專利名稱：變頻與電液比例技術(shù)復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用在液壓系統(tǒng)中，通過電液比例節(jié)流調(diào)速和變頻調(diào)速相結(jié)合的一種調(diào)速系統(tǒng)和方法，它的實(shí)現(xiàn)，使得液壓系統(tǒng)最大可能地減小了能耗，同時(shí)使液壓系統(tǒng)具有良好的控制能力。
背景技術(shù)：
目前，在諸多的液壓系統(tǒng)中，大多數(shù)應(yīng)用電液比例節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中裝一只比例壓力---流量閥，調(diào)速時(shí)，把多余的流量通過比例壓力閥溢流。這種調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)靈活、方便、成本低，但是，由于存在著溢流損失和壓差損失，在調(diào)速和調(diào)壓過程中，伴隨著較大的能量損耗(竟高達(dá)50％左右)，由此引起系統(tǒng)的溫度升高、降低液壓元件和工作液的使用壽命。
為了更好說明此方法的缺點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合圖7和圖8來說明。圖7中，動(dòng)力泵3由電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)，排出一定數(shù)量的油經(jīng)過比例節(jié)流閥4和換向閥6進(jìn)入大作動(dòng)缸7的左或右腔，推動(dòng)大作動(dòng)缸7向左或向右運(yùn)動(dòng)。大作動(dòng)缸7的快慢取決于供油量的多少。按工況要求，大作動(dòng)缸7的運(yùn)動(dòng)是由起動(dòng)---加速---最大速度---減速---停止組成，在大作動(dòng)缸7不同的運(yùn)動(dòng)過程中，大作動(dòng)缸7的壓力不同，流量也不同。在這不同的要求下，控制系統(tǒng)控制節(jié)流閥4的比例電磁鐵41，調(diào)節(jié)節(jié)流閥4的阻力，使其按工況要求有相應(yīng)的阻力。同時(shí)控制系統(tǒng)控制溢流閥5的比例電磁鐵51，調(diào)節(jié)溢流閥5的開口度，使多余的油流回油箱8，由此來調(diào)節(jié)大作動(dòng)缸7的工作速度。由上述可以看出單純的電液比例節(jié)流閥調(diào)速過程中，產(chǎn)生兩種能量損失，流過溢流閥5排放的溢流損失與節(jié)流閥4產(chǎn)生的壓差損失。
為了說明這能量損失，現(xiàn)以圖8來說明Q為動(dòng)力泵3的供油量，OA為大作動(dòng)缸7平穩(wěn)加速時(shí)的流量，Q1是大作動(dòng)缸7最大速度時(shí)的流量，圖中的陰暗部分為溢流損失，S1是大作動(dòng)缸7開始平穩(wěn)減速的位置，S2是大作動(dòng)缸7停止到位點(diǎn)。當(dāng)大作動(dòng)缸7從起點(diǎn)O到平穩(wěn)加速時(shí)，控制系統(tǒng)控制節(jié)流閥4的比例電磁鐵41，使節(jié)流閥4的阻力慢慢變小，流向大作動(dòng)缸7的油更多。同時(shí)調(diào)節(jié)溢流閥5的比例電磁鐵51，使溢流閥5的開口度由大變小，即溢流損失由大變小。當(dāng)大作動(dòng)缸7最大速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，即AB段，此時(shí)，節(jié)流閥4的阻力調(diào)的較小，溢流閥5的開口度也調(diào)的較小，能量損耗也最小。當(dāng)大作動(dòng)缸7開始平穩(wěn)減速到停止到位時(shí)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥4的阻力，使阻力又慢慢變大，同時(shí)溢流閥5的開口度由小變大，溢油較多，流量損失越來越大。
上述是大作動(dòng)缸7上的能量損失，這種方法用在小作動(dòng)缸10上，能量的損耗更大，見圖9，OA為小作動(dòng)缸10快速加速所需油量，Q1是小作動(dòng)缸10勻速時(shí)所需的流量，BC是小作動(dòng)缸10快速減速時(shí)所需的能量。在實(shí)際生產(chǎn)中，動(dòng)力泵3的供油量按大作動(dòng)缸7所需的流量供給，動(dòng)力泵3的供油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小作動(dòng)缸10所需的流量。當(dāng)小作動(dòng)缸10開始快速起動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電液比例節(jié)流閥4的比例電磁鐵41，使節(jié)流閥4的阻力由很大至略小，同時(shí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電液比例溢流閥5的比例電磁鐵51，使溢油閥5的開口度也由很大至略小，使大量的油通過溢油閥5流回油箱8，而通過小作動(dòng)缸的換向閥9流向小作動(dòng)缸10的流量如OA所示。