工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统及控制方法，通过控制节流阀的开启或关闭，能够实现执行元件负载口独立控制回路的实验研究，采用压力传感器、位移传感器、转速传感器、测功仪对实验数据进行采集，并通过控制器进行存储和分析，对节流阀的开口大小进行控制，从而提高实验效率，降低实验成本，为工程机械负载口独立控制系统的研发提供实验平台。

Hydraulic simulation experiment system and control method for independent control of load port of construction machinery

The invention discloses an independent control hydraulic simulation experiment system and control method for the load port of construction machinery. By controlling the opening or closing of the throttle valve, the experimental research on the independent control circuit of the load port of the actuator can be realized. The pressure sensor, displacement sensor, speed sensor and dynamometer are used to collect the experimental data, and the data is stored and analyzed by the controller, The opening size of throttle valve is controlled to improve the experimental efficiency, reduce the experimental cost, and provide the experimental platform for the research and development of the independent control system of the load port of construction machinery.

【技术实现步骤摘要】
工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统及控制方法
本专利技术涉及一种液压模拟实验系统，具体是一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统及控制方法，属于模拟实验

技术介绍
工程机械是中国装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。液压传动是指以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。液压传动是利用液体压力能进行能量转换的传动方式。在机械上采用液压传动技术，可以简化机器的结构，减轻机器质量，减少材料消耗，降低制造成本，减轻劳动强度，提高工作效率和工作的可靠性。工程机械一般功率大，在实车上进行实验研究能耗大，存在受场地制约、工作环境不佳等问题，因此，实验室模拟工程机械液压系统进行研究具有能耗低，实验方便等优点。工程机械一般具有多个执行元件以及多个执行元件进行复合动作的需要，这样才能灵活的实现复杂的协调的动作。因此，对执行元件进行有效的运动控制是工程机械液压传动技术的重要研究内容。现有的工程机械液压控制系统的阀一般是进出口藕联的，即只有两个自由度，进油口和回油口是机械关联的，不能灵活的对进油口和回油口进行独立的控制，因此，存在对执行元件的控制不灵活，控制性能差，同时由于被动增加了油口的节流压力损失，造成液压油温度升高，液压传动系统的效率降低。目前的负载敏感液压系统增加了额外的节流压力损失。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统及控制方法，能够实现对负载口独立控制技术的实验研究，能够进行数据采集和存储，还能够扩展为其它回路的实验研究，提高了回路切换的效率，提高了工程机械液压系统研究的效率、灵活性，降低了实验研究的成本。本专利技术一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，包括液压动力系统、电控系统，以及至少一个执行元件，液压动力系统包括节流阀、液压油泵、过滤器和溢流阀；电控系统包括压力传感器、变频器、电动机、测功仪、控制手柄和控制器；变频器依次通过电动机、测功仪连接定量液压油泵，定量液压油泵吸油口通过过滤器连接液压油油箱，排油口依次通过溢流阀、阻尼器连接液压油油箱；定量液压油泵排油口连接有压力传感器，用于监测排油口的压力值；执行元件进油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；执行元件回油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；执行元件进油口和回油口均连接有压力传感器，用于监测进油口和回油口的压力值；执行元件负载端连接有负载模拟模块，执行元件上还连接有位移传感器/转速传感器，用于监测执行元件上负载模拟模块的位移信号/转速信号；每个节流阀与阻尼器之间的油路上均连接有压力传感器，用于监测节流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；溢流阀与阻尼器之间的油路上连接有压力传感器，用于监测溢流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；控制手柄与控制器电连接；控制器内部存储有若干计算公式，用于接收控制手柄输入的信号，并根据接收到的信号控制执行元件动作；用于接收上述各传感器以及测功仪传送的电信号，用于分析处理接收到的电信号，并根据分析结果调节流阀的开口大小以及变频器电源频率。