一种基于多源网络的液压系统设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多源网络的液压系统设计方法，按所述设计方法所设计的液压系统，通过多泵和蓄能单元的灵活搭配，形成具有不同流量、压力输出特性、相互独立且有一定能量储备能力的多个液压源。利用网络流的拓扑映射关系，实现泵源和执行器的匹配，同时选择一个最优路径，以此来减少能量损失。其优点是：通过泵源和压力分级阀组、压力分级阀组和控制阀组、控制阀组和执行元件之间的网络连接，实现了回路中压力和流量的匹配，提高了系统的效率和能量利用率，同时提高了系统的可靠性。同时，本发明专利技术还可以根据工况，利用多余回路和蓄能器来实现能量的回收再利用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源网络的液压系统设计方法
本专利技术属于液压技术应用领域，涉及一种基于多源网络的液压系统设计方法。
技术介绍
液压技术作为现代传动与控制的关键技术之一，被广泛的应用于行走机械、矿山机械、船舶机械、航空航天机械等。液压技术的应用和发展被视为是衡量一个国家的工业化水平和现代工业发展水平的重要标志。液压系统具有高功重比、响应快、刚度大、承载能力强等优点。然而，传统的液压系统具有效率低、可靠性差、受温度影响较大等缺点。重型机械的液压系统通常具有多个液压泵(即多泵源)和多个执行元件(即多执行器)，工作过程中各个执行器的工况不尽相同，具有高速时轻载，低速时重载两个特点，且高低速相差悬殊，为了满足系统工作时的需求，设计液压系统时一般按液压系统所需的最大压力和最大流量来选择液压泵，而系统大部分时间工作在部分载荷区。这时泵源以最大压力和最大流量输出，会造成大量的液压油从溢流阀流走，势必会造成能量的浪费，其根源在于泵源与执行器不匹配。此外，液压源与执行器间均采用单通路连接方式，即液压源与执行器之间只有一个通路，这种连接方式虽然简单，易于控制，但是通路中任一环节出现故障，均会使整条通路无法工作，进而导致整个液压系统不能正常工作。系统的能量在液压源和各执行器间单向传输，不便于能量流在各执行器间进行调配。因此，研究如何设计高效可靠的液压系统势在必行。目前，用于提高液压系统效率的常用设计方法是采用变量泵作为主控元件，即泵控系统，但是效果并不理想，原因是当负载变大时，液压泵的内泄漏增加，造成液压缸或液压马达的速度特性变差。此外，快速响应变量泵的价格昂贵，维护成本高也是限制此类系统应用的一个重要原因。
技术实现思路
本专利技术针对上述液压系统中存在的缺陷，提供一种基于网络的具有传动效率高、可靠性高和能够实现能量回收的液压多源网络系统的设计方法。所谓多源是指改变原有的多泵共源的拓扑结构形式，通过多泵和蓄能单元的灵活搭配，形成具有不同流量、压力输出特性、相互独立且有一定能量储备能力的多个液压源。所谓网络是利用网络流的拓扑映射关系，实现泵源和执行器的匹配，同时选择一个最优路径，以此来减少能量损失。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术基于上述多源和网络两个概念提供的基于多源网络的液压系统设计方法所设计的液压系统包括：油箱、变量液压泵、驱动变量液压泵的电机、定量液压泵、驱动定量液压泵的电机、低压蓄能器、中压蓄能器、高压蓄能器、低压力安全阀、中压力安全阀、高压力安全阀、开关阀、比例阀、压力传感器、流量传感器、多个执行器，其特征是：变量液压泵3和第一定量液压泵4.1、第二定量液压泵4.2的进油口均与油箱1连接，变量液压泵3的出口连接第一单向阀6.1，第一定量液压泵4.1、第二定量液压泵4.2的出口分别连接第二单向阀6.2和第三单向阀6.3，然后分成三路分油路，变量液压泵3和第一定量液压泵4.1、第二定量液压泵4.2的出口都配有和油箱联通的安全阀，且第一定量液压泵4.1、第二定量液压泵4.2的出口均配有与油箱联通的第一旁路卸荷阀7.1、第二旁路卸荷阀7.2，在分成三路的分油路中，第一路分油路作为高压力等级分油路，在油路上连接有高压蓄能器8，第二路分油路作为中压力等级分油路，在油路上连接有中压蓄能器9，第三路分油路作为低压力等级分油路，在油路上连接有低压蓄能器10，在低压蓄能器、中压蓄能器和高压蓄能器的出口处分别配有一个开关阀，分别为第三开关阀7.5、第二开关阀7.4、第一开关阀7.3，经过压力分级的压力油分三路分油路输出，第一路压力油分油路再分成三个支路，第一支路串联第四开关阀7.6后接到第