當(dāng)小作動(dòng)缸勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電液比例節(jié)流閥4的比例電磁鐵41和溢流閥5的比例電磁鐵51，使節(jié)流閥4的阻力和溢流閥5的開口度不變，使流向小作動(dòng)缸10的流量如AB所示。當(dāng)小作動(dòng)缸10快速止動(dòng)時(shí)，節(jié)流閥4的阻力與溢油閥5的開口度又由略小到很大，使流向小作動(dòng)缸10的油驟然減小，使小作動(dòng)缸10快速停止，以達(dá)到工況要求。由此可以看出，單純的電液比例節(jié)流調(diào)速能耗損失很高。
目前，為了節(jié)約能耗，在液壓系統(tǒng)中另一種調(diào)速方法為變頻調(diào)速，它是通過改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使油泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，以改變油泵的供油量來達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。這種調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在于幾乎沒有能量損失，但其缺點(diǎn)是由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，響應(yīng)速度很慢，加速和減速特性較差，單純的變頻調(diào)速方法無法適用那些快速加速或快速減速特性的工況要求。
為了說明該方法的缺點(diǎn)，現(xiàn)請(qǐng)參閱圖10，圖中1是變頻器，2為電動(dòng)機(jī)，3為動(dòng)力泵，8是油箱，6為大動(dòng)作缸換向閥，7為大作動(dòng)缸。電腦控制系統(tǒng)11按工況要求轉(zhuǎn)變成一個(gè)電信號(hào)，經(jīng)控制系統(tǒng)處理后輸入變頻器1的輸入端，變頻器1的輸出端輸出不同的的頻率來控制電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)動(dòng)力泵3，使動(dòng)力泵3的供油量剛好等于工況要求的流量，這部分流量通過換向閥6進(jìn)入大作動(dòng)缸7的左或右腔，由此可以看出，變頻調(diào)速系統(tǒng)中，既沒有溢流損失，也沒有壓力損失。
現(xiàn)參閱圖11來詳細(xì)說明其過程，曲線OA為大作動(dòng)缸7起動(dòng)至平穩(wěn)加速到最大速度時(shí)所需的流量，曲線AB為大作動(dòng)缸7減速至停止到位時(shí)所需的流量，當(dāng)大作動(dòng)缸7起動(dòng)至最大速度時(shí)，變頻器1的輸出頻率逐漸增大，加快電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力泵3的供油量按曲線OA的要求，此時(shí)沒有能量損失。當(dāng)大作動(dòng)缸7開始S1平穩(wěn)減速至工況要求的停止到位點(diǎn)S2時(shí)，變頻器1逐漸降低輸出頻率，改變電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力泵3的供油量減小，但由于電動(dòng)機(jī)2是一個(gè)大慣量的系統(tǒng)，當(dāng)要求大作動(dòng)缸7停止到位時(shí)，動(dòng)力泵3因電動(dòng)機(jī)2的慣量仍有油量輸出，使大作動(dòng)缸7仍有較大的運(yùn)動(dòng)速度，到B點(diǎn)時(shí)才能停止到位，流量沿AB曲線變化，這樣延長了工作時(shí)間，降低了工作效率，又不符合工況要求在S2點(diǎn)停止到位的要求，所以單純的變頻調(diào)速雖然在能量上利用率很高，但不符合上述的工況要求。
上述是該方法用于大作動(dòng)缸7時(shí)的缺點(diǎn)，而用于能量較小或工作快速、頻繁的小作動(dòng)缸10時(shí)，若單純以變頻器來調(diào)速，由于電動(dòng)機(jī)2的慣性很大，響應(yīng)速度慢，根本無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)工況要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是把變頻調(diào)速方法與電液比例節(jié)流調(diào)速方法結(jié)合起來，目的是克服上述兩種方法的缺點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)所需流量的控制。