数字开关式先导控制型液压驱动系统及工作方法

本发明涉及液压传动与控制，具体的是一种数字开关式先导控制型液压驱动系统及工作方法。

背景技术：

1、在工程实际中，众多机械设备执行机构不仅需要直线往复运动，同时还需要有旋转运动，以实现复杂动作高精度协同转换。传统的伺服液压系统，需要高精度的传感器、高频响的伺服阀和高水平的控制器，其控制过程复杂，且对工作介质洁净度要求较高，抗污染能力较弱。数字液压因其具有体积小、成本低、响应快速、控制简单、抗污染能力强等优势，已逐渐被应用于国防设备、工程机械、冶金装备、海工装备等众多领域。结合高速开关阀的液压系统提高了运行可靠性，降低了综合成本、维护难度、应用难度，且高速开关阀控制方式简单，采用数字信号直接驱动，不需要d/a转换元件，能够提高系统可靠性和动态性能。

2、然而，高速开关阀受自身结构限制，流量参数较低，不能直接应用于大流量控制系统。目前，常采用若干个小流量高频响的高速开关阀组成一个大流量的高速开关阀组亦称为阀岛，来实现大流量控制，该方法需要同时控制一个阀组中若干个开关阀的开闭来控制其通过的流量，控制逻辑较为复杂。因而，亟需发明一种简单高效、稳定可靠的数字液压驱动系统，以实现机械装备执行机构回转、往复高精度复合运动。

技术实现思路

1、本发明提供了一种数字开关式先导控制型液压驱动系统及工作方法，采用数字信号直接驱动高速开关式电磁阀作先导级控制液控比例换向阀，能够通过改变高速开关式电磁阀的数字控制信号，控制液控比例换向阀精准动作，进而驱动执行机构实现回转和往复的高精度复合运动。

2、本发明目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种数字开关式先导控制型液压驱动系统，包括：动力模块，所述动力模块包括液压油箱，所述液压油箱连接有液压泵，所述液压泵连接有第二截止阀，所述液压泵的压油口另一分支油路连接有电磁换向阀；

4、回转模块，所述回转模块包括和所述第二截止阀相连的第一减压阀，所述第一减压阀的出油口分别连接第一高速开关式电磁阀的进油口、第二高速开关式电磁阀进油口，所述第一高速开关式电磁阀的出油口连接第一液控比例换向阀左侧的液控油口，所述第二高速开关式电磁阀的出油口连接第一液控比例换向阀右侧的液控油口，所述第一液控比例换向阀的工作a口连接有液压马达，其中，所述第一液控比例换向阀的工作口a与液压马达上方油口相连，所述液控比例换向阀的工作口b与液压马达下方油口相连，所述第一减压阀和第一液控比例换向阀的回油口和所述液压油箱连接；

5、往复模块，所述往复模块包括和所述第二截止阀相连的第二减压阀，所述第二减压阀的出油口分别连接第三高速开关式电磁阀的进油口、第四高速开关式电磁阀进油口，所述第三高速开关式电磁阀的出油口连接第二液控比例换向阀右侧的液控油口，所述第四高速开关式电磁阀的出油口连接第二液控比例换向阀左侧的液控油口，所述第二液控比例换向阀的工作a口连接有液压缸，其中，所述第二液控比例换向阀的工作口a与液压缸有杆腔油口相连，所述第二液控比例换向阀的工作口b与液压缸无杆腔油口相连，所述第二减压阀和第二液控比例换向阀的回油口和所述液压油箱连接；

6、控制模块，所述控制模块分别与所述电磁换向阀、所述第一高速开关式电磁阀、所述第二高速开关式电磁阀、所述第三高速开关式电磁阀和所述第四高速开关式电磁阀的控制端相连，控制其得失电情况，实现工作模式的切换，且实时监测系统状态参数。

