一种压力共轨二次调节直线驱动系统

技术领域

本发明属于液压控制技术领域，具体为一种压力共轨二次调节直线驱动系统。

背景技术

阀控系统中多个执行器采用同一台泵供油，流量采用节流的方式分配，损失较大，尤其在执行器之间载荷差异较大时，损失会更大，另外负载与泵直接联通，快速大范围变化的负载导致动力源往往工作在低效区；采用高低压共轨的方式，将液压系统压力分为多个级别，解决了由于液压系统压力只与最高负载匹配导致的中小负载执行器节流损失大的问题，但仍采用液压阀进行流量的控制，并且未能解决从低压到高压回路的能量再生问题，仍然存在动势能损失。

二次调节回路可大幅改善系统效率，但直线执行器难以变量，这种系统往往仅适用于回转马达系统，采用液压变压器匹配方案，可以真正实现系统各种压力的匹配，也可以将液压系统能量进行回收，但一台液压变压器本质上就是一个液压泵和液压马达的组合，结构相对复杂，同时液压变压器也不能像电气变压器那样高效。采用多腔液压缸匹配可实现系统压力的分级匹配，但执行器速度控制仍然需要液压阀，并且要实现执行器力控制和功率控制相对困难。

发明内容

针对目前回路中节流损失大以及执行器难以控制的问题，本发明提供一种压力共轨二次调节直线驱动系统。

本发明所采用的技术方案是：一种压力共轨二次调节直线驱动系统，包括动力装置及其驱动的并联设置的回转系统，动臂系统，斗杆系统，铲斗系统，压力油路；所述的动力装置包括调速电机，单向变量泵，第Ⅰ溢流阀，油箱；调速电机与单向变量泵联接，单向变量泵带有外泄油口，接入油箱，单向变量泵的进油口与油箱连接，回转系统油路的三位四通换向阀的P口和第Ⅰ溢流阀的进油口并联在单向变量泵的出油口，第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱连通；所述的回转系统包括三位四通换向阀，双向定量泵和回转装置；双向定量泵的两个接口分别与三位四通换向阀的A口和B口连通，双向定量泵与回转装置通过机械或联轴器联接；所述压力油路包括并联设置的高压油路、中压油路、低压油路，各油路均设置有开关阀，高压油路和低压油路用第Ⅱ溢流阀连通；所述的动臂系统设置于高压油路，包括第Ⅰ两位三通换向阀，第Ⅰ三位四通换向阀，第Ⅰ压力传感器，第Ⅱ压力传感器，液压桥路中第Ⅵ两位两通开关阀，第Ⅶ两位两通开关阀，第Ⅷ两位两通开关阀，第Ⅸ两位两通开关阀，第Ⅰ连续变量马达和第Ⅰ液压马达-机械直线执行器；第Ⅰ三位四通换向阀的B口与高压油路连通，C口与中压油路连通，D口与低压油路连通，液压桥路中第Ⅵ两位两通开关阀、第Ⅶ两位两通开关阀、第Ⅷ两位两通开关阀和第Ⅸ两位两通开关阀四个阀首尾相互串联连通，第Ⅰ三位四通换向阀的A口连通在第Ⅵ两位两通开关阀和第Ⅶ两位两通开关阀之间，第Ⅰ连续变量马达的一个接口连通在第Ⅶ两位两通开关阀和第Ⅷ两位两通开关阀之间，用第Ⅱ压力传感器检测该处压力，另一个接口连通在第Ⅵ两位两通开关阀和第Ⅸ两位两通开关阀之间，用第Ⅰ压力传感器检测该处压力，第Ⅰ两位三通换向阀连通在第Ⅷ两位两通开关阀和第Ⅸ两位两通开关阀之间，第Ⅰ连续变量马达和第Ⅰ液压马达-机械直线执行器联接；所述斗杆系统、铲斗系统采用与所述动臂系统相同的元件及连接控制方式。

