阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统及控制方法

1.本发明涉及液压控制技术领域，具体公开了一种阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统及控制方法。


背景技术：

2.负载敏感系统具有较高的负载适应性与能量利用率，广泛应用于工程机械液压系统，以提高系统动态与能耗特性。负载敏感回路往往是一个动力源驱动多个执行器动作，考虑到工程机械动力源的功率输入受到限制，在负载敏感回路中常采用恒功率控制方式，保证动力源输出功率不会超过额定功率。
3.在传统单泵多执行器负载敏感回路中，如果某个执行器(如挖掘机斗杆执行器)或某几个执行器在运动过程中，另一重载执行器(如挖掘机上车回转执行器)突然开始动作，泵出口压力在负载敏感回路作用下将随之增大，但泵所提供的流量因整机功率限制作用将随之减小，导致正在运动的执行器所需流量不足，从而导致其运动紊乱。另外，在传统单泵多执行器负载敏感回路中，在多个执行器同时运动时，泵源压力需要匹配系统最高压力，从而导致轻载执行器回路压力损失大，从而降低了系统效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决恒功率控制下传统单泵多执行器负载敏感系统存在的运动紊乱，以及系统运行过程中因多执行器负载不一致而导致的高能量损耗的问题，本发明提供一种阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统及控制方法。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统，包括单泵多执行器的第一回路、单泵单执行器的第二回路以及与单泵多执行器的第一回路的输入端、单泵单执行器的第二回路的输入端分别相连的压差截止阀，压差截止阀与单泵单执行器的第二回路联合作用到单泵多执行器的第一回路上。
7.进一步：单泵多执行器的第一回路，由第一油箱、第一泵控制器、第一控制手柄、第一压力传感器、压差卸荷阀、多个梭阀、多个第一液压执行器，与第一液压执行器无杆腔对应相连的进口比例方向阀、与第一液压执行器有杆腔对应相连的出口比例方向阀以及一端通过压差卸荷阀与第一油箱相连，另一端与进口比例方向阀和出口比例方向阀相连的第一泵源组成；单泵单执行器的第二回路，由第二油箱、第二泵控制器、第二控制手柄、第二压力传感器、单向阀、第二液压执行器、溢流阀、蓄能器，与第二液压执行器无杆腔相连的进口比例方向阀、与第二液压执行器有杆腔相连的出口比例方向阀以及一端通过溢流阀与第二油箱相连、另一端与进口比例方向阀和出口比例方向阀相连的第二泵源组成；压差截止阀包括分别和第一泵源出口连通的工作油口a和先导控制油口c，与第二泵源出口连通的工作油口b以及与梭阀出口连通的先导控制油口d。有益效果：第一泵源为多个第一液压执行器供油，带动第一液压执行器运动；溢流阀的作用为过载保护，当第二泵源口压力大于设定值
时，溢流阀会调至通路，进行卸荷。
8.进一步，第一泵源和第二泵源分别通过压差截止阀与单泵单执行器的第二回路和单泵多执行器的第一回路相连。有益效果：当单泵多执行器的第一回路中负载压力裕度小于设定值时，压差截止阀为联通状态，通过压差截止阀，第二泵源向单泵多执行器的第一回路提供油液。
9.进一步，第一泵源和第二泵源均为电控液压泵或者伺服电机驱动定量液压泵。
10.进一步，压差卸荷阀为液控卸荷阀。有益效果：当泵压力和负载压力高于设定值时，多余流量流回第一油箱。
