混合式负载敏感电液系统及其控制方法

本发明属于液压传动与控制，具体涉及一种混合式负载敏感电液系统及其控制方法。

背景技术：

1、在当今国际社会强调节能减排的大环境下，液压传动系统能量损失大、效率低是制约其发展的关键问题。负载敏感控制技术采用压力反馈原理，根据执行器负载压力实时对变量泵进行调节，实现系统流量供需平衡，能够有效提高液压传动系统效率，降低能耗。但负载敏感控制技术在应用时仍存在着如下的问题：负载敏感泵为多执行器供油时，需要以各执行器最大负载压力为基础来控制泵的输出压力。由于各执行器之间存在负载差异，各执行器支路需要压力补偿阀将该支路上的压力调整至负载压力，以此来匹配支路负载，这不可避免地导致压力补偿阀上存在较大的节流损失，浪费大量的能量，此外系统在运行过程中存在可以进行回收的势能，而传统的负载敏感技术对该部分势能的回收利用率低。因此，如何消除多执行器复合动作时的负载差异，并回收潜在的能量，提升系统能量利用效率是本发明需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种混合式负载敏感电液系统及其控制方法，以解决目前负载敏感控制系统中因各执行器之间负载不平衡而带来的能量损失问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种混合式负载敏感电液系统，包括电池、第一逆变器、第二逆变器、原动机、负载敏感泵、双动力执行器和第一液压执行器，该双动力执行器包括并联的第二液压执行器和负载平衡执行器，所述电池通过该第一逆变器连接该原动机，并通过该第二逆变器连接该负载平衡执行器，该原动机连接该负载敏感泵，该负载敏感泵通过第一多路阀连接该第一液压执行器，通过第二多路阀连接该第二液压执行器，该第二液压执行器的进油口和出油口处分别设有第一压力传感器和第二压力传感器；

3、控制装置分别与该第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、该负载平衡执行器的电机以及该原动机和负载敏感泵中的一个油液控制组件连接，其首先根据该第一压力传感器和第二压力传感器检测到的压力以及接收到的动作信号确定该双动力执行器所处模式，并根据该第一压力传感器和第二压力传感器检测到的压力以及确定出的该模式得出该第二液压执行器的负载压力p1，根据该动作信号、该负载压力p1以及该第三压力传感器检测到的第一液压执行器的最大负载压力p2，分别对该油液控制组件和电机进行控制，由该油液控制组件对负载敏感泵输出的油液量进行调节，由该电机对该负载平衡执行器输出的力或转矩的大小和方向进行调节，以使该负载平衡执行器将因各执行器负载差异而产生的节流损失，以及该双动力执行器带动负载运动过程中产生的势能回收至电池内。

4、在一种可选的实现方式中，当仅存在一个第一液压执行器时，该第三压力传感器设于该第一多路阀的负载反馈端口处，该最大负载压力p2为该第一液压执行器的负载压力；

5、当存在多个第一液压执行器时，针对每两个按序相邻的第一液压执行器，该相邻两第一液压执行器之间设有第一梭阀，该第一梭阀的第一进油口连接其中一个第一液压执行器对应第一多路阀的负载反馈端口，第二进油口连接下一第一梭阀的出油口，出油口连接上一第一梭阀的第二进油口，其中仅第一个第一梭阀的出油口连接该第三压力传感器，仅最后一个第一梭阀的第二进油口连接其中另一第一液压执行器对应第一多路阀的负载反馈端口，该最大负载压力p2为所述多个第一液压执行器中的最大负载压力。

6、在另一种可选的实现方式中，当仅存在一个第一液压执行器时，在该第二多路阀与该负载敏感泵之间还设有第二压力补偿阀，该第二多路阀的负载反馈端口连接该第二压力补偿阀的先导口，在该第一多路阀与该负载敏感泵之间还设有第一压力补偿阀，该第一多路阀的负载反馈端口连接该第一压力补偿阀的先导口；

7、还包括第二梭阀，该第二梭阀的第一进油口连接该第二多路阀的负载反馈端口，第二进油口连接该第一多路阀的负载反馈端口，该第二梭阀的出油口连接该负载敏感泵或者第四压力传感器，所述第二梭阀的出油口筛选出该双动力执行器和第一液压执行器中的最大负载压力；对于该负载差异超出负载平衡执行器的最大平衡功率，导致系统工作状态异常的情况，由该控制装置根据该第四压力传感器检测到的压力，对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动负载敏感泵提供对应量的油液，从而使该负载敏感泵输出的系统压力与该双动力执行器和第一液压执行器中的最大负载压力相匹配，并利用该第一压力补偿阀或第二压力补偿阀对提供给该第一液压执行器或第二液压执行器的压力进行调节；

