CN105443477A - 具有快速行程和负荷行程的液压驱动装置 - Google Patents

具有快速行程和负荷行程的液压驱动装置 Download PDF

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Abstract

一种具有快速行程和负荷行程的液压驱动装置，其优选用于液压压力机，该液压驱动装置具有第一差动缸和两个彼此反向输送的泵，该第一差动缸具有第一压力腔和第二压力腔以及活塞，该活塞将第一压力腔与第二压力腔分开，其中，设置有第二差动缸，其具有第一压力腔和第二压力腔以及活塞，该活塞将第一压力腔与第二压力腔分开，并且其中，设置有换向阀，其具有第一切换位置和第二切换位置，其中，泵在第一切换位置中分别与第一差动缸的彼此不同的压力腔液压连接，并且其中，泵在第二切换位置中分别与第二差动缸的彼此不同的压力腔液压连接。

Description

具有快速行程和负荷行程的液压驱动装置
技术领域
本发明涉及一种液压驱动装置，其优选用于液压压力机，该液压驱动装置具有：第一差动缸，该第一差动缸具有第一压力腔和第二压力腔以及活塞，该活塞将第一压力腔与第二压力腔分开；和两个彼此反向输送的泵。本发明还涉及一种用于运行这种驱动装置的方法。
背景技术
这类的液压驱动装置由现有技术广为公知。实践中，对于液压驱动装置，尤其对于用于液压压力机的液压驱动装置所期望的是，提供如下的液压驱动装置，其一方面在所谓的快速行程或快速过程中以很小的力使驱动活塞的快速移动，并且另一方面利用该液压驱动装置，可以在所谓的负荷行程或负荷过程中以很大的力实现较慢的移动。
为此，由现有技术公知了不同的驱动装置。在具有所谓的节流控制的驱动装置中，由马达以恒定的转速对泵进行驱动。在此，借助流动阻力，例如借助阀实现了通过控制体积流在快速行程与负荷行程之间的切换和驱控。这种具有节流控制的驱动装置的缺点在于，由于出现的流损耗而造成低效率。
此外，由现有技术公知了具有所谓的挤出器控制的驱动装置。这种驱动装置例如可以具有转速可变的马达，该马达驱动具有彼此相反的输送方向的两个泵。两个泵以如下方式与液压缸连接，即，泵从液压缸的活塞腔中吸收液压油，而其将液压油输送到另一活塞腔中。在此，通过改变泵的挤出体积或通过改变马达的转速来实现从快速行程到负荷行程的切换或对液压驱动装置的速度的控制。这种具有挤出器控制的驱动装置的缺点在于，马达为了快速行程中的高速度需要具有高的最大转速，而为了负荷行程中的很大的力需要高的最大转矩。在使用定量泵的情况下，由于这种很高的所谓的峰值功率，因此马达需要相对应地设计或设计得大、重、迟缓且昂贵。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种液压驱动装置，其可以在快速行程中和负荷行程中运行，其中，应避免效率损失并且应能成本低廉地制造驱动装置。
该任务通过具有权利要求1的特征的液压驱动装置来解决。这样的液压驱动装置的特征在于，设置有第二差动缸，该第二差动缸具有第一压力腔和第二压力腔以及活塞，该活塞将第一压力腔与第二压力腔分开，该液压装置还设置有换向阀，该换向阀具有第一切换位置和第二切换位置，其中，泵在第一切换位置中分别与第一差动缸的彼此不同的压力腔液压连接，并且其中，泵在第二切换位置中分别与第二差动缸的彼此不同的压力腔液压连接。
因此，在换向阀的第一切换位置中，当两个泵将液压液体输送到第一差动缸的第一压力腔中并且将液压液体输送出第一差动缸的第二压力腔时，可以使第一差动缸主动运动。然后在第二切换位置中，当两个泵将液压液体输送到第二差动缸的第一压力腔中并且将液压液体输送出第二差动缸的第二压力腔时，又可以使第二差动缸主动运动。
在此特别有利的是，差动缸的第一压力腔和第二压力腔具有液压作用面，其中，第一压力腔的作用面大于第二压力腔的作用面。如果差动缸的液压作用面不同大小地选择，那么可以提供如下的液压缸，其液压作用面大小不同。
