一种负值负载限速回路的双向比例平衡阀及其应用系统的制作方法

本发明属于工程机械、工程车辆驱动控制、电液比例系统计算机控制、节能控制技术等交叉的技术领域，尤其涉及一种负值负载限速回路的双向比例平衡阀及其应用系统。

背景技术：

高速铁路、城市轨道交通、跨流域引水调水工程和坑道煤炭开采地下隧道施工在我国近几年基础设施工程中占有相当的比重。这些工程的施工机械的行走与卷扬系统都离不开持续负值载荷作用下的电液动力机构。

负值载荷出现于运动体机械电液行走系统的下长坡工况、大起升高度起重运输机械的电液卷扬系统的重载下降工况和电液加载系统的负值载荷加载工况，是完成工作任务所必需的正常运行工况，目前，工程中一般采用在回油路上串联平衡阀构建平衡回路，通过产生的背压平衡负值负载对系统控制性能的影响。但通过大量试验分析显示，衡阀先导控制油腔压力存在波动，并且平衡阀与制动器的开启时间不符合设计要求，从而导致系统出现压力波动，致使负值负载下执行运动机构降出现抖动现象。同时，由于平衡阀建立的平衡回路不能独立精确调节，而是通过系统的压力流量耦合控制，极大影响了系统平衡回路及整体系统的控制性能。

技术实现要素：

本发明结合上述背景技术中提到的问题，针对传统的负值负载工况下液压平衡回路中，一般采用串联平衡阀产生一定的背压压力，进行压力耦合调节，而无法实现背压压力独立精确反馈控制调节，从而出现系统压力波动及“反拖”问题，致使负值负载下执行运动机构降出现抖动及“溜车”现象，极大的限制了电液系统整体控制性能及节能效率的提高，因而提出一种用于负值负载限速回路的双向比例平衡阀。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是一种负值负载限速回路的双向比例平衡阀，包括一二位三通的换向阀，在换向阀出油口串联一电液比例压力控制阀，电液比例控制阀分为两路串联由两同向单向阀串联而成的单向阀组，最终形成自换向阀出油口到进油口方向形成的两组回油路。

上述结构中，两位三通换向阀能够根据阀芯两端油路压力差，自动调整换向阀阀芯工作位置，实现回油路切换；电液比例压力控制阀根据输入控制电流，精确控制回油路压力，实现油路背压压力无级调节；两组单向阀组实现进回油路双向控制调节，进而实现双向比例平衡阀调节。

进一步的，所述换向阀连接有由串联的阻尼、单向阀以及与上述两者并联的阻尼组成阻尼组，该阻尼组串联与换向阀发信和单向阀组的两单向阀之间，所述阻尼组的单向阀自换向阀向单向阀组形成通路。

上述结构中，阻尼组的设置使阀芯运动调节更加平稳。

进一步的，所述电液比例压力控制阀为防爆电液比例压力控制阀。

为了解决上述问题，本发明还提供一种负值负载限速回路的双向比例平衡应用系统，包括电机、油泵、负载和串联与油泵和负载之间的双向比例平衡阀，电机控制油泵工作。

进一步的，所述双向比例平衡阀包括：一电液比例压力控制阀，双向比例平衡阀为两位三通的换向阀、电液比例压力控制阀和单向阀组串联组成；所述单向阀组为两个同向单向阀串联组成，自换向阀出油口到进油口方向形成的回油路中，所述电液比例压力控制阀根据输入控制电流，精确控制回油路压力，实现油路背压压力无级调节；所述单向阀组实现进回油路双向控制调节。

进一步的，所述换向阀连接有由串联的阻尼、单向阀以及与上述两者并联的阻尼组成阻尼组，该阻尼组串联与换向阀发信和单向阀组的两单向阀之间。

进一步的，所述阻尼组的单向阀自换向阀向单向阀组形成通路。

进一步的，所述电液比例压力控制阀为防爆电液比例压力控制阀.

本发明利用执行元件高压腔和低压腔的压差，通过高压端压力推动阀芯，并通过双向比例平衡阀中电液比例压力控制阀的调节，主动在系统低压回路建立液压平衡回路，进行背压压力的精确反馈控制，避免了系统压力波动产生的抖动现象。同时，基于运行速度和平衡负值负载分别独立调节的液压控制原理，实现进/回油路流量压力分别独立控制调节，提高控制系统整体控制性能及能量利用率。

本发明能够使电液动力机构在负值载荷作用下的动态性能取得较大提高，有利于国产大型工程机械电液控制技术、移动机器人技术和大型电液力模拟设备电液加载技术发展中关键技术的解决。

附图说明

图1为本发明负值负载限速回路的双向比例平衡阀的液压原理图。

图2为本发明具体实施例1中负值负载限速回路的双向比例平衡应用系统。

图3为本发明具体实施例2中负值负载限速回路的双向比例平衡应用系统；

电液比例压力控制阀1，换向阀2，单向阀组3，阻尼组4，电动机5，定量泵6，溢流阀7，电液比例换向阀8，双向比例平衡阀9，液压缸10，联动电机11，行走泵12，马达14，卷扬机构15。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参考图1所示，负值负载限速回路的双向比例平衡阀，包括：一电液比例压力控制阀1，一两位三通的换向阀2，两组单向阀组3和阻尼组4；两位三通换向阀2能够根据阀芯两端油路压力差，自动调整换向阀阀芯工作位置，实现回油路切换；电液比例压力控制阀1根据输入控制电流，精确控制回油路压力，实现油路背压压力无级调节；两组单向阀组3实现进回油路双向控制调节，进而实现双向比例平衡阀调节；；阻尼组的设置使阀芯运动调节更加平稳。

