专利名称：基于比例溢流阀实现载荷均衡的液压同步系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及流体压力执行机构，尤其涉及一种基于比例溢流阀实现载荷均衡的液压同步系统。
背景技术：
液压同步驱动系统，主要针对高载荷、大功率的应用场合，由两个或两个以上的液压马达或液压缸同时驱动一个负载。这种多执行器的同步驱动，因为制造精度、安装误差、摩擦力、负载等因素的影响，必然存在运动的不同步问题。在实际工作中，执行器所承受的负载往往是变化的，在同一时间每个执行器之间的负载也并不相等，这种负载不均衡即偏 载容易引起同步执行器的运动同步精度误差，而且一般难以避免。尤其是一些工作环境复杂的大功率液压同步驱动系统，比如盾构掘进机的刀盘同步驱动系统，负载不均衡是影响其同步精度的主要因素。现有的液压系统闭环同步控制技术常采用等同方式和主从方式，但它们不能调控驱动过程中的负载均衡，不能从根本上解决在负载不均衡情况下的同步问题。2010年6月23日公告的中国发明专利CN101749294A中，公开了一种实现负载均衡的液压同步驱动控制系统，该系统是通过调节比例方向阀的流量来间接调控液压马达进出口压差从而实现载荷均衡，不能实现真正严格意义上的速度同步，在负载均衡和速度同步驱动之间还需更好地协调和兼顾。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于比例溢流阀实现载荷均衡的液压同步系统，在负载不均衡情况下，直接调控液压马达的工作压力，并采用速度同步控制，从根本上消除负载不均衡对同步精度的不利影响，实现速度同步和负载均衡的协调兼顾，并达到较高的同步精度。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括液压传动回路和电液控制系统；液压传动回路包括油箱、两个过滤器、两个精过滤器、两个电机、两个联轴器、两个变量泵、两个比例溢流阀、调速阀、三位四通电液换向阀、三位四通比例换向阀、九个单向阀、两个溢流阀、两个双向液压马达、两个小齿轮、大齿轮；第一个电机通过第一个联轴器与第一个变量泵连接；第一个过滤器的进油口与油箱连通，出油口接第一个变量泵的进油口 ；第一个变量泵的出油口 P7分别接第一个精过滤器的入油口、第一个比例溢流阀的进油口 ；第一个比例溢流阀的出油口与油箱连通；三位四通电液换向阀的进油口 Pl与第一个精过滤器的出油口相连，回油口 Tl接调速阀的进油口，Al 口分别与第一个单向阀的出油口、第二个单向阀的进油口、第一个马达的一侧油口 P3相连，BI 口分别与第三个单向阀的出油口、第四个单向阀的进油口、第一个马达的另一侧油口 P4相连；调速阀的出油口接油箱；第一个溢流阀的进油口与第二个单向阀及第四个单向阀的出油口连通，出油口与第一个单向阀及第三个单向阀的进油口连通并接油箱；第一个马达驱动第一个小齿轮；第二个电机通过第二个联轴器与第二个变量泵连接；第二个过滤器的进油口与油箱连通，出油口接第二个变量泵的进油口 ；第二个变量泵的出油口 P8分别接第二个精过滤器的入油口、第二个比例溢流阀的进油口 ；第二个比例溢流阀的出油口与油箱连通；三位四通比例换向阀的进油口P2与第二个精过滤器的出油口相连，回油口 T2接第五个单向阀的进油口，A2 口分别与第六个单向阀的出油口、第七个单向阀的进油口、第二个马达的一侧油口 P5相连，B2 口分别与第八个单向阀的出油口、第九个单向阀的进油口、第二个马达的另一侧油口 P6相连；第五个单向阀的出油口接油箱；第二个溢流阀的进油口与第七个单向阀及第九个单向阀的出油口连通，出油口与第六个单向阀及第八个单向阀的进油口连通并接油箱；第二个马达驱动第二个小齿轮；连接在第一个马达上的第一个小齿轮与连接在第二个马达上的第二个小齿轮同时驱动大齿轮；所述电液控制系统包括基于速度反馈的速度同步控制回路和基于压力反馈的载荷均衡调控回路。