[发明专利]变速电机与恒功率变量泵匹配的液压节能系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及液压系统及其控制方法，更具体地说明变速电机与恒功率变量泵匹配的液压节能系统及其控制方法。

技术背景

工业生产中，以电能为动力源的液压系统由于在能量传递中存在相当大的能量损失，因此存在巨大的节能空间，提高液压系统系统能量利用效率对于缓解能源短缺以及减少温室效应具有重要的意义。液压系统中的能量损失具有多种形式，除了系统各元件本身由于结构而产生的能量损失，液压系统驱动单元和负载功率不匹配所产生的能量损失占比例更大。

对于液压系统功率匹配不当问题，上世纪80年代，三菱公司就率先研发变频驱动液压电梯技术，上述变频技术主要应用于定量泵的控制中，有效的解决了液压泵输出功率和负载需求功率匹配问题，但是忽略了电机和液压泵本身的的实际能量转换效率，工业中广泛采用的单一采用变量泵的控制方法，同样也忽略掉这个问题。

在公开号为CN104179735A专利申请文件中公开了一种变频电机-比例数字变量泵的双变量控制方式，通过建立数据库的方式进行驱动。但其没有探究电机与泵之间的变量和功率关系，无法进行连续的自适应控制。控制策略通过实验方法获取，得出各工况作用下的最优控制点，通过试验方法获取最优点，要做大量的试验研究，加上试验误差的存在，会使得试验工作量加大，且控制精度越高，其试验量就越大。该控制方法采集信息量复杂，数据处理冗长，使得其控制复杂。每台液压装备存在差异性，大量试验得出的数据库不能在相同型号下通用，使得其方法在工业应用中变得困难，且成本较高。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种变速电机与恒功率变量泵匹配的液压节能系统及控制方法，以期能够有效提高驱动系统与时序负载的能量匹配程度，简化控制方法，改善恒功率变量泵在低压区的节能缺陷。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明变速电机与恒功率变量泵匹配的液压节能系统的特点是包括：液压系统和控制系统；

所述液压系统包括转速可调的变频电机以及与所述变频电机同轴连接的恒功率变量泵；所述恒功率变量泵的进油口与油箱连通，恒功率变量泵的出油口一路与具有中位卸荷功能的三位四通电磁换向阀的油口C相连，另一路与第一溢流阀的入口相连，第一溢流阀的出油口与油箱相连；所述三位四通电磁换向阀的回油口T与油箱相连，三位四通电磁换向阀的出油口A与液压缸的无杆腔相连，三位四通电磁换向阀的回油口B与第二溢流阀的出油口相连，另一路与单向阀的进油口相连；所述第二溢流阀的进油口与液压缸的有杆腔相连；所述单向阀的出油口与液压缸的有杆腔相连；

所述控制系统是由各传感器和控制器组成；所述传感器包括用于检测恒功率变量泵的出口压力的压力传感器，用于检测变频电机的输出转矩的转矩测量仪，所述控制器接收来自各传感器的检测信号，将所述检测信号经过数据处理为变频电机提供控制信号。

本发明液压节能系统的控制方法的特点是按如下过程进行：

步骤1：根据液压系统的压制动作的压力与流量特性选定恒功率变量泵的恒定功率P₁，根据液压系统的快降动作压力选定恒功率变量泵的调定压力p₀；以所述恒定功率P₁和调定压力p₀作为恒功率变量泵的选择依据；

步骤2：按如下方式测量正比例系数λ₀：利用转矩测量仪和压力传感器分别采集变频电机的转矩T和恒功率变量泵的出口压力p，根据转矩T和出口压力p制定液压系统的时间t与转矩T的关系曲线T＝x(t)，以及时间t与出口压力p的关系曲线p＝y(t)，根据关系曲线，换算得出T＝λ_i p,i＝1,2,3…，对λ_i取均值得λ₀；

步骤3：按如下方式实现恒功率变量泵非恒功率阶段与恒功率阶段的分段控制：

若p<p₀，设置变频电机的转速n₁为：n₁＝q/V，V为恒功率变量泵的最大排量，q为流量，流量q为工艺设定值；

若p≥p₀，设置变频电机的转速n₂为：

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：