基于矩阵回路的液压机液压系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于矩阵回路的液压机液压系统，包括液压泵，蓄能器，插装式液压元件，液压缸，连接管路，其特征是：所述液压回路是基于矩阵排列所构成的，由“列”和“行”的相互垂直的液压管路交错排列，在矩阵的行列交点上设置插装式液压元件。其优点是：利用矩阵形式灵活搭建回路，依据执行器的不同负载工况，实现在系统动态压力-流量匹配，减少系统溢流和节流损失，提高传动效率；动态地自由地接入蓄能器，进行能量回收，实现系统节能；通过传感装置在液压系统运行过程中自动检测并排除故障，提高了液压系统的可靠性。
【专利说明】基于矩阵回路的液压机液压系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于液压机【技术领域】，涉及一种基于矩阵回路的液压机液压系统。
【背景技术】
[0002] 随着工业技术的发展，大型液压机在国内的应用越来越多，而液压机所存在的问 题是液压机工况多，液压系统设计往往按最大流量和压力设计，而大部分时间液压机工作 在部分载荷区，造成较大的能量损失。另外，液压机为单台套设备，其系统出现问题停机维 修会带来很大的经济损失，故寻求考虑全工况的，压力和流量尽可能匹配负载的新型节能 和冗余系统成为当务之急。
[0003] 专利号为ZL 201320407139. 9 -文中提出了一种多功能可扩展节能型液压集成 回路。该文中针对现有液压系统回路中存在的液压回路功能单一、不可逆，传动效率低、系 统回路集成化程度不高以及系统回路冗余性差的缺陷，提出了这种新型液压系统回路，该 系统回路能够在克服传统液压回路的缺点的同时还具备多功能、节能，并且是一种可扩展 的液压集成回路。
[0004] 然而该文中对该液压集成回路只进行定义以及功能性研宄，未利用该回路实现某 个完整的液压系统回路设计。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是在多功能可扩展节能型液压集成回路的基础上，提供一种可实现 压机功能的、可根据需要进行压力和流量匹配的且具有一定冗余功能的基于矩阵回路的液 压机液压系统。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：
[0007] 本发明包括液压泵，蓄能器，插装式液压元件，液压缸，连接管路，所述液压回路是 基于矩阵排列所构成的，由"列"和"行"的相互垂直的液压管路交错排列，在矩阵的行列 交点上设置插装式液压元件，所述插装式液压元件是压力控制插装式液压元件，流量控制 插装式液压元件以及方向控制插装式液压元件。
[0008] 在所述"列"上分别与动力源、蓄能器以及执行器串联。
[0009] 在所述"行"上分别串联一个溢流阀，并且每行固定的与特定压力等级的蓄能器串 联，以实现压力分级。
[0010] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0011] 1、系统效率高：传统液压机液压系统能耗严重，而在液压矩阵回路系统中泵是系 统的动力输入源，蓄能器看作是系统的储能源，通过多泵和储能源的灵活搭配，形成具有不 同流量、压力输出特性且有一定能量储备能力的分级液压源。利用矩阵回路灵活搭建回路， 依据执行器的不同负载工况需求，实现在系统动态压力-流量匹配，减少系统溢流和节流 损失，解决了传统液压机液压系统的传动效率低下的问题。
[0012] 2、系统可回收能量，实现节能：在工作中根据液压系统能量流动以及利用设备重 力势能的情况，可动态的自由地接入蓄能器，进行能量回收，实现系统节能。3、系统可靠性 高：由于液压矩阵回路中的联接是动态的，为较重要或易损坏的阀设计冗余度，在执行某一 动作时可实现多种连接方式，通过传感装置在液压系统运行过程中自动检测并排除故障， 因此大大提高了液压系统的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的结构示意图；
[0014] 图2是液压机负载分析图；
[0015] 图3是本发明的液压机液压系统组成示意图；
[0016] 图4是本发明的液压机电磁铁顺序动作图。
[0017] 图中：1代表泵组，包括定量泵以及变量泵的组合，2代表蓄能器组，包括不同压力 等级的蓄能器，3代表执行器组，包括液压缸以及液压马达，4代表插装阀原件，5代表油箱， 6代表常锻快下工况，7代表常锻及快锻的压下工况，8代表常锻的保压及泄压工况，9代表 常锻及快锻的回程工况，10代表常锻快下阶段，11代表常锻加压及保压阶段，12代表常锻 回程阶段，13代表快锻压下，14代表快锻回程HP代表高压，MP代表中压，LPl和LP2代表低 压，OR代表回油。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述：
[0019] 参照附图，本发明包括液压矩阵回路，液压矩阵回路是基于矩阵排列所构成，行列 自由组合，行列交点以插装式液压元件为主的新型液压回路，图1是液压回路的典型结构， 各自对应的压力范围如图所示。"列"和"行"相互垂直交错，在每"行"上串联一个溢流阀， 通过调定溢流阀实现压力分级；"列"上根据需要分别与动力源或者蓄能器或者执行器串 联，这样根据不同工况，通过控制矩阵回路中的液压阀启闭，灵活接通不同行列，实现了多 级压力-流量动态匹配。本发明根据负载特性，设多个压力等级，图1所示的系统分为HP， MP，LP1，LP2和OR5个压力等级。