所述基于压力反馈的载荷均衡调控回路包括四个压力传感器、第一个控制器、第一个比例放大器；第一个压力传感器检测第一个马达的一侧 油口 P3处的压力值；第二个压力传感器检测第一个马达的另一侧油口 P4处的压力值；第三个压力传感器检测第二个马达的一侧油口 P5处的压力值；第四个压力传感器检测第二个马达的另一侧油口P6处的压力值；第一个马达的进出口压力差与第二个马达的进出口压力差的差值作为第一个控制器的输入信号，第一个控制器的输出信号作第一个比例放大器的输入信号；第一个比例放大器的输出信号作两个比例溢流阀的输入信号；所述基于速度反馈的速度同步控制回路包括两个速度传感器、第二个控制器、第二个比例放大器；第一个速度传感器检测第一个小齿轮的转速；第二个速度传感器检测第二个小齿轮的转速；第一个速度传感器与第二个速度传感器的转速差值作为第二个控制器的输入信号，第二个控制器的输出信号作第二个比例放大器的输入信号；第二个比例放大器的输出信号作三位四通比例换向阀的输入信号。本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是I)采用了基于压力反馈的载荷均衡调控回路，在负载不均衡情况下，直接调控液压系统的工作压力，实现多个驱动马达的两端压力差均匀一致，保证多个马达的输出力矩一致，实现不同液压马达之间的载荷均衡，从根本上消除负载不均衡对运动同步的不利影响。2)采用基于压力反馈的载荷均衡调控时，同时采用了基于速度反馈的速度同步控制，可消除包括负载不均衡在内的诸因素造成的同步误差，保证各驱动马达的速度同步，实现速度同步和负载均匀的协调兼顾，可达到较高的同步精度，尤其适于负载变化较大、负载不均衡严重、同步精度要求较高的大功率场合。下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附图是本实用新型的结构原理示意图。
具体实施方式
如附图所示，本实用新型包括液压传动回路和电液控制系统。所述液压传动回路包括油箱I，两个过滤器2、3,两个精过滤器12、13,两个电机4、11,两个联轴器5、10,两个变量泵6、9，两个比例溢流阀7、8，调速阀14，三位四通电液换向阀16，三位四通比例换向阀17，九个单向阀15、18、19、20、21、24、25、26、27，两个溢流阀22、23，两个双向液压马达28、29,两个小齿轮34、36，大齿轮35 ;第一个电机4通过第一个联轴器5与第一个变量泵6连接；第一个过滤器2的进油口与油箱I连通，出油口接第一个变量泵6的进油口 ；第一个变量泵6的出油口 P7分别接第一个精过滤器12的入油口、第一个比例溢流阀7的进油口 ；第一个比例溢流阀7的出油口与油箱连通；三位四通电液换向阀16的进油口 Pl与第一个精过滤器12的出油口相连，回油口 Tl接调速阀14的进油口，Al 口分别与第一个单向阀18的出油口、第二个单向阀24的进油口、第一个马达28的一侧油口 P3相连，BI 口分别与第三个单向阀19的出油口、第四个单向阀25的进油口、第一个马达28的另一侧油口 P4相连；调速阀14的出油口接油箱；第一个溢流阀22的进油口与第二个单向阀24及第四个单向阀25的出油口连通，出油口与第一个单向阀18及第三个单向阀19的进油口连通并接油箱； 第一个马达28驱动第一个小齿轮34 ;第二个电机11通过第二个联轴器10与第二个变量泵9连接；第二个过滤器3的进油口与油箱I连通，出油口接第二个变量泵9的进油口 ；第二个变量泵9的出油口 P8分别接第二个精过滤器13的入油口、第二个比例溢流阀8的进油口 ；第二个比例溢流阀8的出油口与油箱连通；三位四通比例换向阀17的进油口 P2与第二个精过滤器13的出油口相连，回油口 T2接第五个单向阀15的进油口，A2 口分别与第六个单向阀20的出油口、第七个单向阀26的进油口、第二个马达29的一侧油口 P5相连，B2口分别与第八个单向阀21的出油口、第九个单向阀27的进油口、第二个马达29的另一侧油口 P6相连；第五个单向阀I 5的出油口接油箱；第二个溢流阀23的进油口与第七个单向阀26及第九个单向阀27的出油口连通，出油口与第六个单向阀20及第八个单向阀21的进油口连通并接油箱；第二个马达29驱动第二个小齿轮36 ;连接在第一个马达28上的第一个小齿轮34与连接在第二个马达29上的第二个小齿轮36同时驱动大齿轮35。所述电液控制系统包括基于速度反馈的速度同步控制回路和基于压力反馈的载荷均衡调控回路。