8、当存在多个第一液压执行器时，在该第二多路阀与该负载敏感泵之间还设有第二压力补偿阀，该第二多路阀的负载反馈端口连接该第二压力补偿阀的先导口，针对每个第一液压执行器，在该第一液压执行器对应第一多路阀与该负载敏感泵之间还设有对应的第一压力补偿阀，每个第一多路阀的负载反馈端口均连接其对应第一压力补偿阀的先导口；

9、还包括第二梭阀，该第二梭阀的第一进油口连接该第二多路阀的负载反馈端口，第二进油口连接所述第一个第一梭阀的出油口；该第二梭阀的出油口连接该负载敏感泵或该第四压力传感器，所述第二梭阀的出油口筛选出该双动力执行器和多个第一液压执行器中的最大负载压力；对于该负载差异超出负载平衡执行器的最大平衡功率，导致系统工作状态异常的情况，由该控制装置根据第四压力传感器检测到的压力，对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动负载敏感泵提供对应量的油液，从而使该负载敏感泵输出的系统压力与该双动力执行器和多个第一液压执行器中的最大负载压力相匹配，并利用各个该第一压力补偿阀或第二压力补偿阀对提供给对应第一液压执行器或第二液压执行器的压力进行调节。

10、在另一种可选的实现方式中，所述双动力执行器为由液压油缸和电动缸并联，或者由液压油缸和电静液执行器并联组成的双动力缸，或者由液压马达和电动马达并联组成的双动力马达；所述负载平衡执行器为电动缸或电静液执行器或电动马达。

11、在另一种可选的实现方式中，所述原动机为电动机或发动机；所述第一液压执行器为液压油缸或液压马达。

12、在另一种可选的实现方式中，该负载敏感泵的出油口连接对应第一多路阀的第一进油口，该第一多路阀的出油口连接该第一液压执行器的进油口，该第一液压执行器的出油口连接该第一多路阀的第二进油口；

13、该负载敏感泵的出油口还连接对应第二多路阀的进油口，该第二多路阀的出油口连接对应第二液压执行器的进油口，该第二液压执行器的出油口连接该第二多路阀的第二进油口。

14、根据本发明实施例的第二方面，还提供一种上述混合式负载敏感电液系统的控制方法，其特征在于，控制装置按照以下步骤进行系统控制：

15、步骤s100、在接收到动作信号后，根据该动作信号判断系统将处于双动力执行器单独动作状态还是双动力执行器和第一液压执行器复合动作状态，并且将该动作信号发送给该双动力执行器和第一液压执行器对应的多路阀，以使各个多路阀进行切换，从而使系统切换至对应动作状态；

16、步骤s200、根据第一压力传感器和第二压力传感器检测到的该双动力执行器中第二液压执行器的两腔压力，计算出该第二液压执行器的受力或转矩，根据计算出的该第二液压执行器的受力或转矩以及该双动力执行器中负载平衡执行器当前输出的力或转矩，确定该双动力执行器上当前负载受力或转矩的方向，根据该动作信号确定系统切换至对应动作状态后该双动力执行器即将进入的运动方向，根据该当前负载受力或转矩的方向和该运动方向，判断该双动力执行器处于阻抗模式还是处于超越模式；

17、步骤s300、基于该动作状态和该模式进行系统工况划分，根据划分出的系统工况、该双动力执行器中第二液压执行器的负载压力p1以及第一液压执行器的最大负载压力p2，对油液控制组件和电机进行控制，由该油液控制组件对负载敏感泵输出的油液量进行调节，由该电机对该负载平衡执行器输出的力或转矩的大小和方向进行调节，以使该负载平衡执行器将因各执行器负载差异而产生的节流损失，以及该双动力执行器带动负载运动过程中产生的势能回收至电池内。

18、在一种可选的实现方式中，所述步骤s200中根据该负载力或转矩的方向和该运动方向，判断该双动力执行器处于阻抗模式还是处于超越模式包括：当该负载受力或转矩的方向与该运动方向相反时，该双动力执行器处于阻抗模式；当该负载受力或转矩的方向与该运动方向相同时，该双动力执行器处于超越模式；

19、在所述步骤s300之前，还包括：根据该第一压力传感器和第二压力传感器检测到的压力以及确定出的该模式得出该第二液压执行器的负载压力p1，该负载压力p1即为双动力执行器进油端压力；当该双动力执行器为双动力缸时，若该模式为超越模式，则该负载压力p1为与该第二液压执行器中无杆腔连接的对应压力传感器检测到的压力；若该模式为阻抗模式，则该负载压力p1为与该第二液压执行器中有杆腔连接的对应压力传感器检测到的压力。

