防爆電控閉式泵及使用其時刻對發動機功率保持高利用率的控制方法

2023-05-01 03:36:06 1

防爆電控閉式泵及使用其時刻對發動機功率保持高利用率的控制方法
【專利摘要】本發明屬於閉式泵的【技術領域】，具體涉及一種防爆電控閉式泵及使用其時刻對發動機功率保持高利用率的控制方法，解決了現有閉式泵造成整機的發動機功率利用率低的問題。其包括泵體、電比例減壓閥和電氣控制系統，泵體上安裝有板式結構的過渡塊，泵體包括雙向柱塞變量泵、補油泵、伺服油缸以及多功能閥。控制方法為將防爆處理的電氣控制系統的終端執行元件-防爆電比例減壓閥通過過渡板與泵體連接，實現對閉式泵的電氣控制。本發明將精確的電液控制技術應用於井下有防爆要求的支架搬運車，使閉式泵時刻能在合理範圍內最大限度的利用發動機的功率，能適應不同工況或不同機型中泵與發動機的匹配，極大的拓展了閉式泵的通用性。
【專利說明】防爆電控閉式泵及使用其時刻對發動機功率保持高利用率的控制方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於閉式泵的【技術領域】，具體涉及一種防爆電控閉式泵及使用其時刻對發動機功率保持高利用率的控制方法。

【背景技術】
[0002]電液控制技術在工程機械領域已經逐漸成熟並且廣泛應用，儘管部分電液控制產品已申請煤礦安全認證，並在井下已經小範圍應用，如防爆電比例多路閥、防爆電磁閥等，而目前國內外還沒有已申請煤礦安全認證的防爆電控泵，限制了其在井下支架搬運車上的應用。現有支架搬運車行走驅動閉式泵均採用了傳統的純液壓控制，主要有德國力士樂公司A4VG系列DA泵,義大利SAM公司HCV系列HVA泵,德國Linde公司BVP系列Au控制泵。這些傳統使用純液壓控制的閉式泵為保證車輛在行駛過程中不熄火，降低了發動機的負荷率，發動機和泵的功率只在某一點上最為接近，發動機的功率利用率低，排放性能較差，同時液控閉式泵在與不同功率發動機匹配時，需要重新對泵內部參數進行調整，造成整機的發動機功率利用率低。


【發明內容】

[0003]本發明為了解決現有閉式泵造成整機的發動機功率利用率低的問題，提供了一種防爆電控閉式泵。
[0004]本發明採用如下的技術方案實現:
防爆電控閉式泵，包括泵體、電比例減壓閥和電氣控制系統，
所述的電器控制部分包括置於隔爆電控箱內的控制器、控制器輸入接線端、控制器輸出接線端及電子放大器，控制器輸入接線端連接系統工作壓力傳感器、泵模式選擇信號開關、電源、微動控制輸入信號、發動機轉速傳感器以及油門踏板位置傳感器，控制器輸出接線端連接放大器，放大器連接兩個防爆電比例減壓閥；
所述的泵體上安裝有板式結構的過渡塊，過渡板上開有三個油口，包括補油壓力油口Ps、控制泵正轉排量油口 Yl以及控制泵反轉排量油口 Y2 ;其中補油壓力油口 Ps連接兩個防爆電比例減壓閥的進油口 P，一個防爆電比例減壓閥的工作油口 Al與過渡塊的控制泵正轉排量油口 Yl相連，另一個防爆電比例減壓閥的工作油口 A2與過渡塊的控制泵反轉排量油口 Y2相連，兩個防爆電比例減壓閥的回油口 T引入液壓油箱；
所述的泵體包括雙向柱塞變量泵、補油泵、伺服油缸以及多功能閥，
所述的伺服油缸的活塞杆與雙向柱塞變量泵的變量斜盤鉸接，伺服油缸的兩個油口分別通過過渡塊的控制泵正轉排量油口 Yl以及控制泵反轉排量油口 Y2與兩防爆電比例減壓閥的工作油口相連；
