一种变量泵负载敏感和恒压切换控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及泵控制技术领域，具体涉及一种变量泵负载敏感和恒压切换控制系统及控制方法。


背景技术：

2.目前，开式变量泵液压系统按泵的控制方式常见的有两种，一种是负载敏感控制液压系统，即液压泵输出压力与负载力相关的液压系统，另一种是恒压控制液压系统，即液压泵输出压力恒定的液压系统，其中，负载敏感控制系统中变量泵是一种液压补偿器，可以同时感应系统压力和流量的需求，并使柱塞泵能对流量压力需求的变化做出正确响应，恒压控制系统中变量泵在输出压力小于调定恒压力时，全排量输出压力油，在输出油液的压力达到调定压力时，就自动地调节泵流量，以保证恒压力，满足系统的要求。
3.现有技术中存在的问题是：对于现有开式变量泵系统而言，在做恒压控制和负载敏感控制切换使用功能时，常用电磁阀控制的方式实现，所需技术难度高，在不涉及电气控制的工况下，无法满足变量泵多功能的使用需求，难以适用多种复杂工况，用户体验感较差。
4.综上所述，急需一种变量泵负载敏感和恒压切换控制系统及控制方法以解决现有技术中依靠电控实现变量泵的恒压和负载敏感工作模式切换的问题。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种变量泵负载敏感和恒压切换控制系统及控制方法，以解决现有技术中依靠电控实现变量泵的恒压和负载敏感工作模式切换的问题，具体技术方案如下：
6.一种变量泵负载敏感和恒压切换控制系统，包括多路阀以及切换阀组；多路阀的进油口p2与变量泵(3)的出油口p1连通，多路阀的反馈油口ls与切换阀组连通；切换阀组包括换向阀、第一液控单向阀以及梭阀；所述换向阀的p口与变量泵的出油口p1连通，换向阀的b口与第一液控单向阀的控制腔连通；第一液控单向阀的进油口与出油口p1连通，第一液控单向阀的出油口与梭阀的第一进油口连通；梭阀的第二进油口与多路阀的反馈油口ls连通，梭阀的出油口与变量泵的变量机构连通。
7.以上技术方案优选的，切换阀组还包括溢流阀；溢流阀的进油口与第一液控单向阀的出油口连通，溢流阀的出油口与油箱连通。
8.以上技术方案优选的，换向阀的b口与第一液控单向阀的控制腔之间设置有单向阀；单向阀的允许流通方向为b口至第一液控单向阀的控制腔。
9.以上技术方案优选的，所述第一液控单向阀的出油口与第一液控单向阀的控制腔连通。
10.以上技术方案优选的，所述第一液控单向阀的出油口与第一液控单向阀的控制腔之间设置有第一阻尼。
11.以上技术方案优选的，第一液控单向阀的出油口与油箱之间设置有第二阻尼；第一液控单向阀的出油口与梭阀的第一进油口之间设置有第三阻尼。
12.以上技术方案优选的，所述第一阻尼以及第三阻尼的阻尼力均小于第二阻尼的阻尼力。
13.以上技术方案优选的，所述换向阀为具有自复位功能的三位四通换向阀。
14.以上技术方案优选的，所述切换阀组还包括第二液控单向阀；换向阀的a口与第二液控单向阀的控制腔连通；第二液控单向阀的进油口与第一液控单向阀的控制腔连通，第二液控单向阀的出油口与油箱连通。
15.一种变量泵负载敏感和恒压切换控制方法，采用了所述的变量泵负载敏感和恒压切换控制系统，具体如下：
16.初始状态：换向阀处于中位，油液从出油口p1进入多路阀，换向阀的p口的控制油液取自出油口p1，此时第一液控单向阀处于关闭状态，出油口p1的压力油不能反馈至变量机构；而多路阀的反馈油口ls的油液可以通过梭阀的出油口反馈至变量机构，此时变量泵处于负载敏感模式；
