、铲斗液压缸和回转马达,并将四组阀的供油、负载敏感 LS与负载敏感变量泵7的出油Ip、负载敏感I LS分别相连,将四组阀的回油与油箱相连,从而构成了整个工作机构的负载II独立液压系统回路、

图7 挖掘机工作机构负载i独立液压系统原理图

图8 挖掘机工作机构负载ii独立液压系统实物图

4结论
       针对电液压差补偿方法计算量大、方法复杂、成木高等缺点,分析了机液压差补偿方法的特点,根据机液压差补偿原理,采用5个二位二通比例阀作为主控制阀,选用压力补偿器对进ii控制阀两端的压差进行补偿,配以梭阀、换向阀、过载补油阀等液压辅助元件‘设计了基于机液压差补偿的负载ii独立控制阀‘并以挖掘机的工作机构为例,设计了挖掘机多执行器负载ii独立液压系统,并制造与安装了相关液压元件,搭建了试验平台,为后续负载ii独立液压系统的控制特性研究提供了良好基础。

本文Tag:控制阀、比例阀、换向阀
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