一种具备应急功能的数字液压泵及方法与流程

本发明涉及一种具备应急功能的数字液压泵及方法，属于液压传动。

背景技术：

1、柱塞泵作为液压系统的“心脏”，广泛应用于对压力、流量控制精度要求较高的起重机械、高空作业车等工程机械领域。随着工程机械设备向数字化、高精度、节能化、智能化、多功能方向发展，对柱塞泵的控制精度、结构简化程度、通用性及故障应对能力提出了更高要求。

2、目前，柱塞泵在排量、压力控制过程中，普遍采用增设控制阀的方式实现控制，通用性差难以适配不同工况下的使用需求；柱塞泵的输入信号与输出流量或压力间无反馈，属于开环控制，控制精度低；柱塞泵电器元件在失效等突发故障场景下，柱塞泵无法正常变量，易导致主机动作失常，影响设备正常运行和操作安全性。

3、本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，解决以下核心技术问题：

4、（1）、解决现有技术中柱塞泵结构复杂、通用性差的问题。

5、（2）、解决现有开环控制精度低的缺陷。

6、（3）、解决电器元件失效时无应急保护的问题。

7、（4）、解决无法实现故障在线诊断和可编程控制的问题。

8、因此，亟需一种能够解决上述问题的数字液压泵及控制方法。

技术实现思路

1、目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具备应急功能的数字液压泵及方法，适用于可由软件定义柱塞泵变量形式，需要对柱塞泵排量、压力进行精准控制，且对设备运行安全性、可靠性有较高要求的场景，如起重机、高空作业车等工程机械，可作为液压系统的核心动力源使用。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，一种具备应急功能的数字液压泵，包括：柱塞泵本体，所述柱塞泵本体内设置有柱塞泵，柱塞泵的出口与梭阀的油口a相连接，还与柱塞泵本体的油口b相连接，所述柱塞泵的变量活塞的大腔a与控制阀的油口a相连接，所述梭阀的油口分别与柱塞泵的变量活塞的小腔b、控制阀的右侧控制端以及控制阀的油口p相连接，控制阀的油口t与柱塞泵本体的油口dr相连接。所述柱塞泵本体的油口psv分别与梭阀的油口b、减压阀的油口a相连接，所述减压阀的油口b分别与柱塞泵本体的油口a1、应急阀的油口b相连接，减压阀的油口t与柱塞泵本体的油口dr相连接，所述柱塞泵本体的油口ls与应急阀的油口a相连接，应急阀的油口p1与控制阀的左侧控制大端相连接，应急阀的油口p2分别与控制阀的左侧控制小端、柱塞泵本体的油口a2相连接，应急阀的油口t与柱塞泵本体的油口dr相连接。

4、所述柱塞泵斜盘上设置有倾角传感器，柱塞泵的出口以及油口ls设置有压力传感器，所述倾角传感器、压力传感器、减压阀的控制端以及应急阀的控制端分别与控制器相连接。

5、可选的，减压阀采用比例减压阀，当减压阀的控制端电流增大时，左侧电磁力增大，油口a通油口b，油口b压力增大同时作用在右端，与弹簧力一起克服左侧电磁力，二者平衡时，油口a、油口b以及油口t截止；当减压阀的控制端电流减小时，左侧电磁力减小，在液压力和弹簧力作用下，油口b通油口a，油口b压力减小，当液压力和弹簧力与电磁力平衡时，油口a、油口b以及油口t截止。

6、可选的，应急阀采用二位五通应急阀，在左侧弹簧力作用下，左位接入系统，油口b与油口p1导通，油口p2与油口t导通，油口a截止；应急阀的控制端的电磁铁得电，克服弹簧力右位接入系统，油口a与油口p2导通，油口p1与油口t导通，油口b截止。

7、可选的，所述控制阀采用三位三通控制阀，在初始状态在弹簧力作用下，工作在右位，油口p与油口a导通，油口t截止；当控制阀4的右侧控制端有压力时，三位三通控制阀在弹簧力和液压力作用下工作在右位，油口p与油口a导通，油口t截止；当三位三通控制阀的左侧控制大端或者左侧控制小端有压力时，当压力大于左侧弹簧力和液压力时，工作在左位，油口a与油口t导通，油口p截止,当压力等于左侧弹簧力和液压力时，工作在中位，油口p、油口a、油口t相互连通,当压力小于左侧弹簧力和液压力时，工作在右位，油口p与油口a导通，油口t截止。

