專利名稱：一種液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用液壓驅(qū)動的升降裝置，具體地說是一種液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液壓升降系統(tǒng)是靠液壓缸或液壓馬達的運動來驅(qū)動負載上升或下降的裝置，具有載重量大、運行安全平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。其調(diào)速方式包括節(jié)流閥控和容積調(diào)速兩種。節(jié)流閥控調(diào)速是采用節(jié)流調(diào)速技術(shù)來控制系統(tǒng)的運行速度，其優(yōu)點是系統(tǒng)簡潔，控制方便，但存在著系統(tǒng)節(jié)流和溢流損失大、油液溫升快、系統(tǒng)效率低的缺點；而容積調(diào)速則具有功率適應(yīng)性、能量損失小、效率較高的優(yōu)點。在容積調(diào)速中又以變頻器控制電機來拖動定排量泵/馬達的變頻變壓調(diào)速(VVVF)最為熱點。
采用變頻變壓調(diào)速的液壓升降系統(tǒng)雖然具有功率適應(yīng)性，但系統(tǒng)的裝機功率依然由最大負載所需功率決定，因而仍存在著裝機功率大的問題。
采用液壓蓄能器作液壓配重的節(jié)能方法應(yīng)用在液壓升降系統(tǒng)中可以達到回收系統(tǒng)多余能量、降低系統(tǒng)裝機功率的目的；但由于液壓蓄能器的輸出功率不可人為實時地改變，且如果單獨采用液壓蓄能器做液壓配重，還存在著蓄能器油液輸出過程中其內(nèi)部油液壓力逐漸降低，導(dǎo)致輸出功率逐漸減小的缺點，從而達不到與負載所需功率完全匹配的目的，因而系統(tǒng)裝機功率仍然較大；目前在采用變頻變壓(VVVF)控制的升降系統(tǒng)中，還存在著升降臺重載下降時產(chǎn)生的多余再生能量一般通過制動電阻消耗掉的問題，因而存在著一定的能量浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)。將液壓蓄能器與變量泵/馬達構(gòu)成液壓變配重裝置，通過調(diào)節(jié)變量泵/馬達的排量，使得配重與負載大小實時匹配。
在升降臺上升時，將液壓蓄能器中存儲的壓力能通過變量泵/馬達轉(zhuǎn)換成機械能(變量泵/馬達此時工作在馬達工況)，為主回路中定量泵/馬達(變量泵/馬達此時工作在泵工況)及交流異步電動機軸系提供驅(qū)動力矩和能量，該驅(qū)動力矩與負載所需的有效力矩相等，電動機提供力矩僅用來克服升降臺上升時系統(tǒng)的效率和摩擦損耗；升降臺下降時，負載重力勢能轉(zhuǎn)化為油液壓力能，通過主回路中定量泵/馬達向變配重回路中變量泵/馬達提供驅(qū)動力矩和能量(變量泵/馬達工作在泵工況)，最終將負載重力勢能全部轉(zhuǎn)化為液壓蓄能器壓力能存儲起來，電動機提供力矩同樣僅用來克服升降臺下降時系統(tǒng)的效率和摩擦損耗，從而達到降低裝機功率和能耗、減少能量損失的目的。系統(tǒng)控制原理表達式如下功率平衡方程pL·QL＝TLΩ＝TAΩ＝pA·QA則變量泵/馬達的流量控制方程為QA=pLpA·QL]]>同理，變量泵/馬達的排量控制方程為qA=pLpA·qL]]>式中pL——負載壓力；QL——負載運行所需的流量；TL——負載作用在主回路定量泵/馬達上的力矩；Ω——定量泵/馬達、變量泵/馬達、電動機的角速度；pA——液壓蓄能器內(nèi)油液壓力；QA——變量泵/馬達的流量；TA——液壓蓄能器內(nèi)油液壓力作用在變量泵/馬達上的力矩；qA——變量泵/馬達的流量；qL——定量泵/馬達的排量；由變量泵/馬達排量控制方程可知，通過實時檢測負載壓力和液壓蓄能器內(nèi)油液壓力，作為輸入信號，控制變量泵/馬達的排量，即可實現(xiàn)功率匹配。