[发明专利]一种数字和模拟组合控制液压系统多泵源的构型设计方法

说明书

技术领域

本发明属于液压技术领域，特别涉及一种节能型多泵源液压系统的构型设计方法。

背景技术

锻造液压机是机械行业中的重要的一种机械设备，其所消耗的巨大能量一直都是各界人士纷纷重点关注的焦点，因此节能是锻压工业发展过程所必须解决的问题。

目前，锻造液压机按功率调节的方式，可分为节流控制系统和容积控制系统。前者采用以插装式大通径电液比例节流阀为控制核心的阀控系统，后者是采用以高响应径向柱塞变量泵为驱动和控制的泵控系统。节流控制的优点是频带宽，响应速度快，增益较高，动态特性好，但存在溢流损失和节流损失。容积控制方式由于其回路中没有溢流和节流损失，效率较高，功率损失小，相对于阀控系统在节能上有巨大优势，其传动效率可达40％-60％，但是该类系统投资和维护成本较高。

国内外有关锻造液压机阀控系统的研究主要集中在提高动态品质和精度的控制策略、平稳卸压卸荷技术、故障诊断等，但对其液压控制系统节能方面的研究工作尚处于起步阶段。因此，对于锻造液压机阀控系统而言，急需寻求一种有效的液压系统设计方法，解决多泵源系统输出的定流量与负载需求不匹配的问题，进而构建一种低成本、高效率的液压传动系统。

另外，DFP(Digital Fluid Power)近几年已成为流体传动技术的一个新的分支。DFP就是液压或气动系统依靠一定数量离散的元件灵活地控制系统的输出。DFP主要分为两大类，一类是通过PCM(Pulse Code Modulation)控制多个并行排布元件的组合状态实现不同需求的输出，另一类是通过调节PWM(Pulse width Modulation)频率或者占空比控制单个元件实现不同的输出特性。数字液压系统在节能、无泄漏、高控制自由度、抗污染性、多功能性等方面有着模拟控制系统无可比拟的优势，是未来液压传动理论与技术的重要发展方向之一。目前，国内学者主要对PWM控制的数字变量泵进行了研究。国外学者对PCM数字泵控系统的构型及控制进行了研究，但研究对象都是针对小流量液压系统，并且没有涉及到液压系统的构型设计方法。

然而，锻造行业中液压机液压系统通常都具有高压、大流量的特征，其采用数字化控制时不易进行高频切换，流量输出明显呈阶梯形，对连续量的模拟精度低，不易满足工程需求。另外大流量切换时所产生的冲击会严重影响泵源输出特性，使系统的控制特性恶化，故如何实现大流量液压系统连续无冲击的输出特性将是数字液压发展中急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应快、无溢流损失、传动效率高、输出流量连续可调的数字和模拟组合控制液压系统多泵源的构型设计方法。本发明主要利用区域分割的方法，提出数字+模拟组合泵源的非标准二进制组合规则及构型方法，其中的数字信号是指定量泵组中的电磁卸荷阀的控制信号均为0/1数字信号，模拟信号是指变量泵的控制信号为连续的模拟量；本发明指依据所需流量曲线，通过流量区域划分的方法确定出多泵源系统中定量泵和变量泵的台数及排量，定量泵组可输出“阶梯状”流量，变量泵输出的流量可“填补”定量泵阶梯流量的空白处，使之变成“光滑”的流量曲线。

本发明的技术方案如下：

本发明的液压系统包括第一变量泵A₁、第二变量泵A₂、……、第n变量泵A_n、第一定量泵B₁、第二定量泵B₂、……、第m定量泵B_m、第一电磁卸荷阀C₁、第二电磁卸荷阀C₂、……、第m电磁卸荷阀C_m、第一安全阀E₁、第二安全阀E₂、……、第m安全阀E_m、第一单向阀F₁、第二单向阀F₂、……、第n+m单向阀F_n+m、油箱G；每个定量泵的出口和油箱之间跨接一个电磁卸荷阀和一个安全阀，电磁卸荷阀的作用是控制相应定量泵接入系统的状态，安全阀防止压力过载。m个定量泵和n个变量泵的出口均汇于一点后作为多泵源的压力油输出口。