专利名称：飞轮储能型二次调节流量耦联系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种闭环液压控制系统，具体涉及到二次调节流量耦联系统。
背景技术：
传统二次调节技术是指在恒压网络中对液压泵/马达无节流地进行闭环控制的液压传动技术。由于系统工作于准恒压状态，也被称为CPS (Common Pressure System)、 CPR(Common Pressure Rail),或SCS (Secondary Controlled System),其实际为压力耦联系统。该技术由于具有可多负载并联、控制特性 好、能实现系统制动动能回收等优点而引起越来越多的关注。但是，工作于 恒压网络的二次调节静液传动系统也有其弊端系统通常只能接入可变量的 旋转执行元件，不能接入不可变量的旋转执行元件(定量马达或摆动缸)和 直线型执行元件(直线液压缸)。这主要是由其工作原理决定的，因为其压力 基本恒定，所以只能通过改变执行元件的排量来实现对速度、扭矩和功率等 参数的控制。要解决上述问题， 一种方法是在系统中引入一种能量转换元件 (液压变压器)来实现上述功能，目前国外的瑞典、德国和日本以及我国的 浙江大学和哈尔滨工业大学等都在对此进行研究；另一种方法是根据负载特 性要求，利用流量耦联系统压力随负载改变的特点，将二次调节技术与流量 耦联系统结合，建立二次调节流量耦联静液传动系统。所述二次调节流量耦联系统是二次调节技术与流量耦联系统的结合，其 目的是发挥各自的优势，提高系统的控制性能，同时提供某些工况下能量回 收的可能性。二次调节流量耦联静液传动系统是对原来基于压力耦联系统的 二次调节静液传动系统的扩展，进一步扩大二次调节静液传动技术的应用领 域。在公开号为CN101070864的《二次调节流量耦联液压蓄能器储能静液传 动装置》的专利申请文献中，公开了一种由液压蓄能器储能的静液传动装置， 它解决了现有二次调节静液传动系统中存在的只能在较小范围内允许压力变 化的恒压网络与需要在较大范围内压力变化的液压蓄能器能量回收子系统之间的矛盾，液压蓄能器的功率密度大，能达到19kW/kg，而能量密度只能达 到2Wh/kg，不适用于需要功率密度要求小、能量密度要求比较大的场合；受 液压蓄能器性能的影响，该装置适用的工作环境的温度受限，并且该装置中 所采用的液压蓄能器和液压泵/马达的成本都比较高。 发明内容为了解决现有采用液压蓄能器储能的二次调节静液传动系统中存在的功 率密度大、能量密度小以及系统成本大的问题，本发明提供了一种飞轮储能 型二次调节流量耦联系统。飞轮储能型二次调节流量耦联系统包括双轴电机3、液压泵/马达4、电 液控制阀5、变量油缸6、减压阀7、液压缸IO、上限位传感器ll、下限位 传感器12、控制器15和油箱13，它还包括飞轮h飞轮1的驱动轴与双轴 电机3的一个输出轴固定连接，所述双轴电机3的另一个输出轴与液压泵/ 马达4的传动轴固定连接，液压泵/马达4的斜盘4-1与变量油缸6的活塞杆 连接，所述变量油缸6的两个输油口分别与电液控制阀5的两个输油口连通， 所述电液控制阀5的另两个输油口分别与油箱13和减压阀7的出油口连通， 所述减压阀7的进油口同时与液压泵/马达4的一个输油口、液压缸10的一 个输油口连通，所述液压泵/马达4的另一个输油口和所述液压缸10的另一 个输油口均与油箱13连通，上限位传感器11和下限位传感器12分别固定在 液压缸10的活塞杆的侧面用来检测所述活塞杆的位置，所述上限位传感器 11和下限位传感器12之间的距离是液压缸10的活塞杆的工作行程，上限位 传感器11和下限位传感器12的信号输出端分别和控制器15的信号输入端连 接，控制器15的控制信号输出端和电液控制阀5的控制信号输入端连接。本发明的飞轮储能型二次调节流量耦联系统能够把原来负载重物下降时 系统散失掉转化为热能的势能和动能存储为飞轮的机械动能，并回收利用， 减小系统装机功率，降低系统能耗；采用飞轮作为储能的元件，使系统的功 率密度能为0.5 11.9kW/kg，而能量密度能够达到5 150Wh/kg，并且飞轮 的使用寿命长，受工作环境的温度影响小；本系统中仅仅使用了一个液压泵/ 马达，大大的降低了系统的成本。本发明适用于石油、矿山和工程机械等行业，具有广阔的应用前景。尤其适用于频繁往复运动和频繁起停的系统中。
