CN111421871B - 一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制*** - Google Patents

一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制***，主要包括：电液比例变量液压马达、电液比例变量泵、补油泵、补油压力调节阀、悬停电磁阀、悬停安全阀、压制安全阀、第一补油单向阀、第二补油单向阀、第一电磁球阀、第二电磁球阀、平衡安全阀、平衡蓄能器组、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、电机等。本发明简化了泵控马达液压传动与齿轮齿条机械传动混合驱动压力机的电液***，工作效率高，压制力、压制速度等参数可自动无极调节，具有优良的工艺柔性。

Description

一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制***
技术领域
本发明涉及一种电液控制***，特别涉及一种闭式电液控制***，特别是一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制***。
背景技术
压力机按传动方式可以分为液压机与机械式压力机。液压机的传动机构功率-体积比大，易于实现直线传动、无级调速、压力调节与保持等，然而液压机工作效率较低，高速液压机的***则非常复杂；机械式压力机工作效率较高，却不能在大行程范围内输出恒定压制力，机械式压力机的参数柔性调节、长时间保持压力性能同样是需要非常复杂结构与***才能实现。如何将液压传动与机械传动结合起来从而开发出兼具二者优点的新型混合驱动模式是压力机技术领域的发展方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制***，***硬件组成简单，兼具液压传动与机械传动的优点，不仅工作效率高，还易于实现工艺参数柔性调节。
本发明的技术方案如下：
本发明主要包括：电液比例变量液压马达、电液比例变量泵、补油泵、补油压力调节阀、悬停电磁阀、悬停安全阀、压制安全阀、第一补油单向阀、第二补油单向阀、第一电磁球阀、第二电磁球阀、平衡安全阀、平衡蓄能器组、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、电机等。电液比例变量液压马达的输出轴与齿轮同轴联结；电液比例变量液压马达的油口A与电液比例变量泵的A口、压制安全阀的进油口、第一补油单向阀的出油口、第一压力传感器的检测口连通；电液比例变量液压马达的油口B与悬停电磁阀的A口、悬停安全阀的进油口连通；电液比例变量泵的B口与悬停电磁阀的P口、第二补油单向阀的出油口、第二压力传感器的检测口连通；补油泵的出油口与补油压力调节阀的进油口、第一电磁球阀的进油口、第二电磁球阀的进油口连通；第一电磁球阀的出油口与第一补油单向阀的进油口、第二补油单向阀的进油口连通；第二电磁球阀的出油口与平衡安全阀的进油口、平衡蓄能器组的油口、平衡缸的有杆腔、第三压力传感器的检测口连通；平衡缸的无杆腔与大气连通；补油泵的吸油口、补油压力调节阀的出油口、悬停安全阀的出油口、压制安全阀的出油口、平衡安全阀的出油口与液压油箱连通；电机与电液比例变量泵、补油泵同轴连接。
进一步地，本发明所述一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制***，其特征是：电液比例变量液压马达的排量V可闭环控制；电液比例变量泵的输出流量Q与A、B口压差PAB可闭环控制；电机转速可闭环控制，既可作为电动机拖动负载，也可被负载拖动而处于发电机模式；电液比例变量液压马达与齿轮的输出扭矩为T，扭矩T与齿条输出压制力F的传动比为i；电液比例变量液压马达与齿轮的转速为n；以上参数满足：
Q=n×V。
F=i×T。
PAB×V=2×π×T。
压力机的控制步骤包括：
步骤1：悬停电磁阀通电，压力机滑块快下，快下时齿轮转速n较高，电液比例变量液压马达的排量V调小且固定从而限制***流量Q，通过控制电液比例变量泵的输出流量Q从而调节电液比例变量液压马达的转速n，进而达到控制压力机滑块快下速度的目的，此步骤中从电液比例变量泵的A口输出的油液进入电液比例变量液压马达的油口A、从电液比例变量液压马达的油口B排出的油液通过悬停电磁阀进入电液比例变量泵的B口，电机转速受控恒定、被电液比例变量泵拖动而处于发电机模式。