所述的雙向柱塞變量泵與補油泵機械串聯連接，補油泵出口接過濾器，過濾器通過兩功能閥分別與雙向柱塞變量泵兩側油路連接，補油泵出口處並聯補油溢流閥通往油箱，過濾器也與過渡塊上的補油壓力油口 Ps連接；
多功能閥包括兩部分，每部分由壓力限制閥、高壓溢流閥和補油單向閥組成，高壓溢流閥和補油單向閥並聯後，靠近補油單向閥進油口端接補油泵出口過濾器，另一端與壓力限制閥的進油口並聯後，連接到雙向柱塞泵，兩部分分別與雙向柱塞泵的兩側油路連接，兩部分的壓力限制閥的出油口分別與伺服油缸的兩油口連接。
[0005]使用上述防爆電控閉式泵時刻對發動機功率保持高利用率的控制方法，其特徵在於:將防爆處理的電氣控制系統的終端執行元件-防爆電比例減壓閥通過過渡板與泵體連接，實現對閉式泵的電氣控制，其方法如下:
(1)將控制器、控制器輸入接線端、控制器輸出接線端及電子放大器置於隔爆電控箱中，
(2)泵模式選擇信號開關將相應的前進、後退或中位電位信號通過輸入接線端輸入到隔爆箱控制器中，對應兩防爆電比例減壓閥分別動作或者都不動作，決定變量泵斜盤的傾斜方向，實現車輛的前進、後退、停止；
(3)發動機轉速傳感器獲取發動機的轉速信號、油門踏板位置傳感器採集當前的加速踏板位置，分別輸入到控制器中，獲取發動機的實時工況，依據儲存在控制器中的發動機工作特性曲線和發動機的工況參數，對應得到當前狀態下發動機的最大輸出扭矩，結合系統工作壓力傳感器採集的液壓系統壓力信號，控制器中控制程序依據發動機與泵匹配計算公式，得到該工況下，發動機不超載並有一定動力儲備時，泵的最大排量，並通過控制器轉化為相應的電信號；
(4)將控制器轉化出的電信號通過輸出接線端輸入放大器，經信號放大後，通過防爆屏蔽電纜驅動防爆電比例減壓閥動作，輸出合適的壓力，從而控制閉式泵排量大小，進而決定車輛的運行速度；
(5)車輛重載下坡時，為保證車輛行駛速度平穩，通過微動控制人為幹預泵的排量，使車輛適應不同坡度穩速行駛要求，進行微動控制，由外部防爆電比例開關將模擬量信號輸入控制器中，其對泵排量控制的優先級最高的控制信號，通過控制器內部算法依據微動信號的大小對閉式泵排量進行適當的越權控制。
[0006]另外本領域技術人員可以通過現有方法更改寫入控制器中的程序，改變相關算法，從而適應不同工況或不同機型中泵與發動機的匹配。
[0007]本發明將防爆電氣控制系統通過防爆電比例減壓閥用於對閉式泵排量的控制，尤其是電控系統實時地根據發動機工況和液壓系統壓力，通過防爆電比例減壓閥，使泵達到該工況下的最大排量，時刻保持發動機較高的負荷率。調節泵的排量，根據所獲取的發動機的最大輸出扭矩和液壓系統的壓力，調節發動機的轉速、油門踏板的位置和液壓系統工作壓力等信息所得到的發動機的功率，控制系統在調節泵的排量使。
[0008]本發明主要應用於煤礦井下支架搬運車的全液壓行走驅動系統，將精確的電液控制技術應用於井下有防爆要求的支架搬運車，可有效解決現有支架搬運車用純液壓控制閉式泵發動機利用率低的問題，使閉式泵時刻能在合理範圍內最大限度的利用發動機的功率，通過更改寫入控制器中的程序，就能適應不同工況或不同機型中泵與發動機的匹配，極大的拓展了閉式泵的通用性，對實現產品的標準化及縮短產品開發周期有積極的意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發明結構示意圖，
圖2為本發明主體內部液壓原理圖，
圖3為本發明電器控制流程圖，