进一步地，所述的第Ⅰ液压马达-机械直线执行器包括减速器，滚动轴承，滚珠，螺母，丝杠和推杆；该执行器是一种新型执行器，减速器一侧通过连轴器与马达联接，另一侧轮通过连轴器与丝杠联接，滚动轴承套在丝杠上，滚珠贴合在丝杠和螺母之间，螺母与推杆相接，液压马达驱动减速器，减速器带动丝杠做回转运动，丝杠使滚珠推动螺母做直线运动，进而实现推杆伸缩以及动作的速度。

进一步地，所述的减速器可以是齿轮减速器或者皮带减速器。

根据权利要求1或2或3所述的一种压力共轨二次调节直线驱动系统，其特征在于：所述的电动机是交流异步电机、步进电机、直流电机或伺服电机中的一种。

进一步地，所述的压力油路包括连通在高压油路上的第Ⅰ两位两通开关阀，第Ⅳ两位两通开关阀，高压蓄能器；中压油路上的第Ⅱ两位两通开关阀；低压油路上的第Ⅲ两位两通开关阀，第Ⅴ两位两通开关阀，低压蓄能器；高压、中压和低压油路上的两位两通开关阀进油口与三位四通换向阀的P口和第Ⅰ溢流阀的共同并联在单向变量泵的出油口，第Ⅰ两位两通开关阀和第Ⅳ两位两通开关阀连通，第Ⅳ两位两通开关阀与高压蓄能器连接，第Ⅲ两位两通开关阀和第Ⅴ两位两通开关阀连通，第Ⅴ两位两通开关阀与低压蓄能器连接。

本发明具备以下有益效果：

本发明一种压力共轨二次调节直线驱动系统，具体实施采用压力共轨回路原理和变量液压马达构成二次调节回路，实现液压系统直线驱动系统的无节流调速，并将液压马达扭矩控制、转速控制和功率控制引入直线驱动系统，解决了液压系统的执行器压力匹配问题，很大程度上提升了液压系统能效，并且保留了集中式供能的高功重比和流量共享优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明该实施中的一种压力共轨二次调节直线驱动系统结构示意图；

图2为液压马达-机械直线执行器的结构示意图。

附图标记说明：1-调速电机；2-单向变量泵；3-第Ⅰ溢流阀；4-油箱；5-三位四通换向阀；6-双向定量泵；7-回转装置；8-第Ⅰ两位两通开关阀；9-第Ⅱ两位两通开关阀；10-第Ⅲ两位两通开关阀；11-第Ⅱ溢流阀；12-第Ⅰ两位三通换向阀；13-第Ⅰ三位四通换向阀；14-第Ⅰ压力传感器；15-第Ⅱ压力传感器；16-第Ⅵ两位两通开关阀；17-第Ⅶ两位两通开关阀；18-第Ⅷ两位两通开关阀；19-第Ⅸ两位两通开关阀；20-第Ⅰ连续变量马达；21-第Ⅰ液压马达-机械直线执行器；22-第Ⅱ两位三通换向阀；23-第Ⅱ三位四通换向阀；24-第Ⅲ压力传感器；25-第Ⅳ压力传感器；26-第Ⅹ两位两通开关阀；27-第ⅩⅠ两位两通开关阀；28-第ⅩⅡ两位两通开关阀；29-第ⅩⅢ两位两通开关阀；30-第Ⅱ连续变量马达；31-第Ⅱ液压马达-机械直线执行器；32-第Ⅲ两位三通换向阀；33-第Ⅲ三位四通换向阀；34-第Ⅴ压力传感器；35-第Ⅵ压力传感器；36-第ⅩⅣ两位两通开关阀；37-第ⅩⅤ两位两通开关阀；38-第ⅩⅥ两位两通开关阀；39-第ⅩⅦ两位两通开关阀；40-第Ⅲ连续变量马达；41-第Ⅲ液压马达-机械直线执行器；42-高压蓄能器；43-第Ⅳ两位两通开关阀；44-低压蓄能器；45-第Ⅴ两位两通开关阀；46-减速器；47-滚动轴承；48-滚珠；49-螺母；50-丝杠；51-推杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是解决采用高低压共轨方式时由于液压系统压力只与最高负载匹配导致的中小负载执行器节流损失大的问题，从而降低部分损失，同时采用二次调节压力供给，使该液压系统更加节能，大幅改善了系统效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如附图1所示，一种压力共轨二次调节直线驱动系统，包括动力装置，回转系统，动臂系统，斗杆系统，铲斗系统，高压蓄能器，低压蓄能器以及高压油路、中压油路和低压油路；其中动臂系统，斗杆系统和铲斗系统的控制方式相同，以并联的方式连通在三个不同压力的压力油路上，高低压蓄能器的安装位置构成了不同的压力级别的油路。

