分布式闭式泵控系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压系统技术领域，尤其涉及一种分布式闭式泵控系统及其控制方法。

背景技术

目前，液压系统被广泛运用工程机械，工程机械中液压系统大多采用阀控系统。例如，液压挖掘机是典型的工程机械，在建筑、施工和矿山开采等领域应用广泛。目前，液压挖掘机广泛采用定转速柴油发动机驱动变量液压泵作为动力源，提供高压油液，并通过管路和控制阀分配和传递能量，驱动控制多个液压缸和液压马达。现有的阀控液压系统至少存在以下缺点：

1、通过多路阀实现流量的分配存在较大的节流损失，且接线管道多，导致系统的沿程压力损失较大。

2、通过内燃机驱动液压泵，内燃机驱动液压泵的效率低下。

3、现有的阀控液压系统集成至一套电液作动器(EHA)内，包括独立蓄能器、液压缸、电机、控制阀组等；即，一个阀控液压系统需要配备一个独立蓄能器(蓄能器起到补偿液压缸非对称流量、液压泵/液压缸泄漏等作用)。这就导致电液作动器(EHA)整体的体积、重量变得很大(阀控液压系统占EHA体积的约40％)，并且，给挖掘机机械臂增加了更多的负载重量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的阀控液压系统造成造成机械臂的重量、体积增大的技术问题。本发明提供一种分布式闭式泵控系统及其控制方法，动臂、斗杆闭式泵控模块共用一个增压油箱、过滤机构、冷却机构，能够显著减小闭式泵控系统的体积，可以灵活布置于挖掘机舱室内，从而减小机械臂的重量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分布式闭式泵控系统，包括：斗杆闭式泵控模块、动臂闭式泵控模块、增压油箱、过滤机构以及冷却机构，所述过滤机构的一端与所述冷却机构的进口相连通，所述冷却机构的出口与所述增压油箱的进口相连通，斗杆闭式泵控模块、动臂闭式泵控模块均与所述过滤机构的另一端相连通，所述斗杆闭式泵控模块、动臂闭式泵控模块均与所述增压油箱的出口相连通。

进一步的，所述斗杆闭式泵控模块包括：第一电动机、第一液压泵、第一溢流阀、第二溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、第一截止阀、斗杆液压缸、第五单向阀以及第八单向阀；

所述第一电动机与所述第一液压泵相连接，所述第一溢流阀、第二溢流阀的进油口分别与所述第一液压泵的A、B油口相连通；所述第一溢流阀、第二溢流阀的出油口均与所述第一截止阀的一端相连通；

所述第一单向阀、第二单向阀的出油口分别与所述斗杆液压缸的有杆腔、无杆腔相连通；所述第一单向阀、第二单向阀的进油口均与所述第一截止阀的一端相连通；

所述第五单向阀的进油口、第八单向阀的出油口均与所述第一截止阀的另一端相连通；所述第五单向阀的出油口与所述过滤机构相连通，所述第八单向阀的进油口与所述增压油箱的出口相连通。

进一步的，所述动臂闭式泵控模块包括：第二电动机、第二液压泵、第三溢流阀、第四溢流阀、第三单向阀、第四单向阀、第二截止阀、动臂液压缸、第六单向阀以及第七单向阀；

所述第二电动机与所述第二液压泵相连接，所述第三溢流阀、第四溢流阀的进油口分别与所述第二液压泵的A、B油口相连通；第三溢流阀、第四溢流阀的出油口均与所述第二截止阀的一端相连通；

所述第三单向阀、第四单向阀的出油口分别与动臂液压缸的有杆腔、无杆腔相连通；所述第三单向阀、第四单向阀的进油口均与所述第二截止阀的一端相连通；

所述第六单向阀的进油口、第七单向阀的出油口均所述第二截止阀的另一端相连通；所述第六单向阀的出油口与所述过滤机构相连通，所述第七单向阀的进油口与所述增压油箱的出口相连通。