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下利用變量泵/馬達排量可變和液壓蓄能器兩者結(jié)合形成液壓變配重回路，并將其中的變量泵/馬達通過第一聯(lián)軸器與液壓系統(tǒng)主回路中的定量泵/馬達同軸聯(lián)結(jié)，控制器通過三個壓力傳感器得到壓力檢測信號，發(fā)出二位二通電磁閥通斷的控制信號，通過信號線輸出配重回路變量泵/馬達排量的控制信號，通過速度控制信號線向變頻器輸出電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制信號。
1)所述的主回路由交流矢量變頻器、定量泵/馬達、交流異步電動機、光電編碼器、主回路二位二通電磁閥、主回路防吸空單向閥、主回路安全閥和液壓缸或液壓馬達組成；2)所述的變配重回路由液壓蓄能器、變配重回路二位二通電磁閥、變量泵/馬達、變配重回路防吸空單向閥、變配重回路安全閥和手動放油閥組成；3)變量泵/馬達通過第一聯(lián)軸器、交流異步電動機通過第二聯(lián)軸器與定量泵/馬達同軸連接，實現(xiàn)相同的轉(zhuǎn)速；4)系統(tǒng)液壓回路中的檢測及控制信號由控制器接收和發(fā)出，通過第一壓力傳感器及第一壓力傳感器信號線檢測液壓蓄能器內(nèi)的油液壓力；通過第二壓力傳感器及第二壓力傳感器信號線檢測定量泵/馬達P1油口的油液壓力；通過第三壓力傳感器及第三壓力傳感器信號線檢測液壓缸或液壓馬達內(nèi)的負載油液壓力；通過第一電磁閥信號線向變配重回路的二位二通電磁閥輸出通電和斷電指令；通過第二電磁閥信號線向主回路二位二通電磁閥輸出通電和斷電指令；通過變量泵/馬達排量控制信號線控制變配重回路變量泵/馬達的排量；通過速度控制信號線向變頻器輸出電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向指令。
本發(fā)明具有的有益效果是應(yīng)用變量泵/馬達排量可變和液壓蓄能器作液壓配重的節(jié)能原理，將兩者結(jié)合，形成變配重結(jié)構(gòu)，使配重實時地與負載相匹配；系統(tǒng)中的異步電動機僅用來提供系統(tǒng)效率和摩擦損耗所需的能量，從而大幅度降低的系統(tǒng)的裝機功率和能耗；且由于配重實時與負載相匹配，使得升降臺在重載下降時的能量全部回充至蓄能器中，無能量浪費。


附圖是本發(fā)明的一種液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中1.油箱，2.變配重回路防吸空單向閥吸油管路，3.變量泵/馬達第一吸油管路，4.變量泵/馬達吸油過濾器，5.變量泵/馬達第二吸油管路，6.定量泵/馬達第一吸油管路，7.定量泵/馬達吸油過濾器，8.定量泵/馬達第二吸油管路，9.交流異步電動機，10.主回路防吸空單向閥吸油管路，11.變頻變壓(VVVF)交流電，12.三相電源，13.變頻器，14.變配重回路防吸空單向閥，15.變配重回路防吸空單向閥管路，16.變量泵/馬達P2油口管路，17.變量泵/馬達，18.第一聯(lián)軸器，19.定量泵/馬達，20.第二聯(lián)軸器，21.主回路安全閥管路，22.電動機軸端光電編碼器，23.主回路防吸空單向閥，24.主回路安全閥，25.主回路安全閥回油管路，26.電機軸端光電編碼器信號線，27.變頻器控制信號線，28.變配重回路安全閥，29.變配重回路安全閥管路，30.手動放油閥，31.液壓蓄能器P3油口管路，32.變配重回路二位二通電磁閥，33.第一壓力傳感器，34.第二壓力傳感器，35.第一電磁閥信號線，36.變量泵/馬達排量控制信號線，37.第二電磁閥信號線，38.控制器，39.第一壓力傳感器信號線，40.第二壓力傳感器信號線，41.第三壓力傳感器信號線，42.液壓蓄能器，43.定量泵/馬達P1油口管路，44.主回路二位二通電磁閥，45.第三壓力傳感器，46.負載管路，47.液壓缸或液壓馬達，48.升降平臺。
