一种宽范围调速的液压传动系统的制作方法

1.本实用新型涉及液压传动技术领域，更具体的说是涉及一种宽范围调速的液压传动系统。


背景技术：

2.在液压传动技术的实际应用中，有时会要求执行机构既能高速运行也能微动调速精确定位，要求的调速范围极宽，最大速度和最小速度要求可能相差上千倍。高速运行要求大流量可控，微动调速要求微小流量可控。对于这样的使用需求，常规解决方案是伺服阀调速。但由于调速要求的范围过宽，大流量伺服阀在小流量下的流量控制精度达不到使用要求，故通常需要采用至少两个不同规格的伺服阀组合来调速，高速时启用大流量伺服阀或同时启用几个小流量伺服阀，微动调速时启用一个小流量伺服阀。
3.目前常规的解决方案是采用两个或两个以上的伺服阀组合来调速，这种方案虽然可以解决宽范围调速难题，但存在以下几点不足：
4.第一，传动效率低，伺服阀采用节流调速原理，不仅阀口压力损失大，而且先导油耗也大；
5.第二，抗污染能力差，伺服阀阀芯配合间隙小，喷嘴或射流孔径小，对油液污染非常敏感，油液清洁度稍有下降就可能导致伺服阀功能失效；
6.第三，制造成本高，伺服阀控系统制造成本高主要有以下几种原因：伺服阀价格非常昂贵，采用两个或两个以上的伺服阀成本极高；由于传动效率低，需要配置功率更大的液压源；由于传动效率低，系统发热量大，需要配置更大规格的散热系统；由于抗污染能力差，需要配置过滤精度较高的过滤器，有时还需要配置独立运行的循环过滤系统保持油液清洁度；
7.第四，使用成本高，使用成本高主要有以下几种原因：传动效率低导致液压源能耗更大；发热量大导致散热系统消耗的能源更多；抗污染能力差导致检修维护费用增加。
8.因此，研究出一种传动效率高、抗污能力强的宽范围调速的液压传动系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本实用新型提供了一种传动效率高、抗污能力强的宽范围调速的液压传动系统。
10.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
11.一种宽范围调速的液压传动系统，包括：
12.负载敏感变量泵，
13.换向阀，所述换向阀包括：选择阀和比例换向阀，所述选择阀和所述比例换向阀连接，所述负载敏感变量泵的出油口与所述比例换向阀的进油口连接，所述选择阀的输出口与所述负载敏感变量泵的控制口连接；
14.大流量液控方向阀，所述大流量液控方向阀包括第一大流量液控方向阀和第二大流量液控方向阀；所述第一大流量液控方向阀、第二大流量液控方向阀均与所述选择阀连接；
15.补油泄油阀，
16.双向定量泵，所述双向定量泵与所述补油泄油阀连接；
17.小流量液控方向阀，所述小流量液控方向阀包括第一小流量液控方向阀和第二小流量液控方向阀；所述第一小流量液控方向阀、第二小流量液控方向阀均与所述双向定量泵连接；
18.液压执行器，所述液压执行器包括第一液压腔和第二液压腔，所述第一大流量液控方向阀和第一小流量液控方向阀均与所述第一液压腔连接，且所述第一大流量液控方向阀和第一小流量液控方向阀相并联；所述第二大流量液控方向阀和第二小流量液控方向阀均与所述第二液压腔连接；所述第二大流量液控方向阀和第二小流量液控方向阀相并联。
19.采用上述技术方案的有益效果是，本实用新型中大流量液控方向阀初始状态下正向流通反向截至，提高液控压力可实现反向流通；小流量液控方向阀初始状态下正向流通反向截至，提高液控压力可实现反向流通；通过负载敏感变量泵、换向阀、第一小流量液控方向阀以及第二小流量液控方向阀可以对高速运行的大流量进行控制；采用了换向阀和负载敏感变量泵，负载敏感变量泵的排量及泵出口的压力由负载传递回的信号所调节，保持泵出口压力始终只比液压执行器工作压力高出负载敏感变量泵上的压力补偿阀设定压差δp，(压力补偿阀位于负载敏感变量泵的内部)相较于传统阀控系统，压力损失很小；补油泄油阀、双向定量泵、第一小流量液控方向阀以及第二小流量液控方向阀对微动调速要求的微小流量进行控制，该控制方法中采用泵控方案，没有阀控方案的节流损失，功率损失小，传动效率高。