一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统的控制方法，若执行元件为液压缸，控制方法如下：当控制手柄控制液压缸伸出时，控制器根据控制手柄输入的给定信号，控制液压缸回油口处与定量液压油泵连接的节流阀关闭，另一个节流阀最大开启；同时，控制器根据液压缸上的位移传感器传送的位移信号，对时间求一阶导数得到速度反馈信号后，将接收到的给定信号与反馈信号进行比较，若给定信号大于反馈信号，控制器控制进油口处与定量液压油泵连接的节流阀开口增大、与液压油油箱连接的节流阀开口减小；若给定信号等于反馈信号，控制器控制进油口处两个节流阀开口大小不变；若给定信号小于反馈信号，控制器控制进油口处与定量液压油泵连接的节流阀开口减小、与液压油油箱连接的节流阀开口增大；当控制手柄控制液压缸缩回时，控制器根据控制手柄输入的给定信号，控制液压缸进油口处与定量液压油泵连接的节流阀关闭、与液压油油箱连接的节流阀最大开启；同时，控制器根据液压缸上的位移传感器传送的位移信号，对时间求一阶导数得到速度反馈信号后，将接收到的给定信号与反馈信号进行比较，若给定信号大于反馈信号，控制器控制回油口处与定量液压油泵连接的节流阀开口增大、与液压油油箱连接的节流阀开口减小；若给定信号等于反馈信号，控制器控制回油口处两个节流阀开口大小不变；若给定信号小于反馈信号，控制器控制回油口处与定量液压油泵连接的节流阀开口减小、与液压油油箱连接的节流阀开口增大；若执行元件为液压马达，控制方法如下：当控制手柄控制液压马达右旋时，控制方法与控制液压缸伸出的方法相同，其中，反馈信号为液压马达上转轴上的转速传感器传送的转速信号；当控制手柄控制液压马达左旋时，控制方法与控制液压缸缩回的方法相同，其中，反馈信号为液压马达上转轴上的转速传感器传送的转速信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术实现了负载口独立控制的模拟实验，不需要进行管路的拆卸，避免了液压油的泄漏。本专利技术还实现了液压缸的差动回路的柔性切换，实现了对实验数据进行存储和分析，提高了模拟实验系统的寿命，提高了实验效率及效果。本专利技术可以采用等比例缩小的微型液压元件，比在工程机械实车上的实验研究具有灵活性，能耗损失更小，实验研究成本更低。2)本专利技术负载独立控制实验系统还实现了对传统的工程机械多路阀控制系统进行对比试验研究，通过控制器的控制实现了传统的阀控制方式的试验，实现了系统性能的对比研究，研究控制性能和传动回路的效率特性。经过多传感器的融合和数据分析，实现了综合研究功率匹配特性，根据测试的数据，通过数据分析可以更深入的体现系统的传动效率，负载特性等。附图说明图1是本专利技术电原理框图；图2是本专利技术实施例液压系统原理示意图；图3是本专利技术实验系统布置图；图4是本专利技术控制手柄定义示意图。图中：1.第一压力传感器，2.第二压力传感器，2-1.第一控制柜，2-2.实验平台，2-8.安装支架，2-13.显示器，2-14.第二控制柜，3.第一阻尼器，4.第二阻尼器，5.第三压力传感器，6.第四压力传感器，7.第三阻尼器，8.第四阻尼器，9.第五阻尼器，11.液压油箱，12.过滤器，13.定量液压油泵，14测功仪,15电动机,16.变频器，17.第五压力传感器，18.第六压力传感器，19.第一节流阀，20.第二节流阀，21.第三节流阀，22.第七压力传感器，23.第四节流阀，24.第一液压缸，25.第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，包括液压动力系统、电控系统，以及至少一个执行元件，其特征在于，液压动力系统包括节流阀、液压油泵、过滤器和溢流阀；电控系统包括压力传感器、变频器、电动机、测功仪、控制手柄和控制器；/n变频器依次通过电动机、测功仪连接定量液压油泵，定量液压油泵吸油口通过过滤器连接液压油油箱，排油口依次通过溢流阀、阻尼器连接液压油油箱；/n定量液压油泵排油口连接有压力传感器，用于监测排油口的压力值；/n执行元件进油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；/n执行元件回油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；/n执行元件进油口和回油口均连接有压力传感器，用于监测进油口和回油口的压力值；/n执行元件负载端连接有负载模拟模块，执行元件上还连接有位移传感器/转速传感器，用于监测执行元件上负载模拟模块的位移信号/转速信号；/n每个节流阀与阻尼器之间的油路上均连接有压力传感器，用于监测节流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；/n溢流阀与阻尼器之间的油路上连接有压力传感器，用于监测溢流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；/n控制手柄与控制器电连接；/n控制器内部存储有若干计算公式，用于接收控制手柄输入的信号，并根据接收到的信号控制执行元件动作；用于接收上述各传感器以及测功仪传送的电信号，用于分析处理接收到的电信号，并根据分析结果调节流阀的开口大小以及变频器电源频率。/n...