具體實施例方式
附圖所示，本發(fā)明的液壓系統(tǒng)具體如下1)主回路定量泵/馬達19的一端通過定量泵/馬達第一吸油管路6、定量泵/馬達吸油過濾器7、定量泵/馬達第二吸油管路8與油箱1連接，其另一端油口P1通過定量泵/馬達P1油口管路43與主回路二位二通電磁閥44的A油口連接；主回路二位二通電磁閥44的B油口通過負載管路46與液壓缸或液壓馬達47連接；主回路定量泵/馬達19的油口P1通過主回路安全閥管路21、主回路安全閥24、主回路安全閥回油管路25與油箱1連通；主回路安全閥管路21還通過主回路防吸空單向閥23、主回路防吸空單向閥吸油管路10與油箱1連接；主回路二位二通電磁閥44的作用是控制A、B油口之間的導(dǎo)通與截斷；當主回路二位二通電磁閥44電磁鐵失電，工作在上位時，其A、B油口截止；當其工作在下位時，A、B油口導(dǎo)通，即定量泵/馬達P1油口管路43內(nèi)的油液與負載管路46連通，最終與液壓缸或液壓馬達47連通，控制升降平臺48的升降；主回路安全閥24的作用是防止主回路油液壓力過高，起到安全保護作用；主回路防吸空單向閥23的作用是防止主回路定量泵/馬達19在運行時出現(xiàn)吸空現(xiàn)象；2)變配重回路變量泵/馬達17的一端通過變量泵/馬達第一吸油管路3、變量泵/馬達吸油過濾器4、變量泵/馬達第二吸油管路5與油箱1連通，其另一端油口P2通過變量泵/馬達P2油口管路16、變配重回路二位二通電磁閥32、液壓蓄能器P3油口管路31與液壓蓄能器42連通；變配重回路安全閥28的一端通過變配重回路安全閥管路29與液壓蓄能器42的油口P3連通，另一端與油箱1連通；手動放油閥30的一端通過變配重回路安全閥管路29與液壓蓄能器42的油口P3連通，另一端與油箱1連通；變量泵/馬達P2油口管路16還通過變配重回路防吸空單向閥管路15、變配重回路防吸空單向閥14、變配重回路防吸空單向閥吸油管路2與油箱1連接；
變配重回路安全閥28的作用是防止變配重回路油液壓力過高，起到安全保護作用；手動放油閥30的作用是，當液壓蓄能器42內(nèi)的油液需放出時，按動手動放油閥30的杠杠，液壓蓄能器42內(nèi)的液壓油通過手動放油閥30流到油箱1中；變配重回路防吸空單向閥14的作用是防止變配重回路變量泵/馬達17在運行時出現(xiàn)吸空現(xiàn)象；3)變配重回路變量泵/馬達17通過第一聯(lián)軸器18與主回路定量泵/馬達19同軸聯(lián)結(jié)；交流異步電動機9通過第二聯(lián)軸器20與主回路定量泵/馬達19同軸聯(lián)結(jié)；變頻器13接上三相電源12后，輸出變頻變壓(VVVF)交流電11控制交流異步電動機9的運行，連接在交流異步電動機9軸端的測速光電編碼器22用來檢測交流異步電動機9的轉(zhuǎn)速，并將該轉(zhuǎn)速信號通過電機軸端光電編碼器信號線26輸入到變頻器13中，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)矢量控制；4)系統(tǒng)液壓回路中的信號檢測及控制信號由控制器38接收和發(fā)出，通過第一壓力傳感器33及第一壓力傳感器信號線39檢測液壓蓄能器42內(nèi)的油液壓