一种波浪能装置液压自动分级加载控制器的制作方法

本发明涉及波浪能装置液压发电控制技术，具体是一种波浪能装置液压自动分级加载控制器，利用该控制器可以实现波浪能装置根据来波功率大小，自动加减液压负载。

背景技术：

波浪能发电装置一般分为三级转换，其中第一级是波浪能到机械能的转换，第二级是机械能到液压能的转换，第三级是液压能到电能的转换。液压负载是指波浪能装置俘获的波浪能转换成液压发电系统中液压缸往复运动的机械能，液压负载的大小即为液压发电系统中做功液压缸的数目，当液压发电系统液压缸的油路进入高压时，液压发电系统液压缸做功，液压发电系统处于加载状态；当液压发电系统液压缸的油路进入低压时，液压发电系统液压缸不做功，液压发电系统处于卸载状态。

波浪能发电装置一般是在无人值守的情况下进行自动运行，在不同时间点上的波浪状况千变万化，如何让波浪能装置根据波浪功率的大小，自动的选择对应的液压负载，成了提高波浪能装置发电效率的关键因素。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种波浪能装置液压自动分级加载控制器，该控制器能够自动测量波浪的大小，并根据测量的情况对液压发电系统中的做功液压缸的油路进行高低压切换，从而使波浪能装置根据波浪功率大小来自动加减液压负载，实现波浪能和机械能的最优负载匹配，使波浪能装置的俘获效率达到最高。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种波浪能装置液压自动分级加载控制器，包括测量机构和执行机构，所述测量机构包括油箱、第一单向阀、测量液压缸、第二单向阀、主蓄能器和流量调节阀，所述执行机构包括第一球阀、液动换向阀、第二球阀和控制液压缸；所述油箱的出口通过第一单向阀和测量液压缸的入口连通，所述测量液压缸的出口通过第二单向阀分别和主蓄能器、流量调节阀的入口、第一球阀的入口以及控制液压缸的入口连通，所述流量调节阀的出口和油箱的入口连通，所述液动换向阀分别和第一球阀的出口以及第二球阀的入口连通，所述第二球阀的出口和油箱的入口连通；所述主蓄能器和控制液压缸的入口连通，所述控制液压缸在主蓄能器和流量调节阀的调节下通过依次控制第一球阀和第二球阀的开闭以改变液动换向阀的工作状态。其中，测量液压缸安装在波浪能装置的吸波浮体上，根据吸波浮体运动的幅度来测量波浪的大小，流量调节阀需要事先校验好其压力-流量特性曲线，根据其压力-流量特性曲线，确定测量液压缸和控制液压缸的尺寸，控制液压缸在主蓄能器和流量调节阀的调节下，通过依次控制第一球阀和第二球阀的开闭，改变液动换向阀的工作状态，实现液压发电系统中做功液压缸油路的高低压自动切换。

进一步地，所述控制液压缸的活塞杆端部设置有滑块，所述滑块两端分别设置有第一拨杆和第二拨杆，所述第一球阀上设置有可旋转的第一手柄，所述第二球阀上设置有可旋转的第二手柄，所述第一拨杆在滑块的带动下拨动第一手柄旋转以控制第一球阀的开闭，所述第二拨杆在滑块的带动下拨动第二手柄旋转以控制第二球阀的开闭。

进一步地，所述测量机构还包括溢流阀，所述溢流阀的入口通过第二单向阀和测量液压缸的出口连通，所述溢流阀的出口和油箱的入口连通。通过设置溢流阀，使主蓄能器的压力不会无限制的上升，从而实现整个液压自动分级加载控制器的安全保护。

进一步地，所述执行机构还包括辅助蓄能器，所述辅助蓄能器和控制液压缸的出口连通。辅助蓄能器作为控制液压缸的复位机构，在控制液压缸做功时储存控制液压缸的液压油，在控制液压缸卸载时，释放储存的液压油，使控制液压缸复位。

进一步地，所述液动换向阀上设置有先导块，所述第一球阀的出口和第二球阀的入口分别与液动换向阀的先导块连通。先导块作为液动换向阀的控制单元，其内部设有弹簧等复位机构，在有液压油注入时，使液动换向阀进行换向，当液压油放出后，在弹簧的作用力下使液动换向阀自动复位。