进一步的，所述斗杆闭式泵控模块还包括：第三截止阀，所述第三截止阀的一端与所述第一液压泵连接，所述第三截止阀的另一端与所述过滤机构的另一端连接。

进一步的，所述动臂闭式泵控模块还包括：第四截止阀，所述第四截止阀的一端与所述第二液压泵连接，所述第四截止阀的另一端与所述过滤机构的另一端连接。

进一步的，所述增压油箱包括：外壳和设于所述外壳内部的气囊，所述外壳的两端分别设有油箱进口和油箱出口；所述增压油箱(3)的额定容积

本发明还提供一种分布式闭式泵控系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、根据负载的四象限特性分别对斗杆闭式泵控模块、动臂闭式泵控模块进行控制；

S2、通过增压油箱分别对所述斗杆闭式泵控模块、动臂闭式泵控模块进行补油或回油；

S3、在回油时，油液依次经过过滤机构、冷却机构回到增压油箱内。

进一步的，设第一液压泵、第二液压泵的液压杆缩回方向为速度正方向，液压杆伸出方向为液压缸受力的正方向；所述斗杆闭式泵控模块的工作过程为：

第一象限工况：斗杆液压缸的液压杆伸出时与负载受力方向相反，此时，第一液压泵为泵送模式；高压油从第一液压泵的A油口流向斗杆液压缸的无杆腔，有杆腔的低压油流回第一液压泵的B油口，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第一单向阀的回路，第一单向阀开启，此时，增压油箱内的补给油经过第八单向阀、第一截止阀、第一单向阀流向第一液压泵的B油口；

第二象限工况：所述斗杆液压缸的液压杆伸出时与负载受力方向相同，此时，第一液压泵为马达模式；当负载牵引第一液压泵的液压杆伸出时，斗杆液压缸的有杆腔的高压油流向第一液压泵的B油口，低压油从第一液压泵的A油口流向斗杆液压缸的无杆腔；此时，有杆腔的压力大于无杆腔的压力，有杆腔的高压油流向第二单向阀的回路，第二单向阀开启，增压油箱内的补给油经过第八单向阀、第一截止阀、第二单向阀流向斗杆液压缸的无杆腔；

第三象限工况：所述斗杆液压缸的液压杆缩回时与负载受力方向相反，此时，第一液压泵为泵送模式；高压油从第一液压泵的B油口流向斗杆液压缸的有杆腔，无杆腔的低压油流向第一液压泵的A油口，此时，有杆腔的压力大于无杆腔的压力，有杆腔的高压油流向第二单向阀的回路，第二单向阀开启，无杆腔的多余液压油经过第二单向阀、第一截止阀、第五单向阀、过滤机构、冷却机构回到增压油箱；

第四象限工况：所述斗杆液压缸的液压杆缩回时与负载受力方向相同，此时，第一液压泵为马达模式；斗杆液压缸的无杆腔的高压油流向第一液压泵的A油口，低压油从第一液压泵的B油口流向斗杆液压缸的有杆腔，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第一单向阀的回路，第一单向阀开启，有杆腔的多余液压油经过第一单向阀、第一截止阀、第五单向阀、过滤机构、冷却机构回到增压油箱。

进一步的，所述动臂闭式泵控模块的工作过程为：

第一象限工况：动臂液压缸的液压杆伸出时与负载受力方向相反，此时，第二液压泵为泵送模式；高压油从第二液压泵的A油口流向动臂液压缸的无杆腔，有杆腔的低压油流回第二液压泵的B油口，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第三单向阀的回路，第三单向阀开启，此时，增压油箱内的补给油经过第七单向阀、第二截止阀、第三单向阀流向第二液压泵的B油口；

第四象限工况：动臂液压缸的液压杆缩回时与负载受力方向相同，此时，第二液压泵为马达模式；动臂液压缸的无杆腔的高压油流向第二液压泵的A油口，低压油从第二液压泵的B油口流向动臂液压缸的有杆腔，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第三单向阀的回路，第三单向阀开启，有杆腔的多余液压油经过第三单向阀、第二截止阀、第六单向阀、过滤机构、冷却机构回到增压油箱。