力；通過第二壓力傳感器34及第二壓力傳感器信號線40檢測主回路定量泵/馬達19的P1油口油液壓力；通過第三壓力傳感器45及第三壓力傳感器信號線41檢測液壓缸或液壓馬達47內(nèi)的負載油液壓力；通過第一電磁閥信號線35向變配重回路二位二通電磁閥32輸出通電和斷電指令；通過第二電磁閥信號線37向主回路二位二通電磁閥44輸出通電和斷電指令；通過變量泵/馬達排量控制信號線36控制變配重回路變量泵/馬達17的排量；系統(tǒng)在運行過程中，方向和速度信號由控制器38發(fā)出至變頻器13，最終控制交流異步電動機9的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。
下面對分上行、下行、液壓蓄能器充油、液壓蓄能器放油四個工況來詳細敘述液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)的工作原理(敘述前，我們假定電動機正向轉(zhuǎn)動對應(yīng)升降臺上行，反之對應(yīng)升降臺下行)(1)上行工況控制器38接到上行的指令信號后，通過變頻器控制信號線27向變頻器13輸出對應(yīng)的低速正轉(zhuǎn)指令，進而通過變頻變壓(VVVF)交流電11輸出相應(yīng)的信號，使交流異步電動機9工作在低速正轉(zhuǎn)工況；同時，控制器38通過第一壓力傳感器33及第一壓力傳感器信號線39檢測液壓蓄能器42內(nèi)的油液壓力；通過第二壓力傳感器34及第二壓力傳感器信號線40檢測定量泵/馬達P1油口的油液壓力；通過第三壓力傳感器45及第三壓力傳感器信號線41檢測液壓缸47內(nèi)的負載油液壓力；通過變量泵/馬達控制信號36實時地控制變配重回路變量泵/馬達17的排量；控制器38通過第一電磁閥信號線35向變配重回路二位二通電磁閥32輸出通電指令，使變配重回路二位二通電磁閥32工作在導(dǎo)通狀態(tài)；主回路定量泵/馬達19向P1口輸出壓力油，當控制器38檢測到定量泵/馬達P1油口的油液壓力逐漸上升至與液壓缸或液壓馬達47內(nèi)的負載油液壓力相等時，控制器38通過第二電磁閥信號線37向主回路二位二通電磁閥44輸出通電指令，使主回路二位二通電磁閥44工作在下位，其A、B油口導(dǎo)通；控制器38再讀取預(yù)先設(shè)定在其存儲器中的上行期望運行曲線數(shù)據(jù)，變頻器13控制交流異步電動機9按照給定指令運轉(zhuǎn)，進而帶動變配重回路變量泵/馬達17和主回路定量泵/馬達19正向轉(zhuǎn)動；此時液壓蓄能器42內(nèi)的壓力油驅(qū)動變配重回路變量泵/馬達17工作在馬達工況；主回路定量泵/馬達19工作在泵工況，由主回路定量泵/馬達19輸出到液壓缸或液壓馬達47的液壓油流量與速度指令相對應(yīng)，進而使升降臺48按照給定理想的速度曲線依次完成加速、勻速、減速運行階段。
當升降臺48到達指定位置，控制器38接收到?？啃盘柡?，通過第一電磁閥信號線35向變配重回路二位二通電磁閥32輸出斷電指令，使變配重回路二位二通電磁閥32工作在截止狀態(tài)；同時通過第二電磁閥信號線37向主回路二位二通電磁閥44輸出斷電指令，使主回路二位二通電磁閥44工作在上位截止狀態(tài)；同時，停止向變頻器13輸出速度指令，變頻器13停止向交流異步電動機9輸出電信號，升降臺48?？俊?br> (2)下行工況控制器38接到下行的指令信號后，為防止升降臺產(chǎn)生下行初始瞬時的失重，必須首先對主回路二位二通電磁閥44兩端的壓力進行平衡控制。