7、进一步的，所述动力模块还包括：吸油过滤器、温度计、液位计、冷却器、回油过滤器、空气滤清器、流量计、电机、第一联轴器、溢流阀、单向阀、压油过滤器、第一压力传感器、第一压力表、比例溢流阀、单向节流阀、第一截止阀、蓄能器；

8、所述液压油箱安装有吸油过滤器、温度计、液位计、冷却器、回油过滤器和空气滤清器，所述液压泵的吸油口经过吸油过滤器与液压油箱相连，所述吸油过滤器可以避免较大颗粒的杂质进入液压泵，所述温度计可以监测系统的液压油温度，所述液位计可以监测油箱中液压油的高度，所述冷却器用于降低油液温度，保障系统在合理工作温度范围内稳定运行，所述回油过滤器过滤流回油箱的油液，所述空气滤清器可以防止气体杂质进入油箱，所述流量计安装在所述第一减压阀、第一液控比例换向阀的回油口和所述液压油箱之间，经过冷却器和回油过滤器连接液压油箱，所述电机通过第一联轴器驱动液压泵回转工作，所述液压泵的压油口与溢流阀的进口相连，所述溢流阀的出口与液压油箱相连，所述液压泵的压油口另一分支油路经过单向阀与压油过滤器相连，所述压油过滤器的出口与压力传感器和第一压力表相连；所述压油过滤器的出口分支油路与比例溢流阀和电磁换向阀相连，所述比例溢流阀可以实现多种压力调定，所述电磁换向阀作卸荷阀，可以实现液压泵的快速卸荷，所述压油过滤器的出口分支油路还经过串联单向节流阀和截止阀与蓄能器相连，所述压油过滤器的出口分支油路还与第二截止阀的下方油口连接。

9、进一步的，所述回转模块还包括：第二压力表、第二压力传感器、第三压力传感器和第二联轴器；

10、所述第一减压阀的进油口与第二截止阀的上方油口相连，在所述第一减压阀的出油口的分支油路上安装第二压力表，所述第一高速开关式电磁阀的出油口与第一液控比例换向阀相连的分支油路上安装第二压力传感器，所述第二高速开关式电磁阀的出油口与第一液控比例换向阀相连的分支油路上安装第三压力传感器，所述第二压力传感器和第三压力传感器用于监测第一液控比例换向阀两侧的液控油口的压力，通过第一高速开关式电磁阀和第二高速开关式电磁阀控制输入第一液控比例换向阀液控油口的流量，进而控制第一液控比例换向阀的阀口开度，所述第一减压阀和第一液控比例换向阀的回油口均通过流量计并经过冷却器和回油过滤器连接到液压油箱。

11、进一步的，所述往复模块还包括：第三压力表、第四压力传感器、第五压力传感器；

12、所述第二减压阀的进油口与第二截止阀的上方油口相连，在所述第二减压阀的出油口的分支油路上安装第三压力表，所述第三高速开关式电磁阀的出油口与第二液控比例换向阀相连的分支油路上安装第四压力传感器，所述第四高速开关式电磁阀的出油口与液控比例换向阀相连的分支油路上安装第五压力传感器，所述第四压力传感器和第五压力传感器用于监测第二液控比例换向阀的两侧的液控油口的压力，通过第三高速开关式电磁阀和第四高速开关式电磁阀控制输入第二液控比例换向阀液控油口的流量，进而控制第二液控比例换向阀的阀口开度，所述第二减压阀和第二液控比例换向阀的回油口均通过流量计并经过冷却器和回油过滤器连接到液压油箱。

13、进一步的，所述液压马达经过第二联轴器作用于负载，所述液压缸通过活塞杆作用于负载，进而通过液压马达和液压缸的协同作用控制负载的多种运动模式。

14、进一步的，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器的输出端与控制模块相连，将压力信号反馈至控制模块，达到压力监测的目的，系统正常运行时，控制模块控制电磁换向阀得电处于常闭状态。