所述基于压力反馈的载荷均衡调控回路包括四个压力传感器30、31、32、33，第一个控制器39，第一个比例放大器41 ;第一个压力传感器30检测第一个马达28的一侧油口 P3处的压力值；第二个压力传感器31检测第一个马达28的另一侧油口 P4处的压力值；第三个压力传感器32检测第二个马达29的一侧油口 P5处的压力值；第四个压力传感器33检测第二个马达29的另一侧油口 P6处的压力值；第一个马达28的进出口压力差与第二个马达29的进出口压力差的差值作为第一个控制器39的输入信号，第一个控制器39的输出信号作第一个比例放大器41的输入信号；第一个比例放大器41的输出信号作两个比例溢流阀7、8的输入信号；所述基于速度反馈的速度同步控制回路包括两个速度传感器37、38，第二个控制器40,第二个比例放大器42 ;第一个速度传感器38检测第一个小齿轮34的转速；第二个速度传感器37检测第二个小齿轮36的转速；第一个速度传感器38与第二个速度传感器37的转速差值作为第二个控制器40的输入信号，第二个控制器40的输出信号作第二个比例放大器42的输入信号；第二个比例放大器42的输出信号作三位四通比例换向阀17的输入信号。本实用新型的工作过程如下小齿轮34和小齿轮36共同驱动大齿轮35转动，驱动小齿轮34和小齿轮36的两个液压系统同时工作。其中，驱动小齿轮34的工作过程如下电机4得电启动，经联轴器5驱动变量泵6转动，变量泵6的吸油口通过过滤器2从油箱I吸油。变量泵6排出的油液分两路第一路接比例溢流阀7的进油口，比例溢流阀7的出油口接油箱。比例溢流阀7可根据具体工况设定不同的开启压力，使马达28所在的液压系统达到所需压力值。第二路接精过滤器12的入油口，经精过滤器12的出油口进入三位四通电液换向阀16的进油口 P1。当三位四通电液换向阀16的左电磁铁得电时，其Pl 口与Al 口接通，Tl 口与BI 口接通。高压油通过Pl 口从Al 口流出后分别接单向阀18的出油口、单向阀24的进油口，同时进入液压马达28的P3油口，马达28转动，驱动小齿轮34转动。此时低压油液经马达28的P4油口排出。马达28的P4油口分别接单向阀19的出油口、单向阀25的进油口、三位四通电液换向阀16的BI油口。正常工作状态下，马达28的P4油口排出的低压油液流经三位四通电液换向阀16的BI油口和Tl油口，再通过调速阀14流回油箱。当三位四通电液换向阀16的右电磁铁得电时，其Pl 口与BI 口接通，Tl 口与Al 口接通。高压油通过Pl 口从BI 口流出后进入液压马达28的P4油口，马达28反向转动,驱动小齿轮34反向转动。反向转动 时，马达28的P3油口排出的低压油液，在正常情况下经三位四通电液换向阀16的Al油口和Tl油口，再经调速阀14流回油箱。调速阀14用来调节马达28及小齿轮34的转速。单向阀18、19、24、25和溢流阀22构成马达28的补放油路，在两个方向上都能起补油及溢流作用。当马达28的P3油口一侧油压高于溢流阀22的设定压力时，油液经单向阀24和溢流阀22溢流回油箱；当马达28的P4油口一侧油压高于溢流阀22的设定压力时，油液经单向阀25和溢流阀22溢流回油箱；当马达28的P3油口一侧出现负压时，油箱油液经单向阀18向系统补油；当马达28的P4油口一侧出现负压时，油箱油液经单向阀19向系统补油。驱动小齿轮36的工作过程如下电机11得电启动，经联轴器10驱动变量泵9转动，变量泵9的吸油口通过过滤器3从油箱I吸油。变量泵9排出的油液分两路第一路接比例溢流阀8的进油口，比例溢流阀8的出油口接油箱。比例溢流阀8可根据具体工况设定不同的开启压力，使马达29所在的液压系统达到所需压力值。第二路接精过滤器13的入油口，经精过滤器13的出油口进入三位四通比例换向阀17的进油口 P2。当三位四通比例换向阀17的左电磁铁得电时，其P2 口与A2 口接通，T2 口与B2 口接通。高压油通过P2口从A2 口流出后分别接单向阀20的出油口、单向阀26的进油口，同时进入液压马达29的P5油口，马达29转动，驱动小齿轮36转动。此时低压油液经马达29的P6油口排出。马达29的P6油口分别接单向阀21的出油口、单向阀27的进油口、三位四通比例换向阀17的B2油口。正常工作状态下，马达29的P6油口排出的低压油液流经三位四通比例换向阀17的B2油口和T2油口，再通过单向阀15流回油箱。单向阀15提供回油背压。当三位四通比例换向阀17的右电磁铁得电时，其P2 口与B2 口接通，T2 口与A2 口接通。高压油通过P2 口从B2 口流出后进入液压马达29的P6油口，马达29反向转动，驱动小齿轮36反向转动。反向转动时，马达29的P5油口排出的低压油液，在正常情况下经三位四通比例换向阀17的A2油口和T2油口，再经单向阀15流回油箱。