一种多单柱塞泵重组控制非对称液压缸的闭式液压系统

摘要

一种多单柱塞泵重组控制非对称液压缸的闭式液压系统，包括油箱、液压缸、两单向阀、两安全阀和多组单柱塞泵；该多组单柱塞泵的第一进出油口均与大腔油口相连通，其中至少两组单柱塞泵的第二进出油口与小腔油口相连通，其余组的单柱塞泵的第二进出油口与油箱连通以补偿液压缸的流量差；两单向阀的出口分别与大腔油口和小腔油口相连，两单向阀的进口与油箱连通；两安全阀的进口分别与大腔油口和小腔油口相连，两安全阀的出口与油箱连通。本发明结构简单，可靠性高、具有较小的输出流量压力脉动。

说明书

技术领域

本发明涉及液压缸控制领域，特别是一种多单柱塞泵重组控制非对称液压缸的闭式液压系统。

背景技术

液压传动因具有功率密度大、易实现直线运动等优点被广泛应用于各大工业领域。但现有液压传动系统往往存在效率低下的问题，其中，节流损失是造成液压系统低效率的主要因素之一。传统闭式泵控液压系统采用传统闭式柱塞泵直接驱动单个执行器，通过控制传统变量泵的排量及转速来控制执行器的速度。由于系统采用容积控制取代了节流控制，因此，系统节流损失得以消除，进而大大提高了系统的能效。

泵控非对称缸液压系统一直是国内外专家学者的研究热点和难点所在。非对称缸由于活塞两腔面积不同，造成两腔液压油进出流量不等。而传统泵控系统所用的驱动泵多为传统柱塞泵，传统柱塞泵一般采用一个缸体内同时集成多个柱塞，多个柱塞通过缸体和斜盘等机械结构耦合在一起，不能独立控制，多个柱塞同时按某种规律联动，共同完成吸油和排油。因此，为保证非对称缸的有效运行，往往需在液压系统中引入额外的小排量补油泵和补油控制阀进行补油，大大增加了液压系统的复杂性和设计难度。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种结构简单、可靠性高，可提高液压缸运动特性的多单柱塞泵重组控制非对称液压缸的闭式液压系统。

本发明采用如下技术方案：

一种多单柱塞泵重组控制非对称液压缸的闭式液压系统，包括油箱和液压缸，该液压缸设有大腔油口和小腔油口，其特征在于：包括两单向阀、两安全阀和多组单柱塞泵；该多组单柱塞泵的第一进出油口均与大腔油口相连通，其中至少两组单柱塞泵的第二进出油口与小腔油口相连通，其余组的单柱塞泵的第二进出油口与油箱连通以补偿液压缸的流量差；两单向阀的出口分别与大腔油口和小腔油口相连，两单向阀的进口与油箱连通；两安全阀的进口分别与大腔油口和小腔油口相连，两安全阀的出口与油箱连通。

优选的，所述单柱塞泵包括电机、传动机构、柱塞缸体、活塞和四个换向阀；该柱塞缸体设有四个进出口；四个换向阀的P口分别与该四个进出口相连，其中两换向阀的T口相连并作为第一进出油口，另外两换向阀的T口相连作为第二进出油口；该活塞活动地设置于该柱塞缸体内并与传动机构相连；该电机连接驱动传动机构动作带动柱塞移动。

优选的，包括有四组单柱塞泵，该四组单柱塞泵的第一进出油口均与所述大腔油口相连通；其中两组单柱塞泵的第二进出油口与所述小腔油口相连通，其余两组的单柱塞泵的第二进出油口与所述油箱连通。

优选的，当所述液压缸被控制向右移动，使得大腔油口进油量大于小腔油口出油量，则控制所述小腔油口液压油经所述第二进出油口进入所述其中至少两组单柱塞泵，而后经所述第一进出油口进入大腔油口；再控制所述油箱补油，该液压油经其余组的单柱塞泵的第二进出油口进入所述其余组单柱塞泵，而后经所述第一进出油口进入大油腔油口。

优选的，当所述液压缸被控制向左移动，使得大腔油口出油量大于小腔油口进油量，则控制所述大腔油口液压油经所述第一进出油口进入所述多组单柱塞泵，而后经所述第二进出油口进入小腔油口和油箱。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、较小的输出流量压力脉动