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為本發(fā)明是在現(xiàn)有的電液比例節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)中加上變頻調(diào)速，它包含有由作動(dòng)缸與作動(dòng)缸相連接的用于控制作動(dòng)缸活塞的運(yùn)動(dòng)方向的換向閥組成的動(dòng)力工作單元、包含由電液比例溢流閥和電液比例節(jié)流閥組成的復(fù)合閥單元、以及包含有電動(dòng)機(jī)與動(dòng)力泵組成的功率單元。它們?nèi)叩倪B接是動(dòng)力工作單元與功率單元之間連有復(fù)合閥單元。其特征在于所述的復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)包含有控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻單元，所述的復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)還包含有控制調(diào)速系統(tǒng)的電腦單元，控制功率單元的變頻單元受控于電腦單元，以及為電腦提供作動(dòng)缸活塞位置信號(hào)的位置傳感器單元。
所述的變頻單元中的變頻器的一端接于工頻電源，其輸出端接于功率單元中的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)受控于變頻器，其輸出軸與動(dòng)力泵相連。動(dòng)力泵的進(jìn)油管與油箱相連，動(dòng)力泵的出油管與復(fù)合閥單元中的電液比例節(jié)流閥的進(jìn)油口和電液比例溢流閥的進(jìn)油口相連。電液比例節(jié)流閥的出油管與動(dòng)力工作單元中的換向閥的進(jìn)油管相連，換向閥的出油管與作動(dòng)缸的左右腔相連。其控制回路的特征是受控于作動(dòng)缸中的活塞運(yùn)動(dòng)的位置傳感器單元發(fā)出位置信號(hào)，位置信號(hào)由繼電器回路轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，傳遞至電腦單元，所述的電腦單元中的程控器或?qū)Ｓ秒娔X得到由位置傳感器傳來的電壓信號(hào)后，立即把存貯在內(nèi)部一定區(qū)域的兩個(gè)數(shù)據(jù)D1和D2調(diào)出，按系統(tǒng)壓力和流量的百分?jǐn)?shù)計(jì)算出實(shí)際所需要的壓力和流量，計(jì)算按以下公式進(jìn)行P＝D1Q＝Qmax×D2/100由壓力和流量值計(jì)算出信號(hào)電流值I1＝I01＋(Imax-I01)(Pmax-P)/(Pmax-Pmin)I2＝I02＋(Imsx-I02)Q/Qmax其中P、Pmax、Pmin分別表示液壓系統(tǒng)中實(shí)際、最高、最低壓力；Q、Qmax分別表示液壓系統(tǒng)中實(shí)際、最高流量；
I01、I02分別表示溢流閥、節(jié)流閥的起始電流；Imax為液壓系統(tǒng)中的最大電流；D1、D2為每一工況相對(duì)應(yīng)的一對(duì)數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)液壓系統(tǒng)中的壓力與流量，(內(nèi)存中有很多對(duì)數(shù)據(jù))其中電流信號(hào)I1，引至電液比例溢流閥的比例電磁鐵線圈，比例電磁鐵線圈受該信號(hào)后具有一定的推力，即系統(tǒng)的壓力設(shè)定值一定，當(dāng)電液比例節(jié)流閥的出油口壓力高于這一設(shè)定值時(shí)，壓力通過電液比例溢流閥的左端控制油路作用到溢流閥內(nèi)的先導(dǎo)級(jí)的左端，電液比例節(jié)流閥的進(jìn)油口壓力通過電液比例溢流閥的右端控制油路作用到溢流閥內(nèi)的先導(dǎo)級(jí)的右端，先導(dǎo)級(jí)左右端壓差與電磁鐵推力比較后，使溢流閥的主閥芯打開，使節(jié)流閥入口處的油通過溢流閥流回油箱。程控器或?qū)Ｓ秒娔X發(fā)出的另一電流信號(hào)I2引至電液比例節(jié)流閥的比例電磁鐵線圈，調(diào)節(jié)電液比例節(jié)流閥的閥芯的開口度，使之產(chǎn)生相應(yīng)的流阻。電流信號(hào)I2同時(shí)引至變頻單元中的變頻器的信號(hào)輸入端，變頻器根據(jù)電流信號(hào)I2，內(nèi)部信號(hào)分析后輸出控制信號(hào)KI2，電動(dòng)機(jī)在該信號(hào)KI2下帶動(dòng)動(dòng)力泵，使動(dòng)力泵的轉(zhuǎn)速按以下公式計(jì)算出值n＝(nmax－nmax)KI2/(Imax－Imin)其中nmax、nmin分別表示液壓系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)實(shí)最大、最小的轉(zhuǎn)速；Imax、Imin分別表示系統(tǒng)的最大、最小的電流K為變頻器的修正系數(shù)使動(dòng)力泵的供油量也隨信號(hào)而變化，以滿足工況的要求。