圖中:1泵體，2過渡塊，3防爆電比例減壓閥I，4液壓膠管，5液壓油箱，6電比例減壓閥II，7補油泵，8補油溢流閥，9多功能閥，10壓力限制閥，11高壓溢流閥，12發動機，13伺服缸，14雙向柱塞變量泵，15過濾器，16防爆電控箱，17電子放大器，18控制器，19控制器輸出接線端，20控制器輸入接線端，21油門踏板位置傳感器，22發動機轉速傳感器，23電比例開關(微動控制)，24電源,25泵模式選擇信號開關，26系統工作壓力傳感器，
Ps補油壓力油口，Yl控制泵正轉排量油口，Y2控制泵反轉排量油口，P防爆電比例減壓閥的進油口，Al電比例減壓閥I的工作油口，A2電比例減壓閥II的工作油口，T防爆電比例減壓閥的回油口。

【具體實施方式】
[0010]結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。
[0011]防爆電控閉式泵主要包括了柱塞變量泵、防爆電比例減壓閥等，將電控閉式泵的非防爆電控模塊與泵體分離，通過過渡塊將泵體的控制油引出，與外置的防爆電比例減壓閥連接，通過獲取發動機的轉速、油門踏板位置、系統工作壓力大小等電信號，經過相關換算，轉化為電比例減壓閥的電壓信號，控制防爆電比例減壓閥的輸出壓力，從而控制泵的排量，不斷調整發動機的負載，達到充分利用發動機功率的目的。
[0012]圖1為防爆電控泵的結構圖。
[0013]⑴板式結構的過渡塊2，安裝在泵體I上，將控制泵排量的油口引至電比例減壓閥3，有利於簡便的實現電控泵的隔爆處理。
[0014]⑵過渡塊2上的Y1、Y2 口為比例控制閉式泵雙向變量的油口。
[0015]⑶過渡塊2在與閉式泵裝配時，應加裝O型圈密封，保證兩者之間沒有洩露。
[0016]⑷對已有產品電比例減壓閥3做防爆處理，並申請煤礦安全認證，其輸出壓力變化範圍與控制泵排量的壓力相匹配，以滿足泵的變量要求。
[0017](5)主泵的補油壓力油Ps也同時引出，作為外部防爆電比例減壓閥3的壓力油源。
[0018](6)過渡塊2上的3個油口通過液壓膠管4與防爆電比例減壓閥3相連。其中補油壓力油口 Ps連接防爆電比例減壓閥的進油口 P 口，一個防爆電比例減壓閥的工作油口 A 口與過渡塊的Yl 口相連，比例的控制泵正轉時的排量大小；另一個防爆電比例減壓閥的工作油口 A 口與過渡塊的Υ2 口相連，比例的控制泵反轉時的排量大小。
[0019](7)通過防爆屏蔽電纜6，外部的隔爆控制器將電信號施加於防爆電比例減壓閥3。
[0020](8)防爆電比例減壓閥的回油口 T 口通過油管引入液壓油箱5。
[0021](9)為儘量縮短系統的響應時間，充分保證系統的控制精度，防爆電比例減壓閥3應安裝在儘量靠近主泵I的位置，同時其洩油口 T與油箱連接的膠管也儘量縮短，這樣在極端工況下，泵的斜盤能快速回到中位，保證系統運行的安全。
[0022]圖2為防爆電控閉式泵主體I內部液壓原理圖。
[0023]⑴閉式泵主體是雙向柱塞變量泵14，將發動機12的機械能轉化為液壓系統的壓力能。
[0024]⑵補油泵7從油箱5中吸油，經由過濾器15向系統補充因內洩漏損失的液壓油，補油溢流閥8決定了補油壓力的大小，用以維持主油路背壓，保證系統的平穩運行。同時也可以為輔助油路提供壓力油。
[0025](3)伺服油缸13，油缸的活塞杆端頭與變量柱塞泵14的變量斜盤鉸接，伺服油缸13兩端油口分別與防爆電比例減壓閥3相連，從而通過電比例減壓閥2控制變量柱塞泵14的排量，通過伺服油缸確定變量泵斜盤的傾斜度從而控制變量泵的流量。