本发明的波浪能装置液压自动分级加载控制器，通过安装在波浪能装置吸波浮体上的测量液压缸，自动测量波浪的大小，并根据测量的情况，在主蓄能器和流量调节阀的调节下，控制液压缸通过依次控制第一球阀和第二球阀的开闭，改变液动换向阀的工作状态，对液压发电系统中的做功液压缸的油路进行高低压切换，从而使波浪能装置能够根据波浪功率大小自动加减液压负载，实现波浪能和机械能的最优负载匹配，使波浪能装置的俘获效率达到最高。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、结构简单，安装方便，在进行设计时，只需根据流量调节阀的压力-流量特性曲线，来设计测量液压缸和控制液压缸的尺寸，按照原理图连接管路即可；

2、拥有自己独立的油路系统，与波浪能装置液压发电系统的油路在管路上无任何交叉的地方，仅仅是有一路通到液动换向阀的先导块中，所以即使本发明本身出现故障，也不会妨碍整个液压发电系统的安全运行；

3、所有的元件都是液压元件，在海洋高温、高湿、高盐的环境下，不易腐蚀损坏，具有较高的可靠性；

4、可将液压负载分为多级，只要根据流量来进行分级，然后增加执行机构即可实现，这样便能更加精准的控制液压负载的加减；

5、在大浪来临时，可以进行自动加载全部液压负载，使波浪能装置在全负载状态下运行，减小吸波浮体的运动幅度，从而降低吸波浮体与装置基体之间的碰撞概率，对波浪能装置进行保护；

6、不但可以用在波浪能装置的液压系统中，也可应用在其他需要按流量等级进行控制的液压系统中，应用范围广阔，具有重要的使用价值。

附图说明

图1是本发明波浪能装置液压自动分级加载控制器系统图；

图2是本发明波浪能装置液压自动分级加载控制器初始状态图；

图3是本发明波浪能装置液压自动分级加载控制器准备加载状态图

图4是本发明波浪能装置液压自动分级加载控制器加载状态图；

图5是本发明波浪能装置液压自动分级加载控制器溢流保护状态图；

图6是本发明波浪能装置液压自动分级加载控制器开始减载状态图；

图7本发明波浪能装置液压自动分级加载控制器减载完成状态图；

附图标记说明：1-油箱；2-第一单向阀；3-测量液压缸；4-第二单向阀；5-主蓄能器；6-流量调节阀；7-溢流阀；8-第一球阀；9-滑块；10-第一拨杆；11-先导块；12-液动换向阀；13-第二拨杆；14-第二球阀；15-控制液压缸；16-辅助蓄能器；a1、b1-第一手柄；a2、b2-第二手柄。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，一种波浪能装置液压自动分级加载控制器，包括测量机构和执行机构，所述测量机构包括油箱1、第一单向阀2、测量液压缸3、第二单向阀4、主蓄能器5和流量调节阀6，所述执行机构包括第一球阀8、液动换向阀12、第二球阀14和控制液压缸15；所述油箱1的出口通过第一单向阀2和测量液压缸3的入口连通，所述测量液压缸3的出口通过第二单向阀4分别和主蓄能器5、流量调节阀6的入口、第一球阀8的入口以及控制液压缸15的入口连通，所述流量调节阀6的出口和油箱1的入口连通，所述液动换向阀12分别和第一球阀8的出口以及第二球阀14的入口连通，所述第二球阀14的出口和油箱1的入口连通。

其中，所述控制液压缸15的活塞杆端部设置有滑块9，所述滑块9两端分别设置有第一拨杆10和第二拨杆13，所述第一球阀8上设置有可旋转的第一手柄a1、b1，所述第二球阀14上设置有可旋转的第二手柄a2、b2，所述第一拨杆10在滑块9的带动下拨动第一手柄a1、b1旋转以控制第一球阀8的开闭，所述第二拨杆13在滑块9的带动下拨动第二手柄a2、b2旋转以控制第二球阀14的开闭。

其中，所述测量机构还包括溢流阀7，所述溢流阀7的入口通过第二单向阀4和测量液压缸3的出口连通，所述溢流阀7的出口和油箱1的入口连通。通过设置溢流阀7，使主蓄能器5的压力不会无限制的上升，从而实现对整个液压自动分级加载控制器的安全保护