動(dòng)力泵提供的流量經(jīng)過節(jié)流閥后流向作動(dòng)缸的換向閥，換向閥的電磁鐵線圈受控于程控器或?qū)Ｓ秒娔X，當(dāng)換向閥的右端電磁鐵線圈受到信號(hào)時(shí)，推動(dòng)閥芯，使↑↓閥芯起作用，推動(dòng)作動(dòng)缸內(nèi)的活塞向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)換向閥的左端電磁鐵線圈受到信號(hào)時(shí)，推動(dòng)閥芯，使 閥芯起作用，推動(dòng)作動(dòng)缸內(nèi)的活塞向左運(yùn)動(dòng)。活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而完成產(chǎn)品的加工。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明使得能耗下降，而且仍使液壓系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)靈活、方便的良好控制能力，還減小了機(jī)器的噪音，改善了工作環(huán)境。


本發(fā)明可用于所有的動(dòng)態(tài)性能有一定要求的用電能做能源的功率較大的電液控制系統(tǒng)中，如注塑機(jī)、油壓機(jī)、壓鑄機(jī)、機(jī)床加工設(shè)備等控制系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中執(zhí)行元件較多，一般至少有3～4個(gè)作動(dòng)缸。從它們的工作特點(diǎn)和功率消耗情況可以分為兩類，一類是耗用功率較大，工作行程或時(shí)間較長的大作動(dòng)缸。另一類是耗用能量較小或工作快速、頻繁的小作動(dòng)缸。為了更好地說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)各選一代表性及附圖來加以說明。
圖1.本發(fā)明的調(diào)速方法的實(shí)施例(以小、大作動(dòng)缸為例)圖2.是本發(fā)明控制系統(tǒng)的示意圖圖3.本發(fā)明在大作動(dòng)缸上的能量示意圖；圖4.本發(fā)明在小作動(dòng)缸上的能量示意圖；圖5.本發(fā)明在功率較大的液壓系統(tǒng)中的雙泵實(shí)施例圖6.本發(fā)明在功率較大的液壓系統(tǒng)中的多泵實(shí)施例圖7.單純以電液比例節(jié)流調(diào)速在大作動(dòng)缸上的實(shí)施例(對(duì)比技術(shù))圖8.單純以電液比例節(jié)流調(diào)速時(shí)在大作動(dòng)缸上的能量示意圖；(對(duì)比技術(shù))圖9.單純以電液比例節(jié)流調(diào)速時(shí)在小作動(dòng)缸上的能量示意圖；(對(duì)比技術(shù))圖10.單純以變頻調(diào)速在大作動(dòng)缸上的實(shí)施例；(對(duì)比技術(shù))圖11.單純以變頻調(diào)速時(shí)在大作動(dòng)缸上的能量示意圖；(對(duì)比技術(shù))具體實(shí)施方式
圖1是本發(fā)明調(diào)速實(shí)施例，在工頻電源和電動(dòng)機(jī)2之間連有變頻器1，電動(dòng)機(jī)2輸出軸與動(dòng)力泵3相連，動(dòng)力泵3的進(jìn)油管與油箱8相連，動(dòng)力泵3的出油管與電液比例節(jié)流閥4的進(jìn)油口和電液比例溢流閥5的進(jìn)油口相連，溢流閥5的出油口與油箱8相連，而電液比例節(jié)流閥4的出油口與大小作動(dòng)缸7和10的換向閥6和9的進(jìn)油口相通，大作動(dòng)缸7的換向閥6的出油口與大作動(dòng)缸7相接，小作動(dòng)缸10的換向閥9的出油口與小作動(dòng)缸10相連。其控制原理(見圖2)是作動(dòng)缸的活塞位置傳感器12發(fā)出位置信號(hào)，該信號(hào)由繼電器回路轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)后，傳遞至控制系統(tǒng)的程控器或?qū)Ｓ秒娔X11的輸入接口的一端子，程控器或?qū)Ｓ秒娔X11得到這一信號(hào)后，立即把存貯在內(nèi)部一定區(qū)域的兩個(gè)數(shù)據(jù)D1和D2調(diào)出，按系統(tǒng)壓力和流量的百分?jǐn)?shù)計(jì)算出實(shí)際所需要的壓力和流量，計(jì)算按以下公式進(jìn)行P＝D1Q＝Qmax×D2/100由壓力和流量值計(jì)算出信號(hào)電流值I1＝I01＋(Imax-I01)(Pmax-P)/(Pmax-Pmin)I2＝I02＋(Imax-I02)Q/Qmax其中P、Pmax、Pmin分別表示液壓系統(tǒng)中實(shí)際、最高、最低壓力；Q、Qmax分別表示液壓系統(tǒng)中實(shí)際、最