图l是本发明的系统结构图，图2是本发明的电气结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式的飞轮储能型二次调节流量耦联系统由双 轴电机3、液压泵/马达4、电液控制阀5、变量油缸6、减压阀7、液压缸IO、 上限位传感器11、下限位传感器12、油箱13、控制器15和飞轮1组成；飞 轮1的驱动轴与双轴电机3的一个输出轴固定连接，所述双轴电机3的另一 个输出轴与液压泵/马达4的传动轴固定连接，液压泵/马达4的斜盘4-1与变 量油缸6的活塞杆连接，所述变量油缸6的两个输油口分别与电液控制阀5 的两个输油口连通，所述电液控制阀5的另两个输油口分别与油箱13和减压 阀7的出油口连通，所述减压阀7的进油口与液压泵/马达4的一个输油口 、 液压缸10的一个输油口连通，所述液压泵/马达4的另一个输油口和所述液 压缸10的另一个输油口均与油箱13连通，上限位传感器11和下限位传感器 12分别固定在液压缸10的活塞杆的侧面用来测量所述活塞杆的位置，所述 上限位传感器11和下限位传感器12之间的距离是液压缸10的活塞杆的工作 行程，上限位传感器11和下限位传感器12的信号输出端分别和控制器15 的信号输入端连接，控制器15的控制信号输出端和电液控制阀5的控制信号 输入端连接。本实施方式中的液压泵/马达4的排量由电液控制阀5通过控制变量油缸 6来调节，而电液控制阀5的控制压力由液压泵/马达4高压油经减压阀7提 供。本实施方式的飞轮储能型二次调节流量耦联系统在实际应用的时候，液 压缸10的活塞杆与负载14连接，在工作过程中，当上限位传感器11检测到 液压缸10的活塞杆处于上限位置的时候，发送信号给控制器15，控制器15 控制电液控制阀5驱动变量油缸6的驱动杆带动液压泵/马达4的斜盘倾角过 零点，使液压泵/马达4转换为马达工况；当下限位传感器12检测到液压缸 IO的活塞杆处于下限位置的时候，发送信号给控制器15，控制器15控制电 液控制阀5动作，驱动变量油缸6的驱动杆带动液压泵/马达4的斜盘转动，使液压泵/马达4转换到泵工况。本实施方式的飞轮储能型二次调节流量耦联系统的工作原理为，双轴电 机3驱动液压泵/马达4工作的同时，带动飞轮l旋转，当负载需要的动力比 较小的时候，由于双轴电机3的转差率，双轴电机3升速，飞轮l吸收双轴 电机3输出的多余功率进行储存，当负载需要比较大的动力的时候，飞轮l 和双轴电机3同时给负载提供动力，增加系统的输出功率。当负载需要比较大的起动动力或者加速度的情况，本实施方式所述的飞 轮储能型二次调节流量耦联系统的工作过程为在需要较大的起动动力或者 加速度之前，将液压泵/马达4处于马达工况，然后转动双轴电机3带动飞轮 l加速储能，当需要驱动动力或者加速度的时候，控制器15通过控制电液控 制阀5驱动变量油缸6的驱动杆带动液压泵/马达4的斜盘，使液压泵/马达4 转换为泵工况，飞轮1和双轴电机3同时给负载提供动力，此时，双轴电机 3的转速会有所下降，但系统的总输出功率得到了提高。本实施方式的飞轮储能型二次调节流量耦联系统，减小了系统的装机功 率，降低系统的能耗，并且结构简单，功能多样，成本低廉。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一所述的飞轮储能型二次 调节流量耦联系统的区别在于，它还包括电磁离合器2，飞轮1的驱动轴和 双轴电机3的输出轴通过电磁离合器2连接。本实施方式所述的飞轮储能型二次调节流量耦联系统在工作的时候，系 统的初始状态为液压泵/马达4处于泵工况，电磁离合器2处于分离状态， 双轴电机3处于工作状态，工作过程为电机驱动，双轴电机3的带动液压泵/马达4驱动液压油缸10带动负载 14上升；驱动/储能转换，当液压缸10带动负载14上升到触发上限位传感器11 的位置的时刻，控制器15控制电液控制阀5驱动变量油缸6的驱动杆带动液 压泵/马达4的斜盘倾角过零点，使液压泵/马达4转换为马达工况，同时， 闭合电磁离合器2使双轴电机3的传动轴与飞轮1的驱动轴连接，断开双轴 