一種液壓蓄能器壓力主動控制系統及控制方法與流程
2023-06-27 00:25:06 1
本發明涉及一種以電液氣控制技術為特徵的壓力控制系統，尤其是涉及一種液壓蓄能器壓力主動控制系統。
背景技術：
隨著世界範圍內能源短缺和環境汙染問題的日趨嚴重，研究工程機械的能量回收具有重要的現實意義。液壓挖掘機是一種功率比較大的工程機械，但是其能量的總利用率較低，因此能量回收技術得到了各方面的關注。
根據能量儲存元件的類型，目前應用於工程機械場合的能量回收形式可分成電氣式和液壓式。其中液壓式能量回收由於其功率密度大、可快速儲存和釋放壓力油、結構簡單而受到廣泛的應用研究，其儲能元件主要選用液壓蓄能器，目前採用液壓蓄能器進行能量回收技術較為成熟，且適用於負載波動大的場合。液壓式能量回收方式廣泛應用於機械臂下降勢能回收和再利用。其工作原理為：液壓蓄能器與機械臂油缸的無杆腔連接，當機械臂下降時，重力勢能轉化為液壓缸無杆腔的液壓能，進入液壓蓄能器回收儲存；當機械臂上升時，液壓蓄能器儲存的液壓能直接釋放到液壓缸無杆腔，輔助提升負載，或者釋放到液壓泵出油口，與液壓泵合流共同驅動負載，以減小液壓泵輸出功率，從而實現可回收能量的再利用。
在液壓式能量回收方式中，液壓蓄能器對系統的能量回收效率和利用效率起主要作用，當液壓蓄能器處於能量回收狀態時，隨著機械臂的下降過程，液壓蓄能器壓力逐漸升高，當壓力升高至機械臂重力不足以克服無杆腔壓力時，機械臂的下降速度將會受到影響，因此，為避免機械臂下降速度受影響，通常都會限制液壓蓄能器最高回收壓力；當液壓蓄能器處於能量釋放狀態時，隨著壓力油的釋放，液壓蓄能器壓力逐漸降低，當液壓蓄能器壓力低於液壓系統迴路壓力時，其所儲存的壓力油則難以釋放，有些情況甚至是迴路的壓力一開始就高於液壓蓄能器壓力，則回收的能量沒有得到釋放再利用，從而影響了能量再利用率，同時，液壓蓄能器儲存的壓力油沒有得到及時的釋放再利用，則會影響到下一周期能量回收效率，以此造成惡性循環。由此，當前的液壓蓄能器壓力均受系統壓力被動控制，能量回收效率和再利用率也受到了限制。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明針對液壓蓄能器的壓力主動控制問題，其主要目的是提供一種液壓蓄能器壓力主動控制系統，該系統能有效解決液壓蓄能器回收和釋放壓力受迴路壓力和氣囊壓力影響的問題，提高液壓式能量回收效率和再利用率。
為實現上述目的，本發明採用如下之技術方案：
一種液壓蓄能器壓力主動控制系統，包括有液壓蓄能器(1)、第一高速開關氣閥(2)、氣瓶(3)、第二高速開關氣閥(4)、增壓缸(5)、氣動換向閥(6)、控制器(7)；其中：
該液壓蓄能器(1)的進油腔與執行元件能量回收端連接；第一高速開關氣閥(2)的p1口和第二高速開關氣閥(4)的p2口均與液壓蓄能器(1)的氣囊腔連接；第二高速開關氣閥(4)的d2口與增壓缸(5)的大腔、二位二通氣動換向閥(6)的d3口連接；第一高速開關閥(2)的d1口和增壓缸(5)的小腔均與氣瓶(3)的進氣口連接；二位二通氣動換向閥(6)的出氣口與大氣相通。
作為一種優選方案，所述第一高速開關氣閥(2)為電控。
作為一種優選方案，所述第二高速開關氣閥(4)為電控。
作為一種優選方案，液壓蓄能器(5)的油腔和氣囊腔、氣瓶(7)的進氣口均安裝有壓力傳感器。
作為一種優選方案，增壓缸的大腔和小腔均裝有位移傳感器。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知：
通過在液壓蓄能器的氣囊腔增加了氣壓調節裝置，控制液壓蓄能器氣囊腔氣體與氣瓶間的連接關係，從而主動控制液壓蓄能器壓力。當液壓蓄能器處於能量回收狀態時，利用第二高速開關氣閥和增壓缸將液壓蓄能器氣囊內的氣體回充至氣瓶中，從而維持液壓蓄能器液體腔處於一恆定的設定壓力值，解決了因液壓蓄能器壓力升高影響執行元件速度操控性能的不足之處，同時提高了液壓蓄能器的能量回收效率。
當液壓蓄能器處於壓力油釋放狀態時，隨著液壓油的釋放，液壓蓄能器液體腔壓力逐漸降低，當壓力低於釋放迴路壓力時，則液壓蓄能器將停止釋放液壓油，此時氣瓶中的高壓氣體通過第一高速開關氣閥進入液壓蓄能器的氣囊腔，控制液壓蓄能器壓力處於恆定的壓力設定值，避免了壓力油釋放困難的問題，提高了能量使用率。