本发明的有益效果是，本发明的分布式闭式泵控系统及其控制方法，通过对回路的改进，使得斗杆闭式泵控模块、动臂闭式泵控模块能够共用一个增压油箱、过滤机构、冷却机构，能够显著减小泵控系统的体积，便于灵活布设在挖掘机舱室等位置，可以减小挖掘机机械臂的体积和重量，还有有利于节约成本。通过四个单向阀的设置，能够实现补油回路、回油回路的独立运行，并且，在回油时，回流的油液必须经过过滤机构、冷却机构回到增压油箱内，能够保证回收油液的清洁度和冷却降温。当动臂和斗杆需要补油时，增压油箱的液压油已经经过冷却降温，能够避免系统因油温过高而导致性能下降，甚至损坏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的分布式闭式泵控系统的结构框图。

图2是本发明的分布式闭式泵控系统的结构示意图。

图3是本发明的增压油箱的结构示意图。

图4是本发明的四象限工况的示意图。

图中：

1、斗杆闭式泵控模块；101、第一电动机；102、第一液压泵；103、第一溢流阀；104、第二溢流阀；107、第一单向阀；108、第二单向阀；109、第一截止阀；110、斗杆液压缸；111、第三截止阀；61、第五单向阀；64、第八单向阀；

2、动臂闭式泵控模块；201、第二电动机；202、第二液压泵；203、第三溢流阀；204、第四溢流阀；207、第三单向阀；208、第四单向阀；209、第二截止阀；210、动臂液压缸；211、第四截止阀；62、第六单向阀；63、第七单向阀；

3、增压油箱；31、外壳；32、气囊；33、油箱进口；34、油箱出口；

4、过滤机构；5、冷却机构。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明的分布式闭式泵控系统，包括：斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2、增压油箱3、过滤机构4以及冷却机构5，过滤机构4的一端与冷却机构5的进口相连通，冷却机构5的出口与增压油箱3的进口相连通，斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2均与过滤机构4的另一端相连通，斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2均与增压油箱3的出口相连通。本发明通过斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2共用一个增压油箱3、过滤机构4、冷却机构5，能够显著减小闭式泵控系统的体积，可以灵活布置于挖掘机舱室内，从而减小机械臂的重量。

具体的，斗杆闭式泵控模块1包括：第一电动机101、第一液压泵102、第一溢流阀103、第二溢流阀104、第一单向阀107、第二单向阀108、第一截止阀109、斗杆液压缸110、第五单向阀61以及第八单向阀64。第一电动机101与第一液压泵102相连接，第一溢流阀103、第二溢流阀104的进油口分别与第一液压泵102的A、B油口相连通；第一溢流阀103、第二溢流阀104的出油口均与第一截止阀109的一端相连通；第一单向阀107、第二单向阀108的出油口分别与斗杆液压缸110的有杆腔、无杆腔相连通；第一单向阀107、第二单向阀108的进油口均与第一截止阀109的一端相连通；第五单向阀61的进油口、第八单向阀64的出油口均与第一截止阀109的另一端相连通；第五单向阀61的出油口与过滤机构4相连通，第八单向阀64的进油口与增压油箱3的出口相连通。斗杆闭式泵控模块1还包括：第三截止阀111，第三截止阀111的一端与第一液压泵102连接，第三截止阀111的另一端与过滤机构4的另一端连接。

具体的，动臂闭式泵控模块2包括：第二电动机201、第二液压泵202、第三溢流阀203、第四溢流阀204、第三单向阀207、第四单向阀208、第二截止阀209、动臂液压缸210、第六单向阀62以及第七单向阀63。第二电动机201与第二液压泵202相连接，第三溢流阀203、第四溢流阀204的进油口分别与第二液压泵202的A、B油口相连通；第三溢流阀203、第四溢流阀204的出油口均与第二截止阀209的一端相连通；第三单向阀207、第四单向阀208的出油口分别与动臂液压缸210的有杆腔、无杆腔相连通；第三单向阀207、第四单向阀208的进油口均与第二截止阀209的一端相连通；第六单向阀62的进油口、第七单向阀63的出油口均第二截止阀209的另一端相连通；第六单向阀62的出油口与过滤机构4相连通，第七单向阀63的进油口与增压油箱3的出口相连通。动臂闭式泵控模块2还包括：第四截止阀211，第四截止阀211的一端与第二液压泵202连接，第四截止阀211的另一端与过滤机构4的另一端连接。

