一種工程作業(yè)裝備工作裝置的控制回路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制液壓工程作業(yè)裝備工作裝置的液壓回路，特別用于液壓工程作業(yè)裝備動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)，降低其工作能耗的控制回路。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程作業(yè)裝備，裝載機(jī)以及其它由液壓缸驅(qū)動(dòng)，需要工作裝置頻繁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置中，通常由于工作裝置自身重量較大，液壓缸驅(qū)動(dòng)其上升時(shí)，液壓系統(tǒng)需要克服其重力做工，工作裝置下降時(shí)，工作裝置的勢(shì)能經(jīng)液壓閥節(jié)流轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉，不僅浪費(fèi)能源，且會(huì)使液壓系統(tǒng)油溫升高，增加系統(tǒng)故障概率，影響液壓系統(tǒng)的使用壽命。
[0003]若能將此類工作裝置具有的勢(shì)能回收利用，將會(huì)有可觀的節(jié)能效果，且能延長(zhǎng)液壓系統(tǒng)的壽命。為了利用這部分能量，德國(guó)利勃海爾公司申請(qǐng)了使用能量回收缸平衡工作裝置重力，減小這部分能耗的發(fā)明專利(CN 102561442 A)，我國(guó)楊雙來(lái)也申請(qǐng)了在工程作業(yè)裝備原有雙液壓缸驅(qū)動(dòng)工作裝置的基礎(chǔ)上，增設(shè)氣液儲(chǔ)能缸平衡工作裝置重量的發(fā)明專利(CN 102518606 A)。但這種方法需要在原有雙液壓缸的基礎(chǔ)上增加第三個(gè)液壓缸，會(huì)改變?cè)袡C(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在工程作業(yè)裝備上布置也較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以不改變?cè)泄ぷ餮b置的結(jié)構(gòu)，可回收并再利用工作裝置勢(shì)能的一種工程作業(yè)裝備工作裝置的控制回路。
[0005]本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，不影響機(jī)械裝置的原有液壓系統(tǒng)，適用于多種液壓系統(tǒng)，有多種組合解決方案。
[0006]—種工程作業(yè)裝備工作裝置的控制回路，用于工程作業(yè)裝備的動(dòng)臂液壓缸控制，它包括有:液壓工程作業(yè)裝備工作裝置、動(dòng)臂液壓缸、液壓缸液-氣儲(chǔ)能平衡回路、液壓缸驅(qū)動(dòng)回路、控制手柄;動(dòng)臂液壓缸連接液壓工程作業(yè)裝備工作裝置，所述動(dòng)臂液壓缸是具有三個(gè)容腔的液壓缸，液壓缸液-氣儲(chǔ)能平衡回路連接動(dòng)臂液壓缸的一個(gè)工作油口，液壓缸驅(qū)動(dòng)回路連接動(dòng)臂液壓缸的另兩個(gè)工作油口，控制手柄連接液壓缸驅(qū)動(dòng)回路。。
[0007]所述液壓缸液-氣儲(chǔ)能平衡回路包括高壓蓄能器、低壓蓄能器，第一截止閥，第二截止閥，第三截止閥，原動(dòng)機(jī)，液壓栗馬達(dá)，壓力傳感器，第二控制器，安全閥，單向閥，油箱，位移傳感器。
[0008]動(dòng)臂液壓缸工作油口 PA(PB或Pc)通過(guò)第一截止閥與高壓蓄能器相連。液壓栗馬達(dá)一個(gè)工作油口通過(guò)第二截止閥與高壓蓄能器相連，另一個(gè)工作油口通過(guò)第三截止閥與低壓蓄能器相連。在每個(gè)蓄能器的油口處均連接安全閥和單向閥，其中安全閥高壓側(cè)連接蓄能器，低壓側(cè)連接油箱。單向閥連接蓄能器和油箱，允許的油液流動(dòng)方向?yàn)閺挠拖涞叫钅芷?。在兩個(gè)蓄能器的油口處均安裝有壓力傳感器，且壓力信號(hào)采集至第二控制器。原動(dòng)機(jī)與液壓栗馬達(dá)通過(guò)聯(lián)軸器連接，用于驅(qū)動(dòng)液壓栗馬達(dá)。在液壓缸上裝有位移傳感器，將液壓缸伸出的位移信號(hào)采集至第二控制器。由第二控制器采用合適的控制方法控制三個(gè)截止閥以及原動(dòng)機(jī)。