其中，所述执行机构还包括辅助蓄能器16，所述辅助蓄能器16和控制液压缸15的出口连通。辅助蓄能器16作为控制液压缸15的复位机构，在控制液压缸15做功时储存控制液压缸15的液压油，在控制液压缸15卸载时，释放储存的液压油，使控制液压缸15复位。

其中，所述液动换向阀12上设置有先导块11，所述第一球阀8的出口和第二球阀14的入口分别与液动换向阀12的先导块11连通。所述先导块11内部设有弹簧，在有液压油注入时，使液动换向阀12进行换向，当液压油放出后，先导块11在弹簧的作用力下使液动换向阀12回复到初始位置。

本实施例的波浪能装置液压自动分级加载控制器，控制液压缸15水平布置，左侧为无杆腔，右侧为有杆腔，与主蓄能器5连通的入口设置在有杆腔上，与辅助蓄能器16连通的出口设置在无杆腔上，第一拨杆10位于滑块9的上端，第二拨杆13位于滑块9的下端，第一球阀8和第二球阀14上下平行设置，第一球阀8位于第二球阀14的左上侧。

其中，测量液压缸3安装在波浪能装置的吸波浮体上，根据吸波浮体运动的幅度来测量波浪的大小。

其中，流量调节阀6事先已校验好其压力-流量特性曲线，并根据其压力-流量特性曲线，确定测量液压缸3和控制液压缸15的尺寸，流量调节阀6的调节手柄具有锁死功能，当完成流量调节阀6的调节后，其调节手柄不能产生任何变动。

其中，液动换向阀12具有进油口P、出油口A和出油口B，其中进油口P和波浪能装置液压发电系统液压缸主油路连通，出油口A和液压发电系统液压缸低压油路连通，出油口B和液压发电系统液压缸高压油路连通。当PA连通时，液压发电系统的液压缸不做功，即液压负载关闭；当PB连通时，液压发电系统的液压缸开始做功，进行蓄能稳压发电，即为波浪能装置加上液压负载。

下面结合图1至图7，对本发明的波浪能装置液压自动分级加载控制器的工作原理说明如下：

①初始状态下，如图1所示，控制液压缸15的活塞杆处于最右侧，连接在活塞杆右端的滑块9以及第一拨杆10和第二拨杆13处于第二球阀14的右侧，此时，第一手柄a2竖直、b2倾斜，第一球阀8处于关闭状态，第二手柄a2倾斜、b2竖直，第二球阀14处于打开状态，此时液动换向阀12的先导块11中没有液压油，液动换向阀12进油口P与出油口A连通，液压发电系统的液压缸不做功，液压负载关闭。

②当有波浪作用时，如图2所示，测量液压缸3在波浪的作用下往复运动，使液压油从油箱1中通过第一单向阀2吸入到测量液压缸3中，再从测量液压缸3出口通过第二单向阀4流出，一路进入到主蓄能器5中，一路经过流量调节阀6回到油箱1，一路进入到控制液压缸15的有杆腔中。根据流量调节阀6的流量-压力特性曲线，主蓄能器中5的压力值对应一个流量调节阀6的流量值，两者形成动态平衡，在这个平衡下，进入主蓄能器5的流量和流量调节阀6流出的流量相等，此时，控制液压缸15有杆腔压力与主蓄能器5一致，稍微增大，控制液压缸15的活塞杆向左产生微小移动，但滑块9及第一拨杆10和第二拨杆13依然位于第二球阀14的右侧，液动换向阀12进油口P与出油口A连通，液压负载保持关闭。

