自动适应负载的变压节能驱动器制造技术

本实用新型专利技术是自动适应负载的变压节能驱动器，包括液感元件(11)、降压级、升压级和蓄能器；所述液感元件，其输入端连接降压级的输出端，其输出端连接升压级的输入端；降压级的输入端连接到恒压网络的供油路；升压级的输出端经过第一蓄能器连接到负载端；降压级和升压级的回油路集成一路经过第二蓄能器连接到油箱。本实用新型专利技术利用高速开关阀的快速切换，用一套装置实现升压、降压以及驱动功能，实现负载所需压力和流量的匹配，在低负载时存储能量供高负载时利用，实现能量的合理利用，同时降压级在不工作时作为升压级的驱动级，升压级在不工作时作为降压级的驱动级，因而具有完全的驱动功能，可以实现闭环控制，是一种功能完善的变压节能驱动器。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及驱动器，特别是一种自动适应负载的变压节能驱动器。
技术介绍
目前，由于液压传动能力高、应用灵活，并且能够实现较大范围的无级调速，所以它在制造业中得到广泛地应用。在一般的工业应用中，液压系统的负载随任务的需要动态变化。为保证系统正常工作，压力源一般根据最大工作压力需要设计，因而在工作中绝大多数时候系统压力低于压力源的最大输出压力，多余的压力以溢流回流的方式被转换成热能消耗掉，既浪费了能源，又增加了液压介质的温度，增加冷却系统的成本。对于简单的工业任务，工业上常采用大小泵组合对负载输出不同的压，这种方法可以有限地增加调压级数，但同时却显著增加了液压系统的体积和成本。电气中常采用DC-DC变换器来改变负载压力。DC-DC变换器有升压型和降压型两种。升压变换器被称为“焦耳小偷”，可以将工作压力提高到供应压力以上而在理论上不损耗能量。实际上无论是升压还是降压都是在负载低压的时候将能量存储起来，等到系统需要较高压力的时候再释放出来，从而实现能量的合理利用。在方攸同等人的文献CN104454683A所公布的一种基于液容储能的新型液压变压装置中，将液容元件和液感元件与一只电磁阀相连，蓄能器与回油路连接，通过电磁阀的高速切换实现升压和降压两种功能。该专利技术的优点是可以实现负载所需的压力和流量匹配，节流损失小。同时其局限性在于只能进行简单的压力值转换，无法针对变化的负载实现自动匹配，更不能直接对液压系统实现闭环控制，应用中需要额外增加驱动部分。在顾临怡等人的文献CN1375636,2002所公布的复合型开关液压源中，提出了一种新型液压变压器设计概念，与传统液压变压器相比，该类型利用电气变压器理论以及液容液感特性设计了一种变压型驱动器，尽管其在原理上具有很多优点，但是要将其发展成为一个实用的液压变压器还要解决许多问题。同时，该专利文献公布的技术方案中只考虑了增压和降压的实现，而没有考虑到控制上的问题以及二次能耗的引入。还有，高压液压介质一次通过回路中，一次通过需要设定好每一个元件(从开关阀1到液感元件2，单向阀3，液容元件6最后回油箱；旁路单向阀4负责从油箱倒吸低压油；开关阀5负责液感元件输出回油)，因而该驱动器只能对单向驱动实现节能。另外，该专利文献公布的技术方案采用大惯量飞轮液压马达作为液感元件，在节能的同时引入了较大的二次能耗，影响节能效果。在顾临怡的由液压总线和开关液压源构成的液压系统(CN1410682A，2003)专利中，对上述液压变压器做了改进。该专利设计在液压总线的供油路和回油路间安装若干个开关液压源，每个开关液压源拥有自己的同时升压和降压，在液压总线上同时挂多个开关液压源，改进后的设计可以将升压型，降压型任意组合配置给各自的控制阀和执行器，更加灵活地控制负载压力。在徐兵的一种液压变压器(CN1455119，2003)中，介绍了一种能够变压的柱塞泵。该专利技术通过特殊的配流盘和后端盖设计获得较大调压功能和节能功能。在顾临怡的机液先导虚位移变量液压变压器(CN201306322Y,2009)中，介绍了一种能够连续升压和降压的柱塞泵。开关液压源用于给既定的系统提供压力变化功能，其本身并不是液压系统的组成部分。开关液压源的应用使液压系统变得更加复杂，增加了设计和加工成本，使系统控制变得更加困难。最重要的是其调压功能不能自动适应负载需求，不能直接实现闭环控制，对于变负载应用缺乏实用性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：针对上述现有技术中不足，提供一种能够自动适应负载的变压节能驱动器，该驱动器可以根据负载自动进行升压和降压的控制，无节流损失。本技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本技术提供的自动适应负载的变压节能驱动器，包括液感元件、降压级、升压级和两个蓄能器，其中：所述液感元件，其输入端连接降压级的输出端，其输出端连接升压级的输入端；降压级的输入端连接到恒压网络的供油路；升压级的输出端经过第一蓄能器连接到负载端；降压级和升压级的回油路集成一路经过第二蓄能器连接到油箱。