在此特别优选的是，第二差动缸的液压作用面大于第一差动缸的液压作用面。在此优选地，第二差动缸可以具有比第一差动缸更大的活塞直径。于是在换向阀从第一切换位置切换到第二切换位置时，利用这类液压驱动装置可以提供从快速过程到负荷过程的切换。当在第一切换位置中泵首先将液压液体输送到第一差动缸的压力腔中并将液压液体输送出第一差动缸的压力腔时，仅第一差动缸的较小的液压作用面需要以液压液体来加载。在快速行程中，第一差动缸可以运动。当在第二切换位置中泵又将液压液体输送到第二差动缸的压力腔中且将液压液体输送出第二差动缸的压力腔时，必须为第二差动缸的较大的液压作用面加载以液压液体。于是在负荷行程中，可以以相对于快速行程增加了的力使第二差动缸运动。
在此有利地，两个差动缸的第一压力腔的液压作用面与第二压力腔的液压作用面的面积比是相同或近似相同的。这意味着，第一差动缸的第一压力腔的液压作用面相对其第二压力腔的液压作用面的面积比大致相应于第二差动缸的第一压力腔的液压作用面与其第二压力腔的液压作用面的面积比。在此优选地，第二差动缸的液压作用面相对第一差动缸的液压作用面的面积比设置在约2:1至约10:1的范围内。这意味着，可以实现两倍至十倍的力传递。
液压驱动装置的特别优选的设计方案规定，泵的输送体积与压力腔的液压作用面的面积比相匹配。在此特别优选的是，第一泵具有比第二泵更大的输送体积。于是优选地，输送体积比与液压作用面的面积比相同或近似相同地选择。因此可以提供如下的液压驱动装置，在该液压驱动装置中，在对泵进行驱动的伺服马达的一个转动方向的情况下，可以与换向阀的切换位置无关地将液压液体主动输送到差动缸的第一压力腔中并且主动将液压液体输送出差动缸的第一压力腔。因此，可以尽可能地由泵来提供用于填充和清空压力腔所需的液压液体。
液压驱动装置的特别优选的设计方案规定，两个差动缸的活塞以机械方式运动关联。在此可以规定，差动缸要么彼此串联对齐地布置，其中，差动缸的活塞杆彼此连接或焊接。但是也可以考虑的是，差动缸彼此并排地布置，并且例如借助布置在两个活塞上的轭或布置在活塞上的挤压工具来提供运动关联。这是特别有利的，因为在第一切换位置中，当第一差动缸移出时，第二差动缸可以以快速行程一同移出，而第二差动缸无需主动地加载以液压液体。因此，第二差动缸以快速行程运动。
有利地，设置有罐或压力存储器，其能与泵和/或差动缸的压力腔液压连接。可以将多余的液压液体导出到这样的罐或压力存储器中。
在液压驱动装置的特别有利的改进方案中，换向阀构造为8/2换向阀。这意味着，换向阀具有八个可控的接口和两个切换位置。但是也可以考虑，为了实现这样的工作方式设置两个4/2换向阀，其分别具有四个可控的接口和两个切换位置，并且其切换部件(阀活塞)彼此联接，尤其是机械地联接。优选地，换向阀抵抗复位弹簧的力地切换。当设置了两个4/2换向阀时，这两个换向阀优选彼此机械联接，从而同步或近似同步地实现从第一切换位置到第二切换位置的切换。
特别优选的是，换向阀能依赖于第一或第二差动缸的第一压力腔中的极限压力地以液压方式或电子方式切换，或者换向阀能依赖于差动缸的活塞位置地以机械方式切换。为了以液压方式切换，为此可以根据换向阀的当前的切换位置来设置第一或第二差动缸的第一压力腔中的压力的回馈。当换向阀在第一切换位置中时，为了切换，将第一差动缸的第一压力腔中的压力回馈。因此，可以实现从快速行程到负荷行程的切换。当在负荷行程结束之后换向阀又处于第二切换位置时，为了切换，可以将第二差动缸的第一压力腔中的压力回馈。因此，在负荷行程结束之后，可以使换向阀以弹簧操纵的方式又运动到第一切换位置中，从而在两个泵的输送方向反转时，两个彼此机械联接的活塞可以在快速返回行程中运动到它们的初始位置。在这种情况下，第一泵将液压液体输送出第一差动缸的第一压力腔，并且第二泵将液压液体输送到第一差动缸的第一压力腔中。于是在第一差动缸的向上运动期间，由于运动关联，第二差动缸可以被动地一同运动。但是也可以考虑对换向阀进行电驱控，其中，可以实现对第一或第二差动缸的第一压力腔中的压力的测量。为了从第一切换位置切换到第二切换位置，也可以设置机械上的解决方案，其中，可以考虑，通过设置切换凸轮，依赖于活塞的相应工作位置地对阀进行切换。