17.当换向阀切换至上位时，出油口p1的油液进入第一液控单向阀的控制腔使得第一液控单向阀导通，出油口p1的油液通过第一液控单向阀的出油口到达梭阀，并从梭阀的出油口反馈至变量机构，此时变量泵处于恒压模式；
18.当换向阀切换至下位时，出油口p1的油液通过换向阀的a口进入第二液控单向阀的控制腔，使得第二液控单向阀导通，第一液控单向阀的控制腔内油液通过第二液控单向阀泄掉，第一液控单向阀关闭，此时变量泵从恒压模式切换为负载敏感模式。
19.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
20.(1)本发明的变量泵负载敏感和恒压切换控制系统包括多路阀以及切换阀组；切换阀组包括换向阀、第一液控单向阀以及梭阀；本发明通过换向阀切换工位控制第一液控单向阀的通断，以实现恒压和负载敏感工作模式的切换，切换原理是：当换向阀处于中位时，变量泵的油液从出油口p1进入多路阀，此时第一液控单向阀处于关闭状态，变量泵的出口油液不能反馈至变量泵的变量机构，而从多路阀的反馈油口ls的油液可以通过梭阀的出油口反馈至变量机构，此时处于负载敏感模式；而当换向阀切换至上位时，换向阀的p口与b口连通，使得第一液控单向阀打开，变量泵的出口油液通过第一液控单向阀到达梭阀的第二进油口，由于梭阀的第一进油口为多路阀反馈的负载压力油液，根据负载敏感系统的工作原理，负载反馈压力会小于出口油液的压力，所以出油口p1油液能通过梭阀的出油口反馈至变量机构，此时处于恒压模式；即本发明采用换向阀以及液控的方式实现模式切换具备有以下优点：a、降低系统成本，提高系统可靠性，本发明将以往采用电控的工作模式替换成液控，在一些不涉及电控方案的液压系统中可以节省系统成本，同时用液控替代电控提升了可靠性；b、提高系统的工况适应能力和工作效率，本发明可以将泵的工作模式根据实际工况的需求切换为负载敏感和恒压，系统适应工况的能力更强，使用效率更高。
21.(2)本发明中，当系统的压力增大到溢流阀设定的压力时，控制油液(即从第一液控单向阀出油口出来的油液)从溢流阀溢流至油箱，使得反馈油路的压力不会随泵(即变量泵)出口压力增加而增加，保护了系统安全。
22.(3)本发明中，单向阀的作用是保证第一液控单向阀打开后，换向阀回到中位，第
一液控单向阀控制腔的压力油不会通过换向阀泄走，使得第一液控单向阀在打开后可以保持住开启状态。
23.(4)本发明中，第一液控单向阀的出油口与第一液控单向阀的控制腔连通，当泵被切换为恒压工作模式后，换向阀回到中位，单向阀关闭，此时第一液控单向阀的出口油液进入其控制腔，使得第一液控单向阀继续保持开启状态，所以反馈至变量泵(具体是变量机构)的压力仍为泵出口的压力，泵可继续保持恒压状态。
24.(5)本发明中，第一阻尼的作用是保证第一液控单向阀未打开时，从单向阀过来的控制油液可以先到第一液控单向阀的控制腔打开阀芯，同时保证第一液控单向阀打开后，其出口压力出现波动时反馈至第一液控单向阀的控制腔压力不会出现较大波动，保持第一液控单向阀的稳定开启状态。
25.(6)本发明中，第二阻尼的作用是保证变量泵停车时可以泄掉恒压反馈的压力油液和第一液控单向阀控制腔的油液，使得第一液控单向阀可以关闭，避免下次在恒压模式下启机。
26.(7)本发明中，第三阻尼的作用是提高恒压反馈控制油路的压力稳定性，避免出现控制油压力频繁波动，造成系统压力的不稳定。
27.(8)本发明中，当换向阀由中位转换至下位(即右位)，即从恒压模式切换为负载敏感模式时，第二液控单向阀可以快速泄掉恒压反馈的压力油液和第一液控单向阀的控制腔的油液，使得第一液控单向阀可以快速关闭。