一比例阀11.1P口，第二支路串联第七开关阀7.9后接到第二比例阀11.2P口，第三支路串联第十开关阀7.12后接到第三比例阀11.3P口，第二路压力油分油路再分成三个支路，第一支路串联第五开关阀7.7后接到第一比例阀11.1P口，第二支路串联第八开关阀7.10后接到第二比例阀11.2P口，第三支路串联第十一开关阀7.13后接到第三比例阀11.3P口，第三路压力油分油路再分成三个支路，第一支路串联第六开关阀7.8后接到第一比例阀11.1P口，第二支路串联第九开关阀7.11后接到第二比例阀11.2P口，第三支路串联第十二开关阀7.14后接到第三比例阀11.3P口，三个并列比例阀的回油连接在一起和油箱接通；第一比例阀11.1的出口分成三路支路，第一路支路串联第十三开关阀7.15后连接在多个执行器中的一个执行器的第一液压缸12.1的进油口，第二路支路串联第十九开关阀7.21后连接在多个执行器中的一个执行器的第二液压缸12.2的进油口，第三路支路串联第二十五开关阀7.27后连接在多个执行器中的一个执行器的第三液压缸12.3的进油口；第二比例阀11.2的出口分成三路支路，第一路支路串联第十四开关阀7.16后连接在第一液压缸12.1的进油口，第二路支路串联第二十开关阀7.22后连接在第二液压缸12.2的进油口，第三路支路串联第二十六开关阀7.28后连接在第三液压缸12.3的进油口；第三比例阀11.3的出口分成三路支路，第一路支路串联第十五开关阀7.17后连接在第一液压缸12.1的进油口，第二路支路串联第二十一开关阀7.23后连接在第二液压缸12.2的进油口，第三路支路串联第二十七开关阀7.29后连接在第三液压缸12.3的进油口；第一液压缸12.1的回油路分成三路支路，第一路支路串联第十六开关阀7.18后接在第一比例阀11.1上，第二路支路串联第十七开关阀7.19后接在第二比例阀11.2上，第三路支路串联第十八开关阀7.20后接在第三比例阀11.3上，第二液压缸12.2的回油路分成三路支路，第一路支路串联第二十二开关阀7.24后接在第一比例阀11.1上，第二路支路串联第二十三开关阀7.25后接在第二比例阀11.2上，第三路支路串联第二十四开关阀7.26后接在第三比例阀11.3上，第三液压缸12.3的回油路分成三路支路，第一路支路串联第二十八开关阀7.30后接在第一比例阀11.1上，第二路支路串联第二十九开关阀7.31后接在第二比例阀11.2上，第三路支路串联第三十开关阀7.32后接在第三比例阀11.3上，呈现网状结构。本专利技术的基于多源网络的液压系统可以分为四个模块：多源流量级、压力分级模块、功能控制阀模块和多个执行器，多源流量级包括油箱、电机、定量泵、变量泵、低压蓄能器、中压蓄能器、高压蓄能器、单向阀，多源流量级内部第一定量泵4.1、第二定量泵4.2分别配有与油箱联通的第一旁路卸荷阀7.1、第二旁路卸荷阀7.2，且第一定量泵4.1、第二定量泵4.2和变量泵3的出口分别连接有第二单向阀6.2、第三单向阀6.3、第一单向阀6.1；油路分成三路分油路，第一路连接高压蓄能器8，第二路连接中压蓄能器9，第三路连接低压蓄能器10，在每一个蓄能器的出口配有第三开关阀7.5、第二开关阀7.4、第一开关阀7.3，三路分油路中任一分油路不工作时用蓄能器出口的开关阀切断该路的蓄能器，通过控制各开关阀能够使液压泵单独或与低压蓄能器、中压蓄能器或高压蓄能器中任一部件共同供油，各个液压泵出口的单向阀起隔断作用；压力分级模块包括低压力安全阀5.3、中压力安全阀5.2和高压力安全阀5.1。本专利技术的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多源网络的液压系统设计方法，按所述设计方法所设计的液压系统包括：油箱、变量液压泵、驱动变量液压泵的电机、定量液压泵、驱动定量液压泵的电机、低压蓄能器、中压蓄能器、高压蓄能器、低压力安全阀、中压力安全阀、高压力安全阀、开关阀、比例阀、压力传感器、流量传感器、执行器，其特征是：变量液压泵和定量液压泵的进油口均与油箱连接，变量液压泵和定量液压泵的出口分别连接一个单向阀，然后分成三路分油路，变量液压泵和定量液压泵的出口都配有和油箱联通的安全阀，且定量液压泵的出口均配有与油箱联通的旁路卸荷阀，在分成三路的分油路中，第一路分油路作为高压力等级分油路，在油路上连接有高压蓄能器，第二路分油路作为中压力等级分油路，在油路上连接有中压蓄能器，第三路分油路作为低压力等级分油路，在油路上连接有低压蓄能器，在低压蓄能器、中压蓄能器和高压蓄能器的出口处分别配有一个开关阀，经过压力分级的压力油分油路每一路再分成三个支路，分别连接到三个并列的开关阀上，经过开关阀后，每一个支路连接到一个比例阀上，每一个比例阀的出口也分成三路分别连接到三个并列的开关阀上，经过开关阀后，每一个支路连接到一个执行器的液压缸进油口上，液压缸的回油分成三路分别连接到三个并列的开关阀上，经过开关阀后，每一个支路连接到一个比例阀的油口上，三个比例阀的回油连接在一起和油箱接通。