回油压力连续可调的负载口独立控制系统
阅读说明：本技术 回油压力连续可调的负载口独立控制系统 (Independent control system for load port with continuously adjustable oil return pressure ) 是由 丁孺琦 熊文杰 程敏 胡国良 李刚 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种回油压力连续可调的负载口独立控制系统,包括液压动力源、油箱、负载口独立控制阀组、液压执行器、控制器和控制手柄。该负载口独立控制系统通过在回油路上增加一个压力可调的电比例溢流阀同时并联一个单向阀的方式,达到调节回油路背腔压力,并自适应流量需求的目的,进而解决了传统负载口独立控制系统在低压再生模式下,液压执行器的低压腔产生气穴现象的问题,同时也使得系统在普通模式下,不会因过大的背腔压力产生不必要的压力损失。(The invention discloses a load port independent control system with continuously adjustable oil return pressure. This load mouth independent control system reaches the back of the body chamber pressure of adjusting oil return way through the mode that increases a pressure adjustable electric proportion overflow valve and parallelly connected a check valve simultaneously on the oil return way to the purpose of self-adaptation flow demand, and then solved traditional load mouth independent control system under the low pressure regeneration mode, the problem that hydraulic actuator's low pressure chamber produced cavitation, also make the system simultaneously under ordinary mode, can not produce unnecessary loss of pressure because of too big back of the body chamber pressure.)
技术领域
本发明涉及液压传动与控制技术领域，尤其涉及一种回油压力连续可调的负载口独立控制系统。
背景技术
负载口独立控制系统可以打破进、出阀口耦合调节的约束，使系统可以根据执行器不同工况模式，切换至能耗更优的液压回路，并且可以增加系统的控制自由度，可实现系统的运动控制、节能控制等多目标控制。当执行器负载为超越负载时，负载口独立控制系统工作在低压再生模式时，液压执行器进出口同时连通低压回油路，形成差动连接，此时液压执行器通过超越负载驱动执行器运动，无需泵提供流量。虽然系统在该模式下节约了能量，但当回油经过控制阀进入液压执行器低压腔时，经过沿程压力损失和阀口压力损失，容易产生气穴。目前为了解决这一问题，通常在回油路上增加一个单向阀用以提高背压，单向阀的开启压力决定了回油压力。这种方式虽然在一定程度上解决了气穴的问题，但是由于压力损失随流量的增大而增大，使得不同流量的低压再生模式需要不同背压的单向阀，故而单向阀的适应性较差。如果选择较高开启压力的单向阀以满足不同低压再生流量需求，则会由于回油路过高的背腔压力，造成较大的压力损失。
因此，为了解决系统工作在低压再生模式时易出现气穴的问题，同时避免系统在普通模式下产生较大的压力损失，本发明提出了一种回油压力连续可调的负载口独立控制系统。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种回油压力连续可调的负载口独立控制系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种回油压力连续可调的负载口独立控制系统，包括：
