本發(fā)明屬于工程機(jī)械、工程車(chē)輛驅(qū)動(dòng)控制、電液比例系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制、節(jié)能控制技術(shù)等交叉的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡閥及其應(yīng)用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高速鐵路、城市軌道交通、跨流域引水調(diào)水工程和坑道煤炭開(kāi)采地下隧道施工在我國(guó)近幾年基礎(chǔ)設(shè)施工程中占有相當(dāng)?shù)谋戎?。這些工程的施工機(jī)械的行走與卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)都離不開(kāi)持續(xù)負(fù)值載荷作用下的電液動(dòng)力機(jī)構(gòu)。

負(fù)值載荷出現(xiàn)于運(yùn)動(dòng)體機(jī)械電液行走系統(tǒng)的下長(zhǎng)坡工況、大起升高度起重運(yùn)輸機(jī)械的電液卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的重載下降工況和電液加載系統(tǒng)的負(fù)值載荷加載工況，是完成工作任務(wù)所必需的正常運(yùn)行工況，目前，工程中一般采用在回油路上串聯(lián)平衡閥構(gòu)建平衡回路，通過(guò)產(chǎn)生的背壓平衡負(fù)值負(fù)載對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響。但通過(guò)大量試驗(yàn)分析顯示，衡閥先導(dǎo)控制油腔壓力存在波動(dòng)，并且平衡閥與制動(dòng)器的開(kāi)啟時(shí)間不符合設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)壓力波動(dòng)，致使負(fù)值負(fù)載下執(zhí)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)降出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)，由于平衡閥建立的平衡回路不能獨(dú)立精確調(diào)節(jié)，而是通過(guò)系統(tǒng)的壓力流量耦合控制，極大影響了系統(tǒng)平衡回路及整體系統(tǒng)的控制性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明結(jié)合上述背景技術(shù)中提到的問(wèn)題，針對(duì)傳統(tǒng)的負(fù)值負(fù)載工況下液壓平衡回路中，一般采用串聯(lián)平衡閥產(chǎn)生一定的背壓壓力，進(jìn)行壓力耦合調(diào)節(jié)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)背壓壓力獨(dú)立精確反饋控制調(diào)節(jié)，從而出現(xiàn)系統(tǒng)壓力波動(dòng)及“反拖”問(wèn)題，致使負(fù)值負(fù)載下執(zhí)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)降出現(xiàn)抖動(dòng)及“溜車(chē)”現(xiàn)象，極大的限制了電液系統(tǒng)整體控制性能及節(jié)能效率的提高，因而提出一種用于負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡閥。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是一種負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡閥，包括一二位三通的換向閥，在換向閥出油口串聯(lián)一電液比例壓力控制閥，電液比例控制閥分為兩路串聯(lián)由兩同向單向閥串聯(lián)而成的單向閥組，最終形成自換向閥出油口到進(jìn)油口方向形成的兩組回油路。

上述結(jié)構(gòu)中，兩位三通換向閥能夠根據(jù)閥芯兩端油路壓力差，自動(dòng)調(diào)整換向閥閥芯工作位置，實(shí)現(xiàn)回油路切換；電液比例壓力控制閥根據(jù)輸入控制電流，精確控制回油路壓力，實(shí)現(xiàn)油路背壓壓力無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；兩組單向閥組實(shí)現(xiàn)進(jìn)回油路雙向控制調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙向比例平衡閥調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述換向閥連接有由串聯(lián)的阻尼、單向閥以及與上述兩者并聯(lián)的阻尼組成阻尼組，該阻尼組串聯(lián)與換向閥發(fā)信和單向閥組的兩單向閥之間，所述阻尼組的單向閥自換向閥向單向閥組形成通路。

上述結(jié)構(gòu)中，阻尼組的設(shè)置使閥芯運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)更加平穩(wěn)。

進(jìn)一步的，所述電液比例壓力控制閥為防爆電液比例壓力控制閥。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡應(yīng)用系統(tǒng)，包括電機(jī)、油泵、負(fù)載和串聯(lián)與油泵和負(fù)載之間的雙向比例平衡閥，電機(jī)控制油泵工作。

進(jìn)一步的，所述雙向比例平衡閥包括：一電液比例壓力控制閥，雙向比例平衡閥為兩位三通的換向閥、電液比例壓力控制閥和單向閥組串聯(lián)組成；所述單向閥組為兩個(gè)同向單向閥串聯(lián)組成，自換向閥出油口到進(jìn)油口方向形成的回油路中，所述電液比例壓力控制閥根據(jù)輸入控制電流，精確控制回油路壓力，實(shí)現(xiàn)油路背壓壓力無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；所述單向閥組實(shí)現(xiàn)進(jìn)回油路雙向控制調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述換向閥連接有由串聯(lián)的阻尼、單向閥以及與上述兩者并聯(lián)的阻尼組成阻尼組，該阻尼組串聯(lián)與換向閥發(fā)信和單向閥組的兩單向閥之間。

進(jìn)一步的，所述阻尼組的單向閥自換向閥向單向閥組形成通路。

進(jìn)一步的，所述電液比例壓力控制閥為防爆電液比例壓力控制閥.