[0009]使用時(shí)，低壓蓄能器預(yù)先充入較低壓力的氣體或不充入氣體，而高壓蓄能器需要預(yù)先充入一定的高壓氣體，并通過(guò)第一截止閥與動(dòng)臂液壓缸的一個(gè)油口(Pa和Pc中的一個(gè))連接，通常第一截止閥處于打開(kāi)狀態(tài)，第二截止閥和第三截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)與高壓蓄能器相連的腔室具有與高壓蓄能器一樣的壓力，通過(guò)調(diào)定預(yù)充的壓力，即可使與高壓蓄能器相連的腔室具有足夠的平衡力來(lái)平衡工作裝置的重量。當(dāng)液壓缸驅(qū)動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂液壓缸縮回時(shí)，工作裝置下降，與高壓蓄能器相連的腔室體積減小，該腔室油液進(jìn)入高壓蓄能器，工作裝置的勢(shì)能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存在高壓蓄能器中，避免了在液壓閥口處由于節(jié)流作用損失。液壓缸驅(qū)動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂液壓缸伸出時(shí)，工作裝置上升，與高壓蓄能器相連的腔室體積增大，高壓蓄能器中的油液進(jìn)入該腔室，儲(chǔ)存在高壓蓄能器中的能量裝換為工作裝置的勢(shì)能，減少液壓栗輸出能量，具有較好的節(jié)能效果。
[0010]由于蓄能器內(nèi)油液壓力會(huì)隨著體積的變化而變化，因此設(shè)置低壓蓄能器及相關(guān)元件用以調(diào)節(jié)高壓蓄能器的壓力。第二控制器具有三種工作模式:
(I)靜態(tài)工作點(diǎn)模式
在該模式下，第二控制器內(nèi)設(shè)有三個(gè)壓力閾值P1，P2和P3，且P1>P2>P3。其中pi為高壓蓄能器的最高工作壓力，P3為高壓蓄能器的最低工作壓力，P2為高壓蓄能器的預(yù)設(shè)工作壓力。第二控制器通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓蓄能器的壓力P。
[0011]當(dāng)P>P1時(shí)，打開(kāi)第二截止閥和第三截止閥，并啟動(dòng)原動(dòng)機(jī)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓栗馬達(dá)將高壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至低壓蓄能器，直至P <p2時(shí)停止原動(dòng)機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而降低高壓蓄能器的壓力，并趨于預(yù)設(shè)工作壓力p2。該過(guò)程中，若第二控制器通過(guò)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到低壓蓄能器壓力超過(guò)安全限定值時(shí)，同樣停止原動(dòng)機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥。
[0012]當(dāng)P<P3時(shí)，打開(kāi)第二截止閥和第三截止閥，并啟動(dòng)原動(dòng)機(jī)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓栗馬達(dá)將低壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至高壓蓄能器，直至P >p2時(shí)停止原動(dòng)機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而提高高壓蓄能器的壓力，并趨于預(yù)設(shè)工作壓力P2。
[0013]兩個(gè)安全閥防止蓄能器壓力超過(guò)安全值，兩個(gè)單向閥防止蓄能器被吸空。
[0014](2)動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)一預(yù)設(shè)壓力曲線模式
通過(guò)在第二控制器中預(yù)設(shè)壓力與位移關(guān)系曲線，通過(guò)位移傳感器33實(shí)時(shí)采集位移信號(hào)，對(duì)比預(yù)設(shè)曲線，得出實(shí)時(shí)理想壓力值PO。