[0026]⑶泵體內部集成了兩個多功能閥9，多功能閥9由壓力限制閥10、高壓溢流閥11和一單向閥集成，邏輯連接順序如圖2所示。補油油路經兩個多功能閥9分別雙向柱塞泵兩端油路連接。兩壓力限制閥10的溢流口分別與伺服油缸對應的油口連接。壓力限制閥10，實現系統最高壓力限制，高壓溢流閥11實現過壓保護
其工作原理為:壓力限制閥10可以實現系統最高壓力限制，高壓溢流閥11實現過壓保護。當系統壓力到達壓力限定值時，壓力限制閥10迅速開啟進而推動斜盤向中位運動以減小泵排量達到限制系統壓力作用。對於存在瞬間變化負載，高壓溢流閥11起作用實現系統過壓保護。壓力限制閥相當於高壓溢流閥的先導級溢流閥，這最大程度避免了系統因溢流而引起的油溫過熱問題，高壓溢流閥只有在系統壓力超過壓力限制等級後起消峰作用。
[0027]⑷外置的兩個防爆電比例減壓閥3的出口壓力分別作用於控制主泵排量的伺服缸13兩側，出口壓力的大小又取決於減壓閥的輸入電壓。
[0028]圖3為防爆電控閉式泵電氣控制流程圖。
[0029]⑴將控制器18、控制器輸入接線端20、控制器輸出接線端19及電子放大器17置於隔爆電控箱16中，從而達到防爆要求。行走機械專用PLUS+1控制器，電子放大器E-BM-AC型式電子放大器(用於電磁鐵比例閥)。
[0030]⑵電源24為整個控制系統提供電源。
[0031]⑶泵模式(前進、後退、中位)選擇開關25，將相應的電位信號通過輸入接線端20輸入到隔爆箱控制器18中，以此決定防爆減壓閥的輸出狀態，實現車輛的前進、後退、停止。
[0032]⑷發動機轉速傳感器22獲取發動機的轉速信號，油門踏板位置傳感器21採集當前的加速踏板位置，分別輸入到控制器18中，以此獲取發動機的實時工況。通過儲存在控制器中發動機的工作特性曲線，得出當前狀態下發動機的最大輸出扭矩。
[0033](5)結合系統工作壓力傳感器26將採集的壓力信號輸入到控制器18中，根據發動機當前的最大輸出扭矩，推算出保證發動機不超載，並有一定動力儲備的情況下，泵的最大排量，並轉化為響應的電信號。
[0034](6)將控制器計算出的電信號通過輸出接線端19輸入放大器，經信號放大後，通過防爆屏蔽電纜6驅動防爆電比例減壓閥3動作，輸出合適的壓力，從而控制閉式泵排量大小，進而決定車輛的運行速度。
[0035](7)通過上述控制方案，可以保證發動機始終保持較高的負荷率，提高了發動機的功率利用率。
[0036](8)微動控制是由外部防爆電比例開關將模擬量信號輸入控制器中，其對泵排量控制的優先級高於特徵⑷和(5)輸出的控制信號，通過內部算法依據微動信號的大小對閉式泵排量進行適當的越權控制，從而確保在特殊工況下整車的平穩運行。
[0037](9)通過更改寫入控制器中的程序，改變相關算法，從而適應不同工況或不同機型中泵與發動機的匹配，極大的拓展了閉式系統的通用性，對實現產品的標準化及縮短產品開發周期有積極的意義。
【權利要求】
1.一種防爆電控閉式泵，包括泵體、電比例減壓閥和電氣控制系統，其特徵在於: 所述的電器控制部分包括置於隔爆電控箱(16)內的控制器(18)、控制器輸入接線端(20)、控制器輸出接線端(19)及電子放大器(17)，控制器輸入接線端(20)連接系統工作壓力傳感器(26)、泵模式選擇信號開關(25)、電源(24)、微動控制輸入信號(23)、發動機轉速傳感器(22)以及油門踏板位置傳感器(21)，控制器輸出接線端(19)連接放大器(17)，放大器(17)連接兩個防爆電比例減壓閥； 