20.优选的，所述换向阀选用负载敏感比例换向阀，负载敏感比例换向阀的选择阀和比例换向阀集成在负载敏感比例换向阀的内部，通过调节负载敏感比例换向阀的开度，可无级调节供油流量。
21.优选的，所述第一大流量液控方向阀、第二大流量液控方向阀、第一小流量液控方向阀以及第二小流量液控方向阀选用平衡阀或液压锁。平衡阀可以防止两个系统互相串油，平衡阀适用于存在负负载的工况，可实现负负载工况下执行器平衡运行；一般情况下负负载工况通常只出现在单侧，因此，可以在出现负负载工况侧安装平衡阀，另一侧装液压锁；或者为了减少元件种类及综合经济性考虑，在没有负负载工况存在的情况下均选用液压锁。
22.优选的，所述补油泄油阀选用流量匹配阀或液控单向阀，其功能是在泵高压侧防止泄漏，维持压力；在泵低压侧吸油流量不足时可从油箱补油，低压侧流量过剩时可向油箱排油。
23.优选的，所述液压执行器选用油缸或液压马达。
24.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种宽范围调速的液压传动系统，其有益效果为：
25.(1)本实用新型宽范围调速的液压传动系统在对大流量进行控制时中采用了换向阀和负载敏感变量泵，负载敏感变量泵的排量及负载敏感变量泵出口的压力由负载传递回
的信号所调节，保持负载敏感变量泵出口压力始终只比液压执行器工作压力高出负载敏感变量泵上的压力补偿阀设定压差δp，相较于传统阀控系统，压力损失很小；在对小流量进行控制时采用泵控方案，没有阀控方案的节流损失，功率损失小；本发明宽范围调速液压传动系统的传动效率比伺服阀控系统和容积
‑
节流复合调速比例阀控系统的传动效率高；
26.(2)相对于常规的伺服阀控系统，本实用新型中没有采用伺服阀元件，抗污染能力远高于伺服阀控系统；
27.(3)相较于常规伺服阀控系统，比例阀换向阀的价格相对便宜，成本较低，且传动效率的提高，不需配置较大的液压源；节流损失小，散热小，无需配置较大规格的散热系统；抗污染能力的增加，无需配置过滤精度较高的过滤器，整体液压系统的配置规格较低，制造成本大大降低；
28.(4)相较于常规伺服阀控系统，传动效率高导致液压源能耗低；发热量小导致散热系统消耗的能源少；抗污染能力强导致检修维护费用降低。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型提供的实施例1中液压传动系统的结构示意图；
31.图2为本实用新型提供的实施例2中液压传动系统的结构示意图；
32.图3为本实用新型提供的实施例3中液压传动系统的结构示意图。
33.其中，图中，
[0034]1‑
负载敏感变量泵；
[0035]2‑
换向阀；
[0036]
21
‑
选择阀；22
‑
比例换向阀；
[0037]3‑
大流量液控方向阀；
[0038]
31
‑
第一大流量液控方向阀；32
‑
第二大流量液控方向阀；
[0039]4‑
补油泄油阀；5
‑
双向定量泵；
[0040]6‑
小流量液控方向阀；
[0041]
61
‑
第一小流量液控方向阀；62
‑
第二小流量液控方向阀；
[0042]7‑
液压执行器；
[0043]
71
‑
第一液压腔；72
‑
第二液压腔；
[0044]
a表示大流量阀控系统；b表示小流量泵控系统；p
‑
ls表示负载敏感变量泵的控制口；v
‑
ls表示换向阀中选择阀的输出口。
具体实施方式
[0045]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0046]
实施例1：
[0047]
