專利名稱：飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及到一種閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)，具體涉及到二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)二次調(diào)節(jié)技術(shù)是指在恒壓網(wǎng)絡中對液壓泵/馬達無節(jié)流地進行閉環(huán)控制的液壓傳動技術(shù)。由于系統(tǒng)工作于準恒壓狀態(tài)，也被稱為CPS (Common Pressure System)、 CPR(Common Pressure Rail),或SCS (Secondary Controlled System),其實際為壓力耦聯(lián)系統(tǒng)。該技術(shù)由于具有可多負載并聯(lián)、控制特性 好、能實現(xiàn)系統(tǒng)制動動能回收等優(yōu)點而引起越來越多的關(guān)注。但是，工作于 恒壓網(wǎng)絡的二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)也有其弊端系統(tǒng)通常只能接入可變量的 旋轉(zhuǎn)執(zhí)行元件，不能接入不可變量的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行元件(定量馬達或擺動缸)和 直線型執(zhí)行元件(直線液壓缸)。這主要是由其工作原理決定的，因為其壓力 基本恒定，所以只能通過改變執(zhí)行元件的排量來實現(xiàn)對速度、扭矩和功率等 參數(shù)的控制。要解決上述問題， 一種方法是在系統(tǒng)中引入一種能量轉(zhuǎn)換元件 (液壓變壓器)來實現(xiàn)上述功能，目前國外的瑞典、德國和日本以及我國的 浙江大學和哈爾濱工業(yè)大學等都在對此進行研究；另一種方法是根據(jù)負載特 性要求，利用流量耦聯(lián)系統(tǒng)壓力隨負載改變的特點，將二次調(diào)節(jié)技術(shù)與流量 耦聯(lián)系統(tǒng)結(jié)合，建立二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)靜液傳動系統(tǒng)。所述二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)是二次調(diào)節(jié)技術(shù)與流量耦聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)合，其 目的是發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的控制性能，同時提供某些工況下能量回 收的可能性。二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)靜液傳動系統(tǒng)是對原來基于壓力耦聯(lián)系統(tǒng)的 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的擴展，進一步擴大二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)的應用領 域。在公開號為CN101070864的《二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)液壓蓄能器儲能靜液傳 動裝置》的專利申請文獻中，公開了一種由液壓蓄能器儲能的靜液傳動裝置， 它解決了現(xiàn)有二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)中存在的只能在較小范圍內(nèi)允許壓力變 化的恒壓網(wǎng)絡與需要在較大范圍內(nèi)壓力變化的液壓蓄能器能量回收子系統(tǒng)之間的矛盾，液壓蓄能器的功率密度大，能達到19kW/kg，而能量密度只能達 到2Wh/kg，不適用于需要功率密度要求小、能量密度要求比較大的場合；受 液壓蓄能器性能的影響，該裝置適用的工作環(huán)境的溫度受限，并且該裝置中 所采用的液壓蓄能器和液壓泵/馬達的成本都比較高。 