步骤2：悬停电磁阀通电，根据需要的压制力F,电液比例变量液压马达的排量V调节为PAB/(2×π×F/i)，PAB取***设定工作压力，此时排量V变大、转速n降低，电液比例变量液压马达能够输出足够的扭矩，通过控制电液比例变量泵的输出流量Q调节滑块的压制速度，此步骤中从电液比例变量泵的A口输出的油液进入电液比例变量液压马达的油口A、从电液比例变量液压马达的油口B排出的油液通过悬停电磁阀进入电液比例变量泵的B口，电机转速受控恒定、拖动电液比例变量泵与补油泵。
步骤3：悬停电磁阀通电，压力机滑块压制工件至设定工作压力，电机转速调低，PAB由电液比例变量泵闭环调节实现压制力F保持。
步骤4：悬停电磁阀通电，逐渐调小电液比例变量液压马达的排量V至某一固定值，然后通过电液比例变量泵逐渐将PAB调至0，电机转速调至0。
步骤5：悬停电磁阀断电，电液比例变量泵反向输出流量Q，此时电液比例变量液压马达的排量V较小，所以齿轮转速n较高，压力机滑块实现快速回程，通过控制电液比例变量泵的输出流量Q调节滑块的回程速度，此步骤中从电液比例变量泵的B口输出的油液通过悬停电磁阀进入电液比例变量液压马达的油口B、从电液比例变量液压马达的油口A排出的油液进入电液比例变量泵的A口，电机转速受控恒定、拖动电液比例变量泵与补油泵。
步骤6：悬停电磁阀断电，电液比例变量液压马达的排量V调为最大值，电机转速调至0，电液比例变量泵的输出流量Q为0，压力机滑块悬停。
步骤1至6过程中，第一电磁球阀与第二电磁球阀均断电，补油泵通过第一补油单向阀或第二补油单向阀将液压油注入闭式***低压侧，以补充工作过程中漏损的液压油同时换热冷却，补油压力通过补油压力调节阀设定。
步骤7：如果平衡蓄能器组内油液压力低于设定值，第一电磁球阀与第二电磁球阀通电，通过补油压力调节阀设定平衡***补油压力，补油泵为平衡蓄能器组补充压力油；此时悬停电磁阀断电，电机转速调至0，电液比例变量泵的输出流量Q为0，电液比例变量液压马达的排量V调为最大值，压力机滑块悬停。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将泵控马达液压传动与齿轮齿条机械传动相结合，实现了压力机的混合驱动，能够完成高频次冲程，压力机工艺参数易于柔性调节。
2、本发明的液压传动部分为闭式泵控马达，采用电液比例变量泵匹配电液比例变量液压马达形式，压制速度调节范围宽，压制力与压制速度匹配形式多样，液压***硬件大大简化。
3、本发明配置了平衡滑块装配体重力的平衡缸，实现能量的循环回收再利用，减少了无用功耗，并且使压力机运行过程平稳、冲击小；进一步配合排量可调节的液压泵和马达，压力机具备能耗管理柔性。
附图说明
图1为本发明的电液***原理图。
图2为混合驱动压力机的结构示意图。
图1中：301-齿轮，304-平衡缸，801-电液比例变量液压马达，802-电液比例变量泵，803-补油泵，804-补油压力调节阀，805-悬停电磁阀，806-悬停安全阀，807-压制安全阀，808-第一补油单向阀，809-第二补油单向阀，810-第一电磁球阀，811-第二电磁球阀，812-平衡安全阀，813-平衡蓄能器组，814-第一压力传感器，815-第二压力传感器，816-第三压力传感器；817-电机。
图2中：301-齿轮，302-齿条，303-挡轮，304-平衡缸，305-滑块，306-导轨，307-主机框架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见附图1、2，本发明包括：电液比例变量液压马达801、电液比例变量泵802、补油泵803、补油压力调节阀804、悬停电磁阀805、悬停安全阀806、压制安全阀807、第一补油单向阀808、第二补油单向阀809、第一电磁球阀810、第二电磁球阀811、平衡安全阀812、平衡蓄能器组813、第一压力传感器814、第二压力传感器815、第三压力传感器816、电机817等。