基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)，包括液壓泵，蓄能器，插裝式液壓元件，液壓缸，連接管路，其特征是：所述液壓回路是基于矩陣排列所構成的，由“列”和“行”的相互垂直的液壓管路交錯排列，在矩陣的行列交點上設置插裝式液壓元件。其優(yōu)點是：利用矩陣形式靈活搭建回路，依據(jù)執(zhí)行器的不同負載工況，實現(xiàn)在系統(tǒng)動態(tài)壓力-流量匹配，減少系統(tǒng)溢流和節(jié)流損失，提高傳動效率；動態(tài)地自由地接入蓄能器，進行能量回收，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能；通過傳感裝置在液壓系統(tǒng)運行過程中自動檢測并排除故障，提高了液壓系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于液壓機【技術領域】，涉及一種基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，大型液壓機在國內(nèi)的應用越來越多，而液壓機所存在的問 題是液壓機工況多，液壓系統(tǒng)設計往往按最大流量和壓力設計，而大部分時間液壓機工作 在部分載荷區(qū)，造成較大的能量損失。另外，液壓機為單臺套設備，其系統(tǒng)出現(xiàn)問題停機維 修會帶來很大的經(jīng)濟損失，故尋求考慮全工況的，壓力和流量盡可能匹配負載的新型節(jié)能 和冗余系統(tǒng)成為當務之急。
[0003] 專利號為ZL 201320407139. 9 -文中提出了一種多功能可擴展節(jié)能型液壓集成 回路。該文中針對現(xiàn)有液壓系統(tǒng)回路中存在的液壓回路功能單一、不可逆，傳動效率低、系 統(tǒng)回路集成化程度不高以及系統(tǒng)回路冗余性差的缺陷，提出了這種新型液壓系統(tǒng)回路，該 系統(tǒng)回路能夠在克服傳統(tǒng)液壓回路的缺點的同時還具備多功能、節(jié)能，并且是一種可擴展 的液壓集成回路。
[0004] 然而該文中對該液壓集成回路只進行定義以及功能性研宄，未利用該回路實現(xiàn)某 個完整的液壓系統(tǒng)回路設計。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是在多功能可擴展節(jié)能型液壓集成回路的基礎上，提供一種可實現(xiàn) 壓機功能的、可根據(jù)需要進行壓力和流量匹配的且具有一定冗余功能的基于矩陣回路的液 壓機液壓系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明包括液壓泵，蓄能器，插裝式液壓元件，液壓缸，連接管路，所述液壓回路是 基于矩陣排列所構成的，由"列"和"行"的相互垂直的液壓管路交錯排列，在矩陣的行列 交點上設置插裝式液壓元件，所述插裝式液壓元件是壓力控制插裝式液壓元件，流量控制 插裝式液壓元件以及方向控制插裝式液壓元件。
[0008] 在所述"列"上分別與動力源、蓄能器以及執(zhí)行器串聯(lián)。
[0009] 在所述"行"上分別串聯(lián)一個溢流閥，并且每行固定的與特定壓力等級的蓄能器串 聯(lián)，以實現(xiàn)壓力分級。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：
[0011] 1、系統(tǒng)效率高：傳統(tǒng)液壓機液壓系統(tǒng)能耗嚴重，而在液壓矩陣回路系統(tǒng)中泵是系 統(tǒng)的動力輸入源，蓄能器看作是系統(tǒng)的儲能源，通過多泵和儲能源的靈活搭配，形成具有不 同流量、壓力輸出特性且有一定能量儲備能力的分級液壓源。利用矩陣回路靈活搭建回路， 依據(jù)執(zhí)行器的不同負載工況需求，實現(xiàn)在系統(tǒng)動態(tài)壓力-流量匹配，減少系統(tǒng)溢流和節(jié)流 損失，解決了傳統(tǒng)液壓機液壓系統(tǒng)的傳動效率低下的問題。