11.进一步，单向阀设置在第二泵源出口与压差截止阀之间；蓄能器设置在第二泵源出口与第二油箱之间。有益效果：设置单向阀，确保单泵多执行器的第一回路中的油液不会进入单泵单执行器的第二回路中；蓄能器能储存或释放液压流量，当单泵单执行器的第二回路需要的流量小于第二泵源流量时，第二泵源多余的流量储入蓄能器中，当负载要求流量大于第二泵源流量时，液体介质从蓄能器释放出来，以补泵源流量之不足，以保证整个系统压力正常。
12.进一步，压差截止阀为液控压差截止阀。
13.阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统控制方法，包括以下步骤：
14.s1：采集单泵多执行器的第一回路中所有执行器两腔的压力与第一泵源出口的压力；
15.s2：通过梭阀对压差截止阀进行通或断路实时控制：
16.当单泵多执行器的第一回路中流量不足时，其系统压力裕度低于压差截止阀的弹簧设定值，从而压差截止阀自动调至通路，由单泵单执行器的第二回路中的第二泵源向单泵多执行器的第一回路进行供油；
17.当单泵多执行器的第一回路中流量充足时，其系统压力裕度高于压差截止阀的弹簧设定值，从而压差截止阀自动调至断路，单泵单执行器的第二回路中的第二泵源向单泵多执行器的第一回路停止供油。
18.进一步，步骤s2不同模式下泵控制信号分别如下：
19.双泵信号不超过最大值且不超过恒功率限制值时，即u
p1
,u
p2
≤u
pp
≤u
max
时，双泵输出流量分别满足：
[0020][0021][0022]
其中，ki为单泵多执行器的第一回路中多个第一液压执行器流量增益，ui为单泵多执行器的第一回路中多个第一液压执行器速度指令，n
p1
为单泵多执行器的第一回路泵的转速，k
pp1
为单泵多执行器的第一回路泵排量增益，k
l1
为单泵多执行器的第一回路泵泄漏系数，p
p1
为单泵多执行器的第一回路系统压力，k0为单泵多执行器的第一回路中多个第一液压执行器流量系数，u0为单泵单执行器的第二回路中第二液压执行器速度指令，n
p2
为单泵单执行器的第二回路泵的转速，k
pp2
为单泵单执行器的第二回路泵排量增益，k
l2
为单泵单执行器的第二回路泵泄漏系数，p
p2
为单泵单执行器的第二回路系统压力；
[0023]
当单泵多执行器的第一回路的流量需求超过最大值q1(u
max
)时，即q1(u
p1
)≥q1(u
max
)时，单泵单执行器的第二回路的泵输出流量满足：
[0024][0025]
当单泵多执行器的第一回路的流量需求超过恒功率限制值q1(u
pp
)时，即q1(u
p1
)≥q1(u
pp
)时，单泵单执行器的第二回路的泵输出流量为：
[0026][0027]
其中，功率限制信号u
pp
满足：
[0028][0029]
其中，pn为单泵多执行器的第一回路泵功率极限值；由于单泵单执行器的第二回路中的第二泵源与压差截止阀之间存在单向阀，因此单泵多执行器的第一回路中的油液不会进入到单泵单执行器的第二回路中。
[0030]
本方案的工作原理及有益效果在于：
[0031]
1、本发明公开的阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统，通过压差截止阀控制单泵多执行器的第一回路与单泵单执行器的第二回路的连通状态，解决了传统单泵多执行器负载敏感系统中大质量负载执行器突然动作，由于恒功率控制作用导致其他执行器流量不足，进而使得整个液压回路运动控制紊乱的问题。
[0032]
2、本发明公开的阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统，将单泵多执行器负载敏感系统拆成单泵多执行器的第一回路与单泵单执行器的第二回路，针对单泵多执行器的第一回路与单泵单执行器的第二回路中第一液压执行器和第二液压执行器的负载压力，分别针对性调节第一泵源和第二泵源的出口压力，实现泵出口压力与负载压力的快速匹配，减小整个系统的能耗。