8、第二方面，一种具备应急功能的数字液压泵的控制方法，具体包括：

9、柱塞泵本体的油口psv得到先导压力，一路到减压阀，一路通过梭阀作用到控制阀右端，当无输入指令时，控制器不输出控制电流给减压阀，控制阀右位接入系统，控制阀的油口p与油口a导通，变量活塞大腔a与小腔b连通，变量活塞右移，使柱塞泵处于零排量。

10、或者，控制器对比斜盘倾角信号与预设的指令信号，计算预设的指令信号与斜盘倾角信号的偏差值；当柱塞泵需求增大时，指令信号变大，使得偏差值大于0，控制器增大减压阀控制电流，控制阀左位接入系统，控制阀的油口a与油口t导通，油口p截止，使斜盘倾角增大，排量增加，直至偏差值逐步减小，三位三通控制阀回归中位，控制阀的油口p、油口a、油口t相互连通,斜盘倾角保持不变。

11、或者，控制器获取柱塞泵出口压力信号，根据预设的压力与倾角的对应关系，得到倾角信号，计算倾角信号与指令信号的偏差值；当出口压力信号增大时，倾角信号变小，偏差值小于0，控制器减小减压阀控制电流，使控制阀右位接入系统，控制阀的油口p与油口a导通，油口t截止，斜盘倾角变小，排量减少，直至偏差值趋于零，控制阀4回归中位，控制阀的油口p、油口a、油口t相互连通,斜盘倾角保持不变。

12、或者，控制器获取柱塞泵出口压力信号和负载的压力信号，计算出口压力信号和负载的压力信号的实际压差，并将实际压差与预设压差信号进行相减，得到偏差信号。当实际压差增大时，偏差信号大于0，控制器减小减压阀控制电流，使控制阀右位接入系统，控制阀的油口p与油口a导通，油口t截止，斜盘倾角变小，输出流量减少，泵出口压力随之降低，直至偏差值趋于零，控制阀回归中位，控制阀的油口p、油口a、油口t相互连通, 斜盘倾角保持不变。

13、或者，控制器获取柱塞泵出口压力信号，将压力信号与指令压力信号进行相减，得到偏差信号。当指令压力信号增大时，偏差信号小于0，控制器增大减压阀控制电流，控制阀左位接入系统，控制阀的油口a与油口t导通，油口p截止，使斜盘倾角增大，输出流量增大，柱塞泵出口压力随之升高，直至偏差信号逐步减小，控制阀回归中位，控制阀的油口p、油口a、油口t相互连通,斜盘倾角保持不变。

14、或者，控制器获取柱塞泵出口压力信号，将检测到的压力信号与指令压力信号进行相减，得到偏差信号。当柱塞泵出口压力增大时，偏差信号大于0，控制器减小减压阀控制电流，控制阀右位接入系统，控制阀的油口p与油口a导通，油口t截止，使斜盘倾角减小，输出流量降低，柱塞泵出口压力随之降低，直至偏差信号逐步减小，控制阀回归中位，控制阀的油口p、油口a、油口t相互连通, 斜盘倾角保持不变。

15、或者，应急阀默认工作位为右位，正常工况下不参与控制；当电器元件失效时，应急阀切换工作位置，负载压力通过应急阀作用在控制阀左端，柱塞泵出口压力作用在控制阀右端，进行应急保护。

16、有益效果：本发明提供的一种具备应急功能的数字液压泵及方法，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

17、（1）、简化结构，提升通用性：采用单控制阀芯结构，结合压力和倾角双反馈，可实现排量控制、恒功率控制、负载敏感控制、恒压力控制、压力切断控制等多种控制形式，无需增设多个控制阀，简化了整体结构；通过控制器可编程设置，可灵活适配不同工况，无需调试更换硬件，通用性显著提升，降低了设备制造成本和维护成本。

18、（2）、提升控制精度：构建闭环控制系统，压力控制模式通过压力传感器反馈修正偏差，流量控制模式通过倾角传感器反馈修正偏差，有效克服传统开环控制的缺陷，显著提升压力与流量的控制精度，适配高精度设备的使用需求。

19、（3）、增强安全性和可靠性：增设应急阀及应急控制机制，当电器元件失效时，可自动切换至机械式负载敏感控制，实现按需流量分配，避免主机动作失常，增强主机脱困能力和运行安全性，降低故障停机带来的损失。

20、（4）、实现智能集成，降低维护成本：集成控制器具备故障在线诊断能力，可自主监测设备故障，及时发出预警，便于工作人员快速排查维护。

21、（5）、结构紧凑，适配性强：将传感器、控制器、控制阀等元件集成设计，简化了液压系统布局，体积更小，可适配不同安装空间，尤其适用于对设备体积有严格要求的场景。