电机3的工作电源；储能，负载14在重力的作用下，带动液压缸10的活塞杆下降，进而提供液压驱动液压泵/马达4通过双轴电机3的传动轴带动飞轮转动，即，将重 物势能转化为飞轮动能储存于飞轮中；储能/驱动转换，当负载14下降到触发下限位传感器11的位置的时刻， 控制器15控制电液控制阀5动作，驱动变量油缸6的驱动杆带动液压泵/马 达4的斜盘转动，使液压泵/马达4转换到泵工况；飞轮驱动，飞轮1替代双轴电机3带动液压泵/马达4驱动液压油缸10 带动负载14上升；重复上述驱动/储能转换、储能、储能/驱动转换和飞轮驱动的步骤，当 在飞轮驱动步骤中，飞轮不能够驱动液压缸10正常工作的时候，断开电磁离 合器2，接通双轴电机3的工作电源，返回电机驱动的步骤，重新开始。在上述工作状态中，首先采用电机带动负载工作，然后采用飞轮储存负 载的势能，并使用飞轮存储的能量驱动负载工作，当飞轮存储的能量不能够 驱动负载工作的时候，再启动电机驱动。这种工作状态将飞轮储存的能量实 时的回收并释放，适合对稳定负载的频繁往复运动驱动的设备上。
具体实施方式
一或二所述的飞轮储能型二次调节流量耦联系统在实际实 施的时候，通常还包括安全阀8、单向阀9，安全阀8和单向阀9并联在液压 泵/马达4的两个输油口上，并且所述安全阀8的出油口和单向阀9的出油口 与油箱13连通。所述安全阀8和单向阀9在，系统中起到安全保障的作用，能够使系统工 作更安全、可靠，还能够增加系统的使用寿命。
权利要求
1、飞轮储能型二次调节流量耦联系统，它包括双轴电机(3)、液压泵/马达(4)、电液控制阀(5)、变量油缸(6)、减压阀(7)、液压缸(10)、上限位传感器(11)、下限位传感器(12)、控制器(15)和油箱(13)，其特征在于它还包括飞轮(1)，飞轮(1)的驱动轴与双轴电机(3)的一个输出轴固定连接，所述双轴电机(3)的另一个输出轴与液压泵/马达(4)的传动轴固定连接，液压泵/马达(4)的斜盘(4-1)与变量油缸(6)的活塞杆连接，所述变量油缸(6)的两个输油口分别与电液控制阀(5)的两个输油口连通，所述电液控制阀(5)的另两个输油口分别与油箱(13)和减压阀(7)的出油口连通，所述减压阀(7)的进油口与液压泵/马达(4)的一个输油口、液压缸(10)的一个输油口连通，所述液压泵/马达(4)的另一个输油口和所述液压缸(10)的另一个输油口均与油箱(13)连通，上限位传感器(11)和下限位传感器(12)分别固定在液压缸(10)的活塞杆的侧面用来测量所述活塞杆的位置，所述上限位传感器(11)和下限位传感器(12)之间的距离是液压缸(10)的活塞杆的工作行程，上限位传感器(11)和下限位传感器(12)的信号输出端分别和控制器(15)的信号输入端连接，控制器(15)的控制信号输出端和电液控制阀(5)的控制信号输入端连接。
2、 根据权利要求1所述的飞轮储能型二次调节流量耦联系统，其特征在 于，它还包括电磁离合器(2)，飞轮(1)的驱动轴和双轴电机(3)的输出 轴通过电磁离合器(2)连接。
3、 根据权利要求1或2所述的飞轮储能型二次调节流量耦联系统，其特 征在于，它还包括安全阀(8)、单向阀(9)，安全阀(8)和单向阀(9)并 联在液压泵/马达(4)的两个输油口上，并且所述安全阀(8)的出油口和单 向阀(9)的出油口与油箱(13)连通。
全文摘要
飞轮储能型二次调节流量耦联系统，涉及到一种闭环液压控制系统。它解决了现有采用液压蓄能器储能的二次调节静液传动系统中存在的功率密度大、能量密度小以及成本高的问题。本系统中的双轴电机的两个输出轴分别与飞轮的驱动轴、液压泵/马达的传动轴连接，变量油缸在电液控制阀的控制下调整液压泵/马达的斜盘的工作位置，上限位传感器和下限位传感器分别固定在液压缸的活塞杆的侧面用来测量所述活塞杆的位置，上限位传感器和下限位传感器的信号输出端分别和控制器的信号输入端连接，控制器的控制信号输出端和电液控制阀的控制信号输入端连接。本发明适用于石油、矿山和工程机械等行业，尤其适用于频繁往复运动和频繁起停的系统中。
文档编号F15B15/18GK101230871SQ200810064038
公开日2008年7月30日 申请日期2008年2月27日 优先权日2008年2月27日
发明者刘海昌, 姜继海 申请人:哈尔滨工业大学