本發(fā)明利用執(zhí)行元件高壓腔和低壓腔的壓差，通過(guò)高壓端壓力推動(dòng)閥芯，并通過(guò)雙向比例平衡閥中電液比例壓力控制閥的調(diào)節(jié)，主動(dòng)在系統(tǒng)低壓回路建立液壓平衡回路，進(jìn)行背壓壓力的精確反饋控制，避免了系統(tǒng)壓力波動(dòng)產(chǎn)生的抖動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)，基于運(yùn)行速度和平衡負(fù)值負(fù)載分別獨(dú)立調(diào)節(jié)的液壓控制原理，實(shí)現(xiàn)進(jìn)/回油路流量壓力分別獨(dú)立控制調(diào)節(jié)，提高控制系統(tǒng)整體控制性能及能量利用率。

本發(fā)明能夠使電液動(dòng)力機(jī)構(gòu)在負(fù)值載荷作用下的動(dòng)態(tài)性能取得較大提高，有利于國(guó)產(chǎn)大型工程機(jī)械電液控制技術(shù)、移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)和大型電液力模擬設(shè)備電液加載技術(shù)發(fā)展中關(guān)鍵技術(shù)的解決。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡閥的液壓原理圖。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例1中負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡應(yīng)用系統(tǒng)。

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例2中負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡應(yīng)用系統(tǒng)；

電液比例壓力控制閥1，換向閥2，單向閥組3，阻尼組4，電動(dòng)機(jī)5，定量泵6，溢流閥7，電液比例換向閥8，雙向比例平衡閥9，液壓缸10，聯(lián)動(dòng)電機(jī)11，行走泵12，馬達(dá)14，卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)15。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

參考圖1所示，負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡閥，包括：一電液比例壓力控制閥1，一兩位三通的換向閥2，兩組單向閥組3和阻尼組4；兩位三通換向閥2能夠根據(jù)閥芯兩端油路壓力差，自動(dòng)調(diào)整換向閥閥芯工作位置，實(shí)現(xiàn)回油路切換；電液比例壓力控制閥1根據(jù)輸入控制電流，精確控制回油路壓力，實(shí)現(xiàn)油路背壓壓力無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；兩組單向閥組3實(shí)現(xiàn)進(jìn)回油路雙向控制調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙向比例平衡閥調(diào)節(jié)；；阻尼組的設(shè)置使閥芯運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)更加平穩(wěn)。

該雙向比例平衡閥工作原理：

雙向比例平衡閥可用于閥控型電液比例控制系統(tǒng)及泵控馬達(dá)型電液負(fù)載敏感系統(tǒng)的背壓壓力平衡回路中，基于執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度和平衡負(fù)值負(fù)載分別獨(dú)立調(diào)節(jié)的液壓控制原理，運(yùn)動(dòng)速度由比例方向流量控制閥或變排量泵的電液比例驅(qū)動(dòng)器的電流調(diào)節(jié)，系統(tǒng)負(fù)值負(fù)載的平衡控制由雙向比例平衡閥調(diào)節(jié)；

阻力型負(fù)載(正值負(fù)載)工況下，調(diào)節(jié)雙向比例平衡閥的電流為最小值，電液比例壓力控制閥1的閥口開(kāi)口最大，系統(tǒng)回油路背壓壓力保持最小值，從而減小系統(tǒng)壓力損失提高能量利用率；負(fù)值負(fù)載工況下，增大雙向比例平衡閥的輸入電流為適當(dāng)值，建立系統(tǒng)回油路所需的背壓壓力，以平衡負(fù)值負(fù)載影響，從而調(diào)節(jié)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)加速度，使其趨近于零，實(shí)現(xiàn)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性控制。

將上述雙向比例平衡閥串聯(lián)在油泵和負(fù)載之間，油泵通過(guò)電機(jī)進(jìn)行控制工作，構(gòu)成負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡應(yīng)用系統(tǒng)。

實(shí)施例1。

上述負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡應(yīng)用系統(tǒng)可以應(yīng)用于挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓系統(tǒng)的背壓壓力調(diào)節(jié)平衡回路中，其電液控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化的工作原理圖如圖2所示：

當(dāng)挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓系統(tǒng)的執(zhí)行器液壓缸10伸出動(dòng)作時(shí)，由于慣性勢(shì)能和重力勢(shì)能的作用，使系統(tǒng)工作于負(fù)值負(fù)載工況，此時(shí)負(fù)載力方向與液壓缸10伸出運(yùn)動(dòng)方向相同。