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多源网络的液压系统设计方法，按所述设计方法所设计的液压系统包括：油箱、变量液压泵、驱动变量液压泵的电机、定量液压泵、驱动定量液压泵的电机、低压蓄能器、中压蓄能器、高压蓄能器、低压力安全阀、中压力安全阀、高压力安全阀、开关阀、比例阀、压力传感器、流量传感器、多个执行器，其特征是：变量液压泵(3)和第一定量液压泵(4.1)、第二定量液压泵(4.2)的进油口均与油箱(1)连接，变量液压泵(3)的出口连接第一单向阀(6.1)，第一定量液压泵(4.1)、第二定量液压泵(4.2)的出口分别连接第二单向阀(6.2)和第三单向阀(6.3)，然后分成三路分油路，变量液压泵(3)和第一定量液压泵(4.1)、第二定量液压泵(4.2)的出口都配有和油箱联通的安全阀，且第一定量液压泵(4.1)、第二定量液压泵(4.2)的出口均配有与油箱联通的第一旁路卸荷阀(7.1)、第二旁路卸荷阀(7.2)，在分成三路的分油路中，第一路分油路作为高压力等级分油路，在油路上连接有高压蓄能器(8)，第二路分油路作为中压力等级分油路，在油路上连接有中压蓄能器(9)，第三路分油路作为低压力等级分油路，在油路上连接有低压蓄能器(10)，在低压蓄能器、中压蓄能器和高压蓄能器的出口处分别配有一个开关阀，分别为第三开关阀(7.5)、第二开关阀(7.4)、第一开关阀(7.3)，经过压力分级的压力油分三路分油路输出，第一路压力油分油路再分成三个支路，第一支路串联第四开关阀(7.6)后接到第一比例阀(11.1)P口，第二支路串联第七开关阀(7.9)后接到第二比例阀(11.2)P口，第三支路串联第十开关阀(7.12)后接到第三比例阀(11.3)P口，第二路压力油分油路再分成三个支路，第一支路串联第五开关阀(7.7)后接到第一比例阀(11.1)P口，第二支路串联第八开关阀(7.10)后接到第二比例阀(11.2)P口，第三支路串联第十一开关阀(7.13)后接到第三比例阀(11.3)P口，第三路压力油分油路再分成三个支路，第一支路串联第六开关阀(7.8)后接到第一比例阀(11.1)P口，第二支路串联第九开关阀(7.11)后接到第二比例阀(11.2)P口，第三支路串联第十二开关阀(7.14)后接到第三比例阀(11.3)P口，三个并列比例阀的回油连接在一起和油箱接通；第一比例阀(11.1)的出口分成三路支路，第一路支路串联第十三开关阀(7.15)后连接在多个执行器中的一个执行器的第一液压缸(12.1)的进油口，第二路支路串联第十九开关阀(7.21)后连接在多个执行器中的一个执行器的第二液压缸(12.2)的进油口，第三路支路串联第二十五开关阀(7.27)后连接在多个执行器中的一个执行器的第三液压缸(12.3)的进油口；第二比例阀(11.2)的出口分成三路支路，第一路支路串联第十四开关阀(7.16)后连接在第一液压缸(12.1)的进油口，第二路支路串联第二十开关阀(7.22)后连接在第二液压缸(12.2)的进油口，第三路支路串联第二十六开关阀(7.28)后连接在第三液压缸(12.3)的进油口；第三比例阀(11.3)的出口分成三路支路，第一路支路串联第十五开关阀(7.17)后连接在第一液压缸(12.1)的进油口，第二路支路串联第二十一开关阀(7.23)后连接在第二液压缸(12.2)的进油口，第三路支路串联第二十七开关阀(7.29)后连接在第三液压缸(12.3)的进油口；第一液压缸(12.1)的回油路分成三路支路，第一路支路串联第十六开关阀(7.18)后接在第一比例阀(11.1)上，第二路支路串联第十七开关阀(7.19)后接在第二比例阀(11.2)上，第三路支路串...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚静，刘胜凯，李彬，孔祥东，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13