液压驱动装置的另一有利的设计方案规定，设置有止回阀，其以如下方式来布置，即，可以避免差动缸的压力腔中的气穴。当现在在运行中由泵提供的液压液体不足以避免低压时，即，当泵的输送体积与第一液压作用面相对第二液压作用面的面积比有偏差时，可以借助止回阀从罐或压力存储器中附加地补充地抽吸所需的液压液体。
开头提到的任务也通过用于运行液压驱动装置的具有权利要求11的特征的方法来解决。这样的驱动装置具有：第一差动缸，该第一差动缸具有第一压力腔和第二压力腔以及活塞，该活塞将第一压力腔与第二压力腔分开；以及第二差动缸，该第二差动缸具有第一压力腔和第二压力腔以及活塞，该活塞将第一压力腔与第二压力腔分开，其中，两个差动缸的活塞是运动关联的。此外，驱动装置具有两个方向相反地输送的泵以及换向阀，该换向阀具有第一切换位置和第二切换位置。此外，这样的液压驱动装置优选具有如下的差动缸，其中，第二差动缸具有比第一差动缸更大的液压作用面。此外，第一泵优选具有比第二泵更大的输送体积，其中，泵的输送体积比优选与差动缸的第一和第二压力腔的液压作用面的面积比相匹配。
该任务尤其通过用于运行根据权利要求1至10中任一项所述的液压驱动装置的方法来解决。对于这种方法，在第一切换位置中，第一泵将液压液体输送到第一差动缸的第一压力腔中，并且第二泵将液压液体输送出第一差动缸的第二压力腔，其中，在第二切换位置中，第一泵将液压液体输送到第二差动缸的第一压力腔中，并且第二泵将液压液体输送出第二差动缸的第二压力腔。
因此，当换向阀在第一切换位置中时，利用这种方法可以使液压驱动装置的运动关联的活塞首先以快速行程运动，因为泵仅为第一差动缸的小的液压作用面加载以液压液体。当换向阀切换到第二切换位置中时，泵又加载第二差动缸的较大的液压作用面，其中，可以实现活塞在负荷行程中的运动。
该方法的特别有利的改进方案规定，在超出第一差动缸的第一压力腔中的极限压力时，换向阀从第一切换位置切换到第二切换位置。当例如布置在差动缸的活塞上的可以设置用于活塞的运动关联的挤压或冲压工具在快速行程中碰到障碍物例如工件时，第一差动缸的第一压力腔中的压力上升，从而换向阀切换到第二切换位置中，并且可以实现活塞在负荷行程中的运动，其中，从现在起第二差动缸被加载以液压液体。
此外有利的是，在低于第二差动缸的第一压力腔中的复位压力时，换向阀以弹簧操纵的方式从第二切换位置切换到第一切换位置。在负荷行程结束之后，第一差动缸的第一压力腔中的压力下降。通过换向阀的以弹簧操纵方式的复位可以使该换向阀运动回到其起始位置，即，第一切换位置中。
此外特别优选的是，在泵的输送方向反转之后，在第一切换位置中，第一泵将液压液体输送出第一差动缸的第一压力腔，并且第二泵将液压液体输送到第一差动缸的第二压力腔中。当负荷行程结束之后以弹簧操纵的方式使阀运动回到第一切换位置中时，可以在输送方向反转之后实现快速返回行程。第一差动缸的压力腔又被加载以液压液体，由此，使第一差动缸的活塞主动地运动。在快速返回行程中，通过与第一差动缸的活塞的运动关联，第二差动缸的活塞仅被动地运动。
附图说明
本发明的其他细节和有利设计方案从下面的描述中得知，结合这些描述详细说明且阐述了本发明的在附图中示出的实施方式。其中：
图1示出根据本发明的液压驱动装置10的液压线路图。
具体实施方式
唯一的图1示出根据本发明的液压驱动装置10的液压线路图。