電液比例換向閥8控制在左工作位置，油液通過(guò)電動(dòng)機(jī)5控制從定量泵6輸出，經(jīng)過(guò)電液比例換向閥8，通過(guò)雙向比例平衡閥9中左上位單向閥進(jìn)入到液壓缸無(wú)桿腔，液壓缸有桿腔輸出油液經(jīng)過(guò)雙向比例平衡閥中電液比例換向閥左位油路，流入到電液比例壓力控制閥，再通過(guò)雙向比例平衡閥中右下位單向閥，流經(jīng)電液比例換向閥4進(jìn)入油箱。通過(guò)控制器對(duì)進(jìn)油路電液比例換向閥4的電流控制建立系統(tǒng)流量控制調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓缸活塞桿伸出速度控制。通過(guò)控制器調(diào)節(jié)平衡回油路中雙向比例平衡閥中的電液比例壓力控制閥輸入控制電流，建立一定的系統(tǒng)背壓壓力，進(jìn)行背壓壓力獨(dú)立精確反饋控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)液壓缸活塞的限速緩速控制調(diào)節(jié)，起到提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定性，防止負(fù)值負(fù)載下出現(xiàn)抖動(dòng)及速度失控現(xiàn)象。當(dāng)挖掘機(jī)動(dòng)臂液壓系統(tǒng)的執(zhí)行器液壓缸10伸回動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓缸收到阻力型負(fù)載，此時(shí)電液系統(tǒng)工作于正值負(fù)載工況下時(shí)，將平衡回油路中雙向比例平衡閥的輸入控制電流設(shè)為最小值，保持較低的背壓壓力，通過(guò)進(jìn)油路的流量壓力耦合控制實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件速度及位移控制。

上述負(fù)值負(fù)載限速回路的雙向比例平衡應(yīng)用系統(tǒng)可以應(yīng)用于汽車(chē)起重機(jī)閉式卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的背壓壓力調(diào)節(jié)平衡回路中，其電液控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化的工作原理圖如圖3所示。

汽車(chē)起重機(jī)的卷?yè)P(yáng)電液系統(tǒng)主要完成負(fù)載的起升和下落及將負(fù)載懸停在空中某一位置不變，是汽車(chē)起重機(jī)最基本也是最重要的液壓系統(tǒng)。

汽車(chē)起重機(jī)閉式卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)最主要的組成為液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)減速機(jī)將扭矩輸送給滾筒，滾筒的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)負(fù)載的上升和下降，完成起重機(jī)的職能。在負(fù)載下降時(shí)，負(fù)載力的方向和負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度方向相同，此時(shí)系統(tǒng)工作于負(fù)值負(fù)載工況，負(fù)值負(fù)載產(chǎn)生的負(fù)值轉(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)馬達(dá)反拖泵工作。達(dá)在負(fù)值負(fù)載轉(zhuǎn)矩的拖動(dòng)下輸出高壓油，從而使回油路壓力大于進(jìn)油路壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)負(fù)載，負(fù)值負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載下降的速度就越大。

當(dāng)汽車(chē)起重機(jī)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的負(fù)載下降時(shí)，由于重力勢(shì)能及慣性力的作用，產(chǎn)生負(fù)值負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用于卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)15，并傳輸?shù)綀?zhí)行馬達(dá)14上(聯(lián)動(dòng)電機(jī)11帶動(dòng))，此時(shí)負(fù)值負(fù)載轉(zhuǎn)矩成為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)工作于負(fù)值負(fù)載工況，同時(shí)負(fù)值轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)馬達(dá)反拖泵工作，致使泵和馬達(dá)的功能互換。馬達(dá)14在負(fù)值負(fù)載轉(zhuǎn)矩的拖動(dòng)下輸出高壓油，從而使回油路壓力大于進(jìn)油路壓力，即pb＞pa，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)負(fù)載。油液從行走泵12的a口排出，雙向比例平衡閥9在油壓作用下，使雙向比例平衡閥中的三通換向閥上位油路工作。馬達(dá)14排出油液經(jīng)過(guò)雙向比例平衡閥中的三通換向閥，流入比例平衡閥中的電液比例壓力控制閥，通過(guò)增大其輸入控制電流獲得較高的回油路壓力pb，建立起一定系統(tǒng)背壓壓力，平衡負(fù)值負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響。依據(jù)液壓馬達(dá)和負(fù)載的力矩平衡方程(忽略粘性阻尼等力矩影響)：

可知通過(guò)提高回油路背壓壓力pb，平衡負(fù)值負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl，從而使馬達(dá)轉(zhuǎn)速加速度為0，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性控制。同時(shí)，還是通過(guò)電液比例驅(qū)動(dòng)器控制調(diào)節(jié)變量泵的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)速度，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的調(diào)速緩速控制。

當(dāng)汽車(chē)起重機(jī)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的負(fù)載起升時(shí)，系統(tǒng)處于正值負(fù)載工況。將卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)平衡回油路的雙向比例平衡閥中的電液比例壓力控制閥輸入控制電流調(diào)節(jié)為最小值，保持較低的背壓壓力，通過(guò)基于進(jìn)油路的獨(dú)立調(diào)節(jié)流量壓力耦合控制實(shí)現(xiàn)執(zhí)行馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制及穩(wěn)定性控制，同時(shí)提高系統(tǒng)的能量利用率。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。