基于高压共轨舱的多执行器重载数字液压回路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于机、电、液控制技术为特征的流体传动与控制领域，特别涉及基于高压共轨舱的多执行器重载数字液压回路。
【背景技术】
[0002]现有的工程机械多采用传统的模拟液压系统，利用泵开式回路，由一个泵控制多个执行器，泵和执行器之间通过负载敏感阀、比例阀等来控制执行器的动作，由于系统的工作压力一般在25-35MPa之间，导致执行器的尺寸不能太小，故导致整个系统的尺寸不能太小，无法进一步的减小整机的结构尺寸。
[0003]在工程机械上，利用数字液压技术进行液压回路的设计目前还处于研宄阶段，2010年，有学者在轮式装载机上用高速开关阀组成的数字液压回路替代传统的负载敏感系统，通过仿真研宄发现，改进后的系统可以减少33-63%的能量消耗。工程机械具有重载及多执行器的特点，如果能够通过提高液压系统的压力来减小系统流量的需求进而提高液压元件的功率密度比，则可大幅度的减小执行器的尺寸，从而也使工程机械的整体尺寸变得紧凑。
[0004]高压共轨是用具有较大容积的共轨舱把高压油泵输送的高压油蓄积起来，并利用电子控制单元，压力传感器，压力调节阀等实现精确的压力控制。目前，高压共轨主要应用在柴油发动机高压共轨燃油电喷系统中，其共轨压力可以达到200MPa，主要目的是将喷射压力和喷射过程完全分开，使高压油压力与发动机转速无关，在通过电子控制单元来控制高速开关阀来调节燃油喷射量，提高燃油效率。
[0005]随着数字液压的普及，由高速开关阀组成的数字液压回路受到了越来越多的关注，由于高速开关阀能够对进油口和回油口实现单独的控制，从而能够更加精确的实现速度及位移控制，而且由于高速开关阀没有节流压差，因而从效率上来讲数字液压回路的效率要高于由传统的伺服阀和比例阀组成的液压回路。但当要求高速开关阀的通流能力较大时，其开关的响应时间往往又较慢，生产频响高且流量大的高速开关阀往往是一个难题。然而，如果降低对高速开关阀通流能力的要求，则其可以达到很高的频响，其开关响应时间可以达到晕秒级，所以尚速开关阀的发展趋势是小流量尚频响阀。尚速开关阀的频响越尚其控制性能越好，常采用脉宽调制的方法来控制高速开关阀，然而由于脉宽调制对阀的频响要求太高，故比较可行的办法是采用脉数调制，即用很多个小流量高频响的高速开关阀来组成一个大流量的高速开关阀组，通过控制一个阀组中小流量开关阀的开和关的个数来控制其通过的流量，这样就降低了对高速开关阀频响的要求，同时由于小流量高频响的高速开关阀是未来的发展方向，通过脉数控制高速开关阀组的方法具有很大的市场应用价值。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能进一步的提高液压系统的工作压力，提高液压元件的功率密度比的基于高压共轨舱的多执行器重载数字液压回路。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是:
[0007]提供基于高压共轨舱的多执行器重载数字液压回路，包括供油系统、高速开关阀组、电子控制单元和执行器，所述供油系统包括发动机、阀配流柱塞泵、高压舱、转速转角传感器、温度传感器、压力传感器、先导比例溢流阀、蓄能器和安全阀；所述发动机用于驱动阀配流柱塞泵，阀配流柱塞泵的出油口与高压舱的进油口连接，先导比例溢流阀的回油口与油箱A连接，阀配流柱塞泵的吸油口、吸油滤油器、油箱A依次连接；高压舱的回油口与安全阀的进油口连接，安全阀的回油口与油箱B连接；阀配流柱塞泵和高压舱之间的连接管路上设有先导比例溢流阀、温度传感器、压力传感器、蓄能器，温度传感器、压力传感器、先导比例溢流阀、安全阀、转速转角传感器的控制信号线分别与电子控制单元连接；
[0008]所述阀配流柱塞泵用于将油液泵送进高压舱中，获得稳定的高压油液(压力在60MPa以上)；转速转角传感器安装在阀配流柱塞泵的转轴上，用于获得阀配流柱塞泵的转速、转角信息，并将获得的转速、转角信息输入电子控制单元进行监测；所述温度传感器、压力传感器分别用于获得管路中油液的温度、压力，并将获得的温度、压力信息输入电子控制单元进行监测；所述电子控制单元能通过控制先导比例溢流阀，调节高压舱内油液的压力；所述蓄能器用于保证高压舱内油液的压力在先导比例溢流阀设定压力的正负5%之内波动；所述安全阀用于限定高压舱内油液的最高压力，同时防止高压舱内油液压力突然迅速的下降；
[0009]所述高速开关阀组设置执行器的油口上，分别用于控制执行器与高压舱、执行器与油箱之间油液的通断；所述高速开关阀组包括至少四个并行连接的小流量高频响高速开关阀，且每个高速开关阀组分别通过线路连接到电子控制单元，电子控制单元通过控制小流量高频响高速开关阀打开的个数，实现对通过高速开关阀组的油液流量的控制，进而控制执行器的动作。
[0010]在本发明中，所述电子控制单元包括显示器和可编程的PLC。
[0011]在本发明中，所述安全阀采用卸荷溢流阀，且其卸荷功能通过电子控制单元进行控制。
[0012]在本发明中，所述小流量高频响高速开关阀采用二位二通阀，且额定流量在I?5L/min范围内。
[0013]在本发明中，所述发动机采用柴油发动机。
[0014]在本发明中，所述执行器包括双向运动的执行器、单向运动的执行器；
[0015]所述双向运动的执行器的两个油口分别连接有两组高速开关阀组，且每个油口连接的两组高速开关阀组，一组高速开关阀组与高压舱连接，另一组高速开关阀组与油箱连接，即每个油口都设有和高压舱连接的高速开关阀、和油箱连接的高速开关阀；
[0016]所述单向运动的执行器的两个油口分别为进油口和回油口，进油口通过一个高速开关阀组与高压舱连接，回油口通过一个高速开关阀组与油箱连接。
[0017]在本发明中，所述双向运动的执行器包括单杆双作用液压缸、双向定量马达，单向运动的执行器包括单向定量马达。
[0018]本发明的工作原理:将高压舱蓄积的高压油液通过高速开关阀组输送到各个执行器，同时各个执行器同样的通过高速开关阀组将油液排回油箱；整个液压系统由一个电子控制单元(ECU)控制，通过输入负载期望的运行规律和监测系统运行参数，控制每个高速开关阀组中小流量高速开关阀同时打开的个数，进而控制负载的运动。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0020]1、本发明通过高压共轨方法提高了液压系统的工作压力，从而为降低执行器所需要的流量打下了基础，进一步的提高液压元件的功率密度比，使整个系统变得更加的紧凑。传统的液压系统一般工作于35MPa以下。而本发明提出的采用高压共轨的方法，利用阀配流的柱塞泵能够泵送至少60MPa的压力油液，并且利用一个容积较大的高压舱蓄积起来，通过先导式比例溢流阀和蓄能器来调定压力，采用高压共轨的方法，当系统稳定在某一压力时，发动机只需要消耗很少的能量以维持泵转动就行。
[0021]2、利用数字液压技术来控制执行器及负载的运动，而不是通过传统的伺服阀或者比例阀来控制。由于采用高速开关阀来控制，没有节流损耗，因而提高