液压驱动装置10具有缸设施，其整体以附图标记12来标示。缸设施12包括两个以液压方式彼此分开的差动缸14、16。第一差动缸14具有活塞18和与活塞18连接的活塞杆20。活塞18将差动缸14分隔成第一压力腔22和第二压力腔24。第一差动缸14在第一压力腔22那侧上具有液压作用面26，其中，第一差动缸14在第二压力腔24那侧上具有液压作用面28。液压作用面26相对液压作用面28例如形成2:1的面积比。但是也可以考虑其他的面积比。
第二差动缸16同样具有活塞30，该活塞将第二差动缸16分隔成第一压力腔32和第二压力腔34。第二差动缸16在第一压力腔32那侧上具有液压作用面36，其中，第二差动缸16在第二压力腔34那侧上具有液压作用面38。液压作用面36相对液压作用面38例如形成2:1的面积比。但是也可以考虑其他的面积比。该面积比大致相应于作用面26相对作用面28的面积比。
活塞30与第一差动缸14的活塞杆20连接，因此两个差动缸的两个活塞20、30通过活塞杆20以机械方式运动关联。此外，活塞30与另一活塞杆40连接。在活塞杆40上可以布置有附图中未示出的机器的工具、工件或功能部件。
此外，液压驱动装置具有两个液压泵42、44，这两个液压泵在附图中仅作为一个“差动泵”被示出。对于“差动泵”可以理解为如下的泵，即，在其相应的输出端提供不同的输送量。两个泵42、44由未示出的液压马达驱动，并且在此方向相反地输送。第一泵42具有比第二泵44更大的输送体积。在此，第一泵42的输送体积相对于第二泵44的输送体积处于如下输送体积比，即，其大致相应于第一压力腔22、32的作用面26、36相对第二压力腔24、34的作用面28、38的面积比。因此，泵42、44的输送体积与作用面26、28、36、38的面积比相匹配。
第一差动缸14的第一压力腔22经由第一液压管路46能借助具有第一和第二切换位置的换向阀48与第一泵42或与压力存储器50连接。第一差动缸14的第二压力腔24能经由第二液压管路52与第二泵44或与压力存储器50连接。
第二差动缸16的第一压力腔32能经由第三液压管路54与压力存储器50或与第一泵42连接。此外，第二差动缸16的第一压力腔32能经由第四液压管路56与压力存储器50连接。第二差动缸16的第二压力腔34能经由第五液压管路58与压力存储器50或与第二泵44连接。
换向阀48构造为8/2换向阀，即，换向阀48具有八个可控的接口和两个切换位置。在当前的情况下，换向阀48通过两个彼此联接的4/2换向阀60、62来实现。在此，换向阀48或换向阀60、62能从附图中示出的第一切换位置抵抗弹簧64的复位力地切换到第二切换位置中。换向阀60、62的切换元件(阀活塞)彼此机械联接。在附图中，换向阀48以如下方式液压地受控制，即，经由控制管路66回馈在液压管路68中存在的压力。与换向阀48的切换位置相关地，液压管路68要么与液压管路46连接，要么与液压管路54连接。
为了避免低压或气穴，液压驱动装置10还具有三个止回阀70、72、74。
液压驱动装置10以如下方式运转：
当未示出的伺服马达驱动泵42、44并且换向阀48位于其附图中所示的第一切换位置时，第一泵42将液压液体输送到第一差动缸14的第一压力腔22中，其中，第二泵44将液压液体输送出第一差动缸14的第二压力腔24。第二差动缸16的第一压力腔32得到经由止回阀70或者说经由液压管路56的液压液体，而来自第二差动缸16的第二压力腔34的液压液体可以流到压力存储器50中。因此，在第一切换位置中，泵42、44仅作用到第一液压缸14的压力腔22、24上。由于较小的液压作用面26、28和通过活塞杆20的运动关联，在快速行程中使两个差动缸14、16的两个活塞18、30向下地(即，沿箭头76的方向)运动。
当现在活塞杆40或布置在活塞杆上的挤压工具碰到障碍物时，第一差动缸14的第一压力腔22中或者说液压管路46、68中的压力上升。当压力(其经由控制管路66回馈)上升超出通过换向阀48的弹簧64预调整的极限压力时，使换向阀48抵抗弹簧64的力地向右(即，沿箭头78的方向)运动到其第二切换位置。