為更清楚地闡述本發明的結構特徵和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本發明進行詳細說明：
附圖說明
圖1是本發明的結構原理圖；
圖2是本發明之較佳實施例的結構原理圖；
附圖標識說明：
1、液壓蓄能器2、第一高速開關氣閥
3、氣瓶4、第二高速開關氣閥
5、增壓缸6、二位二通氣動換向閥
7、控制器8、定量泵
9、溢流閥10、單向閥
11、機械臂液壓缸
具體實施方式
參照圖2所示，其顯示出了本發明之較佳實施例的具體結構，包括有液壓蓄能器(1)、第一高速開關氣閥(2)、氣瓶(3)、第二高速開關氣閥(4)、增壓缸(5)、二位二通氣動換向閥(6)、控制器(7)、定量泵(8)、溢流閥(9)、單向閥(10)、機械臂液壓缸(11)；其中：
該液壓蓄能器(1)包括一腔體，腔體內一側為可伸縮的氣囊腔，氣囊腔外的其餘腔體部分為油腔。
該液壓蓄能器(1)的油腔與機械臂液壓缸(11)無杆腔、單向閥(10)連接；單向閥(10)進油口與定量泵(8)出油口、溢流閥(9)進油口連接；溢流閥(9)出油口與油箱連接；第一高速開關氣閥(2)的p1口和第二高速開關氣閥(4)的p2口均與液壓蓄能器(1)的氣囊腔連接；第二高速開關氣閥(4)的d2口與增壓缸(5)的大腔、二位二通氣動換向閥(6)的d3口連接；第一高速開關閥(2)的d1口和增壓缸(5)的小腔均與氣瓶(3)的進氣口連接；二位二通氣動換向閥(6)的出氣口與大氣相通。
參照圖2所示，詳述本實施例的工作原理如下：
氣瓶的初始壓力pi3為液壓系統的最大工作壓力。
壓力油回收過程：在液壓蓄能器氣囊腔設置第二高速開關閥(4)和增壓缸(5)，構成液壓蓄能器(1)能量回收過程的氣囊壓力調節單元。機械臂液壓缸(11)下降之前，給液壓蓄能器(1)氣囊預充一個與能量回收系統相匹配的充氣壓力p；機械臂液壓缸(11)下降過程中，機械臂舉升的重物勢能轉化為液壓缸無杆腔的壓力能，進入液壓蓄能器(1)的油腔，傳統系統中隨著機械臂的下降過程，進入液壓蓄能器(1)的壓力能增加，同時氣囊壓力也隨著升高，機械臂的下降速度受到了影響，當增加了氣囊壓力調節單元後，通過增壓缸(5)的增壓作用，使得氣囊中的氣體回充至氣瓶(3)，通過控制第二高速開關閥(4)的通斷，控制液壓蓄能器(1)氣囊壓力pi2始終等於預充壓力值p，杜絕了回收壓力油過程中液壓蓄能器(1)氣囊壓力pi2逐漸升高，導致液壓蓄能器(1)無法繼續回收系統多餘高壓油的情況發生；在此過程中第一高速開關閥(2)始終處於關閉狀態，同時，若在回收過程中增壓缸(5)小腔活塞已到達最右端位置，則此時第二高速開關閥(4)關閉，氣壓調節單元不起作用。
壓力油釋放過程：在液壓蓄能器(1)氣囊腔設置第一高速開關閥(2)和氣瓶(3)，構成液壓蓄能器(1)壓力油釋放過程的氣囊壓力調節單元。當機械臂上升時，液壓蓄能器(1)處於壓力油釋放過程，此時，a)當pi1＜pi2時，第一高速開關閥(2)關閉，液壓蓄能器(1)回收的壓力油能通過自身氣囊壓力實現釋放；b)當pi1＞pi2時，控制第一高速開關閥(2)通斷，使氣瓶(3)中的高壓氣體進入液壓蓄能器(1)氣囊，將壓力油壓向迴路，控制液壓蓄能器(1)氣腔壓力pi2始終大於液壓系統壓力pi1一定值，實現液壓蓄能器(1)回收壓力油的順利釋放及釋放過程的可控性；同時，若增壓缸(5)的小腔活塞未處於最右端位置，則二位二通氣動換向閥(6)左位工作，若增壓缸(5)的小腔活塞處於最右端位置，則氣動換向閥(10)右位工作，增壓缸的大腔與大氣相通，實現增壓缸的復位，以備下一周期的壓力油回收時使用，在此過程中第二高速開關閥(4)始終處於關閉狀態。
本發明過在液壓蓄能器氣囊腔增加了氣壓調節裝置，利用高速開關氣閥的通斷實現氣囊和氣瓶間的連接，利用增壓缸實現氣體的增加回收利用，克服因液壓蓄能器儲能壓力增高影響能量回收效率的難題，實現對液壓蓄能器壓力主動控制的目的。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明的技術範圍作任何限制，故凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。