动力装置包括调速电机1、单向变量泵2、第Ⅰ溢流阀3和油箱4。调速电机为交流异步电机，步进电机，直流电机和伺服电机中的一种，调速电机与单向变量泵通过机械联接或联轴器联接，单向变量泵带有外泄油口，接入油箱，单向变量泵的进油口与油箱连接，回转系统油路的三位四通换向阀5的P口和第Ⅰ溢流阀3的进油口并联在单向变量泵2的出油口，第Ⅰ溢流阀3的出油口与油箱4连通。

回转系统包括三位四通换向阀5、双向定量泵6和回转装置7。双向定量泵6的两个接口分别与三位四通换向阀5的A口和B口连通，双向定量泵6与回转装置7通过机械或联轴器联接，工作时通过三位四通换向阀5接入不同的位置来实现回转器的旋转方向的改变。

压力油路包括连通在高压油路上的第Ⅰ两位两通开关阀8、第Ⅳ两位两通开关阀43和高压蓄能器42；中压油路上的第Ⅱ两位两通开关阀9；低压油路上的第Ⅲ两位两通开关阀10、第Ⅴ两位两通开关阀45和低压蓄能器44；其中高压油路和低压油路用第Ⅱ溢流阀11连通。高压、中压和低压油路上的两位两通开关阀进油口与三位四通换向阀5的P口和第Ⅰ溢流阀3的共同并联在单向变量泵的出油口，第Ⅰ两位两通开关阀8和第Ⅳ两位两通开关阀43连通，第Ⅳ两位两通开关阀43与高压蓄能器42连接，第Ⅲ两位两通开关阀10和第Ⅴ两位两通开关阀45连通，第Ⅴ两位两通开关阀45与低压蓄能器44连接。通过不同两位两通开关阀的开闭来接通不同压力的油路，实现对执行器不同压力级别的控制。

动臂系统包括第Ⅰ两位三通换向阀12、第Ⅰ三位四通换向阀13、第Ⅰ压力传感器14、第Ⅱ压力传感器15、液压桥路中第Ⅵ两位两通开关阀16、第Ⅶ两位两通开关阀17、第Ⅷ两位两通开关阀18、第Ⅸ两位两通开关阀19、第Ⅰ连续变量马达20和第Ⅰ液压马达-机械直线执行器21。第Ⅰ三位四通换向阀13的B口与高压油路连通，C口与中压油路连通，D口与低压油路连通，液压桥路中第Ⅵ两位两通开关阀、第Ⅶ两位两通开关阀、第Ⅷ两位两通开关阀和第Ⅸ两位两通开关阀四个阀首尾相互串联连通，第Ⅰ三位四通换向阀的A口连通在第Ⅵ两位两通开关阀和第Ⅶ两位两通开关阀之间，第Ⅰ连续变量马达的一个接口连通在第Ⅶ两位两通开关阀和第Ⅷ两位两通开关阀之间，用第Ⅱ压力传感器检测该处压力，另一个接口连通在第Ⅵ两位两通开关阀和第Ⅸ两位两通开关阀之间，用第Ⅰ压力传感器检测该处压力，第Ⅰ两位三通换向阀连通在第Ⅷ两位两通开关阀和第Ⅸ两位两通开关阀之间，第Ⅰ连续变量马达和第Ⅰ液压马达-机械直线执行器联接。