[0033]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0034]
图1为本发明阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统的方案示意图；
[0035]
图2为本发明阀口独立控制的双泵双回路挖掘机液压系统应用实例图。
[0036]
附图中标记如下：单泵多执行器的第一回路1、第一油箱1-1、第一泵源1-2、第一泵控制器1-3、第一控制手柄1-4、第一压力传感器1-5、压差卸荷阀1-6、第一进口比例方向阀ⅰ1-7a-1、第一进口比例方向阀ⅱ1-7a-2、第一出口比例方向阀ⅰ1-7b-1、第一出口比例方向阀ⅱ1-7b-2、梭阀ⅰ1-8-1、梭阀ⅱ1-8-2、梭阀ⅲ1-8-3、)第一液压执行器ⅰ1-9-1、第一液压执行器ⅱ1-9-2、单泵单执行器的第二回路2、第二油箱2-1、第二泵源2-2、第二泵控制器2-3、第二控制手柄2-4、第二压力传感器2-5、单向阀2-6、第二液压执行器2-7、进口比例方向阀2-8a、出口比例方向阀2-8b、溢流阀2-9、蓄能器2-10、压差截止阀3。
[0037]
实施例相当于一个具体的实例，附图标记与实施例对应来，因此附图标记不存在不清楚的等号。
具体实施方式
[0038]
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0039]
实施例
[0040]
如图1所示阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统，包括单泵多执行器的第一回路1、单泵单执行器的第二回路2以及与单泵多执行器的第一回路1的输入端、单泵单执行器的第二回路2的输入端分别相连的压差截止阀3，压差截止阀3与单泵单执行器的第二回路2联合作用到单泵多执行器的第一回路1上。
[0041]
以实际工况情况，比例方向阀、梭阀、液压执行器均可为多个。
[0042]
以单泵多执行器中存在两个液压执行器举例，单泵多执行器的第一回路1，由第一油箱1-1、第一泵控制器1-3、第一控制手柄1-4、第一压力传感器1-5、压差卸荷阀1-6、梭阀ⅰ1-8-1、梭阀ⅱ1-8-2、梭阀ⅲ1-8-3、第一液压执行器ⅰ1-9-1、第一液压执行器ⅱ1-9-2，与第一液压执行器ⅰ1-9-1和第一液压执行器ⅱ1-9-2无杆腔相连的第一进口比例方向阀ⅰ1-7a-1和第一进口比例方向阀ⅱ1-7a-2、与第一液压执行器ⅰ1-9-1和第一液压执行器ⅱ1-9-2有杆腔相连的第一出口比例方向阀ⅰ1-7b-1和第一出口比例方向阀ⅱ1-7b-2以及一端通过压差卸荷阀1-6与第一油箱1-1相连，另一端与第一进口比例方向阀ⅰ1-7a-1和第一进口比例方向阀ⅱ1-7a-2和第一出口比例方向阀ⅰ1-7b-1和第一出口比例方向阀ⅱ1-7b-2相连的第一泵源1-2组成，第一泵源1-2为电控液压泵或者伺服电机驱动定量液压泵，且为第一液压执行器ⅰ1-9-1和第一液压执行器ⅱ1-9-2供油，带动第一液压执行器ⅰ1-9-1和第一液压执行器ⅱ1-9-2运动，且第一液压执行器ⅰ1-9-1和第一液压执行器ⅱ1-9-2均为液压缸或液压马达，压差卸荷阀1-6采用液控卸荷阀，当泵压力和负载压力高于设定值时，多余流量流回第一油箱1-1。
[0043]