[0012] 2、系統(tǒng)可回收能量，實現(xiàn)節(jié)能：在工作中根據(jù)液壓系統(tǒng)能量流動以及利用設備重 力勢能的情況，可動態(tài)的自由地接入蓄能器，進行能量回收，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。3、系統(tǒng)可靠性 高：由于液壓矩陣回路中的聯(lián)接是動態(tài)的，為較重要或易損壞的閥設計冗余度，在執(zhí)行某一 動作時可實現(xiàn)多種連接方式，通過傳感裝置在液壓系統(tǒng)運行過程中自動檢測并排除故障， 因此大大提高了液壓系統(tǒng)的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0014] 圖2是液壓機負載分析圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明的液壓機液壓系統(tǒng)組成示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明的液壓機電磁鐵順序動作圖。
[0017] 圖中：1代表泵組，包括定量泵以及變量泵的組合，2代表蓄能器組，包括不同壓力 等級的蓄能器，3代表執(zhí)行器組，包括液壓缸以及液壓馬達，4代表插裝閥原件，5代表油箱， 6代表常鍛快下工況，7代表常鍛及快鍛的壓下工況，8代表常鍛的保壓及泄壓工況，9代表 常鍛及快鍛的回程工況，10代表常鍛快下階段，11代表常鍛加壓及保壓階段，12代表常鍛 回程階段，13代表快鍛壓下，14代表快鍛回程HP代表高壓，MP代表中壓，LPl和LP2代表低 壓，OR代表回油。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0019] 參照附圖，本發(fā)明包括液壓矩陣回路，液壓矩陣回路是基于矩陣排列所構成，行列 自由組合，行列交點以插裝式液壓元件為主的新型液壓回路，圖1是液壓回路的典型結構， 各自對應的壓力范圍如圖所示。"列"和"行"相互垂直交錯，在每"行"上串聯(lián)一個溢流閥， 通過調(diào)定溢流閥實現(xiàn)壓力分級；"列"上根據(jù)需要分別與動力源或者蓄能器或者執(zhí)行器串 聯(lián)，這樣根據(jù)不同工況，通過控制矩陣回路中的液壓閥啟閉，靈活接通不同行列，實現(xiàn)了多 級壓力-流量動態(tài)匹配。本發(fā)明根據(jù)負載特性，設多個壓力等級，圖1所示的系統(tǒng)分為HP， MP，LP1，LP2和OR5個壓力等級。
[0020] 對壓機工況進行分析，如圖2所示，橫軸為速度，縱軸為負載力，其中6部分代表常 鍛快下工況，7部分為常鍛及快鍛的壓下工況，8部分代表常鍛的保壓及泄壓工況，9部分代 表常鍛及快鍛的回程工況，圖中各參數(shù)含義如下：
[0021] Fl--負載力
[0022] X--速度
[0023] A1 主缸面積
[0024] A2--回程缸面積
[0025] Qchange一"決下時充液蓄能器流量
[0026] Qp一一常鍛快下時泵的流量
[0027] α--面積比 A2ZA1
[0028] Q' lmax--快鍛壓下最大流量
[0029] Qr Average--快鍛壓下平均流量
[0030] Q2--常鍛回程所需流量
[0031] Pamax pHmax>35MPa
[0032] pH--20MPa〈pH〈35MPa
[0033] pLM--lMPa<pLM< IOMPa
[0034] pM--10MPa〈pM〈20MPa
[0035] 常鍛工況下，壓機負載具有多樣性與大時變性，以及主缸和回程缸10倍之差的面 積比，每個工作循環(huán)中，下行以及回程過程中所需流量相差較大；在快鍛工況下，回程缸總 是處于高壓小流量狀態(tài)，工作缸處于低壓大流量狀態(tài)。故本發(fā)明根據(jù)負載劃分為4個不同 壓力等級，根據(jù)系統(tǒng)的速度與工況要求通過選用不要排量的泵和蓄能器組合實現(xiàn)流量分 級。
[0036] 具體實施過程中，優(yōu)選的實施方式為在滿足各工況下完成各動作時，構成某一液 壓回路油液流經(jīng)最少拐點，及打開最少的閥。當系統(tǒng)某些閥發(fā)生故障后，可以選擇次優(yōu)的實 施方式，在故障閥所在行列各選一點，加上與該兩點正交的另一個非故障點，這樣增加兩個 拐點使回路正常連接，從而使系統(tǒng)動作順利完成。