15、上述数字开关式先导控制型液压驱动系统的工作方法，包括以下工作模式：

16、系统不工作时：第一高速开关式电磁阀、第二高速开关式电磁阀、第三高速开关式电磁阀、第四高速开关式电磁阀均不得电，第一液控比例换向阀和第二液控比例换向阀均处于中位，电磁换向阀得电，对应的液压泵输出高压油排向蓄能器，向蓄能器输入液压油，当蓄能器充能结束后，电磁换向阀失电，此时，液压泵输出的高压油直接排向液压油箱；

17、独立回转运行工作模式：控制模块控制电磁换向阀得电，切断液压泵出口与液压油箱的联通，控制第三高速开关式电磁阀和第四高速开关式电磁阀不得电时，通过控制第一高速开关式电磁阀和控制第二高速开关式电磁阀得电能够控制第一液控比例换向阀动作，从而控制液压马达实现单独回转运动；

18、独立往复运行工作模式：控制第一高速开关式电磁阀和第二高速开关式电磁阀不得电时，通过控制第三高速开关式电磁阀和第四高速开关式电磁阀得电能够控制第二液控比例换向阀动作，从而控制液压缸实现独立往复运行工作；

19、回转往复多工况复合工作模式：同时控制第一高速开关式电磁阀或第二高速开关式电磁阀、第三高速开关式电磁阀或第四高速开关式电磁阀得电，分别控制第一液控比例换向阀和控制第二液控比例换向阀动作，从而控制液压马达和液压缸协同动作。

20、进一步的，实现独立回转运行工作模式的具体方法包括：控制模块控制电磁换向阀得电，切断液压泵出口与液压油箱的联通，当控制模块发出控制信号控制第一高速开关式电磁阀得电时，控制油通过第一高速开关式电磁阀与第一液控比例换向阀左侧的液控油口联通，对应的液控比例换向阀工作在左位，此时，液压泵排出的高压油通过第一液控比例换向阀的进油p口，并经过第一液控比例换向阀的工作a口与液压马达上方油口相连，液压马达的下方油口与第一液控比例换向阀的工作b口相连，并进一步通过第一液控比例换向阀的回油t口与液压油箱连通，此时，液压马达处于正转工作模式，当控制第二高速开关式电磁阀得电时，控制油通过第二高速开关式电磁阀与第一液控比例换向阀右侧的液控油口联通，对应的第一液控比例换向阀工作在右位，此时，液压泵排出的高压油通过第一液控比例换向阀进油p口，并经过第一液控比例换向阀的工作b口与液压马达下方油口相连，液压马达的上方油口与第一液控比例换向阀的工作a口相连，并进一步通过第一液控比例换向阀的回油t口与液压油箱连通，此时，液压马达处于反转工作模式；

21、第一高速开关式电磁阀、第二高速开关式电磁阀按照一定控制规律进行开闭，控制进入第一液控比例换向阀液控油口的流量，进而实现对第一液控比例换向阀阀口开度的精准调节，从而控制液压马达的转速。

22、进一步的，系统实现独立往复运行工作模式的具体方法包括：控制模块控制电磁换向阀得电，切断液压泵出口与液压油箱的联通，当控制模块发出控制信号控制第三高速开关式电磁阀得电时，控制油通过第三高速开关式电磁阀与第二液控比例换向阀右侧的液控油口联通，对应的第二液控比例换向阀工作在右位，此时，液压泵排出的高压油通过第二液控比例换向阀的进油p口，并经过第二液控比例换向阀的工作b口与液压缸无杆腔油口相连，液压缸有杆腔油口与第二液控比例换向阀的工作a口相连，并进一步通过二液控比例换向阀的回油t口与液压油箱连通，此时，液压缸处于给进工作模式，当控制第四高速开关式电磁阀得电时，控制油通过第四高速开关式电磁阀与第二液控比例换向阀左侧的液控油口联通，对应的第二液控比例换向阀工作在左位，此时，液压泵排出的高压油通过第二液控比例换向阀的进油p口，并经过第二液控比例换向阀的工作a口与液压缸有杆腔油口相连，液压缸无杆腔油口与第二液控比例换向阀的工作b口相连，并进一步通过第二液控比例换向阀的回油t口与液压油箱连通，时，液压缸处于回退工作模式；