所述的降压级不工作时作为升压级的驱动级，升压级不工作时作为降压级的驱动级。所述的降压级、液感元件、升压级依次连接。所述的两个蓄能器，为皮囊式蓄能器或弹簧式蓄能器，均用于吸收能量脉动。所述的液感元件是螺旋式细长管路，管路长径比为600，缠绕直径d为130cm，缠绕圈数n为5.5，管壁的杨氏模量E≥1e4MPa。所述的液感元件，其两端的压力差和流经液感元件的流量具有以下关系：式中：ΔP为液感元件两端的压力差，为液感元件的流量变化率，L为液感元件的液感系数，ρ为液压油的密度，l为液感元件的长度，d为液感元件的截面直径，Q为系统瞬时流量。所述的蓄能器，其两端的压力差和流经蓄能器的流量有以下关系：式中：Q为通过蓄能器的流量，C为蓄能器液容系数，为蓄能器的压力变化率，V0为蓄能器初始体积，P0为蓄能器预冲压力。所述的电磁阀均为插装式高速开关阀。所述的单向阀为插装式，用于液压系统内高低压油路隔离，并防止气穴现象。所述的负载，为油缸、液压马达、节流阀中的一种或任意复杂组合。本技术与现有技术变压装置相比具有以下的主要的有益效果：1.利用高速开关阀的快速切换，用一套装置同时实现升压、降压以及驱动功能，实现负载所需压力和流量的匹配，在低负载时存储能量供高负载时利用，实现能量的合理利用。2.降压级在不工作时作为升压级的驱动级，升压级在不工作时作为降压级的驱动级，因而具有完全的驱动功能，无需另外配置液压源或者驱动器。3.通过调节相应控制阀的输入信号占空比可以调节负载运动速度的大小，具有更好的控制性能。4.当升压级和将压力分别作为驱动级时，可以对系统的流量进行二次调节，提高位移控制的性能。5.采用降压级-液感元件-升压级的结构形式，一个液感元件即可满足四种工作状态，结构简洁紧凑。以如下系统为例，试验系统压力为50bar，液压缸活塞直径为20mm，活塞杆直径为10mm，行程为0.1m。如图2所示工作状态的开关阀的输入PWM信号的占空比为0.7，频率为50Hz。液压缸活塞所受外力数值及方向如图7至图10所示。负载重物为40kg。图7为重物下降时的增压效果图，负载压力为60bar；图8为重物下降时的降压效果图，负载压力为30bar；图9为重物上升的增压效果图，负载压力为100bar；图10为重物上升时的降压效果图，负载压力为39bar。如图7至图10所示，采用带负载的液压缸做上下往复运动，通过试验数据可以看出通过控制电磁阀可以对输出压力实现升压或者降压，并能够实现闭环控制，节流损失小，体积小重量轻，具有显著的技术效果。附图说明图1是本技术的自动适应负载的变压节能驱动器的结构示意图。图2是液压缸-负载模型示意图。图3是图1中升压级的结构示意图。图4是降压级的结构示意图。图5是本技术的样机结构示意图。图6是图5的阀台的结构示意图。图7是本技术实施例的仿真实验数据图，该图显示了重物下降时的增压效果。图8是本技术实施例的仿真实验数据图，该图显示了重物下降时的降压效果。图9是本技术实施例的仿真实验数据图，该图显示了重物上升时的增压效果。图10是本技术实施例的仿真实验数据图，该图显示了重物上升时的降压效果。图中：1.第一电磁阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动适应负载的变压节能驱动器，其特征是包括液感元件(11)、降压级、升压级和两个蓄能器；所述液感元件(11)，其输入端连接降压级的输出端，其输出端连接升压级的输入端；降压级的输入端连接到恒压网络的供油路；升压级的输出端经过第一蓄能器(9)连接到负载端；降压级和升压级的回油路集成一路经过第二蓄能器(10)连接到油箱。

【技术特征摘要】
1.一种自动适应负载的变压节能驱动器，其特征是包括液感元件(11)、降压级、升压级和两个蓄能器；所述液感元件(11)，其输入端连接降压级的输出端，其输出端连接升压级的输入端；降压级的输入端连接到恒压网络的供油路；升压级的输出端经过第一蓄能器(9)连接到负载端；降压级和升压级的回油路集成一路经过第二蓄能器(10)连接到油箱。2.根据权利要求1所述的自动适应负载的变压节能驱动器，其特征在于所述的降压级不工作时作为升压级的驱动级，升压级不工作时作为降压级的驱动级。3.根据权利要求1所述的自动适应负载的变压节能驱动器，其特征在于降压级、液感元件、升压级依次连接。4.根据权利要求1所述的自动适应负载的变压节能驱动器，其特征在于所述的两个蓄能器，均为皮囊式蓄能器或弹簧式蓄能器。5.根据权利要求1所述的自动适应负载的变压节能驱动器，其特征在于所述液感元件(11)是螺旋式细长管路，管路长径比为600，缠绕直径d为130cm，缠绕圈数n为5.5，管...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭霜，卢一帆，周祖德，刘明尧，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42