斗杆系统中的第Ⅱ液压马达-机械直线执行器31，第Ⅲ压力传感器24，第Ⅳ压力传感器25，第Ⅹ两位两通开关阀26，第ⅩⅠ两位两通开关阀27，第ⅩⅡ两位两通开关阀28，第ⅩⅢ两位两通开关阀29，第Ⅱ连续变量马达30，第Ⅱ液压马达机械直线执行器31的连接及控制方式与动臂系统相同。铲斗系统中的第Ⅲ液压马达-机械直线执行器41，第Ⅲ两位三通换向阀32，第Ⅲ三位四通换向阀33，第Ⅴ压力传感器34，第Ⅵ压力传感器35，第ⅩⅣ两位两通开关阀36，第ⅩⅤ两位两通开关阀37，第ⅩⅥ两位两通开关阀38，第ⅩⅦ两位两通开关阀39，第Ⅲ连续变量马达40的连接及控制方式与动臂系统相同。

如图2所示，第Ⅰ液压马达-机械直线执行器21包括减速器46、滚动轴承47、滚珠48、螺母49、丝杠50和推杆51。减速器一侧通过连轴器与马达联接，另一侧轮通过连轴器与丝杠联接，减速器可以是齿轮减速器或者皮带减速器，滚动轴承套在丝杠上，滚珠贴合在丝杠和螺母之间，螺母与推杆相接，液压马达驱动减速器，减速器带动丝杠做回转运动，丝杠使滚珠推动螺母做直线运动，进而实现推杆伸缩以及动作的速度。

该系统工作时，对于回转装置，当三位四通换向阀处在中间位置是回转器不发生动作，当三位四通换向阀处在两侧位置时，回转装置实现左右旋转，旋转的速度与泵的排量有关。

下面以动臂工作为例，其余两个执行器工作原理与其相同，工作状态时，系统的流量是从不同压力回路经过第Ⅰ三位四通换向阀流入，第Ⅵ两位两通开关阀打开第Ⅶ两位两通开关阀关闭时，压力油从第Ⅰ连续变量马达的上接油口流入，第Ⅷ两位两通开关阀打开，经过第Ⅰ两位三通换向阀流出；第Ⅶ两位两通开关阀打开第Ⅵ两位两通开关阀关闭时，压力油从第Ⅰ连续变量马达的下接油口流入，第Ⅸ两位两通开关阀打开，经过第Ⅰ两位三通换向阀流出，当第Ⅰ两位三通换向阀处在左侧工作位时，压力油流入到低压蓄能器所在油路，当处在右侧工作位时，压力油流回油箱，以此来实现执行器的伸出或者回缩以及动作的速度。

工作模式一：负载最大时，第Ⅰ两位两通开关阀打开，第Ⅳ两位两通开关阀打开，第Ⅰ三位四通换向阀接到左侧位置，高压蓄能器使该油路油液维持在较高压力水平，为该系统提供压力油，第Ⅰ两位三通换向阀接到左侧，油液流回油箱。

工作模式二：负载较大时，第Ⅱ两位两通开关阀打开，第Ⅰ三位四通换向阀接到中间位置，单向变量泵为该系统提供压力油，第Ⅰ两位三通换向阀接到左侧，油液流回油箱。

工作模式三：负载较小时， 第Ⅲ两位两通开关阀打开，第Ⅴ两位两通开关阀打开，第Ⅰ三位四通换向阀接到右侧位置，，低压蓄能器使该油路油液维持在较低压力水平，为该系统提供压力油，第Ⅰ两位三通换向阀接到左侧，油液流回油箱。

工作模式四：负载很小时，使用泵为执行器供油无法让泵处于高效工作区域，此时，第Ⅱ两位两通开关阀打开，第Ⅰ三位四通换向阀接到中间位置，单向变量泵为该系统提供压力油，第Ⅰ两位三通换向阀接到右侧，油液流回低压蓄能器中，通过减小第Ⅰ连续变量马达两端口压力差，使泵可以正常供油，处在高效工作状态，增大了该马达排量进而加快了执行器的动作速度。

当有多个执行器工作时，工作原理与只有上述一个执行器工作的原理相同，根据不同负载要求执行器通过三位四通换向阀选择不同级别的压力回路进行工作。

第Ⅰ三位四通换向阀13、第Ⅱ三位四通换向阀23、第Ⅲ三位四通换向阀33的油口B、油口C、油口D为下方自左向右依次设置。