单泵单执行器的第二回路2，由第二油箱2-1、第二泵控制器2-3、第二控制手柄2-4、第二压力传感器2-5、单向阀2-6、第二液压执行器2-7、溢流阀2-9、蓄能器2-10，与第二液压执行器2-7无杆腔相连的进口比例方向阀2-8a、与第二液压执行器2-7有杆腔相连的出口比例方向阀2-8b以及一端通过溢流阀2-9与第二油箱2-1相连、另一端与进口比例方向阀2-8a和出口比例方向阀2-8b相连的第二泵源2-2组成，第二泵源2-2为电控液压泵或者伺服电机驱动定量液压泵，第二液压执行器2-7为液压缸或液压马达，溢流阀2-9的作用为过载保护,当第二泵源2-2口压力大于设定值时，溢流阀2-9会调至通路，进行卸荷，单向阀2-6设置在第二泵源2-2出口与压差截止阀3之间，设置单向阀2-6，确保单泵多执行器的第一回路1中的油液不会进入单泵单执行器的第二回路2中，蓄能器2-10设置在第二泵源2-2出口与第二油箱2-1之间，蓄能器2-10能储存或释放液压流量，当单泵单执行器的第二回路2需要的流量小于第二泵源2-2流量时，第二泵源2-2多余的流量储入蓄能器2-10中，当负载要求流量大于第二泵源2-2流量时，液体介质从蓄能器2-10释放出来，以补泵源流量之不足，以保证整个系统压力正常。
[0044]
单泵单执行器的第二回路2中重载第二液压执行器2-7动作速度一般较小，因此所需流量也较小，并且工程机械中重载第二液压执行器2-7动作的频率较低，可对单泵多执行
器的第一回路1进行流量补偿；当单泵多执行器的第一回路1不需要流量补偿且重载第二液压执行器2-7不工作时，可将单泵单执行器的第二回路2中的第二泵源2-2关闭。
[0045]
压差截止阀3包括分别和第一泵源1-2出口连通的工作油口a和先导控制油口c，与第二泵源2-2出口连通的工作油口b以及与梭阀ⅲ1-8-3出口连通的先导控制油口d，压差截止阀3为液控压差截止阀。
[0046]
第一泵源1-2和第二泵源2-2分别通过压差截止阀3与单泵单执行器的第二回路2和单泵多执行器的第一回路1相连，单泵多执行器的第一回路1中各个执行器负载均不相同，在液压回路运行过程中，当单泵多执行器的第一回路1中第一泵源1-1提供的流量不足以支撑执行器那种预期速度动作时，压差截至阀3检测负载压力裕度小于设定值，此时，在弹簧预紧力与压差的共同作用下，压差截止阀3为联通状态，通过压差截止阀3，第二泵源2-2向单泵多执行器的第一回路1提供油液，从而为单泵多执行器的第一回路1的正常运行创造条件；当单泵多执行器的第一回路1中流量足以支撑执行器按照预期速度动作时，压差截止阀3检测负载压力裕度大于设定值，压差截止阀3处于关闭状态。
[0047]
阀口独立控制的双泵双回路电液负载敏感系统控制方法，包括以下步骤：
[0048]
s1：采集单泵多执行器的第一回路1中所有执行器两腔的压力与第一泵源1-2出口的压力；
[0049]
s2：通过梭阀ⅲ1-8-3对压差截止阀3进行通或断路实时控制：
[0050]
当单泵多执行器的第一回路1中流量不足时，其系统压力裕度低于压差截止阀3的弹簧设定值，从而压差截止阀3自动调至通路，由单泵单执行器的第二回路2中的第二泵源2-2向单泵多执行器的第一回路1进行供油；
[0051]
当单泵多执行器的第一回路1中流量充足时，其系统压力裕度高于压差截止阀3的弹簧设定值，从而压差截止阀3自动调至断路，单泵单执行器的第二回路2中的第二泵源2-2向单泵多执行器的第一回路1停止供油。
[0052]
步骤s2不同模式下泵控制信号分别如下：
[0053]
双泵信号不超过最大值且不超过恒功率限制值时，即u
p1
,u
p2
≤u
pp
≤u
max
时，双泵输出流量分别满足：
[0054][0055][0056]
其中，ki为单泵多执行器的第一回路1中多个第一液压执行器流量增益，ui为单泵多执行器的第一回路中多个第一液压执行器速度指令，n
p1