高流量；I01、I02分別表示溢流閥、節(jié)流閥的起始電流；Imax為液壓系統(tǒng)中的最大電流D1、D2為每一工況相對(duì)應(yīng)的一對(duì)數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)液壓系統(tǒng)中的壓力與流量，(內(nèi)存中有很多對(duì)數(shù)據(jù))把兩路電流信號(hào)通過程控器或?qū)Ｓ秒娔X11的輸出接口的指定端子輸出，I1引至電液比例溢流閥5的電磁鐵線圈51，使電液比例溢流閥5的電磁鐵的推力一定，即系統(tǒng)的壓力設(shè)定值一定，當(dāng)電液比例節(jié)流閥4的出油口壓力高于這一設(shè)定值時(shí)，壓力通過電液比例溢流閥5的左端控制油路13作用到溢流閥5內(nèi)的先導(dǎo)級(jí)52的左端，電液比例節(jié)流閥4的進(jìn)油口壓力通過電液比例溢流閥5的右端控制油路15作用到溢流閥5內(nèi)的先導(dǎo)級(jí)52的右端，先導(dǎo)級(jí)左右端壓差與電磁鐵推力比較后，使溢流閥5的主閥芯打開，使節(jié)流閥4入口處的油通過溢流閥5流回油箱8。而電流信號(hào)I2引至電液比例節(jié)流閥4的電磁鐵線圈41，當(dāng)該信號(hào)變化時(shí)，節(jié)流閥4的電磁鐵的推力隨之變化，通過節(jié)流閥4內(nèi)的先導(dǎo)級(jí)41作用，使節(jié)流閥4的閥芯開口也隨之變化，流過節(jié)流閥4的流量也隨之不同，以達(dá)到工況的要求。該電流信號(hào)I2同時(shí)引至變頻器1的信號(hào)輸入端，變頻器根據(jù)電流信號(hào)I2，內(nèi)部信號(hào)分析后輸出控制信號(hào)KI2，電動(dòng)機(jī)在該信號(hào)KI2下帶動(dòng)動(dòng)力泵，使動(dòng)力泵的轉(zhuǎn)速按以下公式計(jì)算出值n=(nmax－nmax)KI2/(Imax－Imin)其中nmax、nmin分別表示液壓系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)實(shí)最大、最小的轉(zhuǎn)速；Imax、Imin分別表示系統(tǒng)的最大、最小的電流；K為變頻器的修正系數(shù)電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)動(dòng)力泵3，使動(dòng)力泵3的供油量也隨之變化，以滿足工況的要求。動(dòng)力泵3提供的流量經(jīng)過節(jié)流閥4后流向作動(dòng)缸7的換向閥6，換向閥6的電磁鐵線圈受控于程控器或?qū)Ｓ秒娔X，當(dāng)換向閥6的右端電磁鐵線圈61受到信號(hào)時(shí)，推動(dòng)閥芯，使↑↓閥芯起作用，推動(dòng)作動(dòng)缸7內(nèi)的活塞14向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)換向閥6的左端電磁鐵線圈62受到信號(hào)時(shí)，推動(dòng)閥芯，使 閥芯起作用，推動(dòng)作動(dòng)缸7內(nèi)的活塞14向左運(yùn)動(dòng)。活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而完成產(chǎn)品的加工。
當(dāng)大作動(dòng)缸7按工況要求起動(dòng)至最大速度時(shí)，位置傳感器按工況轉(zhuǎn)變成一個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)程控器或?qū)Ｓ秒娔X11運(yùn)算處理后，電流信號(hào)I2輸入變頻器1的輸入端，則變頻器1輸出端輸出相應(yīng)的頻率，控制電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)動(dòng)力泵3，使動(dòng)力泵3的供油量等于大作動(dòng)缸7所需的油量，同時(shí)電流信號(hào)I2傳給節(jié)流閥4的比例電磁鐵線圈41，使節(jié)流閥4不起作用，即流量在通過節(jié)流閥4時(shí)沒有阻力，直接通過換向閥6進(jìn)入大作動(dòng)缸7的左或右腔。當(dāng)工況要求大作動(dòng)缸7減速至停止到位時(shí)，程控器或?qū)Ｓ秒娔X11控制系統(tǒng)受到傳感器發(fā)來的電壓信號(hào)以后，通過運(yùn)算處理后發(fā)信號(hào)I2給變頻器1和電液比例節(jié)流閥4，此時(shí)變頻器1受到信號(hào)后通過內(nèi)部分析，減小輸出頻率，降低電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，動(dòng)力泵3相應(yīng)減小了供油量，與此同時(shí)，節(jié)流閥4增大阻力，溢流閥5受到程控器或?qū)Ｓ秒娔X11傳來的電流信號(hào)I1增大開口度，加大溢流量，使流向換向閥6的流量驟然減小，流量通過換向閥6流入大作動(dòng)缸7，使大作動(dòng)缸7按工況要求停止到位。