液压动力源，用于为系统提供所需的流量；
油箱，用于储存系统所需液压油；
控制器，用于为系统提供控制信号；
负载口独立控制阀组，用于改变系统液压回路，使执行器可在需求的工作模式下进行工作，包括第一比例方向阀、第二比例方向阀，并在第一比例方向阀、第二比例方向阀之间的回油路上增加一个电比例溢流阀同时并联一个单向阀，调节回油压力来避免气穴；电比例溢流阀的调定回油压力根据下式进行调节：
式中，qv2为通过第二比例方向阀的实际流量，Kv为第一比例方向阀和第二比例方向阀的流量压力系数，pr为第一比例方向阀和第二比例方向阀之间的回油路压力，pc为产生气穴的压力阈值。
液压执行器，用于将液压动力源提供的能量转化为机械能，实现实际需要的操作；
控制手柄用于输入速度信号给控制器，通过控制器控制第一比例方向阀和第二比例方向阀，进而控制液压执行器的动作。
进一步地，所述液压动力源的出油口和和负载口独立控制阀组的进油口P通过管路相连接，所述负载口独立控制阀组的回油口T和油箱通过管路相连接；所述负载口独立控制阀组的第一工作油口A与液压执行器的无杆腔通过管路相连接，所述负载口独立控制阀组的第二工作油口B与液压执行器的有杆腔通过管路相连接；所述负载口独立控制阀组通过电气电路与控制器相连接，所述控制手柄通过电气电路与控制器相连通。
进一步地，所述负载口独立控制阀组含有第一比例方向阀、第二比例方向阀、电比例溢流阀、工作口A压力传感器、工作口B压力传感器、单向阀；所述第一比例方向阀包括进油口P1、回油口T1，出油口A1，所述第二比例方向阀包括进油口P2、回油口T2，出油口A2，其中所述第一比例方向阀的进油口P1和第二比例方向阀的进油口P2相连并和负载口独立控制阀组的进油口P连接，所述第一比例方向阀的出油口A1和第一工作油口A的压力传感器的进油口均与负载口独立控制阀组的第一工作油口A相连接，所述第二比例方向阀的出油口A2和第二工作油口B的压力传感器的进油口均与负载口独立控制阀组的第二工作油口B相连接，所述第一比例方向阀和第二比例方向阀的回油口T1、T2相互连接，并和电比例溢流阀的出油口及单向阀出油口相连接，电比例溢流阀的进油口和单向阀进油口与负载口独立控制阀组的回油口T相连接。
进一步地，当系统处于低压再生模式时，液压执行器两腔同时连通低压回油路，形成差动连接，此时系统会从油箱中吸油，而由于油液经过管道及比例方向阀会产生一定的压力损失，该压力损失导致液压执行器低压腔压力过低，继而产生气穴问题，故通过调节回油路上的电比例溢流阀压力以及并联的单向阀来避免气穴；当系统在低压缩回再生模式时，电比例溢流阀的调定压力可以匹配第二比例方向阀的流量的大小进行自适应调节，从而提供所需的回油背压，避免液压执行器低压腔产生气穴；当系统在低压伸出再生模式时，系统需要从油箱或者其他执行器回油吸取额外的流量来满足流量需求，无论吸取其他执行器并通过溢流阀回油，或者经过单向阀从油箱吸取流量，均可以提供所需流量并保证一定的回油路压力，避免液压执行器低压腔产生气穴；当系统处于普通工作模式时，如果背腔压力过大，会造成较大的压力损失，故将电比例溢流阀的调定压力调节至近零值，从而减少油液流经电比例溢流阀返回油箱时的压力损失。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过在系统回油路增设溢流阀，提高低压再生模式下回油压力，防止气穴问题。
(2)本发明增设的溢流阀采用比例控制，当系统处于低压再生模式时，可以根据不同流量产生的压力损失自适应调整；当系统处于普通模式时，可将回油压力减小至最低值，使得系统压力损失减小，并降低系统能耗。
附图说明
图1是本发明回油压力连续可调的负载口独立控制系统的系统原理图。
图2是本发明的负载口独立控制阀组的原理图。
图3是本发明的低压缩回再生模式的原理图。
图4是本发明的低压伸出再生模式的原理图。
图5是本发明的阻抗伸出模式的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
参照图1，本发明提供的一种回油压力连续可调的负载口独立控制系统，包括：
所述液压动力源1，用于为系统提供所需的流量；所述油箱2，用于储存系统所需液压油；所述控制器3，用于为系统提供控制信号；所述液压执行器5，用于将液压动力源1提供的能量转化为机械能，实现实际需要的操作，如挖掘机机械臂的提升运动等；所述控制手柄6用于输入速度信号给控制器3，通过控制器3控制第一比例方向阀41和第二比例方向阀42，进而控制液压执行器5的动作。