单向阀20、21、26、27和溢流阀23构成马达29的补放油路，在两个方向上都能起补油及溢流作用。当马达29的P5油口一侧油压高于溢流阀23的设定压力时，油液经单向阀26和溢流阀23溢流回油箱；当马达29的P6油口一侧油压高于溢流阀23的设定压力时，油液经单向阀27和溢流阀23溢流回油箱；当马达29的P5油口一侧出现负压时，油箱油液经单向阀20向系统补油；当马达29的P6油口一侧出现负压时，油箱油液经单向阀21向系统补油。电液控制系统的工作过程如下在基于速度反馈的速度同步控制回路中，采用主从控制方式，以马达28的状态为基准。马达28的转速由调速阀14调定。马达28驱动小齿轮34，马达29驱动小齿轮36，速度传感器37、38分别实时检测小齿轮36、34的转速值，对这两个转速值进行比较后得到速度误差，然后把速度误差输入控制器40，控制器40产生控制信号并经比例放大器42放大后控制比例换向阀17的阀口开度，调控进入马达29的流量，使得马达29的转速向速度误差减少的方向调节，最终使马达28和29的速度趋向同步。具体而言，当速度误差大于零，即马达29转速大于马达28转速时，控制器40使比例换向阀17的阀口开度变小，马达29的进入流量和转速变小，小齿轮36的转速值也变小，最终使马达28和29的运动趋向同步；当速度误差小于零，即马达29转速小于马达28转速时，控制器40使比例换向阀17的阀口 开度变大，马达29的进入流量和转速变大，小齿轮36的转速值也变大，最终使马达28和29的运动趋向同步。在基于压力反馈的载荷均衡调控回路中，压力传感器30、3 I分别测量马达28两端油液压力值，压力传感器32、33分别测量马达29两端油液压力值，然后把马达28两端的压力差与马达29两端的压力差进行比较后得到压力差误差，把压力差误差输入控制器39，控制器39产生控制信号并经比例放大器41放大后控制比例溢流阀7和8，调控进入液压马达28、29的油液工作压力，使系统向压力差误差减少的方向调节，最终使马达28和29的两端压力差趋向同步。当马达排量一定时，其两端的压力差与其输出力矩成正比。因此当马达28和29的两端压力差达到一致时，马达28和29的输出力矩也达到一致，即马达28和29的载荷均衡。具体而言，当压力差误差大于零，即马达29两端的压力差大于马达28两端的压力差时，控制器39使比例溢流阀8的设定压力减小，减小进入马达29的油液工作压力，使马达29两端的压力差减小，压力差误差减小，最终使压力差误差消除；当压力差误差小于零，即马达29两端的压力差小于马达28两端的压力差时，控制器39使比例溢流阀7的设定压力减小，减小进入马达28的油液工作压力，使马达28两端的压力差减小，压力差误差也减小，最终使压力差误差消除。本实用新型不局限于上述两个及两个以上的液压马达同步驱动的情况，同时也适用于两个及两个以上的液压缸同步驱动回路。此外，所述液压传动回路和电液控制系统，还可采用比例节流阀结合电液换向阀，或比例调速阀结合电液换向阀来调节液压马达的转向和转速，尤其适于功率大、负载变化较大、负载不均衡严重、同步精度要求较高的场合。诸如此类的变换，只要不超出本实用新型的精神和权力要求的保护范围，均落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.基于比例溢流阀实现载荷均衡的液压同步系统，包括液压传动回路和电液控制系统，其特征在于 1)所述液压传动回路包括油箱(I)、两个过滤器(2、3)、两个精过滤器(12、13)、两个电机(4、11)、两个联轴器(5、10)、两个变量泵(6、9)、两个比例溢流阀(7、8)、调速阀(14)、三位四通电液换向阀(16)、三位四通比例换向阀(17)、九个单向阀(15、18、19、20、21、24、25、26、27)、两个溢流阀(22、23)、两个双向液压马达(28、29)、两个小齿轮(34、36)、大齿轮(35);第一个电机(4)通过第一个联轴器(5)与第一个变量泵(6)连接；第一个过滤器(2)的进油口与油箱(I)连通，出油口接第一个变量泵(6)的进油口 ；第一个变量泵(6)的出油口 P7分别接第一个精过滤器(12)的入油口、第一个比例溢流阀(7)的进油口 ；第一个比例溢流阀⑵的出油口与油箱连通；三位四通电液换向阀(16)的进油口 Pl与第一个精过滤器(12)的出油口相连，回油口 