20、在另一种可选的实现方式中，所述步骤s300具体包括：

21、当该系统工况为：双动力执行器以阻抗模式单独动作时，该负载平衡执行器的电机无法工作在发电机模式，控制该负载平衡执行器的电机不动作，在该双动力执行器对应第二压力补偿阀不动作的前提下，由该控制装置对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动该负载敏感泵提供对应量的油液，此时该第二液压执行器承担全部负载，并带动该负载平衡执行器跟随运动；

22、当该系统工况为：双动力执行器以超越模式单独动作时，控制该电机带动该负载平衡执行器输出与负载方向相反的对应大小的力或转矩，以使该负载平衡执行器承担全部负载，该负载平衡执行器工作在发电机模式，并且在该双动力执行器对应第二压力补偿阀不动作的前提下，由该控制装置对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动该负载敏感泵提供对应量的油液，由此实现该第二液压执行器跟随该负载平衡执行器运动；

23、当该系统工况为：该双动力执行器以阻抗模式，与该第一液压执行器复合动作时，将该负载压力p1与该第三压力传感器检测到的第一液压执行器的最大负载压力p2进行比较：

24、若p1>p2，则在该双动力执行器对应第二压力补偿阀不动作的前提下，控制该电机带动该负载平衡执行器输出与该第二液压执行器运动方向相同、与负载方向相反的对应大小的力或转矩，设p1与p2之差为第一压力，该负载平衡执行器输出的力或转矩等于负载向该第二液压执行器施加该第一压力时，该第二液压执行器输出的力或转矩，由该控制装置对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动该负载敏感泵输出对应量的油液，从而使该负载敏感泵输出的系统压力与该最大负载压力p2相匹配，此时该负载平衡执行器工作在耗能模式；

25、若p1<p2，则在该双动力执行器对应第二压力补偿阀不动作的前提下，控制该电机带动该负载平衡执行器输出与该第二液压执行器运动方向相反、与负载方向相同的对应大小的力或转矩，设p2与p1之差为第二压力，该负载平衡执行器输出的力或转矩等于负载向该第二液压执行器施加该第二压力时，该第二液压执行器输出的力或转矩，由该控制装置对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动该负载敏感泵提供对应量的油液，从而使该负载敏感泵输出的系统压力与该最大负载压力p2相匹配，此时该负载平衡执行器工作在发电机模式；

26、当该系统工况为：该双动力执行器以超越模式，与第一液压执行器复合动作时，由该控制装置对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动该负载敏感泵输出对应量的油液，从而使该负载敏感泵输出的系统压力与该最大负载压力p2相匹配，在该双动力执行器对应第二压力补偿阀不动作的前提下，该电机带动该负载平衡执行器输出与该第二液压执行器运动方向相反、与负载方向相反的对应大小的力或转矩，该负载平衡执行器输出的力或转矩等于负载向该第二液压执行器施加该负载压力p1时该第二液压执行器输出的力或转矩、以及负载向该第二液压执行器施加p2时该第二液压执行器输出的力或转矩之和，此时该负载平衡执行器工作在发电机模式。

27、在另一种可选的实现方式中，所述步骤s100中，根据该动作信号确定该双动力执行器不动作时，由该控制装置对该原动机的转速进行调节，或者由该负载敏感泵自行对其排量进行调节，以使该原动机驱动负载敏感泵提供对应量的油液，从而使该负载敏感泵输出的系统压力与该双动力执行器和第一液压执行器中的最大负载压力相匹配，各个该第一压力补偿阀或第二压力补偿阀对提供给对应第一液压执行器或第二液压执行器的压力进行调节。

28、本发明的有益效果是：

29、1、本发明由双动力执行器中的第二液压执行器和负载平衡执行器共同承担双动力执行器承担的外负载，使得该第二液压执行器和负载平衡执行器输出力或转矩之和等于双动力执行器承担的外负载，通过调整负载平衡执行器的输出力或转矩，可以改变第二液压执行器承担对应部分负载所需输出的压力，从而可以使第二液压执行器与其他支路上的第一液压执行器的负载压力相匹配，可见负载平衡执行器可以对各个液压执行器的负载差异进行补偿，使得各个支路上的负载压力相近，可以降低负载敏感泵的输出功率，减小支路上压力补偿阀的节流损失；本发明利用负载平衡执行器的电机可工作在发电机模式这一特性，可以对系统中的势能以及因负载差异原本要消耗在压力补偿阀上的能量进行回收，由此提高了系统能效；

30、2、本发明在仅存在一个第一液压执行器时，即便负载差异超过负载平衡执行器的最大平衡功率，也可以实现各路执行器的正常运行；

31、3、本发明在存在多个第一液压执行器时，利用双动力执行器中的负载平衡执行器也可以实现系统势能和原本要消耗在压力补偿阀上的能量的回收；

32、4、本发明在存在多个第一液压执行器时，即便负载差异超过负载平衡执行器的最大平衡功率，也可以实现各路执行器的正常运行。