發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有采用液壓蓄能器儲能的二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)中存在的功 率密度大、能量密度小以及系統(tǒng)成本大的問題，本發(fā)明提供了一種飛輪儲能 型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)。飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)包括雙軸電機3、液壓泵/馬達4、電 液控制閥5、變量油缸6、減壓閥7、液壓缸IO、上限位傳感器ll、下限位 傳感器12、控制器15和油箱13，它還包括飛輪h飛輪1的驅(qū)動軸與雙軸 電機3的一個輸出軸固定連接，所述雙軸電機3的另一個輸出軸與液壓泵/ 馬達4的傳動軸固定連接，液壓泵/馬達4的斜盤4-1與變量油缸6的活塞桿 連接，所述變量油缸6的兩個輸油口分別與電液控制閥5的兩個輸油口連通， 所述電液控制閥5的另兩個輸油口分別與油箱13和減壓閥7的出油口連通， 所述減壓閥7的進油口同時與液壓泵/馬達4的一個輸油口、液壓缸10的一 個輸油口連通，所述液壓泵/馬達4的另一個輸油口和所述液壓缸10的另一 個輸油口均與油箱13連通，上限位傳感器11和下限位傳感器12分別固定在 液壓缸10的活塞桿的側(cè)面用來檢測所述活塞桿的位置，所述上限位傳感器 11和下限位傳感器12之間的距離是液壓缸10的活塞桿的工作行程，上限位 傳感器11和下限位傳感器12的信號輸出端分別和控制器15的信號輸入端連 接，控制器15的控制信號輸出端和電液控制閥5的控制信號輸入端連接。本發(fā)明的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)能夠把原來負載重物下降時 系統(tǒng)散失掉轉(zhuǎn)化為熱能的勢能和動能存儲為飛輪的機械動能，并回收利用， 減小系統(tǒng)裝機功率，降低系統(tǒng)能耗；采用飛輪作為儲能的元件，使系統(tǒng)的功 率密度能為0.5 11.9kW/kg，而能量密度能夠達到5 150Wh/kg，并且飛輪 的使用壽命長，受工作環(huán)境的溫度影響小；本系統(tǒng)中僅僅使用了一個液壓泵/ 馬達，大大的降低了系統(tǒng)的成本。本發(fā)明適用于石油、礦山和工程機械等行業(yè)，具有廣闊的應用前景。尤其適用于頻繁往復運動和頻繁起停的系統(tǒng)中。
圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2是本發(fā)明的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)由雙 軸電機3、液壓泵/馬達4、電液控制閥5、變量油缸6、減壓閥7、液壓缸IO、 上限位傳感器11、下限位傳感器12、油箱13、控制器15和飛輪1組成；飛 輪1的驅(qū)動軸與雙軸電機3的一個輸出軸固定連接，所述雙軸電機3的另一 個輸出軸與液壓泵/馬達4的傳動軸固定連接，液壓泵/馬達4的斜盤4-1與變 量油缸6的活塞桿連接，所述變量油缸6的兩個輸油口分別與電液控制閥5 的兩個輸油口連通，所述電液控制閥5的另兩個輸油口分別與油箱13和減壓 閥7的出油口連通，所述減壓閥7的進油口與液壓泵/馬達4的一個輸油口 、 液壓缸10的一個輸油口連通，所述液壓泵/馬達4的另一個輸油口和所述液 壓缸10的另一個輸油口均與油箱13連通，上限位傳感器11和下限位傳感器 12分別固定在液壓缸10的活塞桿的側(cè)面用來測量所述活塞桿的位置，所述 上限位傳感器11和下限位傳感器12之間的距離是液壓缸10的活塞桿的工作 行程，上限位傳感器11和下限位傳感器12的信號輸出端分別和控制器15 的信號輸入端連接，控制器15的控制信號輸出端和電液控制閥5的控制信號 輸入端連接。本實施方式中的液壓泵/馬達4的排量由電液控制閥5通過控制變量油缸 6來調(diào)節(jié)，而電液控制閥5的控制壓力由液壓泵/馬達4高壓油經(jīng)減壓閥7提 供。