Tl接调速阀(14)的进油口，Al 口分别与第一个单向阀(18)的出油口、第二个单向阀(24)的进油口、第一个马达(28)的一侧油口P3相连，BI 口分别与第三个单向阀(19)的出油口、第四个单向阀(25)的进油口、第一个马达(28)的另一侧油口 P4相连；调速阀(14)的出油口接油箱；第一个溢流阀(22)的进油口与第二个单向阀(24)及第四个单向阀(25)的出油口连通，出油口与第一个单向阀(18)及第三个单向阀(19)的进油口连通并接油箱；第一个马达(28)驱动第一个小齿轮(34);第二个电机(11)通过第二个联轴器(10)与第二个变量泵(9)连接；第二个过滤器(3)的进油口与油箱(I)连通，出油口接第二个变量泵(9)的进油口 ；第二个变量泵(9)的出油口 P8分别接第二个精过滤器(13)的入油口、第二个比例溢流阀⑶的进油口 ；第二个比例溢流阀⑶的出油口与油箱连通；三位四通比例换向阀(17)的进油口 P2与第二个精过滤器(13)的出油口相连，回油口 T2接第五个单向阀(15)的进油口，A2 口分别与第六个单向阀(20)的出油口、第七个单向阀(26)的进油口、第二个马达(29)的一侧油口 P5相连，B2 口分别与第八个单向阀(21)的出油口、第九个单向阀(27)的进油口、第二个马达(29)的另一侧油口 P6相连；第五个单向阀(15)的出油口接油箱；第二个溢流阀(23)的进油口与第七个单向阀(26)及第九个单向阀(27)的出油口连通，出油口与第六个单向阀(20)及第八个单向阀(21)的进油口连通并接油箱；第二个马达(29)驱动第二个小齿轮(36);连接在第一个马达(28)上的第一个小齿轮(34)与连接在第二个马达(29)上的第二个小齿轮(36)同时驱动大齿轮(35)； 2)所述电液控制系统包括基于速度反馈的速度同步控制回路和基于压力反馈的载荷均衡调控回路。
2.根据权利要求I所述的基于比例溢流阀实现载荷均衡的液压同步系统，其特征在于，所述基于压力反馈的载荷均衡调控回路包括四个压力传感器(30、31、32、33)、第一个控制器(39)、第一个比例放大器(41);第一个压力传感器(30)检测第一个马达(28)的一侧油口 P3处的压力值；第二个压力传感器(31)检测第一个马达(28)的另一侧油口 P4处的压力值；第三个压力传感器(32)检测第二个马达(29)的一侧油口 P5处的压力值；第四个压力传感器(33)检测第二个马达(29)的另一侧油口 P6处的压力值；第一个马达(28)的进出口压力差与第二个马达(29)的进出口压力差的差值作为第一个控制器(39)的输入信号，第一个控制器(39)的输出信号作第一个比例放大器(41)的输入信号；第一个比例放大器(41)的输出信号作两个比例溢流阀(7、8)的输入信号。
3.根据权利要求I所述的基于比例溢流阀实现载荷均衡的液压同步系统，其特征在于，所述基于速度反馈的速度同步控制回路包括两个速度传感器(37、38)、第二个控制器(40)、第二个比例放大器(42);第一个速度传感器(38)检测第一个小齿轮(34)的转速；第二个速度传感器(37)检测第二个小齿轮(36)的转速；第一个速度传感器(38)与第二个速度传感器(37)的转速差值作为第二个控制器(40)的输入信号，第二个控制器(40)的输出信号作第二个比例放大器(42)的输入信号；第二个比例放大器(42)的输出信号作三位四通比例换向阀(17)的输入信号。
专利摘要本实用新型公开了一种基于比例溢流阀实现载荷均衡的液压同步系统，包括液压传动回路和电液控制系统。目的是在负载不均衡情况下实现较高精度的同步运动。液压传动回路包括油箱、过滤器、精过滤器、电机、联轴器、变量泵、调速阀、电液换向阀、比例溢流阀、比例换向阀、单向阀、溢流阀、双向液压马达、小齿轮、大齿轮。电液控制系统包括基于速度反馈的速度同步控制回路和基于压力反馈的载荷均衡调控回路。针对负载不均衡工况，利用比例溢流阀直接调控液压马达的工作压力，实现不同液压马达之间的载荷均衡。从根本上消除负载不均衡对同步精度的不利影响，实现速度同步和负载均衡的协调兼顾，并达到较高的同步精度。
文档编号F15B11/22GK202579383SQ20122024347
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者金耀, 夏毅敏 申请人:中南大学