28.(9)本发明的控制方法采用了所述的变量泵负载敏感和恒压切换控制系统，通过换向阀切换变量泵的工作模式，在进行泵工作模式切换的过程中只需要将其向对应的工作位置切换一下，就可以使变量泵持续保持对应的工作状态，具体是当换向阀向上位切换一次时，变量泵处于恒压工作模式，换向阀向下位切换一次时，变量泵处于负载敏感工作模式，操作简单灵活，只需操作一下换向阀的手柄，就可实现变量泵工作模式的切换。
29.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
30.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
31.在附图中：
32.图1是本实施例的变量泵负载敏感和恒压切换控制系统原理图；
33.图2是图1中切换阀组的原理图；
34.其中，1、多路阀；2、切换阀组；2.1、换向阀；2.2、第一液控单向阀；2.3、梭阀；2.31、梭阀的出油口；2.4、溢流阀；2.5、单向阀；2.6、第一阻尼；2.7、第二阻尼；2.8、第三阻尼；2.9、第二液控单向阀；3、变量泵；3.1、变量机构；3.1a、变量机构的控制油口。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
36.实施例：
37.本实施例公开一种变量泵负载敏感和恒压切换控制系统，本实施例的切换控制系统可用于实现变量泵3在负载敏感和恒压两种工作模式下切换；本实施例中的切换控制系统主要分为两大部分进行说明，第一部分，主要说明切换控制系统各部件之间的连接关系；第二部分，主要说明各部件的具体作用，如图1至图2所示，具体如下：
38.第一部分：
39.切换控制系统包括多路阀1(即负载敏感多路阀)以及切换阀组2；切换阀组2包括换向阀2.1、第一液控单向阀2.2、梭阀2.3、溢流阀2.4、单向阀2.5、第一阻尼2.6、第二阻尼2.7、第三阻尼2.8以及第二液控单向阀2.9；
40.多路阀1的进油口p2与变量泵3的出油口p1连通，多路阀1的反馈油口ls与切换阀组2的梭阀2.3连通，反馈油口ls具体是与梭阀2.3的第二进油口连通，即反馈油口ls与梭阀2.3的左腔连通，变量泵3的出油口p1油液可以经过进油口p2进入多路阀1。优选的，多路阀1的r出口与油箱连通。
41.所述换向阀2.1为三位四通换向阀2.1，换向阀2.1具体是具有自复位功能的三位四通换向阀2.1，可以通过操作换向阀2.1的手柄从而切换换向阀2.1的工作位置；所述换向阀2.1分别设置有p口、t口、a口以及b口，p口与变量泵3的出油口p1连通，p口具体是连通在出油口p1和进油口p2之间；t口与油箱连通；a口与第二液控单向阀2.9的控制腔连通；b口与单向阀2.5的进油口连通。本实施例的换向阀为y型三位四通换向阀。
42.所述第一液控单向阀2.2的进油口与变量泵3的出油口p1，第一液控单向阀2.2的进油口具体是连通在出油口p1和p口之间，第一液控单向阀2.2的出油口分别与第一液控单向阀2.2的控制腔、油箱以及梭阀2.3的第一进油口(即右腔)连通；本实施例中优选，第一液控单向阀2.2的出油口与第一液控单向阀2.2的控制腔之间设置有第一阻尼2.6，第一液控单向阀2.2的出油口与油箱之间设置有第二阻尼2.7，第一液控单向阀2.2的出油口与梭阀2.3的第一进油口之间设置有第三阻尼2.8。
43.第一阻尼2.6以及第三阻尼2.8的阻尼力均小于第二阻尼2.7的阻尼力，能够保证系统正常运行，第一阻尼2.6、第二阻尼2.7以及第三阻尼2.8的阻尼力例如：第一阻尼2.6以及第三阻尼2.8的阻尼口内直径均为d1，第二阻尼2.7的阻尼口内直径为d2，d2为d1的3-10倍。