所述的泵體(I)上安裝有板式結構的過渡塊(2)，過渡板(2)上開有三個油口，包括補油壓力油口(Ps)、控制泵正轉排量油口(Yl)以及控制泵反轉排量油口(Y2);其中補油壓力油口(Ps)連接兩個防爆電比例減壓閥的進油口(P)，一個防爆電比例減壓閥的工作油口(Al)與過渡塊的控制泵正轉排量油口(Yl)相連，另一個防爆電比例減壓閥的工作油口(A2)與過渡塊的控制泵反轉排量油口(Y2)相連，兩個防爆電比例減壓閥的回油口(T)引入液壓油箱(5); 所述的泵體包括雙向柱塞變量泵(14)、補油泵(7)、伺服油缸(13)以及兩個多功能閥(9)， 所述的伺服油缸(13)的活塞杆與雙向柱塞變量泵(14)的變量斜盤鉸接，伺服油缸(13)的兩個油口分別通過過渡塊的控制泵正轉排量油口(Yl)以及控制泵反轉排量油口(Y2)與兩防爆電比例減壓閥的工作油口相連； 所述的雙向柱塞變量泵(14)與補油泵(7)機械串聯連接，補油泵(7)出口接過濾器(15)，過濾器(15)通過兩功能閥分別與雙向柱塞變量泵(14)兩側油路連接，補油泵出口處並聯補油溢流閥(8)通往油箱，過濾器也與過渡塊上的補油壓力油口(Ps)連接； 多功能閥由壓力限制閥(10)、高壓溢流閥(11)和補油單向閥組成，高壓溢流閥(11)和補油單向閥並聯後，靠近補油單向閥進油口端接補油泵出口過濾器，另一端與壓力限制閥(10)的進油口並聯後，連接到雙向柱塞泵，兩個多功能閥分別與雙向柱塞泵的兩側油路連接，兩個多功能閥的壓力限制閥(10)的出油口分別與伺服油缸的兩油口連接。
2.一種使用如權利要求1所述的防爆電控閉式泵時刻對發動機功率保持高利用率的控制方法，其特徵在於:將防爆處理的電氣控制系統的終端執行元件-防爆電比例減壓閥通過過渡板與泵體連接，實現對閉式泵的電氣控制，其方法如下: (O將控制器(18)、控制器輸入接線端(20)、控制器輸出接線端(19)及電子放大器(17)置於隔爆電控箱(16)中， (2)泵模式選擇信號開關(25)將相應的前進、後退或中位電位信號通過輸入接線端輸入到隔爆箱控制器(18)中，對應兩防爆電比例減壓閥分別動作或者都不動作，決定變量泵斜盤的傾斜方向，實現車輛的前進、後退、停止； (3 )發動機轉速傳感器(22 )獲取發動機的轉速信號、油門踏板位置傳感器(21)採集當前的加速踏板位置，分別輸入到控制器(18)中，獲取發動機的實時工況，依據儲存在控制器中的發動機工作特性曲線和發動機的工況參數，對應得到當前狀態下發動機的最大輸出扭矩，結合系統工作壓力傳感器(26)採集的液壓系統壓力信號，控制器(18)中控制程序依據發動機與泵匹配計算公式，得到該工況下，發動機不超載並有一定動力儲備時，泵的最大排量，並通過控制器轉化為相應的電信號； (4)將控制器轉化出的電信號通過輸出接線端(19)輸入放大器，經信號放大後，通過防爆屏蔽電纜(6)驅動防爆電比例減壓閥(3)動作，輸出合適的壓力，從而控制閉式泵排量大小，進而決定車輛的運行速度； (5)車輛重載下坡時，為保證車輛行駛速度平穩，通過微動控制人為幹預泵的排量，使車輛適應不同坡度穩速行駛要求，由外部防爆電比例開關將模擬量信號輸入控制器中，其對泵排量控制的優先級最高的控制信號，通過控制器內部算法依據微動信號的大小對閉式泵排量進行的越權控制。
【文檔編號】F04B49/06GK104234988SQ201410247180
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】柳玉龍, 王步康, 常凱, 田永順, 劉德寧, 雷煌, 馬豔衛, 安四元, 陳利東, 樊瑞龍 申請人:中國煤炭科工集團太原研究院有限公司, 山西天地煤機裝備有限公司