该双向比例平衡阀工作原理：

双向比例平衡阀可用于阀控型电液比例控制系统及泵控马达型电液负载敏感系统的背压压力平衡回路中，基于执行机构运动速度和平衡负值负载分别独立调节的液压控制原理，运动速度由比例方向流量控制阀或变排量泵的电液比例驱动器的电流调节，系统负值负载的平衡控制由双向比例平衡阀调节；

阻力型负载(正值负载)工况下，调节双向比例平衡阀的电流为最小值，电液比例压力控制阀1的阀口开口最大，系统回油路背压压力保持最小值，从而减小系统压力损失提高能量利用率；负值负载工况下，增大双向比例平衡阀的输入电流为适当值，建立系统回油路所需的背压压力，以平衡负值负载影响，从而调节了执行机构的运动加速度，使其趋近于零，实现了执行机构运动速度的稳定性控制。

将上述双向比例平衡阀串联在油泵和负载之间，油泵通过电机进行控制工作，构成负值负载限速回路的双向比例平衡应用系统。

实施例1。

上述负值负载限速回路的双向比例平衡应用系统可以应用于挖掘机动臂液压系统的背压压力调节平衡回路中，其电液控制系统简化的工作原理图如图2所示：

当挖掘机动臂液压系统的执行器液压缸10伸出动作时，由于惯性势能和重力势能的作用，使系统工作于负值负载工况，此时负载力方向与液压缸10伸出运动方向相同。

电液比例换向阀8控制在左工作位置，油液通过电动机5控制从定量泵6输出，经过电液比例换向阀8，通过双向比例平衡阀9中左上位单向阀进入到液压缸无杆腔，液压缸有杆腔输出油液经过双向比例平衡阀中电液比例换向阀左位油路，流入到电液比例压力控制阀，再通过双向比例平衡阀中右下位单向阀，流经电液比例换向阀4进入油箱。通过控制器对进油路电液比例换向阀4的电流控制建立系统流量控制调节，进而实现液压缸活塞杆伸出速度控制。通过控制器调节平衡回油路中双向比例平衡阀中的电液比例压力控制阀输入控制电流，建立一定的系统背压压力，进行背压压力独立精确反馈控制调节，实现液压缸活塞的限速缓速控制调节，起到提高执行机构运行稳定性，防止负值负载下出现抖动及速度失控现象。当挖掘机动臂液压系统的执行器液压缸10伸回动作时，系统执行元件液压缸收到阻力型负载，此时电液系统工作于正值负载工况下时，将平衡回油路中双向比例平衡阀的输入控制电流设为最小值，保持较低的背压压力，通过进油路的流量压力耦合控制实现执行元件速度及位移控制。

上述负值负载限速回路的双向比例平衡应用系统可以应用于汽车起重机闭式卷扬系统的背压压力调节平衡回路中，其电液控制系统简化的工作原理图如图3所示。

汽车起重机的卷扬电液系统主要完成负载的起升和下落及将负载悬停在空中某一位置不变，是汽车起重机最基本也是最重要的液压系统。

汽车起重机闭式卷扬系统最主要的组成为液压马达，液压马达将液压能转换为机械能，通过减速机将扭矩输送给滚筒，滚筒的正反转带动负载的上升和下降，完成起重机的职能。在负载下降时，负载力的方向和负载的运动速度方向相同，此时系统工作于负值负载工况，负值负载产生的负值转矩会导致系统出现马达反拖泵工作。达在负值负载转矩的拖动下输出高压油，从而使回油路压力大于进油路压力，发动机输出转矩转换为系统负载，负值负载转矩越大，发动机转速和负载下降的速度就越大。

当汽车起重机卷扬系统的负载下降时，由于重力势能及惯性力的作用，产生负值负载转矩作用于卷扬机构15，并传输到执行马达14上(联动电机11带动)，此时负值负载转矩成为马达驱动转矩，使卷扬系统工作于负值负载工况，同时负值转矩导致系统出现马达反拖泵工作，致使泵和马达的功能互换。马达14在负值负载转矩的拖动下输出高压油，从而使回油路压力大于进油路压力，即pb＞pa，发动机输出转矩转换为系统负载。油液从行走泵12的a口排出，双向比例平衡阀9在油压作用下，使双向比例平衡阀中的三通换向阀上位油路工作。马达14排出油液经过双向比例平衡阀中的三通换向阀，流入比例平衡阀中的电液比例压力控制阀，通过增大其输入控制电流获得较高的回油路压力pb，建立起一定系统背压压力，平衡负值负载转矩的影响。依据液压马达和负载的力矩平衡方程(忽略粘性阻尼等力矩影响)：

可知通过提高回油路背压压力pb，平衡负值负载转矩tl，从而使马达转速加速度为0，实现马达转速的稳定性控制。同时，还是通过电液比例驱动器控制调节变量泵的排量来实现速度，实现马达转速的调速缓速控制。

当汽车起重机卷扬系统的负载起升时，系统处于正值负载工况。将卷扬系统平衡回油路的双向比例平衡阀中的电液比例压力控制阀输入控制电流调节为最小值，保持较低的背压压力，通过基于进油路的独立调节流量压力耦合控制实现执行马达转速控制及稳定性控制，同时提高系统的能量利用率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。