电液比例变量液压马达801的输出轴与齿轮301同轴联结；电液比例变量液压马达801的油口A与电液比例变量泵802的A口、压制安全阀807的进油口、第一补油单向阀808的出油口、第一压力传感器814的检测口连通；电液比例变量液压马达801的油口B与悬停电磁阀805的A口、悬停安全阀806的进油口连通；电液比例变量泵802的B口与悬停电磁阀805的P口、第二补油单向阀809的出油口、第二压力传感器815的检测口连通；补油泵803的出油口与补油压力调节阀804的进油口、第一电磁球阀810的进油口、第二电磁球阀811的进油口连通；第一电磁球阀810的出油口与第一补油单向阀808的进油口、第二补油单向阀809的进油口连通；第二电磁球阀811的出油口与平衡安全阀812的进油口、平衡蓄能器组813的油口、平衡缸304的有杆腔、第三压力传感器816的检测口连通；平衡缸304的无杆腔与大气连通；补油泵803的吸油口、补油压力调节阀804的出油口、悬停安全阀806的出油口、压制安全阀807的出油口、平衡安全阀812的出油口与液压油箱连通；电机817与电液比例变量泵802、补油泵803同轴连接。
电液比例变量液压马达801的排量V可闭环控制；电液比例变量泵802的输出流量Q与A、B口压差PAB可闭环控制；电机817转速可闭环控制，既可作为电动机拖动负载，也可被负载拖动而处于发电机模式；电液比例变量液压马达801与齿轮301的输出扭矩为T，扭矩T与齿条302输出压制力F的传动比为i；电液比例变量液压马达801与齿轮301的转速为n；以上参数满足：
Q=n×V。
F=i×T。
PAB×V=2×π×T。
以压力机的单次工作循环为例说明本发明的工作原理：
1、压力机滑块快下
悬停电磁阀805通电，压力机滑块305在重力的作用下向下加速运动、齿条302带动齿轮301转动从而带动同轴的电液比例变量液压马达801正转，电液比例变量液压马达801的油口B排出的油液通过悬停电磁阀805进入电液比例变量泵802的B口，从电液比例变量泵802的A口输出的油液进入电液比例变量液压马达801的油口A，快下时齿轮301转速n较高，电液比例变量液压马达801的排量V调小且固定从而限制***流量Q，通过控制电液比例变量泵802的输出流量Q从而调节电液比例变量液压马达801的转速n，进而达到控制压力机滑块305快下速度的目的，电机817转速受控恒定、被电液比例变量泵802拖动而处于发电机模式。
2、压力机滑块工进
悬停电磁阀805通电，根据需要的压制力F,电液比例变量液压马达801的排量V调节为PAB/(2×π×F/i)，PAB取***设定工作压力，此时排量V变大、转速n降低，电液比例变量液压马达801能够输出足够的扭矩，从电液比例变量泵802的A口输出的油液进入电液比例变量液压马达801的油口A，电液比例变量液压马达801的油口B排出的油液通过悬停电磁阀805进入电液比例变量泵802的B口，通过控制电液比例变量泵802的输出流量Q调节滑块305的压制速度，电机817转速受控恒定、拖动电液比例变量泵802与补油泵803。
3、保压
当压制力达到设定值时可进行保压控制，悬停电磁阀805通电，电机817转速调低，电液比例变量液压马达801的排量V保持恒定，PAB由电液比例变量泵802闭环调节实现压制力F保持，压力保持时间按工艺需要设定。
4、卸压
当保压时间达到设定值后，悬停电磁阀805通电，逐渐调小电液比例变量液压马达801的排量V至某一固定值，然后通过电液比例变量泵802逐渐将PAB按事先设定的规律调至0，电机转速调至0。
5、压力机滑块回程
卸压完成后，悬停电磁阀805断电，电液比例变量泵802反向输出流量Q，从电液比例变量泵802的B口输出的油液通过悬停电磁阀805进入电液比例变量液压马达801的油口B, 电液比例变量液压马达801的油口A排出的油液进入电液比例变量泵802的A口，此时电液比例变量液压马达801的排量V较小，所以齿轮301转速n较高，压力机滑块305实现快速回程，通过控制电液比例变量泵802的输出流量Q调节滑块305的回程速度，电机817转速受控恒定、拖动电液比例变量泵802与补油泵803。
6、压力机滑块悬停
悬停电磁阀805断电，电液比例变量液压马达801的排量V调为最大值，电机817转速调至0，电液比例变量泵802的输出流量Q为0，压力机滑块305悬停。
在以上6个工作过程中，第一电磁球阀810与第二电磁球阀811均断电，补油泵803通过第一补油单向阀808或第二补油单向阀809将液压油注入闭式***低压侧，以补充工作过程中漏损的液压油同时换热冷却，补油压力通过补油压力调节阀804设定。
7、平衡***补油
如果平衡蓄能器组813内油液压力低于设定值，第一电磁球阀810与第二电磁球阀811通电，通过补油压力调节阀804设定平衡***补油压力，补油泵803为平衡蓄能器组813补充压力油；此时悬停电磁阀805断电，电机817转速调至0，电液比例变量泵802的输出流量Q为0，电液比例变量液压马达801的排量V调为最大值，压力机滑块305悬停。