本发明采用多组单柱塞泵并联的重组结构方式驱动液压缸，各个单柱塞泵之间不存在机械耦合。通过对各个单柱塞泵的活塞按照一定运动规律进行控制，可降低甚至消除流量压力输出脉动，提高液压缸的运动特性；

2、结构简单，可靠性高

本发明的液压系统采用多个单柱塞泵并联驱动非对称的液压缸，其中部分单柱塞泵的第二进出油口连接油箱，通过该部分单柱塞泵对液压缸大腔油口进行补油，不再需要额外的补油装置，具有结构简单，实现方便等特点；且当该液压系统中若有单柱塞泵出现故障，可通过其他柱塞泵的重新组合工作，保证系统持续运行，具有较高的可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明单柱塞泵活塞运动曲线图；

其中：10为油箱，20为液压缸，A为大腔油口，B为小腔油口，30为单向阀，40为安全阀、I为第一组单柱塞泵，II为第二组单柱塞泵，III为第三组单柱塞泵，IV为第四组单柱塞泵，51为电机，52为传动机构，53为柱塞缸体，54为活塞，55a为第一换向阀，55b为第二换向阀，55c为第三换向阀，55d为第四换向阀，56为第一进出油口，57为第二进出油口。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图1，一种多单柱塞泵重组控制非对称液压缸的闭式液压系统，包括油箱10和液压缸20，该液压缸20为非对称液压缸，其设有大腔油口A和小腔油口B。还包括有两单向阀30、两安全阀40和多组单柱塞泵。该多组单柱塞泵的第一进出油口56均与大腔油口A相连通，其中至少两组单柱塞泵的第二进出油口57与小腔油口B相连通，其余组的单柱塞泵的第二进出油口57与油箱10连通以补偿液压缸20的流量差；两单向阀30的出口分别与大腔油口A和小腔油口B相连，两单向阀30的进口与油箱10连通，两单向阀30用于在液压缸20运动过程中当油路出现吸空时进行补油；两安全阀40的进口分别与大腔油口A和小腔油口B相连，两安全阀40的出口与油箱10连通，两安全阀40用于限制系统最高压力，当液压系统压力高于安全阀设定阈值时，高压油直接通过安全阀40回油箱，从而防止系统压力过高。

本发明中采用四组单柱塞泵，每组单柱塞泵包括电机51、传动机构52、柱塞缸体53、活塞54和四个换向阀。该柱塞缸体53设有四个进出口，其中两个进出口位于顶部两边，其余两个位于底部两边。四个换向阀的P口分别与该四个进出口相连，其中第一、第二换向阀55a、55b的T口相连并作为第一进出油口56，第三、第四换向阀55c、55d的T口相连并作为第二进出油口57。该活塞54活动地设置于该柱塞缸体53内，并与传动机构52相连。该电机51连接驱动传动机构52动作带动活塞54相对柱塞缸体53上下移动。该四组单柱塞泵的第一进出油口56均相连，其中第一组单柱塞泵I和第二组单柱塞泵II的第二进出油口57与小腔油口B相连通，第三组单柱塞泵III和第四组单柱塞泵IV的第二进出油口57与油箱10连通。

第一组单柱塞泵I工作原理如下：当电机51通过传动机构52带动活塞54向上运动时，若第一、第三换向阀55a、55c工作于左工位，第二、第四换向阀55b、55d工作于右工位，此时液压油由单柱塞泵第二进出油口57流入，经第四换向阀55d流入柱塞缸体53下腔，由柱塞缸体53上腔经第一换向阀55a从单柱塞泵的第一进出油口56流出；当电机51通过传动机构52带动活塞54向下运动时，若第一、第三换向阀55a、55c工作于右工位，第二、第四换向阀55b、55d工作于左工位，此时液压油由单柱塞泵第二进出油口57流入，经第三换向阀55c流入柱塞缸体53上腔，由柱塞缸体53下腔经第二换向阀55b从单柱塞泵第一进出油口56流出；当电机51通过传动机构52带动活塞54向上运动时，若第一、第三换向阀55a、55c工作于右工位，第二、第四换向阀55b、55d工作于左工位，此时，液压油由单柱塞泵的第一进出油口56流入，经第二换向阀55b流入单柱塞缸体53下腔，由柱塞缸体53上腔经第三换向阀55c从单柱塞泵的第二进出油口57流出；当电机51通过传动机构52带动活塞54向下运动时，若第一、第三换向阀55a、55c工作于左工位，第二、第四换向阀55b、55d工作于右工位，此时，液压油由单柱塞泵的第一进出油口56流入，经第一换向阀55a流入柱塞缸体53上腔，由柱塞缸体53下腔经第四换向阀55d从单柱塞泵的第二进出油口57流出。

