数字机械冗余压力补偿流量控制系统

1.本发明涉及流量控制技术领域，特别是涉及一种数字机械冗余压力补偿流量控制系统。


背景技术：

2.传统的电液比例流量阀为抑制负载变化对流量的影响，需要采用压力补偿阀，维持阀进出口压差的恒定。但是，这会增加额外的压差损失，同时检测管路传递压力信号延迟使得系统响应滞后，影响稳定性。另外，采用压力补偿阀的多执行器系统，受负载波动等因素影响，最高负载压力所在回路的压力补偿阀仍然可能进行节流作用，造成能量浪费，并且当系统供油流量小于需求流量时，压力补偿阀失去作用，系统流量不能准确分配。
3.为了解决压差损失的问题，一种现有技术采用计算流量反馈的流量控制方法，通过压力传感器与位移传感器将流量阀前后的压力和阀芯位移检测后输入控制器，由控制器根据所设定的算法计算出通过阀的流量，与给定流量进行比较，并采用调节器构成控制闭环，实时调整阀芯位移控制信号，以补偿流量阀压差变化对输出流量的影响。但是，当压力传感器或所配套的测量放大器失效等故障时，流量阀就会处于无法进行压力补偿，失去对流量的稳定控制，尤其当应用于多执行元件复合动作时会造成流量不能准确分配，易引发设备动作失控等事故发生。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种数字机械冗余压力补偿流量控制系统，使其兼具数字压力补偿和机械压力补偿的功能，并可通过二位三通电磁阀控制最高负载回路的压力补偿阀完全打开，降低阀口的压损，且使压力不受负载波动的影响。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种数字机械冗余压力补偿流量控制系统，包括第ⅰ执行器液压系统，所述第ⅰ执行器液压系统包括泵体、电动机、油箱、第ⅰ主阀、第ⅰ液压缸、第ⅰ压力传感器、第ⅱ压力传感器、第
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压力传感器和控制器；所述第ⅰ主阀的a口和b口分别与所述第ⅰ液压缸的两个腔室相连，所述第ⅰ主阀的t口与所述油箱相连；所述控制器能够得到所述第ⅰ主阀的阀芯位移数据并控制所述第ⅰ主阀的阀芯位置；所述第ⅰ压力传感器与所述第ⅱ压力传感器分别用于测量所述第ⅰ液压缸的两个腔室的压力，所述第
ⅴ
压力传感器用于测量所述第ⅰ主阀p口的压力，所述第ⅰ压力传感器、所述第ⅱ压力传感器、所述第
ⅴ
压力传感器均与所述控制器电连接；所述电动机驱动所述泵体，以向所述第ⅰ主阀的p口泵送所述油箱内的压力油；还包括第ⅰ压力补偿结构，所述第ⅰ压力补偿结构包括第ⅰ二位三通电磁阀和第ⅰ压力补偿阀，所述第ⅰ二位三通电磁阀的a口与所述第ⅰ压力补偿阀的左控制腔相连，所述第ⅰ二位三通电磁阀的t口与所述油箱相连，所述第ⅰ二位三通电磁阀的p口与所述第ⅰ压力补偿阀的出油口均与所述第ⅰ主阀的p口相连，所述第ⅰ压力补偿阀的进油口与所述泵体的出油
口相连，所述第ⅰ二位三通电磁阀与所述控制器电连接。
6.优选地，所述第ⅰ主阀包括电液比例多路阀和位移传感器，所述位移传感器连接所述电液比例多路阀的阀芯，所述控制器与所述电液比例多路阀电连接，所述电液比例多路阀的a口、b口、p口、t口分别为所述第ⅰ主阀的a口、b口、p口、t口。
7.优选地，所述第ⅰ主阀为进出口独立控制阀，所述进出口独立控制阀由四个二位二通流量阀组成，所述二位二通流量阀与所述控制器电连接，四个所述二位二通流量阀分别为第ⅰ二位二通流量阀、第ⅱ二位二通流量阀、第ⅲ二位二通流量阀和第ⅳ二位二通流量阀；所述第ⅱ二位二通流量阀的a口与所述第ⅲ二位二通流量阀的a口并联，形成所述第ⅰ主阀的p口；所述第ⅰ二位二通流量阀的a口与所述第ⅱ二位二通流量阀的b口并联，形成所述第ⅰ主阀的a口；所述第ⅲ二位二通流量阀的b口与所述第ⅳ二位二通流量阀的a口并联，形成所述第ⅰ主阀的b口；所述第ⅰ主阀的a口与b口并联，形成所述第ⅰ主阀的t口。
8.优选地，所述二位二通流量阀为直动式二位二通流量阀或导控式二位二通流量阀。
9.优选地，还包括第ⅱ执行器液压系统、第ⅱ压力补偿结构和并联系统；所述第ⅱ执行器液压系统还包括第ⅱ主阀、第ⅱ液压缸、第ⅲ压力传感器、第ⅳ压力传感器、第
ⅵ
压力传感器、第ⅱ压力补偿结构、第ⅱ位移传感器；所述第ⅱ主阀的a口和b口分别与所述第ⅱ液压缸的两个腔室相连，所述第ⅱ主阀的t口与所述油箱相连；所述第ⅲ压力传感器与所述第ⅳ压力传感器分别用于测量所述第ⅱ液压缸的两个腔室的压力，所述第
ⅵ
压力传感器用于测量所述第ⅱ主阀p口的压力，所述第ⅲ压力传感器、所述第ⅳ压力传感器、所述第
ⅵ