本實施方式的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)在實際應用的時候，液 壓缸10的活塞桿與負載14連接，在工作過程中，當上限位傳感器11檢測到 液壓缸10的活塞桿處于上限位置的時候，發(fā)送信號給控制器15，控制器15 控制電液控制閥5驅(qū)動變量油缸6的驅(qū)動桿帶動液壓泵/馬達4的斜盤傾角過 零點，使液壓泵/馬達4轉(zhuǎn)換為馬達工況；當下限位傳感器12檢測到液壓缸 IO的活塞桿處于下限位置的時候，發(fā)送信號給控制器15，控制器15控制電 液控制閥5動作，驅(qū)動變量油缸6的驅(qū)動桿帶動液壓泵/馬達4的斜盤轉(zhuǎn)動，使液壓泵/馬達4轉(zhuǎn)換到泵工況。本實施方式的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)的工作原理為，雙軸電 機3驅(qū)動液壓泵/馬達4工作的同時，帶動飛輪l旋轉(zhuǎn)，當負載需要的動力比 較小的時候，由于雙軸電機3的轉(zhuǎn)差率，雙軸電機3升速，飛輪l吸收雙軸 電機3輸出的多余功率進行儲存，當負載需要比較大的動力的時候，飛輪l 和雙軸電機3同時給負載提供動力，增加系統(tǒng)的輸出功率。當負載需要比較大的起動動力或者加速度的情況，本實施方式所述的飛 輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)的工作過程為在需要較大的起動動力或者 加速度之前，將液壓泵/馬達4處于馬達工況，然后轉(zhuǎn)動雙軸電機3帶動飛輪 l加速儲能，當需要驅(qū)動動力或者加速度的時候，控制器15通過控制電液控 制閥5驅(qū)動變量油缸6的驅(qū)動桿帶動液壓泵/馬達4的斜盤，使液壓泵/馬達4 轉(zhuǎn)換為泵工況，飛輪1和雙軸電機3同時給負載提供動力，此時，雙軸電機 3的轉(zhuǎn)速會有所下降，但系統(tǒng)的總輸出功率得到了提高。本實施方式的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)，減小了系統(tǒng)的裝機功 率，降低系統(tǒng)的能耗，并且結(jié)構(gòu)簡單，功能多樣，成本低廉。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一所述的飛輪儲能型二次 調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括電磁離合器2，飛輪1的驅(qū)動軸和 雙軸電機3的輸出軸通過電磁離合器2連接。本實施方式所述的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)在工作的時候，系 統(tǒng)的初始狀態(tài)為液壓泵/馬達4處于泵工況，電磁離合器2處于分離狀態(tài)， 雙軸電機3處于工作狀態(tài)，工作過程為電機驅(qū)動，雙軸電機3的帶動液壓泵/馬達4驅(qū)動液壓油缸10帶動負載 14上升；驅(qū)動/儲能轉(zhuǎn)換，當液壓缸10帶動負載14上升到觸發(fā)上限位傳感器11 的位置的時刻，控制器15控制電液控制閥5驅(qū)動變量油缸6的驅(qū)動桿帶動液 壓泵/馬達4的斜盤傾角過零點，使液壓泵/馬達4轉(zhuǎn)換為馬達工況，同時， 閉合電磁離合器2使雙軸電機3的傳動軸與飛輪1的驅(qū)動軸連接，斷開雙軸 電機3的工作電源；儲能，負載14在重力的作用下，帶動液壓缸10的活塞桿下降，進而提供液壓驅(qū)動液壓泵/馬達4通過雙軸電機3的傳動軸帶動飛輪轉(zhuǎn)動，即，將重 物勢能轉(zhuǎn)化為飛輪動能儲存于飛輪中；儲能/驅(qū)動轉(zhuǎn)換，當負載14下降到觸發(fā)下限位傳感器11的位置的時刻， 控制器15控制電液控制閥5動作，驅(qū)動變量油缸6的驅(qū)動桿帶動液壓泵/馬 達4的斜盤轉(zhuǎn)動，使液壓泵/馬達4轉(zhuǎn)換到泵工況；飛輪驅(qū)動，飛輪1替代雙軸電機3帶動液壓泵/馬達4驅(qū)動液壓油缸10 帶動負載14上升；重復上述驅(qū)動/儲能轉(zhuǎn)換、儲能、儲能/驅(qū)動轉(zhuǎn)換和飛輪驅(qū)動的步驟，當 在飛輪驅(qū)動步驟中，飛輪不能夠驅(qū)動液壓缸10正常工作的時候，斷開電磁離 合器2，接通雙軸電機3的工作電源，返回電機驅(qū)動的步驟，重新開始。在上述工作狀態(tài)中，首先采用電機帶動負載工作，然后采用飛輪儲存負 載的勢能，并使用飛輪存儲的能量驅(qū)動負載工作，當飛輪存儲的能量不能夠 驅(qū)動負載工作的時候，再啟動電機驅(qū)動。這種工作狀態(tài)將飛輪儲存的能量實 時的回收并釋放，適合對穩(wěn)定負載的頻繁往復運動驅(qū)動的設備上。