第二组单柱塞泵II、第三组单柱塞泵III、第四组单柱塞泵IV的工作原理与第一组单柱塞泵I的原理相同。

液压系统工作过程中，由于液压缸20两腔有效面积不同，导致大腔油口A的进(出)油量较小腔油口B的出(进)油量大。因此，为保证液压缸20的有效工作，当液压缸20向右运动时，需采用第一组单柱塞泵I和第二组单柱塞泵II将液压缸20的小腔中的液压油输送至液压缸20大腔，同时，还需采用第三组单柱塞泵III和第四组单柱塞泵IV通过油箱10对液压缸20大腔进行补油。当液压缸20向左运动时，采用第一组单柱塞泵I和第二组单柱塞泵II将液压缸20大腔中的部分液压油输送至液压缸20小腔的同时，还需采用第三组单柱塞泵III和第四组单柱塞泵IV将液压缸20大腔中的剩余液压油输送至油箱10中。该液压系统具体工作流程如下：

当液压缸20向右运动时，液压缸20的大腔油口A进油量大于小腔油口B出油量。此时，液压缸20小腔中的液压油经由小腔油口B流出，经第一组单柱塞泵I、第二组单柱塞泵II的第二进出油口57流入，由第一组单柱塞泵I、第二组单柱塞泵II的第一进出油口56流出，经大腔油口A流入液压缸20的大腔中。由于液压缸20的大腔油口A进油量大于小腔油口B出油量，因此，还需第三组、第四组单柱塞泵III、IV进行补油，该部分液压油通过油箱10经第三组、第四组单柱塞泵III、IV的第二进出油口57流入，由第三组、第四组单柱塞泵III、IV的第一进出油口56流出，经大腔油口A流入液压缸20的大腔中。

当液压缸20向左运动时，液压缸20的大腔油口A出油量大于小腔油口B进油量。此时，液压缸20大腔中的液压油经由大腔油口A流出，由第一组、第二组单柱塞泵I、II的第一进出油口56流入，由单柱塞泵I、II的第二进出油口57流出，并经液压缸20的小腔油口B流入液压缸20的小腔中。由于液压缸20的大腔油口A出油量大于小腔油口B进油量，因此，液压缸20的大腔流出的液压油除了部分流入液压缸20的小腔之外，还有部分将通过第三组、第四组单柱塞泵III、IV直接流回油箱10，该部分液压油从液压缸20大腔流出，经第三组、第四组单柱塞泵III、IV的第一进出油口56流入，由第三组、第四组单柱塞泵III、IV的第二进出油口57流入油箱10。

两单向阀30作为被动补油阀，用于当液压缸20运动过程中油路出现吸空时，对液压系统吸空油路进行被动补油。两安全阀40用于限制液压系统最高油压，当液压缸20运动过程中系统压力高于安全阀压力设定阈值时，高压油路的液压油将通过安全阀40直接流回油箱，进而防止系统压力过高。

第一组至第四组单柱塞泵I、II、III和IV的输出流量大小由对应的单柱塞泵活塞54运动频率决定。第一组单柱塞泵I和第二组单柱塞泵II组合工作，第三组单柱塞泵III和第四组单柱塞泵IV组合工作，分别按照图2所示运动规律进行运动可实现无流量压力脉动液压油输出，其中v为活塞运动速度；t为时间，曲线a与曲线b幅值、周期相同，而曲线a相位超前于曲线b180°。

第一组单柱塞泵I和第二组单柱塞泵II组合工作，用于控制液压缸20的运动速度，第三组单柱塞泵III和第四组单柱塞泵IV组合工作用于对液压缸20的流量差进行补油或将多余液压油导入油箱10。液压缸20的两腔流量差可通过液压缸20活塞的运动速度和两腔有效面积差进行求解。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。