通過變頻器控制信號線27向變頻器13輸出對應(yīng)的低速正轉(zhuǎn)指令，進而通過變頻變壓(VVVF)交流電11輸出相應(yīng)的信號，使交流異步電動機9工作在低速正轉(zhuǎn)工況，直到檢測到定量泵/馬達P1油口的油液壓力逐漸上升至與液壓缸或液壓馬達47內(nèi)的負載油液壓力相等；此時控制器38通過第一電磁閥信號線35向變配重回路二位二通電磁閥32輸出通電指令，使變配重回路二位二通電磁閥32工作在導(dǎo)通狀態(tài)；通過第二電磁閥信號線37向主回路二位二通電磁閥44輸出通電指令，使主回路二位二通電磁閥44工作在下位，其A、B油口導(dǎo)通；控制器38再讀取預(yù)先設(shè)定在其存儲器中的下行期望運行曲線數(shù)據(jù)，變頻器13控制交流異步電動機9按照給定指令運轉(zhuǎn)，進而帶動變配重回路變量泵/馬達17和主回路定量泵/馬達19反向轉(zhuǎn)動；此時液壓缸或液壓馬達47內(nèi)的壓力油驅(qū)動主回路定量泵/馬達19，使其工作在馬達工況；進而驅(qū)動變配重回路變量泵/馬達17，使其工作在泵工況；即從油箱1中吸油，充至液壓蓄能器42中；由液壓缸或液壓馬達47輸出至主回路定量泵/馬達19的液壓油流量與速度指令相對應(yīng)，進而使升降臺48按照給定理想的下行速度曲線依次完成加速、勻速、減速運行階段。
當升降臺48到達指定位置，控制器38接收到?？啃盘柡?，通過第一電磁閥信號線35向變配重回路二位二通電磁閥32輸出斷電指令，使變配重回路二位二通電磁閥32工作在截止狀態(tài)；通過第二電磁閥信號線37向主回路二位二通電磁閥44輸出斷電指令，使主回路二位二通電磁閥44工作在截止狀態(tài)同時，停止向變頻器13輸出速度指令，變頻器13停止向交流異步電動機9輸出電信號，升降臺48?？俊?br> (3)液壓蓄能器充油在進行第一次運行之前，需往液壓蓄能器42中充一定的液壓油以滿足后面系統(tǒng)運行的需要。由系統(tǒng)運行原理可知，系統(tǒng)在正常下行工況(交流異步電動機9反轉(zhuǎn))，液壓缸或液壓馬達47內(nèi)的液壓油通過主回路定量泵/馬達19流回油箱1，同時，變配重回路變量泵/馬達17從油箱1中吸油，充至液壓蓄能器42中。因此，在第一次運行前給液壓蓄能器42充油時，通過控制器38、變頻器13給出反轉(zhuǎn)信號，起動交流異步電動機9反轉(zhuǎn)。
此時，主回路二位二通電磁閥44不給通電信號，工作在截止狀態(tài)；主回路定量泵/馬達19在交流異步電動機9的帶動下處于卸荷工況，通過主回路安全閥管路21、主回路防吸空單向閥23、主回路防吸空單向閥吸油管路10從油箱1中吸油，油液排出至油箱1中。
變配重回路中，控制器38通過第一電磁閥信號線35控制變配重回路二位二通電磁閥32，使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，變配重回路變量泵/馬達17在在交流異步電動機9的帶動下工作在泵工況，通過變量泵/馬達第一吸油管路3、變量泵/馬達吸油過濾器4、變量泵/馬達第二吸油管路5從油箱1中吸油，其油口P2通過變量泵/馬達P2油口管路16、變配重回路二位二通電磁閥32、液壓蓄能器P3油口管路31往液壓蓄能器42中充油；當控制器38通過第一壓力傳感器33及第一壓力傳感器信號線39檢測到液壓蓄能器42內(nèi)的油液壓力達到所需壓力時，控制器38停止向變頻器13輸出速度指令，變頻器13停止向交流異步電動機9輸出電信號使之停止運轉(zhuǎn)；控制器38同時通過第一電磁閥信號線35控制變配重回路二位二通電磁閥32，使之工作在截至狀態(tài)，充油過程完畢。
(4)液壓蓄能器放油當液壓升降系統(tǒng)需維修、故障等情況需要將液壓蓄能器42內(nèi)的液壓油放出部分或全部時，通過人工按動手動放油閥30的杠杠，液壓蓄能器42內(nèi)的液壓油通過手動放油閥30流到油箱1中，直到液壓蓄能器42內(nèi)的油液壓力達到所需值或全部放出時，松開手動放油閥30的杠杠。