所述负载口独立控制阀组4，用于改变系统液压回路，使执行器可在需求的工作模式下进行工作，包括第一比例方向阀41、第二比例方向阀42，并在第一比例方向阀41、第二比例方向阀42之间的回油路上增加一个电比例溢流阀43同时并联一个单向阀44，调节回油压力来避免气穴；
所述液压动力源1的出油口和和负载口独立控制阀组4的进油口P通过管路相连接，所述负载口独立控制阀组4的回油口T和油箱2通过管路相连接；所述负载口独立控制阀组4的第一工作油口A与液压执行器5的无杆腔通过管路相连接，所述负载口独立控制阀组4的第二工作油口B与液压执行器5的有杆腔通过管路相连接；所述负载口独立控制阀组4通过电气电路与控制器3相连接，所述控制手柄6通过电气电路与控制器3相连通。
参照图2，所述负载口独立控制阀组4含有第一比例方向阀41、第二比例方向阀42、电比例溢流阀43、第一工作油口A的压力传感器44、第二工作油口B的压力传感器45。所述第一比例方向阀41包括进油口P1、回油口T1，出油口A1，所述第二比例方向阀42包括进油口P2、回油口T2，出油口A2，其中所述第一比例方向阀41的进油口P1和第二比例方向阀42的进油口P2相连并和负载口独立控制阀组4的进油口P连接，所述第一比例方向阀41的出油口A1和第一工作油口A的压力传感器44的进油口均与负载口独立控制阀组4的第一工作油口A相连接，所述第二比例方向阀42的出油口A2和第二工作油口B的压力传感器45的进油口均与负载口独立控制阀组4的第二工作油口B相连接，所述第一比例方向阀41和第二比例方向阀42的回油口T1、T2相互连接，并和电比例溢流阀43的出油口及单向阀44出油口相连接，电比例溢流阀43的进油口和单向阀44进油口与负载口独立控制阀组4的回油口T相连接。
所述回油压力连续可调的负载口独立控制系统包含七种工作模式。在普通模式下，系统可工作在阻抗伸出、阻抗缩回、超越伸出、超越缩回四种模式下；在再生模式下，系统可工作在高压伸出再生、低压缩回再生以及低压伸出再生三种模式下。
本发明的实施例以低压缩回再生、低压伸出再生模式为例；当系统处于普通模式时，以阻抗伸出模式为实施例，其他普通工作模式与之类似。
参照图3，所述负载口独立控制阀组4的第一比例方向阀41和第二比例方向阀42均右位得电，液压执行器5无杆腔和有杆腔同时连通低压回油路，超越负载驱动液压执行器5活塞杆缩回，此时油液靠负载作用于执行器产生的压力从液压执行器的无杆腔流向有杆腔，无需泵提供额外的流量。此时，电比例溢流阀43的调定压力跟随通过第二比例方向阀42的流量的大小自适应调节，避免液压执行器5的有杆腔产生气穴。电比例溢流阀43的调定回油压力根据下式进行调节：
式中，qv2为通过第二比例方向阀42的实际流量，Kv为第一比例方向阀41和第二比例方向阀42的流量压力系数，pr为第一比例方向阀41和第二比例方向阀42之间的回油路压力，pc为产生气穴的压力阈值
参照图4，所述负载口独立控制阀组4的第一比例方向阀41和第二比例方向阀42均右位得电，液压执行器5无杆腔和有杆腔同时连通低压回油路，超越负载驱动液压执行器5活塞杆伸出，此时油液靠负载作用于执行器产生的压力从液压执行器的有杆腔流向无杆腔，无需泵提供流量，但系统还需获取一定的额外流量。如果系统为多执行器系统，则所需的额外的流量可从其他执行器回油吸取，并通过电比例溢流阀43回油，此时电比例溢流阀43的调定压力跟随通过第一比例方向阀41的流量的大小自适应调节；如果系统为单执行器系统，那就通过单向阀44从油箱吸取油液，以满足所需流量。无论吸取其他执行器并通过电比例溢流阀43回油，或者经过单向阀44从油箱吸取流量，均可以提供所需流量并保证一定的回油路压力，避免液压执行器5的无杆腔产生气穴。
参照图5，所述负载口独立控制阀组4的第一比例方向阀41左位得电，第二比例方向阀42右位得电，液压执行器5无杆腔连通泵高压油，有杆腔连通低压回油路，液压执行器5活塞杆伸出，推动负载。此时，电比例溢流阀43调节调定压力为近零值，以减少油液返回油箱时产生的压力损失。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
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