在泵42、44的输送方向保持相同时，第一泵42现在将液压液体输送到第二差动缸16的第一压力腔32中，其中，第二泵44将液压液体输送出第二差动缸16的第二压力腔34。第一差动缸14的第一压力腔22得到经由液压管路46离开压力存储器50的液压液体，而来自第一差动缸14的第二压力腔24的液压液体可以经由液压管路52流到压力存储器50中。因此，在第二切换位置中，泵42、44仅作用到第二液压缸16的压力腔32、34上。由于较大的液压作用面36、38和通过活塞杆20的运动关联，两个差动缸14、16的两个活塞18、30在负荷行程中向下(即，沿箭头76的方向)运动。在负荷行程中，进行较慢的、具有较大的力的运动。力传递可以通过适当选择面积比来实现。当例如选择第二差动缸16的作用面36、38十倍于第一差动缸14的作用面26、28时，可以实现10:1的力传递。
在负荷行程结束之后，第二差动缸16的第一压力腔32中或者说液压管路54、68中的压力下降。当压力下降到低于换向阀48的预调整的复位压力时，通过弹簧64的弹簧力使该换向阀又运动到其在附图1中示出的第一切换位置。
在第一切换位置中，泵42、44又与第一差动缸的压力腔22、24液压连接。当现在泵42、44的输送方向(例如由于未示出的马达的转动方向反转)反转时，第一泵42将液压液体输送出第一差动缸14的第一压力腔22，其中，第二泵44将液压液体输送到第一差动缸14的第二压力腔24中。第二差动缸16现在不参与与泵42、44的流体交换。由于通过活塞杆20的运动关联，在快速返回行程中，两个差动缸的活塞18、30可以反向于通过箭头76示出的方向地又向上运动。
因此，利用根据本发明的液压驱动装置10可以提供挤出器控制，其中，驱动装置可以在快速行程中和负荷行程中运行，其中，可以避免效率损失，并且其中，驱动装置能成本低廉地制造，因为泵42、44可以比较小地设计尺寸。

Claims (14)

1.一种液压驱动装置(10)，其优选用于液压压力机，所述液压驱动装置具有第一差动缸(14)和两个彼此反向输送的泵(42、44)，所述第一差动缸具有第一压力腔(22)和第二压力腔(24)以及活塞(18)，所述活塞将所述第一压力腔(22)与所述第二压力腔(24)分开，其特征在于，设置有第二差动缸(16)，所述第二差动缸具有第一压力腔(32)和第二压力腔(34)以及活塞(30)，所述活塞将所述第一压力腔(32)与所述第二压力腔(34)分开，并且还设置有换向阀(48)，所述换向阀具有第一切换位置和第二切换位置，其中，所述泵(42、44)在第一切换位置中分别与所述第一差动缸(14)的彼此不同的压力腔(22、24)液压连接，并且其中，所述泵(42、44)在第二切换位置中分别与所述第二差动缸(16)的彼此不同的压力腔(32、34)液压连接。
2.根据权利要求1所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，所述差动缸(14、16)的第一压力腔(22、32)和第二压力腔(24、34)具有液压作用面(26、28、36、38)，其中，所述第一压力腔(22、32)的作用面(26、36)大于所述第二压力腔(24、34)的作用面(28、38)。
3.根据权利要求2所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，所述第二差动缸(16)的液压作用面(36、38)大于所述第一差动缸(14)的液压作用面(26、28)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，所述差动缸(14、16)的第一压力腔(22、32)的液压作用面(26、36)相对于第二压力腔(24、34)的液压作用面(28、38)的面积比是相同或近似相同的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，所述泵(42、44)的输送体积与所述压力腔(22、24、32、34)的液压作用面(26、28、36、38)的面积比相匹配。