压力传感器均与所述控制器电连接；所述电动机驱动所述泵体，以向所述第ⅱ主阀的p口泵送所述油箱内的压力油；所述第ⅱ压力补偿结构包括第ⅱ二位三通电磁阀和第ⅱ压力补偿阀，所述第ⅱ二位三通电磁阀的a口与所述第ⅱ压力补偿阀的左控制腔相连，所述第ⅱ二位三通电磁阀的t口与所述油箱相连，所述第ⅱ二位三通电磁阀的p口与所述第ⅱ压力补偿阀的出油口均与所述第ⅱ主阀的p口相连，所述第ⅱ压力补偿阀的进油口与所述泵体的出油口相连，所述第ⅱ二位三通电磁阀与所述控制器电连接；所述并联系统包括第ⅰ梭阀、第ⅱ梭阀、第ⅲ梭阀和二位二通电磁阀，所述第ⅰ梭阀的两端分别连接所述第ⅰ液压缸的两个腔室，所述第ⅱ梭阀的两端分别连接所述第ⅱ液压缸的两个腔室，所述第ⅰ梭阀的出口同时连接所述第ⅲ梭阀的左入口和所述第ⅰ压力补偿阀的右控制腔，所述第ⅱ梭阀的出口同时连接所述第ⅲ梭阀的右入口和所述第ⅱ压力补偿阀的右控制腔，所述第ⅲ梭阀出口连接所述二位二通电磁阀入口，所述二位二通电磁阀出口连接所述泵体的控制油口。
10.优选地，还包括安全阀，所述安全阀的进油口同时与所述第ⅰ压力补偿阀的进油口、所述第ⅱ压力补偿阀的进油口相连，所述安全阀的出油口与所述油箱相连。
11.优选地，所述泵体为变量泵，所述控制器与所述变量泵电连接。
12.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明在原有压力补偿阀的基础上，增加二位三通电磁阀控制压力补偿阀的开关，同时增加压力传感器、控制器，使系统具有数字压力补偿的功能，当压力传感器故障时，切换到机械补偿模式，实现系统的机械压力补偿，解决了传感器故障时系统流量无法控制
的问题，达到冗余控制的目的，并可通过二位三通电磁阀控制最高负载回路的压力补偿阀完全打开，降低阀口的压损，且使压力不受负载波动的影响。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为具有两个执行器液压系统的数字机械冗余压力补偿流量控制系统的结构示意图；图2为第ⅰ主阀或第ⅱ主阀的一种结构示意图；图3为第ⅰ主阀或第ⅱ主阀的又一种结构示意图；附图标记说明：1
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泵体；2
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电动机；3
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安全阀；4
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第ⅰ压力补偿阀；5
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第ⅱ压力补偿阀；6
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第ⅰ二位三通电磁阀；7
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第ⅱ二位三通电磁阀；8
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电液比例多路阀；10
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第ⅰ液压缸；11
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第ⅱ液压缸；12
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第ⅰ梭阀；13
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第ⅱ梭阀；14
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第ⅲ梭阀；15
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油箱；16
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位移传感器；18
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第ⅰ压力传感器；19
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第ⅱ压力传感器；20