[0037] 基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)基本單元組成如圖3所示，圖中HP代表高壓，MP 代表中壓，LP代表低壓，OR代表回油，CP代表流量控制型變量泵，閥DT表示電磁鐵，是用來 控制回路中該交叉點的通斷狀態(tài)，SV是比例電磁鐵，用來控制該交叉點的比例閥，最右面一 列與各行交叉點安放溢流閥以調(diào)節(jié)各行不同壓力。圖4為液壓機電磁動作順序表，其中RF 代表常鍛，F(xiàn)F代表快鍛，10代表常鍛快下階段，11代表常鍛加壓及保壓階段，12代表常鍛回 程階段；13代表快鍛壓下，14代表快鍛回程。
[0038] 根據(jù)不同工況選用一臺流量控制型變量泵，兩臺定量泵以及高、中、低壓三個蓄能 器，兩臺定量泵輸出流量分別為回程所需流量Q 2和快鍛時所需的平均流量V laverage^M 控制泵的最大流量由常鍛壓下時的流量減去％和V lav"age，用于鐓粗階段，通過速度反饋 實時調(diào)節(jié)流量滿足滿載低速的要求；其中低壓蓄能器用于常鍛快下充液，高壓蓄能器用于 快鍛回程，中壓蓄能器用于快鍛下行提供負輔助動力源，通過電子控制裝置實現(xiàn)設備動作。
[0039] 如圖4電磁鐵動作順序表，常鍛快下時電磁鐵6DT，7DT、17DT、18DT、SV1、SV2動作， CP泵和HP定量泵雙泵同時供油，低壓蓄能器充液，液壓缸差動連接，回程缸油液流入主缸 實現(xiàn)快下，到達一定行程關掉6DT，7DT和SV2,蓄能器停止供油，實現(xiàn)減速。工進時17DT、 18DT、SVl、SV4動作，CP泵和HP定量泵供油，到達保壓階段3DT動作，HP定量泵卸荷，減少 進入系統(tǒng)中的流量，CP泵工作，匹配系統(tǒng)流量和壓力輸出。回程時1DT、7DT、13DT、SV2、SV3 動作，CP泵卸荷，HP定量泵給回程缸供油回程，主缸油液回低壓蓄能器?？戾懴滦袝r9DT、 IIDT、12DT、14DT、SV3動作，MP定量泵和中壓蓄能器向主缸供油，回程缸油液進入高壓蓄能 器，回程時2DT、11DT、12DT、14DT、SV3動作，MP定量泵卸荷，高壓蓄能器向回程缸供油，主缸 油液回中壓蓄能器。以上實施方式為各動作時的優(yōu)選實施方式，當系統(tǒng)某些閥發(fā)生故障后， 比如SVl發(fā)生故障，可用20DT代替，SV2發(fā)生故障后，可用8DT代替，也可以選擇增加兩拐 點繞過該閥，而使系統(tǒng)動作順利完成，提高系統(tǒng)可靠性。
[0040] 此外，在系統(tǒng)工作過程中，在不同壓力階段，靈活地打開不同壓力級別的蓄能器所 連接的閥，如根據(jù)圖2負載分析圖第8部分，在卸壓不同壓力階段依次接通高中低壓蓄能 器，可實現(xiàn)系統(tǒng)能量回收。
[0041] 本發(fā)明的技術方案并不局限于所述實施方式，若他人的設計與本發(fā)明中液壓管路 "行"，"列"互換，或所分壓力等級范圍有些許不同，或壓力等級個數(shù)不同，不應視為與本發(fā) 明有所差別。
【權利要求】
1. 一種基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)，包括液壓泵，蓄能器，插裝式液壓元件，液壓 缸，連接管路，其特征在于：所述液壓回路是基于矩陣排列所構成的，由"列"和"行"的相互 垂直的液壓管路交錯排列，在矩陣的行列交點上設置插裝式液壓元件。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)，其特征在于：所述插 裝式液壓元件是壓力控制插裝式液壓元件，流量控制插裝式液壓元件以及方向控制插裝式 液壓元件。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)，其特征在于：在"列" 上分別與動力源、蓄能器以及執(zhí)行器串聯(lián)。
4. 根據(jù)權利要求1、2所述的一種基于矩陣回路的液壓機液壓系統(tǒng)，其特征在于：在 "行"上分別串聯(lián)一個溢流閥，并且每行固定的與特定壓力等級的蓄能器串聯(lián)，實現(xiàn)壓力分 級。
【文檔編號】B30B1/32GK104454672SQ201410705165
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】姚靜, 曹曉明, 李彬 申請人:燕山大學