44.所述梭阀2.3包括第一进油口、第二进油口以及出油口，第一进油口与梭阀2.3的右腔连通，第二进油口与梭阀2.3的左腔连通，第三阻尼2.8设置在第一进油口和第一液控单向阀2.2的出油口之间；第二进油口与多路阀1的反馈油口ls连通；梭阀的出油口2.31与变量泵3的变量机构3.1(具体是与变量机构的控制油口3.1a)连通，通过梭阀的出油口2.31的油液反馈至变量机构的控制油口3.1a，从而调整变量泵3的输出油液，变量机构3.1根据梭阀2.3出油口油液调整输出流量参照现有技术，本实施例中不做过多赘述。
45.所述溢流阀2.4的进油口与第一液控单向阀2.2的出油口连通，溢流阀2.4的进油口具体是连通在梭阀2.3的第一进油口与第三阻尼2.8之间，溢流阀2.4的出油口与油箱连通。
46.所述单向阀2.5设置在第一液控单向阀2.2的控制腔与换向阀2.1的b口之间，单向阀2.5的允许流通方向为b口至第一液控单向阀2.2的控制腔。
47.所述第二液控单向阀2.9的进油口与第一液控单向阀2.2的控制腔连通，第二液控单向阀2.9的进油口具体是连通在第一液控单向阀2.2的控制腔与单向阀2.5的出油口之间，第二液控单向阀2.9的出油口与油箱连通，当第二液控单向阀2.9的控制腔通过换向阀2.1的a口进油时，第二液控单向阀2.9导通。本实施例中，第一液控单向阀2.2以及第二液控单向阀2.9也可以采用两位两通液控逻辑阀替换。
48.第二部分：
49.多路阀1，多路阀1的作用是控制油液流动方向，同时将反馈油口ls的油液(即ls信号)反馈至切换阀组2，即多路阀1具有负载反馈功能。
50.换向阀2.1，换向阀2.1配合单向阀2.5和第二液控单向阀2.9可以实现对第一液控单向阀2.2开启和关闭的控制，并且换向阀2.1具有自复位功能，即换向阀2.1的作用是切换变量泵3的工作模式，换向阀2.1具有自复位功能，在进行泵工作模式切换的过程中只需要将其向对应的工作位置切换一下，就可以使变量泵3持续保持对应的工作状态，具体是：当换向阀2.1向上位切换时，变量泵3处于恒压工作模式，换向阀2.1向下位切换时，变量泵3处于负载敏感工作模式。
51.第一液控单向阀2.2，第一液控单向阀2.2的作用是控制恒压反馈信号油路的通断，当其打开时，出油口p1的压力油信号可以反馈至变量泵3的变量机构3.1，使得变量泵3实现恒压控制，当其关闭时，出油口p1的压力油信号不能反馈至变量泵3的变量机构3.1，恒压控制失效。
52.梭阀2.3，梭阀2.3的作用是选择反馈至变量泵3的控制油信号，当第一液控单向阀2.2打开时，会将变量泵3出口的压力油信号反馈至变量机构3.1实现恒压控制，当第一液控单向阀2.2关闭时会将多路阀1的反馈油口ls的油液反馈至变量机构3.1实现负载敏感控制。
53.溢流阀2.4，溢流阀2.4的作用是限制恒压反馈的控制油压力，保证系统压力不会超过设定值(设定值根据实际情况选择)，保护系统安全性。
54.第一阻尼2.6，第一阻尼2.6的作用是保证第一液控单向阀2.2未打开时从单向阀2.5过来的控制油液可以先到第一液控单向阀2.2的控制腔打开阀芯，同时保证第一液控单向阀2.2打开后出口压力出现波动时，反馈至第一液控单向阀2.2控制腔的压力不会出现较大波动，保持第一液控单向阀2.2的稳定开启状态。
55.第二阻尼2.7，第二阻尼2.7的作用是保证变量泵3停车时可以泄掉恒压反馈的压力油液和第一液控单向阀2.2控制腔的油液，使得第一液控单向阀2.2可以关闭，避免下次在恒压模式下启机。
56.第三阻尼2.8，第三阻尼2.8的作用是提高恒压反馈控制油路的压力稳定性，避免出现控制油压力频繁波动，造成系统压力的不稳定。