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第ⅲ压力传感器；21
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第ⅳ压力传感器；22
‑
第
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压力传感器；23
‑
第
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压力传感器；24
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二位二通电磁阀；25
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控制器；26
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第ⅰ主阀；27
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第ⅱ主阀；28
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第ⅰ二位二通流量阀；29
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第ⅱ二位二通流量阀；30
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第ⅲ二位二通流量阀；31
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第ⅳ二位二通流量阀。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.本发明的目的是提供一种数字机械冗余压力补偿流量控制系统，在执行器液压系统上添加压力补偿结构，通过二位三通电磁阀控制压力补偿阀的通断，实现执行器液压系统的压力补偿，降低执行器液压系统的压损，且不受负载波动的影响。
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
18.如图1
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图3所示，本实施例提供一种数字机械冗余压力补偿流量控制系统，包括第ⅰ执行器液压系统和第ⅰ压力补偿结构。
19.其中，第ⅰ执行器液压系统为现有技术中常用的液压系统，包括泵体1、电动机2、油箱15、第ⅰ主阀26、第ⅰ液压缸10、第ⅰ压力传感器18、第ⅱ压力传感器19、第
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压力传感器22和控制器25。第ⅰ主阀26的a口和b口分别与第ⅰ液压缸10的两个腔室相连，第ⅰ主阀26的t口与油箱15相连。控制器25能够得到第ⅰ主阀26的阀芯位移数据并控制第ⅰ主阀的阀芯位置。第ⅰ压力传感器18与第ⅱ压力传感器19分别用于测量第ⅰ液压缸10的两个腔室的压力，第
ⅴ
压力传感器22用于测量第ⅰ主阀26p口的压力，第ⅰ压力传感器18、第ⅱ压力传感器19、第
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压力传感器22均与控制器25电连接。电动机2驱动泵体1，以向第ⅰ主阀26的p口泵送油箱15
内的压力油。
20.第ⅰ压力补偿结构包括第ⅰ压力补偿结构包括第ⅰ二位三通电磁阀6和第ⅰ压力补偿阀4。第ⅰ二位三通电磁阀6的a口与第ⅰ压力补偿阀4的左控制腔相连，第ⅰ二位三通电磁阀6的t口与油箱15相连，第ⅰ二位三通电磁阀6的p口与第ⅰ压力补偿阀4的出油口均与第ⅰ主阀26的p口相连，第ⅰ压力补偿阀4的进油口与泵体1的出油口相连，第ⅰ二位三通电磁阀6与控制器25电连接。
21.进行数字压力补偿时，第ⅰ二位三通电磁阀6不得电，位于左位，第ⅰ压力补偿阀4的阀口全开，不介入工作，控制器25根据得到的压力数据和阀芯位移数据实现流量压差变化位移校正，抑制负载变化对流量的扰动，保证流量控制精度。
22.当第ⅰ压力传感器18、第ⅱ压力传感器19、第
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压力传感器22中的一个或多个发生故障时，数字流量补偿方式失效，此时第ⅰ压力补偿阀4介入工作实现冗余控制。具体的，控制器25输出指令控制第ⅰ二位三通电磁阀6工作在右位，使第ⅰ压力补偿阀4的左控制腔与第ⅰ主阀26的p口连通，机械式压力补偿器介入工作，从而对后侧第ⅰ主阀26的压力进行补偿，实现对流量连续稳定的控制。