具體實施方式
一或二所述的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)在實際實 施的時候，通常還包括安全閥8、單向閥9，安全閥8和單向閥9并聯(lián)在液壓 泵/馬達4的兩個輸油口上，并且所述安全閥8的出油口和單向閥9的出油口 與油箱13連通。所述安全閥8和單向閥9在，系統(tǒng)中起到安全保障的作用，能夠使系統(tǒng)工 作更安全、可靠，還能夠增加系統(tǒng)的使用壽命。
權(quán)利要求
1、飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)，它包括雙軸電機(3)、液壓泵/馬達(4)、電液控制閥(5)、變量油缸(6)、減壓閥(7)、液壓缸(10)、上限位傳感器(11)、下限位傳感器(12)、控制器(15)和油箱(13)，其特征在于它還包括飛輪(1)，飛輪(1)的驅(qū)動軸與雙軸電機(3)的一個輸出軸固定連接，所述雙軸電機(3)的另一個輸出軸與液壓泵/馬達(4)的傳動軸固定連接，液壓泵/馬達(4)的斜盤(4-1)與變量油缸(6)的活塞桿連接，所述變量油缸(6)的兩個輸油口分別與電液控制閥(5)的兩個輸油口連通，所述電液控制閥(5)的另兩個輸油口分別與油箱(13)和減壓閥(7)的出油口連通，所述減壓閥(7)的進油口與液壓泵/馬達(4)的一個輸油口、液壓缸(10)的一個輸油口連通，所述液壓泵/馬達(4)的另一個輸油口和所述液壓缸(10)的另一個輸油口均與油箱(13)連通，上限位傳感器(11)和下限位傳感器(12)分別固定在液壓缸(10)的活塞桿的側(cè)面用來測量所述活塞桿的位置，所述上限位傳感器(11)和下限位傳感器(12)之間的距離是液壓缸(10)的活塞桿的工作行程，上限位傳感器(11)和下限位傳感器(12)的信號輸出端分別和控制器(15)的信號輸入端連接，控制器(15)的控制信號輸出端和電液控制閥(5)的控制信號輸入端連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)，其特征在 于，它還包括電磁離合器(2)，飛輪(1)的驅(qū)動軸和雙軸電機(3)的輸出 軸通過電磁離合器(2)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)，其特 征在于，它還包括安全閥(8)、單向閥(9)，安全閥(8)和單向閥(9)并 聯(lián)在液壓泵/馬達(4)的兩個輸油口上，并且所述安全閥(8)的出油口和單 向閥(9)的出油口與油箱(13)連通。
全文摘要
飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)，涉及到一種閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。它解決了現(xiàn)有采用液壓蓄能器儲能的二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)中存在的功率密度大、能量密度小以及成本高的問題。本系統(tǒng)中的雙軸電機的兩個輸出軸分別與飛輪的驅(qū)動軸、液壓泵/馬達的傳動軸連接，變量油缸在電液控制閥的控制下調(diào)整液壓泵/馬達的斜盤的工作位置，上限位傳感器和下限位傳感器分別固定在液壓缸的活塞桿的側(cè)面用來測量所述活塞桿的位置，上限位傳感器和下限位傳感器的信號輸出端分別和控制器的信號輸入端連接，控制器的控制信號輸出端和電液控制閥的控制信號輸入端連接。本發(fā)明適用于石油、礦山和工程機械等行業(yè)，尤其適用于頻繁往復運動和頻繁起停的系統(tǒng)中。
文檔編號F15B15/18GK101230871SQ200810064038
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者劉海昌, 姜繼海 申請人:哈爾濱工業(yè)大學