需要说明的是，电动机能够驱动液压泵工作，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，从而控制液压缸的伸出或缩回。溢流阀能够使得多余的油液溢回油箱，平衡系统的压力。单向阀起到单向导通作用。截止阀用于回路的切断或接通，能够控制液体的阻隔或流通。

本发明的第五单向阀61、第六单向阀62、第七单向阀63及第八单向阀64四个单向阀能够实现补油回路、回油回路的分离运行，两者不会产生冲突，并且，回油时，油液必须经过过滤机构4过滤、冷却机构5冷却后回到增压油箱3内。这样，可以保证回流的油液的清洁度与温度，防止系统内油温过高而影响系统的正常运行。并且，本发明的第五单向阀61、第八单向阀64、第六单向阀62、第七单向阀63设置在靠近液压泵的位置，可以缩短单向阀与液压泵之间的管路，使得液压油在回路中不会形成呆滞，工作后的热油能够顺利从斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2排出，冷却后的油液也可以顺利进入液压泵。

具体的，增压油箱3包括：外壳31和设于外壳31内部的气囊32，外壳31的两端分别设有油箱进口33和油箱出口34；增压油箱3的额定容积

增压油箱3可以用于补偿液压缸伸出时的不对称流量、吸收液压缸缩回时的不对称流量，从而实现系统流量的平衡；还能对系统泄漏的流量进行补充。增压油箱3的气囊32内填充了具有一定压力的气体，外壳21与气囊32之间的空间用于容纳油液。增压油箱3的额定容积V

也就是说，本发明在设计增压油箱3时，综合考虑了多个方面(满足系统的最小补油压力、满足安装空间、延长增压油箱的使用寿命等方面)，以寻求一个最优的设计。并且，本发明的增压油箱的油箱进口33、油箱出口34分别位于外壳31的两端，使得回收的油液进入增压油箱3后还能在一定程度上进行再冷却。本发明共用一个增压油箱3的方案仍能够实现对斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2两个模块进行独立地补油、回油，从而平衡系统中的液压油的流量，实现泵的排出、吸入流量与液压缸的两腔室所需的流量相匹配。

本发明还提供一种分布式闭式泵控系统的控制方法，包括以下步骤：S1、根据负载的四象限特性分别对斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2进行控制；

S2、通过增压油箱3分别对斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2进行补油或回油；S3、在回油时，油液依次经过过滤机构4、冷却机构5回到增压油箱3内。

需要说明的是，由于斗杆和动臂在挖掘过程中会进行复合动作，负载的变化会导致液压缸两腔室的压力发生较大的变动，因此，本发明根据负载的四象限特性来对泵控模块进行控制，实现液压泵在泵模式、马达模式之间的切换，进而实现泵的排出流量、吸入流量与液压缸两腔室所需的流量之间的匹配。

例如，设第一液压泵102、第二液压泵202的液压杆缩回方向为速度正方向，液压杆伸出方向为液压缸受力的正方向。

如图4所示，斗杆闭式泵控模块1的工作过程为：

第一象限工况：斗杆液压缸110的液压杆伸出时与负载受力方向相反(即斗杆受阻抗负载伸出)，此时，第一液压泵102为泵送模式；高压油从第一液压泵102的A油口流向斗杆液压缸110的无杆腔，有杆腔的低压油流回第一液压泵102的B油口，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第一单向阀107的回路，第一单向阀107开启，此时，增压油箱3内的补给油经过第八单向阀64、第一截止阀109、第一单向阀107流向第一液压泵102的B油口。