以上采用的變頻器和控制器，可選用市場上通用的器件。
權(quán)利要求
1.一種液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)，其特征在于利用變量泵/馬達排量可變和液壓蓄能器兩者結(jié)合形成液壓變配重回路，并將其中的變量泵/馬達通過第一聯(lián)軸器與液壓系統(tǒng)主回路中的定量泵/馬達同軸聯(lián)結(jié)，控制器通過三個壓力傳感器得到壓力檢測信號，發(fā)出二位二通電磁閥通斷的控制信號，通過信號線輸出配重回路變量泵/馬達排量的控制信號，通過速度控制信號線向變頻器輸出電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)，其特征在于1)所述的主回路由交流矢量變頻器(13)、定量泵/馬達(19)、交流異步電動機(9)、光電編碼器(22)、主回路二位二通電磁閥(44)、主回路防吸空單向閥(23)、主回路安全閥(24)和液壓缸或液壓馬達(47)組成；2)所述的變配重回路由液壓蓄能器(42)、變配重回路二位二通電磁閥(32)、變量泵/馬達(17)、變配重回路防吸空單向閥(14)、變配重回路安全閥(28)和手動放油閥(30)組成；3)變量泵/馬達(17)通過第一聯(lián)軸器(18)、交流異步電動機(9)通過第二聯(lián)軸器(20)與定量泵/馬達(19)同軸連接，實現(xiàn)相同的轉(zhuǎn)速；4)系統(tǒng)液壓回路中的檢測及控制信號由控制器(38)接收和發(fā)出，通過第一壓力傳感器(33)及第一壓力傳感器信號線(39)檢測液壓蓄能器(42)內(nèi)的油液壓力；通過第二壓力傳感器(34)及第二壓力傳感器信號線(40)檢測定量泵/馬達(19)P1油口的油液壓力；通過第三壓力傳感器(45)及第三壓力傳感器信號線(41)檢測液壓缸或液壓馬達(47)內(nèi)的負載油液壓力；通過第一電磁閥信號線(35)向變配重回路的二位二通電磁閥(32)輸出通電和斷電指令；通過第二電磁閥信號線(37)向主回路二位二通電磁閥(44)輸出通電和斷電指令；通過變量泵/馬達排量控制信號線(36)控制變配重回路變量泵/馬達(17)的排量；通過速度控制信號線(27)向變頻器(13)輸出電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液壓配重可變的節(jié)能液壓升降系統(tǒng)，該系統(tǒng)的核心節(jié)能思想為變頻變壓容積調(diào)速和液壓配重可變。它包括由變頻器、交流異步電動機、定量泵/馬達、液壓缸或液壓馬達組成的主回路，由液壓蓄能器(液壓配重)、變量泵/馬達組成的變配重回路。系統(tǒng)運行時，采用變頻控制來實現(xiàn)系統(tǒng)所需的優(yōu)越調(diào)速性能和功率適應(yīng)性；應(yīng)用變量泵/馬達排量可變和液壓蓄能器作液壓配重的節(jié)能原理，將兩者結(jié)合，形成變配重結(jié)構(gòu)，使配重實時地與負載相匹配；系統(tǒng)中的異步電動機僅用來提供系統(tǒng)效率和摩擦損耗所需的能量，從而大幅度降低的系統(tǒng)的裝機功率和能耗；且由于配重實時與負載相匹配，使得升降臺在重載下降時的能量全部回充至蓄能器中，無能量浪費。
文檔編號B66B1/24GK1987124SQ20061015520
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者楊華勇, 胡東明, 徐兵, 黃志勇 申請人:浙江大學(xué)