[0020] 对压机工况进行分析，如图2所示，横轴为速度，纵轴为负载力，其中6部分代表常 锻快下工况，7部分为常锻及快锻的压下工况，8部分代表常锻的保压及泄压工况，9部分代 表常锻及快锻的回程工况，图中各参数含义如下：
[0021] Fl--负载力
[0022] X--速度
[0023] A1 主缸面积
[0024] A2--回程缸面积
[0025] Qchange一"决下时充液蓄能器流量
[0026] Qp一一常锻快下时泵的流量
[0027] α--面积比 A2ZA1
[0028] Q' lmax--快锻压下最大流量
[0029] Qr Average--快锻压下平均流量
[0030] Q2--常锻回程所需流量
[0031] Pamax pHmax>35MPa
[0032] pH--20MPa〈pH〈35MPa
[0033] pLM--lMPa<pLM< IOMPa
[0034] pM--10MPa〈pM〈20MPa
[0035] 常锻工况下，压机负载具有多样性与大时变性，以及主缸和回程缸10倍之差的面 积比，每个工作循环中，下行以及回程过程中所需流量相差较大；在快锻工况下，回程缸总 是处于高压小流量状态，工作缸处于低压大流量状态。故本发明根据负载划分为4个不同 压力等级，根据系统的速度与工况要求通过选用不要排量的泵和蓄能器组合实现流量分 级。
[0036] 具体实施过程中，优选的实施方式为在满足各工况下完成各动作时，构成某一液 压回路油液流经最少拐点，及打开最少的阀。当系统某些阀发生故障后，可以选择次优的实 施方式，在故障阀所在行列各选一点，加上与该两点正交的另一个非故障点，这样增加两个 拐点使回路正常连接，从而使系统动作顺利完成。
[0037] 基于矩阵回路的液压机液压系统基本单元组成如图3所示，图中HP代表高压，MP 代表中压，LP代表低压，OR代表回油，CP代表流量控制型变量泵，阀DT表示电磁铁，是用来 控制回路中该交叉点的通断状态，SV是比例电磁铁，用来控制该交叉点的比例阀，最右面一 列与各行交叉点安放溢流阀以调节各行不同压力。图4为液压机电磁动作顺序表，其中RF 代表常锻，FF代表快锻，10代表常锻快下阶段，11代表常锻加压及保压阶段，12代表常锻回 程阶段；13代表快锻压下，14代表快锻回程。
[0038] 根据不同工况选用一台流量控制型变量泵，两台定量泵以及高、中、低压三个蓄能 器，两台定量泵输出流量分别为回程所需流量Q 2和快锻时所需的平均流量V laverage^M 控制泵的最大流量由常锻压下时的流量减去％和V lav"age，用于镦粗阶段，通过速度反馈 实时调节流量满足满载低速的要求；其中低压蓄能器用于常锻快下充液，高压蓄能器用于 快锻回程，中压蓄能器用于快锻下行提供负辅助动力源，通过电子控制装置实现设备动作。
[0039] 如图4电磁铁动作顺序表，常锻快下时电磁铁6DT，7DT、17DT、18DT、SV1、SV2动作， CP泵和HP定量泵双泵同时供油，低压蓄能器充液，液压缸差动连接，回程缸油液流入主缸 实现快下，到达一定行程关掉6DT，7DT和SV2,蓄能器停止供油，实现减速。工进时17DT、 18DT、SVl、SV4动作，CP泵和HP定量泵供油，到达保压阶段3DT动作，HP定量泵卸荷，减少 进入系统中的流量，CP泵工作，匹配系统流量和压力输出。回程时1DT、7DT、13DT、SV2、SV3 动作，CP泵卸荷，HP定量泵给回程缸供油回程，主缸油液回低压蓄能器。快锻下行时9DT、 IIDT、12DT、14DT、SV3动作，MP定量泵和中压蓄能器向主缸供油，回程缸油液进入高压蓄能 器，回程时2DT、11DT、12DT、14DT、SV3动作，MP定量泵卸荷，高压蓄能器向回程缸供油，主缸 油液回中压蓄能器。以上实施方式为各动作时的优选实施方式，当系统某些阀发生故障后， 比如SVl发生故障，可用20DT代替，SV2发生故障后，可用8DT代替，也可以选择增加两拐 点绕过该阀，而使系统动作顺利完成，提高系统可靠性。
[0040] 此外，在系统工作过程中，在不同压力阶段，灵活地打开不同压力级别的蓄能器所 连接的阀，如根据图2负载分析图第8部分，在卸压不同压力阶段依次接通高中低压蓄能 器，可实现系统能量回收。
[0041] 本发明的技术方案并不局限于所述实施方式，若他人的设计与本发明中液压管路 "行"，"列"互换，或所分压力等级范围有些许不同，或压力等级个数不同，不应视为与本发 明有所差别。
【权利要求】
1. 一种基于矩阵回路的液压机液压系统，包括液压泵，蓄能器，插装式液压元件，液压 缸，连接管路，其特征在于：所述液压回路是基于矩阵排列所构成的，由"列"和"行"的相互 垂直的液压管路交错排列，在矩阵的行列交点上设置插装式液压元件。
2. 根据权利要求1所述的一种基于矩阵回路的液压机液压系统，其特征在于：所述插 装式液压元件是压力控制插装式液压元件，流量控制插装式液压元件以及方向控制插装式 液压元件。
3. 根据权利要求1所述的一种基于矩阵回路的液压机液压系统，其特征在于：在"列" 上分别与动力源、蓄能器以及执行器串联。
4. 根据权利要求1、2所述的一种基于矩阵回路的液压机液压系统，其特征在于：在 "行"上分别串联一个溢流阀，并且每行固定的与特定压力等级的蓄能器串联，实现压力分 级。
【文档编号】B30B1/32GK104454672SQ201410705165
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】姚静, 曹晓明, 李彬 申请人:燕山大学