57.第二液控单向阀2.9，第二液控单向阀2.9的作用是保证变量泵3从恒压模式切换为负载敏感模式时，可以快速泄掉恒压反馈的压力油液和第一液控单向阀2.2控制腔的油液，使得第一液控单向阀2.2可以关闭。
58.本实施例在带负载敏感和压力切断功能的切换控制系统中，采用自复位的三位四通换向阀2.1，只需扳动一下手柄再配合切换阀组2的其他阀结构就可以自由的切换变量泵3的工作模式为负载敏感或恒压，手柄在回到中位后这种工作模式可以继续保持，同时当变
量泵3在恒压模式下停车后可自动切换为负载敏感模式，避免下次原动机带载启动，保护液压元件的同时提升了系统的安全性能、降低系统发热功率，节约能源。
59.本实施例还公开了一种变量泵3负载敏感和恒压切换控制方法，采用了所述的变量泵负载敏感和恒压切换控制系统，具体如下：
60.初始状态(即换向阀2.1的工作位置为中位)：
61.初始状态下启动变量泵3，油液从出油口p1进入多路阀1，换向阀2.1的p口控制油液取自出油口p1，而由于换向阀2.1具有自复位功能，初始状态下处于中位，此时第一液控单向阀2.2处于关闭状态(不导通状态)，出油口p1的压力油不能反馈至变量泵3的变量机构3.1，而多路阀1的反馈油口ls的油液(即ls信号)可以通过梭阀的出油口2.31反馈至变量机构的控制油口3.1a，此时变量泵3处于负载敏感模式；
62.当换向阀2.1切换至上位(即左位)时：
63.出油口p1的油液通过单向阀2.5进入第一液控单向阀2.2的控制腔，由于第一阻尼2.6的存在，使得第一液控单向阀2.2控制腔内的压力可以被建立，进而使得第一液控单向阀2.2打开，然后出油口p1的油液通过第一液控单向阀2.2，经过第三阻尼2.8滤波后到达梭阀2.3的第一进油口(即梭阀2.3的右腔)，由于梭阀2.3的第二进油口(即左腔)为多路阀1的反馈油口ls反馈的负载压力油液，根据负载敏感系统的工作原理，负载反馈压力会小于泵出口(即出油口p1压力)压力，所以变量泵3的出油口p1的油液通过梭阀的出油口2.31反馈至变量泵3的变量机构3.1，变量机构3.1根据反馈进行动作；
64.优选的，1、变量泵3处于恒压模式时，当系统的压力增大到溢流阀2.4设定的压力时，控制油液从溢流阀2.4溢流至油箱，使得反馈油路的压力不会随出油口p1压力增加而增加，保护了系统安全；2、当变量泵3被切换为恒压工作模式后，换向阀2.1回到中位，单向阀2.5关闭，由于第二液控单向阀2.9一直处于关闭状态加上第二阻尼2.7的作用，使得第一液控单向阀2.2的出油口油液通过第一阻尼2.6进入其控制腔，使得第一液控单向阀2.2继续保持开启状态，所以反馈至变量机构3.1的压力仍为出油口p1的压力，变量泵3可继续保持恒压模式；
65.当换向阀2.1切换至下位(即右位)时：
66.出油口p1的控制油液通过换向阀2.1的a口进入第二液控单向阀2.9的控制腔，使得第二液控单向阀2.9导通，第一液控单向阀2.2的控制腔以及第一液控单向阀2.2的出油口出去的油液可以通过第二液控单向阀2.9泄掉，进而使得第一液控单向阀2.2关闭，此时反馈至变量机构3.1的压力油为多路阀1的反馈油口ls油液，即变量泵3切换为负载敏感模式；
67.其中，当变量泵3在恒压模式下停车时，第一液控单向阀2.2控制腔的压力油液会通过第二阻尼2.7泄掉，第一液控单向阀2.2关闭，变量泵3恢复负载敏感模式，避免下次在恒压模式下启动，保护了系统和元件安全。
68.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。