[0015]若P>pQ時(shí)，打開(kāi)第二截止閥和第三截止閥，并啟動(dòng)原動(dòng)機(jī)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓栗馬達(dá)將高壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至低壓蓄能器，直至P =PQ時(shí)停止原動(dòng)機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而降低高壓蓄能器的壓力至Po。該過(guò)程中，若第二控制器通過(guò)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到低壓蓄能器壓力超過(guò)安全限定值時(shí)，同樣停止原動(dòng)機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥。
[0016]若P〈PQ時(shí)，打開(kāi)第二截止閥和第三截止閥，并啟動(dòng)原動(dòng)機(jī)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓栗馬達(dá)將低壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至高壓蓄能器，直至P =PQ時(shí)停止原動(dòng)機(jī)，同時(shí)關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而提高高壓蓄能器的壓力至PO。
[0017](3)動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)一壓力匹配模式
第一控制器與第二控制器可以實(shí)時(shí)通信。第一控制器通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)采集動(dòng)臂液壓缸各腔壓力值，計(jì)算出高壓蓄能器所需的壓力，并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)高壓蓄能器油液壓力至理想值。
[0018]該液壓缸液-氣儲(chǔ)能平衡回路根據(jù)需要可簡(jiǎn)化為只包含高壓蓄能器，安全閥和單向閥的簡(jiǎn)單回路，動(dòng)臂液壓缸工作油口 PA(或PC)與高壓蓄能器油口連接，同時(shí)高壓蓄能器油口連接安全閥和單向閥。其中安全閥高壓側(cè)連接蓄能器，低壓側(cè)連接油箱。單向閥連接蓄能器和油箱，允許的油液流動(dòng)方向?yàn)閺挠拖涞叫钅芷?。同樣具有良好的?jié)能效果。
[0019]所述高壓蓄能器是一個(gè)高壓蓄能器或是多個(gè)高壓蓄能器并聯(lián)組成。
[0020]所述低壓蓄能器是一個(gè)高壓蓄能器或是多個(gè)低壓蓄能器并聯(lián)組成。
[0021]液壓缸驅(qū)動(dòng)回路具有多種形式:開(kāi)式液壓回路、閉式回路等。
[0022]所述液壓開(kāi)式回路包含:操縱手柄，第一控制器，液壓栗，原動(dòng)機(jī)，換向閥，油箱，安全閥，壓力傳感器，流量再生閥。
[0023]該回路在驅(qū)動(dòng)液壓缸時(shí)，第一控制器根據(jù)操縱手柄的信號(hào)，控制換向閥處于不同的位置，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸伸出與縮回。壓力傳感器采集兩個(gè)工作油口壓力信號(hào)，實(shí)時(shí)傳輸至第一控制器。檢出負(fù)載的最高壓力，并反饋至液壓栗。液壓栗的變量控制機(jī)構(gòu)根據(jù)反饋的壓力控制液壓栗的卸盤(pán)擺角，使液壓栗輸出壓力始終高于負(fù)載壓力一定值。當(dāng)需要流量再生時(shí)，第一控制器驅(qū)動(dòng)流量再生閥轉(zhuǎn)換為通流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)流量再生，減少栗輸出的流量。該回路可以實(shí)現(xiàn)栗輸出流量、壓力與負(fù)載的自動(dòng)匹配，減少溢流損失。
[0024]所述開(kāi)式液壓回路包含:操縱手柄，第一控制器，液壓栗，兩位兩通比例閥，油箱，原動(dòng)機(jī)，安全閥，壓力傳感器，流量再生閥。
[0025]該回路在驅(qū)動(dòng)液壓缸時(shí)，第一控制器根據(jù)操縱手柄的信號(hào)，計(jì)算出所需的壓力和流量，協(xié)調(diào)控制四個(gè)兩位兩通比例閥和液壓栗，從工作油口Pl和P2輸出適當(dāng)?shù)膲毫土髁?，控制液壓缸的伸出與縮回。由壓力傳感器采集的壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳回第一控制器，可以實(shí)現(xiàn)精確的閉環(huán)控制。當(dāng)需要流量再生時(shí)，第一控制器驅(qū)動(dòng)流量