本实用新型实施例公开了一种宽范围调速的液压传动系统，包括：
[0048]
负载敏感变量泵1，
[0049]
换向阀2，换向阀2包括：选择阀21和比例换向阀22，选择阀21和比例换向阀22连接，负载敏感变量泵1的出油口与比例换向阀 22的进油口连接，选择阀21的输出口与负载敏感变量泵1的控制口连接；
[0050]
大流量液控方向阀3，大流量液控方向阀3包括第一大流量液控方向阀31和第二大流量液控方向阀32；第一大流量液控方向阀31、第二大流量液控方向阀32均与选择阀21连接；
[0051]
补油泄油阀4，
[0052]
双向定量泵5，双向定量泵5与补油泄油阀4连接；
[0053]
小流量液控方向阀6，小流量液控方向阀6包括第一小流量液控方向阀61和第二小流量液控方向阀62；第一小流量液控方向阀61、第二小流量液控方向阀62均与双向定量泵5连接；
[0054]
液压执行器7，液压执行器7包括第一液压腔71和第二液压腔72，第一大流量液控方向阀31和第一小流量液控方向阀61均与第一液压腔71连接，且第一大流量液控方向阀31和第一小流量液控方向阀61相并联；第二大流量液控方向阀32和第二小流量液控方向阀 62均与第二液压腔72连接；第二大流量液控方向阀32和第二小流量液控方向阀62相并联。选择阀21选出换向阀2各个出油口中压力最高的作为负载敏感泵1中压力补偿阀的控制压力，压力补偿阀位于负载敏感泵1内部。
[0055]
为了进一步地优化上述技术方案，负载敏感变量泵1、换向阀2、第一小流量液控方向阀31以及第二小流量液控方向阀32组成大流量阀控系统a，大流量阀控系统a采用开式回路，其中，负载敏感变量泵1为单向旋转，可以由定速或变速的原动机驱动；大流量阀控系统 a采用负载敏感系统，通过调节负载敏感比例换向阀的开度，可无级调节供油流量。传统阀控系统中，泵出口的压力恒定，负载控制需要改变流量时，只改变了伺服阀的开度，使伺服阀后的流量与压力满足负载功能，造成伺服阀前后压力差过大，对阀的性能及寿命产生极大影响，且大部分系统功率白白损失。负载敏感系统中，负载敏感变量泵1感知负载压力控制自身输出流量，即负载敏感变量泵1的供油流量与液压执行器7进口流量实时匹配，无流量损失；由于负载敏感比例换向阀的调节，负载敏感变量泵1出口压力始终只比液压执行器7 工作压力高出负载敏感变量泵1上的压力补偿阀设定压差δp压力损失较小。
[0056]
补油泄油阀4、双向定量泵5、第一小流量液控方向阀61以及第二小流量液控方向阀62组成小流量泵控系统b，小流量泵控系统b 采用闭式回路，其中的双向定量泵5双向旋转，由伺服电机驱动，通过电机正反转实现液压执行器7的换向，通过改变伺服电机转速来调节液压执行器7工作速度。当液压执行器7为非对称缸时，补油泄油阀4的形式可以是两个液控单向阀的组合或本公司自行设计的流量匹配阀或功能上可替代的其他形式；当液压执行器7为进出流量对称的油缸或马达时，补油泄油阀4可以更换成两个普通单向阀，也可以采用两个液控单向阀的组合或本公司自行设计的流量匹配阀或功能上可替代的其他形式。
[0057]
为了进一步地优化上述技术方案，换向阀2选用负载敏感比例换向阀。
[0058]
为了进一步地优化上述技术方案，第一大流量液控方向阀31、第二大流量液控方向阀32、第一小流量液控方向阀61以及第二小流量液控方向阀62均选用平衡阀。平衡阀安装在液压执行器7两端进油路上，该平衡阀内置有单向阀，该单向阀也可以与平衡阀分体，与平衡阀并联安装实现同样功能。设置该阀有三个目的：
[0059]
第一个目的是在停机状态下使液压执行器7保持当前位置。在停机状态下，即使液压执行器7受到外力的作用有缩回或伸出的趋势，由于平衡阀使液压执行器7两腔油液封闭，故液压执行器7不会动作，而是保持在当前位置。
[0060]
第二个目的是使大流量阀控系统a与小流量泵控系统b液压油路相互独立，互不干扰。
