一种快速响应负载敏感系统

技术领域

本发明属于石油钻修机管柱自动化装备液压控制技术领域，涉及一种快速响应负载敏感系统。

背景技术

石油钻修机配套管柱自动化系统已是近几年发展趋势，且配套的管柱自动化设备性能也越来越多受到重视。目前管柱自动化设备大多采用液压驱动及控制，液压系统基本采用负载敏感控制原理。因此液压系统性能对管柱自动化设备性能起到重要作用。液压系统受环境温度、管线长度影响，存在反应滞后及超调问题，影响控制精度及动作平稳性。管柱自动化系统中二层台排管装置等设备，由于安装高度高、距离液压站远，其供回油管线及负载反馈管线长度近50米，动作反应慢，尤其在冬季反应滞后明显，影响了设备工作效率及控制精度。

常规负载敏感控制系统采用液压式负载反馈的控制方案，由负载敏感阀将各控制回路最大负载压力通过液压管线反馈至负载敏感泵的变量机构，改变其排量，从而使泵的排量及压力适应负载速度及负载力需求的变化。液压式负载反馈系统存在液压管线长、升压慢、反应滞后、控制精度低等问题。

电子越权负载敏感控制系统采用比例电磁铁对泵出口压力与反馈压力的压力差设定值进行调节，控制电流增大压差设定值减小，控制电流减小压差设定值增大。该控制方式仅能调整压差阀的设定值，同时还需负载敏感阀反馈负载压力提高泵的输出压力，同样存在液压管线长、升压慢、反应滞后、控制精度低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速响应负载敏感系统，实现低温环境远距离工况下负载敏感系统快速响应，提高控制设备工作效率及控制精度。

本发明所采用的技术方案是，一种快速响应负载敏感系统，包括液压站，液压站分别通过压力反馈管路、供油管路、回油管路以及泄油管路共同连接有液压阀组，液压阀组通过控制管路连接有执行机构，液压站和液压阀组还通过线缆共同连接有电控系统。

本发明的特征还在于，

液压站包括负载敏感液压泵组，负载敏感液压泵组的供油口P连接有电比例减压阀的进油口，电比例减压阀的输出口还连接有梭阀，梭阀还连接负载敏感液压泵组的反馈口X连接，梭阀还连接压力反馈管路，电比例减压阀的回油口连接回油管路，负载敏感液压泵组的供油口P还连接有压力传感器，负载敏感液压泵组的供油口P还连接供油管路。

液压站还包括油箱，油箱上设置有液压油温度传感器，负载敏感液压泵组的吸油口连接有油箱，负载敏感液压泵组泄油口通过泵组泄油管路连接油箱，油箱还连接回油管路连接。

负载敏感液压泵组的吸油口和油箱之间还连接有吸油过滤器，油箱和回油管路之间还连接有回油过滤器。

液压阀组包括负载敏感多路换向阀组，负载敏感多路换向阀组的LS口连接有电磁换向阀的进油口，电磁换向阀的输出口通过压力反馈管路与梭阀连接，负载敏感多路换向阀组的LS口和电磁换向阀的进油口之间还连接有压力传感器，负载敏感多路换向阀组的P口连接有电比例节流阀的进油口，电比例节流阀的输出口连接回油管路，负载敏感多路换向阀组工作口A、B、A、B分别通过控制管路连接执行机构，负载敏感多路换向阀组的P口通过供油管路连接负载敏感液压泵组的供油口P，负载敏感多路换向阀组R口通过回油管路连接回油过滤器，负载敏感多路换向阀组T口还通过泄油管路连接油箱。

电控系统包括控制单元，控制单元通过线缆分别电连接有操作显示单元、控制开关、控制手柄，控制单元还通过线缆还分别连接电磁换向阀、负载敏感多路换向阀组、电比例节流阀、电比例减压阀、压力传感器、压力传感器以及液压油温度传感器。

电比例节流阀为手动换向阀或电磁换向阀。

电磁换向阀为两位两通阀。

控制单元包括PLC控制器，PLC控制器通过线缆电连接有电源模块、比例放大器以及接线端子，比例放大器还通过线缆电连接接线端子，操作显示单元分别通过线缆电连接PLC控制器和电源模块，控制开关、控制手柄分别通过线缆连接PLC控制器，电磁换向阀、负载敏感多路换向阀组、电比例节流阀、电比例减压阀、压力传感器、压力传感器以及液压油温度传感器分别通过线缆电连接接线端子。