6.根据上述权利要求中任一项所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，两个差动缸(14、16)的活塞(18、30)是运动关联的。
7.根据上述权利要求中任一项所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，设置有罐或压力存储器(50)，所述罐或压力存储器能与所述泵(42、44)和/或所述差动缸(14、16)的压力腔(22、24、32、34)液压连接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，所述换向阀(48)构造为8/2换向阀。
9.根据上述权利要求中任一项所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，所述换向阀(48)能依赖于第一或第二差动缸(14、16)的第一压力腔(22、24)中的极限压力地以液压方式或电子方式切换，或者所述换向阀(48)能依赖于所述差动缸(14、16)的活塞(18、30)的位置地以机械方式切换。
10.根据上述权利要求中任一项所述的液压驱动装置(10)，其特征在于，设置有止回阀(70、72、74)，所述止回阀以如下方式布置，即，能够避免所述差动缸(14、16)的压力腔(22、24、32、34)中的气穴。
11.一种用于运行液压驱动装置(10)的方法，所述驱动装置具有：第一差动缸(14)，所述第一差动缸具有第一压力腔(22)和第二压力腔(24)以及活塞(18)，所述活塞将所述第一压力腔(22)与所述第二压力腔(24)分开；第二差动缸(16)，所述第二差动缸具有第一压力腔(32)和第二压力腔(34)以及活塞(30)，所述活塞将所述第一压力腔(32)与所述第二压力腔(34)分开，其中，两个差动缸(14、16)的活塞(18、30)是运动关联的；两个方向相反地输送的泵(42、44)；和换向阀(48)，所述换向阀具有第一切换位置和第二切换位置；所述方法尤其是用于运行根据上述权利要求中任一项所述的液压驱动装置(10)的方法，其中，在所述第一切换位置中，第一泵(42)将液压液体输送到所述第一差动缸(14)的第一压力腔(22)中，并且第二泵(44)将液压液体输送出所述第一差动缸(14)的第二压力腔(24)，并且其中，在所述第二切换位置中，所述第一泵(42)将液压液体输送到所述第二差动缸(16)的第一压力腔(32)中，并且所述第二泵(44)将液压液体输送出所述第二差动缸(16)的第二压力腔(34)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在超出所述第一差动缸(14)的第一压力腔(22)中的极限压力时，所述换向阀(48)从所述第一切换位置切换到所述第二切换位置中。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在低于所述第二差动缸(16)的第一压力腔(32)中的复位压力时，所述换向阀(48)以弹簧操纵的方式从所述第二切换位置切换到所述第一切换位置中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，在所述泵(42、44)的输送方向反转之后，在所述第一切换位置中，所述第一泵(42)将液压液体输送出所述第一差动缸(14)的第一压力腔(22)，并且所述第二泵(44)将液压液体输送到所述第一差动缸(14)的第二压力腔(24)中。
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