使變頻器1輸出頻率為一個(gè)常數(shù)控制電動(dòng)機(jī)2，使電動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)速度恒定，使動(dòng)力泵3如同定量泵一樣工作，動(dòng)力泵3的供油量稍大于工況要求的流量最大值，而在快速減速和快速加速過程中，程控器或?qū)Ｓ秒娔X11控制電液比例節(jié)流閥4的比例電磁鐵41和溢流閥5的比例電磁鐵51，調(diào)節(jié)節(jié)流閥4的阻力和溢流閥5的開口度，使多余的流量通過溢流閥5流回油箱8，以此達(dá)到快速加速和快速減速的要求。
為了更好地說明本發(fā)明的流量情況?，F(xiàn)參閱圖4，這是本發(fā)明在大作動(dòng)缸上的能量示意圖，曲線OA是大作動(dòng)缸7起動(dòng)至最大速度時(shí)大作動(dòng)缸7所需的油量，曲線ADB是大作動(dòng)缸7減速至停止到位時(shí)動(dòng)力泵3的供油量，折線ACDE是大作動(dòng)缸7減速停止到位時(shí)實(shí)際所需的流量，S2為大作動(dòng)缸7的停止到位點(diǎn)。大作動(dòng)缸7起動(dòng)至最大速度時(shí)，變頻器1受控制信號(hào)后，輸出頻率逐漸增大來加快電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)動(dòng)力泵3，使動(dòng)力泵3的供油量等于大作動(dòng)缸7所需用的流量OA，此時(shí)電液比例節(jié)流閥4不起作用。當(dāng)大作動(dòng)缸7運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，按工況開始減速時(shí)，程控器或?qū)Ｓ秒娔X11受位置傳感器信號(hào)后輸出電流信號(hào)I2控制系統(tǒng)控制變頻器1和電液比例節(jié)流閥4的比例電磁鐵線圈41，使動(dòng)力泵3的供油開始減小，同時(shí)，比例節(jié)流調(diào)速方法投入工作，把多余的油通過溢流閥5流回油箱8，使流向換向閥6的流量按折線ACDE變化，保證大作動(dòng)缸7在S2點(diǎn)能停住。圖中的陰暗部分為流過溢流閥5的溢流損失。由此可以看出，本發(fā)明的調(diào)速方法顯著地改善了節(jié)流調(diào)速能耗高的缺點(diǎn)，可以大大的增加經(jīng)濟(jì)效益，又滿足了工況的控制特性要求。
請(qǐng)參閱圖5，這是本發(fā)明用在小作動(dòng)缸上的能量示意圖，OA為小作動(dòng)缸10加速所需油量，AB是小作動(dòng)缸10勻速時(shí)所需的流量，BC是小作動(dòng)缸10減速時(shí)所需的能量。程控器或?qū)Ｓ秒娔X11控制變頻器1，使變頻器1輸出頻率為一個(gè)常數(shù)控制電動(dòng)機(jī)2，使電動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)速度恒定，使動(dòng)力泵3如同定量泵一樣工作，動(dòng)力泵3的供油量Q稍大于工況要求的流量最大值Q1，而在快速減速和快速加速過程中，程控器或?qū)Ｓ秒娔X11控制電液比例節(jié)流閥4的比例電磁鐵41和溢流閥5的比例電磁鐵51，調(diào)節(jié)節(jié)流閥4的阻力和溢流閥5的開口度，使多余的流量通過溢流閥5流回油箱8，以此達(dá)到良好的控制性能和節(jié)能效果。
以下是本發(fā)明在用于功率較大的液壓系統(tǒng)中的實(shí)施例一.雙泵系統(tǒng)，如圖6。
工況所需的流量約在300升/分～400升/分間，液壓系統(tǒng)中用二只動(dòng)力泵。本發(fā)明復(fù)合調(diào)速方法是兩臺(tái)動(dòng)力泵排量相同，一臺(tái)用普通電機(jī)16，另一臺(tái)用變頻電機(jī)2。
當(dāng)工況要求大作動(dòng)缸7工作時(shí)，普通電機(jī)16用50HZ的電源供電，其帶動(dòng)動(dòng)力泵3，使動(dòng)力泵3的供油量全部通過單向閥18、換向閥6進(jìn)入大作動(dòng)缸7的左或右腔。而工況中要求流量的變化通過程控器或?qū)Ｓ秒娔X控制系統(tǒng)11和變頻器1、變頻電機(jī)2、動(dòng)力泵3的供油量經(jīng)過電液比例節(jié)流閥4、電液比例溢流閥5的協(xié)調(diào)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)工況要求小作動(dòng)缸11工作時(shí)，小作動(dòng)缸所需的流量較小，此時(shí)控制系統(tǒng)控制溢流閥17和單向閥18，使單向閥18關(guān)閉，溢流閥17開啟，變通電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)力泵所提供的油全部通過溢流閥17溢流，該泵作維持態(tài)，處于卸荷狀態(tài)。而小動(dòng)力泵所需的流量通過變頻機(jī)組提供的流量經(jīng)過電液比例節(jié)流閥4、電液比例溢流閥5的協(xié)調(diào)作用來實(shí)現(xiàn)。