【技术特征摘要】
1.一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，包括液压动力系统、电控系统，以及至少一个执行元件，其特征在于，液压动力系统包括节流阀、液压油泵、过滤器和溢流阀；电控系统包括压力传感器、变频器、电动机、测功仪、控制手柄和控制器；
变频器依次通过电动机、测功仪连接定量液压油泵，定量液压油泵吸油口通过过滤器连接液压油油箱，排油口依次通过溢流阀、阻尼器连接液压油油箱；
定量液压油泵排油口连接有压力传感器，用于监测排油口的压力值；
执行元件进油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；
执行元件回油口连接两个节流阀，其中一个节流阀接定量液压油泵排油口，另一个节流阀通过阻尼器接液压油油箱；
执行元件进油口和回油口均连接有压力传感器，用于监测进油口和回油口的压力值；
执行元件负载端连接有负载模拟模块，执行元件上还连接有位移传感器/转速传感器，用于监测执行元件上负载模拟模块的位移信号/转速信号；
每个节流阀与阻尼器之间的油路上均连接有压力传感器，用于监测节流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；
溢流阀与阻尼器之间的油路上连接有压力传感器，用于监测溢流阀与阻尼器之间的油路上的压力值；
控制手柄与控制器电连接；
控制器内部存储有若干计算公式，用于接收控制手柄输入的信号，并根据接收到的信号控制执行元件动作；用于接收上述各传感器以及测功仪传送的电信号，用于分析处理接收到的电信号，并根据分析结果调节流阀的开口大小以及变频器电源频率。


2.根据权利要求1所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，还包括实验平台，安装在实验平台下方的第一控制柜和第二控制柜，液压动力系统安装在第一控制柜内，其中，液压缸和液压马达安装在实验平台上，电动控制系统在第二控制柜内；实验平台上还安装有显示器，显示器与电动控制系统中的控制电连接。


3.根据权利要求1或2所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，控制手柄包括第一手柄和第二手柄，第一手柄或第二手柄留有一路冗余控制信号。


4.根据权利要求3所述的一种工程机械负载口独立控制液压模拟实验系统，其特征在于，执行元件为液压缸或液压马达；
若执行元件为液压缸，负载模拟模块为质量块和弹簧，执行元件进油口开设在液压缸无杆腔处，回油口设置在液压缸有杆腔处；质量块安装在液压缸活塞杆顶部，质量块上方通过弹簧安装有安装支架，位移传感器安装在安装支架；
若执行元件为液压马达，负载模拟模块为转动惯量质量块，执行元件进油口为液压马达吸油口，回油口为液压马达排油口；液压马达的转轴上安装有转速传感器，用于检测液压马达的转速信号；转动惯量质量块安装在液压马达转轴顶部。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成强，黄传辉，李志，张磊，刘畅，徐经顾，邹亦璠，耿以娜，黄雅坤，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32