23.第ⅰ主阀26的形式有多种，本领域技术人员可以根据实际需要的不同进行选择。
24.如图2所示，第ⅰ主阀26可以包括电液比例多路阀8和位移传感器16，位移传感器16连接电液比例多路阀8的阀芯，控制器25与电液比例多路阀8电连接。电液比例多路阀8的a口、b口、p口、t口分别为第ⅰ主阀26的a口、b口、p口、t口。控制器25能够得到电液比例多路阀8的阀芯位移数据，并输出控制信号以控制电液比例多路阀8的阀芯位移。
25.如图3所示，第ⅰ主阀26可以为进出口独立控制阀，进出口独立控制阀由四个二位二通流量阀组成，二位二通流量阀与控制器25电连接。四个二位二通流量阀分别为第ⅰ二位二通流量阀28、第ⅱ二位二通流量阀29、第ⅲ二位二通流量阀30和第ⅳ二位二通流量阀31。第ⅱ二位二通流量阀29的a口与第ⅲ二位二通流量阀30的a口并联，形成第ⅰ主阀26的p口。第ⅰ二位二通流量阀28的a口与第ⅱ二位二通流量阀29的b口并联，形成第ⅰ主阀26的a口。第ⅲ二位二通流量阀30的b口与第ⅳ二位二通流量阀31的a口并联，形成第ⅰ主阀26的b口。第ⅰ主阀26的a口与b口并联，形成第ⅰ主阀26的t口。图3中，二位二通流量阀可以是直动式二位二通流量阀，也可以是导控式二位二通流量阀。
26.需要说明的是，本实施例的数字机械冗余压力补偿流量控制系统可以具有单个执行器液压系统，也可以具有多个执行器液压系统。
27.图1为具有两个执行器液压系统的数字机械冗余压力补偿流量控制系统的结构示意图，图1中，除了上述的第ⅰ执行器液压系统和第ⅰ压力补偿结构外，还包括第ⅱ执行器液压系统、第ⅱ压力补偿结构和并联系统。
28.具体的，第ⅱ执行器液压系统还包括第ⅱ主阀27、第ⅱ液压缸11、第ⅲ压力传感器20、第ⅳ压力传感器21、第
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压力传感器23、第ⅱ压力补偿结构、第ⅱ位移传感器16。第ⅱ主阀27的a口和b口分别与第ⅱ液压缸11的两个腔室相连，第ⅱ主阀27的t口与油箱15相连。第ⅲ压力传感器20与第ⅳ压力传感器21分别用于测量第ⅱ液压缸11的两个腔室的压力，第
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压力传感器23用于测量第ⅱ主阀27p口的压力，第ⅲ压力传感器20、第ⅳ压力传感器21、第
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压力传感器23均与控制器25电连接。电动机2驱动泵体1，以向第ⅱ主阀27的p口泵送油箱15内的压力油。第ⅱ主阀27可以是图2或图3中的形式，也可以根据需要选择其它形式。
29.第ⅱ压力补偿结构包括第ⅱ二位三通电磁阀7和第ⅱ压力补偿阀5，第ⅱ二位三通电磁阀7的a口与第ⅱ压力补偿阀5的左控制腔相连，第ⅱ二位三通电磁阀7的t口与油箱15相连，第ⅱ二位三通电磁阀7的p口与第ⅱ压力补偿阀5的出油口均与第ⅱ主阀27的p口相连，第ⅱ压力补偿阀5的进油口与泵体1的出油口相连，第ⅱ二位三通电磁阀7与控制器25电连接。
30.并联系统包括第ⅰ梭阀12、第ⅱ梭阀13、第ⅲ梭阀14和二位二通电磁阀24，第ⅰ梭阀12的两端分别连接第ⅰ液压缸10的两个腔室，第ⅱ梭阀13的两端分别连接第ⅱ液压缸11的两个腔室，第ⅰ梭阀12的出口同时连接第ⅲ梭阀14的左入口和第ⅰ压力补偿阀4的右控制腔，第ⅱ梭阀13的出口同时连接第ⅲ梭阀14的右入口和第ⅱ压力补偿阀5的右控制腔，第ⅲ梭阀14出口连接二位二通电磁阀24入口，二位二通电磁阀24出口连接泵体1的控制油口。
31.当多执行器液压系统工作时，可将最高负载压力所在回路的压力补偿阀完全打开，或者当多执行器液压系统中只有一个执行器液压系统工作时，也可将此执行器回路的压力补偿阀完全打开，实现进一步降低压力损失。
32.为了提高安全性，本实施例还包括安全阀3，安全阀3的进油口同时与第ⅰ压力补偿阀4的进油口、第ⅱ压力补偿阀5的进油口相连，安全阀3的出油口与油箱15相连。
33.泵体1的具体形式有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本实施例中，泵体1为变量泵，控制器25与变量泵电连接，可通过控制器25控制变量泵的摆角。
34.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。