由此可知，通過這一半流量的調(diào)節(jié)范圍來覆蓋整個(gè)系統(tǒng)的工作，既可以節(jié)能，又達(dá)到良好的控制性能。二.多泵系統(tǒng)工況所需的供油量在400升/分以上，液壓系統(tǒng)用三泵或多泵系統(tǒng)，現(xiàn)以三泵系統(tǒng)為例，如圖7。三臺(tái)泵的流量比為1∶1∶3，其中一臺(tái)小泵3由變頻調(diào)速電機(jī)2帶動(dòng)，調(diào)節(jié)范圍為總流量的1/4，與另兩臺(tái)動(dòng)力泵3和21組合成三泵系統(tǒng)。
當(dāng)工況要求大作動(dòng)缸7工作時(shí)，普通電機(jī)19和20用50HZ的電源供電，分別帶動(dòng)動(dòng)力泵21和3，使動(dòng)力泵21和3的供油量全部通過單向閥18、換向閥6進(jìn)入大作動(dòng)缸7的左或右腔。而工況中要求流量的變化通過程控器或?qū)Ｓ秒娔X11控制系統(tǒng)和變頻器1、變頻電機(jī)2、動(dòng)力泵3的供油量經(jīng)過電液比例壓力閥4、電液比例溢流閥5的協(xié)調(diào)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)工況要求小作動(dòng)缸10工作時(shí)，小作動(dòng)缸所需的流量較小，此時(shí)控制系統(tǒng)控制溢流閥17、單向閥18，使單向閥關(guān)閉，溢流閥開啟，油泵21和3的供油全部通過溢流閥17溢流，該二泵21和3作維持態(tài)，處于卸荷狀態(tài)，而小油泵所需的流量通過變頻機(jī)組提供的流量經(jīng)過電液比例節(jié)流閥4、電液比例溢流閥5的協(xié)調(diào)作用來實(shí)現(xiàn)?？梢姡每烧{(diào)的1/4總流量和另二臺(tái)泵的組合可覆蓋全系統(tǒng)的工作要求。
承上所述，在液壓系統(tǒng)中，采用電液比例節(jié)流調(diào)速和變頻調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速系統(tǒng)和方法，不但調(diào)節(jié)靈活，方便，響應(yīng)速度快，而且最大可能地減小了能耗，是一種具有深遠(yuǎn)意義的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，它包含有由作動(dòng)缸(7)與作動(dòng)缸(7)相連接的用于控制作動(dòng)缸(7)活塞(14)的運(yùn)動(dòng)方向的換向閥(6)組成的動(dòng)力工作單元、包含由電液比例溢流閥(5)和電液比例節(jié)流閥(4)組成的復(fù)合閥單元以及包含有電動(dòng)機(jī)(2)與動(dòng)力泵(3)組成的功率單元。它們?nèi)叩倪B接是動(dòng)力工作單元與功率單元之間連有復(fù)合閥單元。其特征在于所述的復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)包含有控制電動(dòng)機(jī)(2)轉(zhuǎn)速的變頻單元，所述的復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)還包含有控制調(diào)速系統(tǒng)的電腦單元，控制功率單元的變頻單元受控于電腦單元，以及為電腦(11)提供作動(dòng)缸(7)活塞(14)位置信號(hào)的位置傳感器單元。
2.如權(quán)利1所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的變頻單元中的變頻器(1)的一端接于工頻電源，其輸出端接于功率單元中的電動(dòng)機(jī)(2)。
3.如權(quán)利1所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述功率單元中的電動(dòng)機(jī)(2)受控于變頻器單元中的變頻器(1)，其輸出軸與動(dòng)力泵(3)相連。所述功率單元中的動(dòng)力泵(3)的進(jìn)油管與油箱(8)相連，動(dòng)力泵(3)的出油管與復(fù)合閥單元相連。
4.如權(quán)利1所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的復(fù)合閥單元中的電液比例節(jié)流閥(4)的進(jìn)油口和電液比例溢流閥(5)的進(jìn)油口與動(dòng)力泵(3)的出油管相連。所述的電液比例溢流閥(5)中的右端控制油管(15)的一端與溢流閥(5)的進(jìn)油管相通，另一端與溢流閥(5)的先導(dǎo)閥(52)的右端相通，溢流閥(5)的左端控制油管(13)的一端與節(jié)流閥(4)的出油管相連，另一端與溢流閥(5)的先導(dǎo)閥(52)的左端相通。所述的節(jié)流閥(5)的出油管與動(dòng)力工作單元相連。