第二象限工况：斗杆液压缸110的液压杆伸出时与负载受力方向相同(即斗杆受超越负载伸出)，此时，第一液压泵102为马达模式；当负载牵引第一液压泵102的液压杆伸出时，斗杆液压缸110的有杆腔的高压油流向第一液压泵102的B油口，低压油从第一液压泵102的A油口流向斗杆液压缸110的无杆腔；此时，有杆腔的压力大于无杆腔的压力，有杆腔的高压油流向第二单向阀108的回路，第二单向阀108开启，增压油箱3内的补给油经过第八单向阀64、第一截止阀109、第二单向阀108流向斗杆液压缸110的无杆腔。

第三象限工况：斗杆液压缸110的液压杆缩回时与负载受力方向相反(即斗杆受阻抗负载缩回)，此时，第一液压泵102为泵送模式；高压油从第一液压泵102的B油口流向斗杆液压缸110的有杆腔，无杆腔的低压油流向第一液压泵102的A油口，此时，有杆腔的压力大于无杆腔的压力，有杆腔的高压油流向第二单向阀108的回路，第二单向阀108开启，无杆腔的多余液压油经过第二单向阀108、第一截止阀109、第五单向阀61、过滤机构4、冷却机构5回到增压油箱3。

第四象限工况：斗杆液压缸110的液压杆缩回时与负载受力方向相同(即斗杆受超越负载缩回)，此时，第一液压泵102为马达模式；斗杆液压缸110的无杆腔的高压油流向第一液压泵102的A油口，低压油从第一液压泵102的B油口流向斗杆液压缸110的有杆腔，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第一单向阀107的回路，第一单向阀107开启，有杆腔的多余液压油经过第一单向阀107、第一截止阀109、第五截止阀71、第五单向阀61、过滤机构4、冷却机构5回到增压油箱3。

由于动臂相对于斗杆来说，工况较为单一，在实际工作做过程中，一般只进行上下摆动，因此，动臂的运动只涉及两个象限。动臂闭式泵控模块2的工作过程为：第一象限工况：动臂液压缸210的液压杆伸出时与负载受力方向相反(即动臂受阻抗负载伸出)，此时，第二液压泵202为泵送模式；高压油从第二液压泵202的A油口流向动臂液压缸210的无杆腔，有杆腔的低压油流回第二液压泵202的B油口，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第三单向阀207的回路，第三单向阀207开启，此时，增压油箱3内的补给油经过第七单向阀63、第二截止阀209、第三单向阀207流向第二液压泵202的B油口。

第四象限工况：动臂液压缸210的液压杆缩回时与负载受力方向相同(即动臂受超越负载缩回)，此时，第二液压泵202为马达模式；动臂液压缸210的无杆腔的高压油流向第二液压泵202的A油口，低压油从第二液压泵202的B油口流向动臂液压缸210的有杆腔，此时，无杆腔的压力大于有杆腔的压力，无杆腔的高压油流向第三单向阀207的回路，第三单向阀207开启，有杆腔的多余液压油经过第三单向阀207、第二截止阀209、第六单向阀62、过滤机构4、冷却机构5回到增压油箱3。

综上所述，本发明的分布式闭式泵控系统及其控制方法，通过对回路的改进，使得斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2能够共用一个增压油箱3、过滤机构4、冷却机构5，能够显著减小泵控系统的体积，便于灵活布设在挖掘机舱室等位置，可以减小挖掘机机械臂的体积和重量，还有有利于节约成本。通过四个单向阀的设置，能够实现补油回路、回油回路的独立运行，第五单向阀61、第八单向阀64、第六单向阀62、第七单向阀63设置在靠近液压泵的位置，可以缩短单向阀与液压泵之间的管路，使得液压油在回路中不会形成呆滞，工作后的热油能够顺利从斗杆闭式泵控模块1、动臂闭式泵控模块2排出，冷却后的油液也可以顺利进入液压泵；并且，在回油时，回流的油液必须经过过滤机构4、冷却机构5回到增压油箱3内，能够保证回收油液的清洁度和冷却降温。当动臂和斗杆需要补油时，增压油箱3的液压油已经经过冷却降温，能够避免系统因油温过高而导致性能下降，甚至损坏。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。