③当波浪功率逐步增大时，如图3所示，波浪波高增大，测量液压缸3的往复行程加大，测量液压缸3从油箱1吸入的液压油的流量逐渐增大，进入到主蓄能器5的液压油增多，由于有流量调节阀6的调节作用，主蓄能器5的压力值不会无限增大，根据流量调节阀6的流量-压力特性曲线，主蓄能器5会上升到一个新的压力值，此时进入主蓄能器5的流量继续等于流量调节阀6流出的流量，形成新的动态平衡。在此过程中，由于控制液压缸15的有杆腔和主蓄能器5是连通的，随着主蓄能器5的压力增大，控制液压缸15的有杆腔压力也逐步增大，活塞杆继续向左移动，控制液压缸15无杆腔的液压油被挤入到辅助蓄能器16中，控制液压缸15活塞杆带动滑块9向左移动，位于滑块9下端的第二拨杆13推动第二球阀14的第二手柄b2向左旋转，当第二手柄a2竖直时，第二球阀14关闭，此时，滑块9还没有移动到第一球阀8处，第一球阀8保持关闭，这时依然没有液压油进入到液动换向阀12的先导块11中，液动换向阀12的进油口P继续与出油口A连通，液压负载继续关闭。

④当波浪继续增大，如图4所示，波浪波高继续增大，测量液压缸3的往复行程变得更大，测量液压缸3从油箱1吸入的液压油的流量继续增大，进入到主蓄能器5的液压油持续增多，主蓄能器5的压力持续增大，与之连通的控制液压缸15有杆腔压力也会持续增大，此时控制液压缸15的活塞杆继续向左移动，带动滑块9继续向左移动，位于滑块9上端的第一拨杆10推动第一球阀8的第一手柄a1向左旋转，当第一手柄b1竖直时，第一球阀8打开，此时第二球阀14关闭，液压油通过第一球阀8进入到液动换向阀12的先导块11中，液动换向阀12换向，其进油口P与出油口B连通，为波浪能装置加上液压负载，液压发电系统的液压缸开始做功，进行蓄能稳压发电。

⑤当波浪还在持续加大，如图5所示，主蓄能器5中压力持续上升，当压力上升到溢流阀7所设置的安全压力时，溢流阀7打开，主蓄能器5中多余的液压油通过溢流阀7进入到油箱1中，使主蓄能器5的压力不会无限制的上升，从而实现整个液压自动分级加载控制器的安全保护，此时滑块9及第一拨杆10和第二拨杆13保持在第一球阀8的左侧，液动换向阀12进油口P与出油口B继续连通，液压发电系统的液压缸继续做功，进行蓄能发电。

⑥当波浪功率逐渐变小时，如图6所示，测量液压缸3的往复行程逐渐变小，进入到主蓄能器5的流量变小，导致蓄能器5的压力逐渐下降，与之连通的控制液压缸15有杆腔的压力也逐渐变小，辅助蓄能器16中的液压油进入到控制液压缸15无杆腔，导致控制液压缸15无杆腔的压力大于有杆腔，活塞杆开始向右运动，连接在活塞杆上的滑块9也向右运动，滑块9上端的第一拨杆10推动第一球阀8的第一手柄b1向右旋转，当第一手柄a1竖直时，第一球阀8关闭，此时滑块9还未到达第二球阀14处，第二球阀14保持关闭状态，先导块11中的液压油无法释放，液动换向阀12的进油口P与出油口B继续连通，液压发电系统的液压缸继续做功，进行蓄能稳压发电。

⑦当波浪继续变小，如图7所示，主蓄能器5的压力也会持续降低，与之连通的控制液压缸15的有杆腔压力也持续降低，控制液压缸15的活塞杆继续向右移动，连接在活塞杆上的滑块9也会继续向右运动，滑块9下端的第二拨杆13推动第二球阀14的第二手柄a2向右旋转，当第二手柄b2竖直时，第二球阀14打开，先导块11中的液压油释放回到油箱1中，油路压力卸载，液动换向阀12的先导块11在弹簧作用下恢复原位，液动换向阀12的进油口P与出油口A连通，液压负载关闭，停止做功，液压自动分级加载控制器恢复至初始状态。

本发明的波浪能装置液压自动分级加载控制器，通过安装在波浪能装置吸波浮体上的测量液压缸3，自动测量波浪的大小，并根据测量的情况，在主蓄能器5和流量调节阀6的调节下，控制液压缸15通过依次控制第一球阀8和第二球阀14的开闭，改变液动换向阀12的工作状态，对液压发电系统中的做功液压缸的油路进行高低压切换，从而使波浪能装置能够根据波浪功率大小自动加减液压负载，实现波浪能和机械能的最优负载匹配，使波浪能装置的俘获效率达到最高。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。