23、第三高速开关式电磁阀、第四高速开关式电磁阀按照一定控制规律进行开闭，控制进入第二液控比例换向阀液控油口的流量，进而实现对第二液控比例换向阀阀口开度的精准调节，从而控制液压缸活塞的移动速度。

24、进一步的，系统实现回转往复多工况复合工作模式的具体方法包括：控制模块控制电磁换向阀得电，切断液压泵出口与液压油箱的联通，当控制模块发出控制信号控制第一高速开关式电磁阀和第三高速开关式电磁阀得电时，控制油通过第一高速开关式电磁阀与第一液控比例换向阀左侧的液控油口联通，对应的第一液控比例换向阀工作在左位，此时，液压泵排出的高压油通过第一液控比例换向阀的进油p口，并经过第一液控比例换向阀的工作a口与液压马达上方油口相连，液压马达的下方油口与第一液控比例换向阀的工作b口相连，并进一步通过第一液控比例换向阀的回油t口与液压油箱连通，进而驱动液压马达回转作业，与此同时，控制油通过第三高速开关式电磁阀与第二液控比例换向阀右侧的液控油口联通，对应的第二液控比例换向阀工作在右位，液压泵排出的高压油通过第二液控比例换向阀的进油p口，并经过第二液控比例换向阀的工作b口与液压缸无杆腔油口相连，液压缸有杆腔油口与第二液控比例换向阀的工作a口相连，并进一步通过第二液控比例换向阀的回油t口与液压油箱连通，进而驱动液压缸给进工作，此时，液压马达和液压缸协同作业，对应为旋转给进工作模式，之后，保持第一高速开关式电磁阀得电状态，控制第四高速开关式电磁阀得电、第三高速开关式电磁阀失电，控制油通过第四高速开关式电磁阀与第二液控比例换向阀左侧的液控油口联通，对应的第二液控比例换向阀工作在左位，液压泵排出的高压油通过第二液控比例换向阀的进油p口，并经过第二液控比例换向阀的工作a口与液压缸有杆腔油口相连，液压缸无杆腔油口与第二液控比例换向阀的工作b口相连，并进一步通过第二液控比例换向阀的回油t口与液压油箱连通，液压缸退回工作，此时，液压马达和液压缸协同作业，对应为旋转回退工作模式；

25、通过控制模块控制第一高速开关式电磁阀和第二高速开关式电磁阀的得失电情况，达到旋转往复工作模式下的液压马达正反转切换，满足回转往复多工况复合工作模式。

26、借由以上的技术方案，本发明的有益效果如下：

27、1、本发明提出的数字开关式先导控制型液压驱动系统，可实现独立回转运行工作、独立往复运行工作和回转往复多工况复合工作，可以用于需要做直线运动，同时还需要有旋转运动的机械设备，可适应于多工况负载运动；

28、2、本发明采用高速开关式电磁阀作先导级，实现液控比例换向阀的精确控制，从而控制执行元件的动作，高速开关式电磁阀响应速度快、抗污染能力强、可靠性高、体积小、成本低，能够直接接收离散化数字信号，使得系统控制更加简便、工作过程更加高效可靠；

29、3、本发明采用两个高速开关式电磁阀控制大流量二级阀的方式，取代传统多个小流量高速开关阀组成阀岛的控制方式，减小了整阀体积，降低了系统控制复杂度，提高了系统的能源转换效率；

30、4、本发明采用控制模块实现系统多种工作模式的协同转换，且能够实时监测系统压力、系统流量、油液温度、液控比例换向阀液控油口压力等状态参数，可实时监控系统运行时的状态，保障系统稳定可靠运行。

31、为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。