电比例减压阀为三通型减压阀。

本发明的有益效果是：

1、本发明既可以控制液压管线内液压油温度又可控制液压站油箱中液压油温度，确保系统中液压油始终处于理想的粘度范围，提高低温环境系统反应速度。

2、本发明通过电信号反馈系统负载压力，避免液压反馈回路由于管线长、液压油粘度大造成的反馈滞后影响系统反应速度、控制精度等问题。

3、本发明保留液压反馈回路，液压反馈与电信号反馈两套反馈系统互不影响，提高了系统可靠性。

4、本发明通过电控系统自动控制，不需要人为参与，提高系统自动化程度及控制精度。

附图说明

图1是本发明一种快速响应负载敏感系统的结构示意图。

图中，1.液压站，2.液压阀组，3.执行机构，4.电控系统，5.压力传感器，6.电磁换向阀，7.负载敏感多路阀，8.电比例节流阀，9.梭阀，10.电比例减压阀，11.温度传感器，12.负载敏感液压泵，13.压力反馈管路，14.供油管路，15.回油管路，16.泄油管路，17.控制管路，18.油箱，19.泵组泄油管路，20.吸油过滤器，21.回油过滤器，22.电源模块，23.PLC控制模块，24.比例放大器，25.接线端子，26.控制显示单元，27.控制开关，28.控制手柄。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种快速响应负载敏感系统，其结构如图1所示，包括液压站1，液压站1分别通过压力反馈管路13、供油管路14、回油管路15以及泄油管路16共同连接有液压阀组2，液压阀组2通过控制管路17连接有执行机构3，液压站1和液压阀组2还通过线缆共同连接有电控系统4。

液压站1包括负载敏感液压泵组12，负载敏感液压泵组12的供油口P连接有电比例减压阀10的进油口，电比例减压阀10的输出口还连接有梭阀9，梭阀9还连接负载敏感液压泵组12的反馈口X连接，梭阀9还连接压力反馈管路13，电比例减压阀10的回油口连接回油管路15，负载敏感液压泵组12的供油口P还连接有压力传感器5-2，负载敏感液压泵组12的供油口P还连接供油管路14。

液压站1还包括油箱18，油箱18上设置有液压油温度传感器11，负载敏感液压泵组12的吸油口连接有油箱18，负载敏感液压泵组12泄油口通过泵组泄油管路19连接油箱18，油箱18还连接回油管路15连接。

负载敏感液压泵组12的吸油口和油箱18之间还连接有吸油过滤器20，油箱18和回油管路15之间还连接有回油过滤器21。

液压阀组2包括负载敏感多路换向阀组7，负载敏感多路换向阀组7的LS口连接有电磁换向阀6的进油口，电磁换向阀6的输出口通过压力反馈管路13与梭阀9连接，负载敏感多路换向阀组7的LS口和电磁换向阀6的进油口之间还连接有压力传感器5-1，负载敏感多路换向阀组7的P1口连接有电比例节流阀8的进油口，电比例节流阀8的输出口连接回油管路15，负载敏感多路换向阀组7工作口A1、B1、A2、B2分别通过控制管路17连接执行机构3，负载敏感多路换向阀组7的P口通过供油管路14连接负载敏感液压泵组12的供油口P，负载敏感多路换向阀组7的R口通过回油管路15连接回油过滤器21，负载敏感多路换向阀组7的T口还通过泄油管路16连接油箱18。

负载敏感多路换向阀组7：品牌：HAWE，型号：PSV3/210-5

负载敏感液压泵组12：品牌：Rexroth，型号：A11VO145LRDS/11R

电控系统4包括控制单元4-1，控制单元4-1通过线缆分别电连接有操作显示单元26、控制开关27、控制手柄28，控制单元4-1还通过线缆还分别连接电磁换向阀6、负载敏感多路换向阀组7、电比例节流阀8、电比例减压阀10、压力传感器5-1、压力传感器5-2以及液压油温度传感器11。