[0061]
第三个目的是使液压执行器7在负负载工况下可以平稳运行。所谓负负载工况，是指液压执行器7承受外负载时产生的运动趋势与液压执行器7实际运动方向一致的工况。如图1中液压执行器7为油缸，油缸承受外力使油缸有伸出的趋势，此时给油缸无杆腔供油使其伸出，就是典型的负负载工况。这时，一旦打开油缸有杆腔的排油通道，即使油缸无杆腔没有供油，油缸也会在外力作用下自动伸出，如果不对油缸有杆腔的排油流量进行控制，油缸的伸出速度就不受控。在这种负负载工况下，采用平衡阀可使油缸伸出速度受控且运行平稳。设图1中油缸的活塞杆一直承受外部施加的轴向推力，当需要油缸伸出时，液压泵向油缸无杆腔供油，克服外力后推动油缸伸出；电机停止运行时，油缸无杆腔和有杆腔油液都被平衡阀封闭，油缸保持在当前位置；当需要油缸缩回时，液压泵向油缸有杆腔供油，有杆腔建立压力后无杆腔平衡阀才能开启，油缸才会缩回。进一步地，平衡阀的控制口压力与平衡阀的阀口开度之间有比例关系或近似比例关系，控制压力越高则阀口开度越大。这样，油缸的缩回速度受有杆腔压力的控制，其本质上是受油缸有杆腔进油流量的控制；如果有杆腔进油流量与油缸运行速度不匹配，会导致油缸有杆腔压力的变化，从而改变无杆腔平衡阀的开度，使油缸速度得到及时纠正。一般情况下负负载工况通常只出现在单侧，因此，只需在出现负负载工况侧安装平衡阀，另一侧装液压锁即可，但为了减少元件种类及保证平稳运行，可两侧均安装平衡阀。当外负载存在冲击时，平衡阀可以集成过载阀避免油缸冲击压力过高。
[0062]
为了进一步地优化上述技术方案，补油泄油阀4选用液控单向阀。
[0063]
为了进一步地优化上述技术方案，液压执行器7选用油缸或液压马达。
[0064]
实施例2：
[0065]
为了进一步地优化上述技术方案，第一大流量液控方向阀31、第二大流量液控方向阀32、第一小流量液控方向阀61以及第二小流量液控方向阀62均选用液压锁。
[0066]
本实施例中的其他技术方案与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。
[0067]
实施例3：
[0068]
为了进一步地优化上述技术方案，补油泄油阀4选用流量匹配阀。
[0069]
本实施例中的其他技术方案与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。
[0070]
实施例4：
[0071]
为了进一步地优化上述技术方案，第一大流量液控方向阀31和第二大流量液控方向阀32其中一个选用液压锁，另一个选用平衡阀；第一小流量液控方向阀61和第二小流量液控方向阀62其中一个选用液压锁，另一个选用平衡阀。
[0072]
本实施例中的其他技术方案与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。
[0073]
工作原理：
[0074]
以液压执行器7为油缸，换向阀2为负载敏感比例换向阀，第一大流量液控方向阀31、第二大流量液控方向阀32、第一小流量液控方向阀61以及第二小流量液控方向阀62均选用平衡阀，补油泄油阀 4为液控单向阀为例，进行工作原理的说明。
[0075]
大流量阀控系统a和小流量泵控系统b可以同时工作也可以独立运行，根据实际运动速度流量需求，高速运行阶段可以同时启动大、小流量，也可以只启用大流量系统，但在微动调速时只启用小流量系统。以下功能实现解释过程中快速运动阶段以只启用大流量阀控系统 a为例，微动调速运动以只启用小流量泵控系统b为例。
[0076]