5.如權(quán)利1所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的動(dòng)力工作單元中的換向閥(6)的進(jìn)油管與復(fù)合閥單元中的電液比例節(jié)流閥(4)的出油管相連，換向閥(6)的出油管與作動(dòng)缸(7)的左右腔相連。
6.一種變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速方法，其特征在于受控于作動(dòng)缸(7)中的活塞(14)運(yùn)動(dòng)的位置傳感器單元發(fā)出位置信號(hào)，位置信號(hào)由繼電器回路轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，傳遞至電腦單元，電腦單元得到這電信號(hào)后，經(jīng)信號(hào)處理輸出二個(gè)信號(hào)，其中一信號(hào)傳輸給復(fù)合閥單元中的電液比例溢流閥(5)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。電腦單元輸出的另一信號(hào)傳至復(fù)合閥單元中的電液比例節(jié)流閥(4)，控制系統(tǒng)的流量。同時(shí)該信號(hào)傳遞給變頻單元，變頻單元經(jīng)分析處理后，輸出信號(hào)給功率單元，功率單元受控后提供相應(yīng)的流量。該流量經(jīng)過復(fù)合閥單元流入動(dòng)力工作單元。電腦單元還同時(shí)發(fā)電信號(hào)給動(dòng)力工作單元中的換向閥(6)的左右電磁鐵線圈(61)和(62)，調(diào)節(jié)流入動(dòng)力工作單元的流量進(jìn)入動(dòng)力工作單元的作動(dòng)缸(7)的左右腔，從而完成作動(dòng)缸(7)合符要求的工況。
7.如權(quán)利要求6所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速方法，其特征在于所述的電腦單元的程控器或?qū)Ｓ秒娔X(11)得由位置傳感器傳來的電壓信號(hào)后，立即把存貯在內(nèi)部一定區(qū)域的兩個(gè)數(shù)據(jù)D1和D2調(diào)出，按系統(tǒng)壓力和流量的百分?jǐn)?shù)計(jì)算出實(shí)際所需要的壓力和流量，計(jì)算按以下公式進(jìn)行P＝D1Q＝Qmax×D2/100由壓力和流量值計(jì)算出信號(hào)電流值I1＝I01＋(Imax-I01)(Pmax-P)/(Pmax-Pmin)I2＝I02＋(Imax-I02)Q/Qmax
8.如權(quán)利要求7所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速方法，其特征在于所述的電流信號(hào)I1，引至電液比例溢流閥(5)的比例電磁鐵線圈(51)，比例電磁鐵線圈(51)受該信號(hào)I1后具有一定的推力，系統(tǒng)的流量壓力與該推力比較后動(dòng)作于電液比例溢流閥(5)的主閥芯。
9.如權(quán)利要求7所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速方法，其特征在于所述的電流信號(hào)I2引至電液比例節(jié)流閥(4)的比例電磁鐵線圈(41)，調(diào)節(jié)電液比例節(jié)流閥(4)的閥芯的開口度，使之產(chǎn)生相應(yīng)的流阻。
10.如權(quán)利要求7所述的變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速方法，其特征在于所述的電流信號(hào)I2同時(shí)引至變頻單元中的變頻器(1)的信號(hào)輸入端，變頻器(1)根據(jù)電流信號(hào)I2，內(nèi)部信號(hào)分析后輸出控制信號(hào)KI2，電動(dòng)機(jī)(2)在該信號(hào)KI2下帶動(dòng)動(dòng)力泵(3)，使動(dòng)力泵(3)的轉(zhuǎn)速達(dá)到按以下公式計(jì)算出的值n＝(nmax-nmax)KI2/(Imax-Imin)
全文摘要
本發(fā)明是一種變頻與電液比例技術(shù)復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)和方法,其控制原理是:由位置傳感器(12)動(dòng)作于繼電器回路,轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)傳給電腦單元,再由電腦單元發(fā)出電流信號(hào)I
文檔編號(hào)G05D7/00GK1332397SQ0112652
公開日2002年1月23日 申請(qǐng)日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者翁振濤, 凌俊杰, 方曙光 申請(qǐng)人:寧波華液機(jī)器制造有限公司