电比例节流阀8为手动换向阀或电磁换向阀。

电磁换向阀6为两位两通阀。

控制单元4-1包括PLC控制器23，PLC控制器23通过线缆电连接有电源模块22、比例放大器24以及接线端子25，比例放大器24还通过线缆电连接接线端子25，操作显示单元26分别通过线缆电连接PLC控制器23和电源模块22，控制开关27、控制手柄28分别通过线缆连接PLC控制器23，电磁换向阀6、负载敏感多路换向阀组7、电比例节流阀8、电比例减压阀10、压力传感器5-1、压力传感器5-2以及液压油温度传感器11分别通过线缆电连接接线端子25。

电比例减压阀10为三通型减压阀。

本发明液压阀组中设置节流阀，实现液压油空循环控制。设置有压力传感器，实现负载压力检测。设置有电磁换向阀，实现负载反馈压力通断控制。设有负载敏感多路换向阀组，实现执行机构的运动控制。

液压站设置有液压油温度传感器，实现液压站油温检测。设置有压力传感器，实现液压泵输出压力检测。设置有电比例减压阀，实现负载敏感液压泵的比例控制。设置有负载敏感液压泵组，实现液压动力输出。设置有滤油器、空气滤清器、液位计等附件，确保液压站正常工作。

电控系统设置有控制单元，实现压力传感器与温度传感器信号以及控制手柄控制信号的采集，实现各电磁阀的逻辑控制。设置有操作显示单元，实现控制参数设定、元件工作状态及参数显示、报警及故障信息显示等。设置有控制手柄，实现控制信号的输入。

本发明通过液压阀组中设置的节流阀自动控制，实现液压油空循环压力、流量控制，确保供回油管线及液压站中液压油温度、粘度保持在理想的范围内，提高系统低温环境反应速度。

本发明通过液压站中设置的电比例减压阀的自动控制，实现负载敏感系统反馈压力的快速反馈，进而实现负载敏感液压泵的快速控制，实现液压泵输出压力、流量的快速响应。

本发明一种快速响应负载敏感系统的工作过程是：

1、液压油温度控制具体流程如下：

在设备处于低温环境待机状态时，电控系统控制电比例节流阀8打开，液压站P口输出的液压油通过供油管路14、电比例节流阀8、回油管路15返回到液压站油箱。由于液压油连续循环，此时供油管路与回油管路中的液压油温度与油箱液压油温度基本相同，液压油粘度及流动性能基本不受低温环境影响。同时电控系统4通过温度传感器11监测液压站油温，并根据液压站油温来调节电比例节流阀8的开度，从而调节该节流阀节流发热量，确保油箱液压油温度在理想的温度范围内。

当设备执行机构需要工作时，电控系统控制电比例节流阀8关闭或减小阀的开口，避免影响执行机构动作。

2、负载敏感控制具有两种反馈及控制方式，其中快速反馈控制方式的具体控制流程如下：

当设备执行机构需要工作时，电控系统4控制电磁换向阀6换向，封住压力反馈液压通道，提高负载敏感多路阀7反馈压力升压速度。同时控制负载敏感多路阀7开启相应开口，负载敏感多路阀7通过内部油道将执行机构负载压力反馈至负载敏感多路阀7的LS口，LS口设有压力传感器5-1，压力传感器5-1将负载压力以电信号形式反馈给电控系统控制单元。控制单元根据负载压力调节液压站电比例减压阀10的输出压力，其输出的液压油通过梭阀9后接入负载敏感液压泵12的负载反馈口，从而控制负载敏感液压泵12的输出压力。液压站P口设置的压力传感器5-2将负载敏感液压泵12的输出压力也以电信号形式反馈给电控系统控制单元。控制单元比较传感器5-1与传感器5-2反馈的压力差值，实时调节液压站电比例减压阀10，实现负载敏感液压泵12的输出压力与负载压力的差值在预设的理想的范围内。

3、当快速反馈控制方式因电控系统或电比例减压阀10等元件故障不能正常工作时，则本发明采用传统的负载敏感反馈控制方式进行控制，具体控制流程如下：

当设备执行机构需要工作时，电控系统4控制电磁换向阀6不换向，手动或电控系统4控制负载敏感多路阀7开启相应开口，负载敏感多路阀7通过内部油道将执行机构负载压力反馈至负载敏感多路阀7的LS口，LS口输出的液压油通过电磁换向阀6、压力反馈管路13、梭阀9后接入负载敏感液压泵12的负载反馈口X，从而控制负载敏感液压泵12的输出压力，实现负载敏感液压泵12的输出压力与负载压力的差值在预设的理想的范围内。