(1)当需要油缸快速伸出时，小流量泵控系统b停止工作，伺服电机启动，驱动负载敏感变量泵1运转，在此时，负载敏感比例换向阀处于中位，负载敏感变量泵1上的压力补偿阀没有接收到负载压力信号，负载敏感变量泵1排量最小；负载敏感比例换向阀切换到右位并根据负载压力调节开口开度，负载敏感比例换向阀中的选择阀 21将负载压力传递到负载敏感变量泵1中的压力补偿阀调节泵的排量，负载敏感变量泵1的排量及负载敏感变量泵1出口的压力由负载传递回的信号所调节，保持负载敏感变量泵1出口压力始终只比油缸工作压力高出负载敏感变量泵1上的压力补偿阀设定压差δp，相较于传统阀控系统，压力损失很小。此时大流量阀控系统a中油缸无杆腔油路为高压回路，无杆腔为第二液压腔72，油缸有杆腔回路为低压回路，有杆腔为第一液压腔71。高压回路油液通过大流量平衡阀中的单向阀到达无杆腔，高压回路的压力控制低压回路的大流量平衡阀打开，使回油顺畅。在油缸的两端由于两个小流量平衡阀的作用，因此大流量阀控系统a不对小流量泵控系统b产生影响。此时，大流量阀控系统a驱使油缸快速伸出。
[0077]
(2)相同的，当需要油缸快速缩回时，小流量泵控系统b停止工作，伺服电机启动，驱动负载敏感变量泵1运转，在此时，负载敏感比例换向阀2处于中位，负载敏感变量泵1上的压力补偿阀没有接收到负载压力信号，负载敏感变量泵1排量最小；负载敏感比例换向阀2切换到左位并根据负载压力调节开口开度，负载敏感比例换向阀 2中的选择阀21将负载压力传递到负载敏感变量泵1中的压力补偿阀调节负载敏感变量泵1的排量，负载敏感变量泵1的排量及负载敏感变量泵1出口的压力由负载传递回的信号所调节，保持负载敏感变量泵1出口压力始终只比液压执行器工作压力高出泵上的压力补偿阀设定压差δp。此时大流量阀控系统a中油缸有杆腔油路为高压回路，有杆腔为第一液压腔71，油缸无杆腔回路为低压回路，无杆腔为第二液压腔72。高压回路油液通过大流量平衡阀中的单向阀到达有杆腔，高压回路的压力控制低压回路的大流量平衡阀打开，使回油顺畅。在油缸的两端由于两个小流量平衡阀的作用，因此大流量阀控系统a不对小流量泵控系统b产生影响。此时，大流量阀控系统a驱使作动缸快速缩回。
[0078]
(3)当需要油缸伸出精度高时，大流量阀控系统a停止工作，伺服电机启动，驱动双向定量泵5正向运转，通过改变伺服电机转速来调节油缸工作速度，此时小流量泵控系统b中油缸无杆腔油路为高压回路，无杆腔为第二液压腔72，油缸有杆腔回路为低压回路，有杆腔为第一液压腔71。由于有杆腔与无杆腔的流量差，低压回路的液控单向阀打开，低压回路油液通过液控单向阀得到补充。高压回路油液通过小流量平衡阀中的单向阀到达无杆腔，高压回路的压力控制低压回路的小流量平衡阀打开，使回油顺畅。在油缸的两端由于两个
大流量平衡阀的作用，因此小流量泵控系统b不对大流量阀控系统a 产生影响。此时，小流量泵控系统b驱使作动缸精确伸出。
[0079]
(4)相同的，当需要油缸缩回精度高时，大流量阀控系统a停止工作，伺服电机启动，驱动双向定量泵5反向运转，通过改变伺服电机转速来调节油缸工作速度，此时小流量泵控系统b中油缸有杆腔油路为高压回路，有杆腔为第一液压腔71，油缸无杆腔回路为低压回路，无杆腔为第二液压腔72。由于有杆腔与无杆腔的流量差，低压回路的液控单向阀打开，低压回路多余油液通过液控单向阀得到泄漏。高压回路油液通过小流量平衡阀中的单向阀到达有杆腔，高压回路的压力控制低压回路的小流量平衡阀打开，使回油顺畅。在油缸的两端由于两个大流量平衡阀的作用，因此小流量泵控系统b不对大流量阀控系统a产生影响。此时，小流量泵控系统b驱使作动缸精确缩回。
[0080]
(5)油缸快速伸出和快速缩回的另一种作动过程是大流量阀控系统a和小流量泵控系统b同时启用，将上述大流量阀控系统a启用与小流量泵控系统b启用过程复合即可，在此不再赘述。
[0081]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0082]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。