为单泵多执行器的第一回路1泵的转速，k
pp1
为单泵多执行器的第一回路1泵排量增益，k
l1
为单泵多执行器的第一回路1泵泄漏系数，p
p1
为单泵多执行器的第一回路1系统压力，k0为单泵多执行器的第一回路1中多个第一液压执行器流量系数，u0为单泵单执行器的第二回路2中第二液压执行器速度指令，n
p2
为单泵单执行器的第二回路2泵的转速，k
pp2
为单泵单执行器的第二回路2泵排量增益，k
l2
为单泵单执行器的第二回路2泵泄漏系数，p
p2
为单泵单执行器的第二回路2系统压力。
[0057]
当单泵多执行器的第一回路1的流量需求超过最大值q1(u
max
)时，即q1(u
p1
)≥q1(u
max
)时，单泵单执行器的第二回路2的泵输出流量满足：
[0058][0059]
当单泵多执行器的第一回路1的流量需求超过恒功率限制值q1(u
pp
)时，即q1(u
p1
)≥q1(u
pp
)时，单泵单执行器的第二回路2的泵输出流量为：
[0060][0061]
其中，功率限制信号u
pp
满足：
[0062][0063]
其中，pn为单泵多执行器的第一回路1泵功率极限值。由于单泵单执行器的第二回路2中的第二泵源2-2与压差截止阀3之间存在单向阀2-6，因此单泵多执行器的第一回路1中的油液不会进入到单泵单执行器的第二回路2中。
[0064]
液压回路为负载敏感控制，通过测量单泵多执行器的第一回路1中所有执行器两腔的最高负载压力实时控制第一泵源1-2出口的压力，使泵在额定转速下能够输出最大流量,且负载敏感控制口的控制压力与泵输出压力相同，使泵的功率调节可以起作用，此时泵的输出流量通过负载敏感泵自身特性自动与系统要求相匹配，以此保证液压系统的稳定运行并提高系统的动态与能耗特性。
[0065]
单泵多执行器的第一回路1中与单泵单执行器的第二回路2中的第一泵源1-2及第二泵源2-2均为恒功率控制，以此降低系统能耗。当负载敏感控制中的负载敏感压力与泵出口压力一致且泵出口压力不大于所设定值时,只要泵的输出流量能够满足阀和管路的最大通流能力,液压系统即可运行在恒功率模式下并使其最大功率不超过限定的最大功率值。通过测量单泵多执行器的第一回路1中与单泵单执行器的第二回路2中泵源出口的压力，对泵源的排量或伺服电机的转速实时控制，保证两泵源的功率恒定不变。当单泵多执行器的第一回路1中的负载压力裕度小于设定值时，压差截止阀3两端压差较小，不足以克服弹簧预紧力，导致压差截止阀3保持联通状态，回路中流量不足以支撑执行器动作，此时通过开启压差截止阀3，由单泵单执行器的第二回路2中的第二泵源2-2向单泵多执行器的第一回路1提供流量，保证单泵多执行器的第一回路1中各个执行器的正常运行，避免因单泵多执行器的第一回路1中由于流量不足导致的控制紊乱问题。
[0066]
图2为阀口独立控制的双泵双回路挖掘机液压系统应用实例图，采集单泵多执行器的第一回路中所有执行器(动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸)两腔的压力与第一泵源出口的压力。通过梭阀对压差截止阀进行通或断路实时控制，当单泵多执行器的第一回路中流量不足时，其系统压力裕度低于压差截止阀的弹簧设定值，从而压差截止阀自动调至通路，由单泵单执行器的第二回路中的第二泵源向单泵多执行器的第一回路进行供油；当单泵多执行器的第一回路中流量充足时，其系统压力裕度高于压差截止阀的弹簧设定值，从而压差截止阀自动调至断路，单泵单执行器的第二回路第二泵源向单泵多执行器的第一回路停止供油。
[0067]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的
效果和本发明的实用性。