在压力机运行过程中滑块305装配体的部分重力始终被平衡缸304输出的力抵消；当滑块305下行时平衡缸304无杆腔内液压油进入平衡蓄能器组813，平衡蓄能器组813内压力升高，重力势能转化为液压能；当滑块305上行时平衡蓄能器组813内液压油进入平衡缸304无杆腔，平衡蓄能器组813内压力降低，液压能转化为重力势能。因为液压***的泄漏不可避免，在长期使用后平衡蓄能器组813中的压力将降低，将第一电磁球阀810与第二电磁球阀811通电即可为平衡蓄能器组813补压。

Claims (1)

1.一种液压马达驱动式压力机的闭式电液控制***，其特征是：主要包括：电液比例变量液压马达（801）、电液比例变量泵（802）、补油泵（803）、补油压力调节阀（804）、悬停电磁阀（805）、悬停安全阀（806）、压制安全阀（807）、第一补油单向阀（808）、第二补油单向阀（809）、第一电磁球阀（810）、第二电磁球阀（811）、平衡安全阀（812）、平衡蓄能器组（813）、第一压力传感器（814）、第二压力传感器（815）、第三压力传感器（816）、电机（817）；电液比例变量液压马达（801）的输出轴与齿轮（301）同轴联结；电液比例变量液压马达（801）的油口A与电液比例变量泵（802）的A口、压制安全阀（807）的进油口、第一补油单向阀（808）的出油口、第一压力传感器（814）的检测口连通；电液比例变量液压马达（801）的油口B与悬停电磁阀（805）的A口、悬停安全阀（806）的进油口连通；电液比例变量泵（802）的B口与悬停电磁阀（805）的P口、第二补油单向阀（809）的出油口、第二压力传感器（815）的检测口连通；补油泵（803）的出油口与补油压力调节阀（804）的进油口、第一电磁球阀（810）的进油口、第二电磁球阀（811）的进油口连通；第一电磁球阀（810）的出油口与第一补油单向阀（808）的进油口、第二补油单向阀（809）的进油口连通；第二电磁球阀（811）的出油口与平衡安全阀（812）的进油口、平衡蓄能器组（813）的油口、平衡缸（304）的有杆腔、第三压力传感器（816）的检测口连通；平衡缸（304）的无杆腔与大气连通；补油泵（803）的吸油口、补油压力调节阀（804）的出油口、悬停安全阀（806）的出油口、压制安全阀（807）的出油口、平衡安全阀（812）的出油口与液压油箱连通；电机（817）与电液比例变量泵（802）、补油泵（803）同轴连接；电液比例变量液压马达（801）的排量V可闭环控制；电液比例变量泵（802）的输出流量Q与A、B口压差PAB可闭环控制；电机（817）转速可闭环控制，既可作为电动机拖动负载，也可被负载拖动而处于发电机模式；电液比例变量液压马达（801）与齿轮（301）的输出扭矩为T，扭矩T与齿条（302）输出压制力F的传动比为i；电液比例变量液压马达（801）与齿轮（301）的转速为n；以上参数满足：
Q=n×V，
F=i×T，
PAB×V=2×π×T；
压力机的控制步骤包括：
步骤1：悬停电磁阀（805）通电，压力机滑块（305）快下，快下时齿轮（301）转速n较高，电液比例变量液压马达（801）的排量V调小且固定从而限制***流量Q，通过控制电液比例变量泵（802）的输出流量Q从而调节电液比例变量液压马达（801）的转速n，进而达到控制压力机滑块（305）快下速度的目的，此步骤中从电液比例变量泵（802）的A口输出的油液进入电液比例变量液压马达（801）的油口A、从电液比例变量液压马达（801）的油口B排出的油液通过悬停电磁阀（805）进入电液比例变量泵（802）的B口，电机（817）转速受控恒定、被电液比例变量泵（802）拖动而处于发电机模式；
步骤2：悬停电磁阀（805）通电，根据需要的压制力F,电液比例变量液压马达（801）的排量V调节为PAB/(2×π×F/i)，PAB取***设定工作压力，此时排量V变大、转速n降低，电液比例变量液压马达（801）能够输出足够的扭矩，通过控制电液比例变量泵（802）的输出流量Q调节滑块（305）的压制速度，此步骤中从电液比例变量泵（802）的A口输出的油液进入电液比例变量液压马达（801）的油口A、从电液比例变量液压马达（801）的油口B排出的油液通过悬停电磁阀（805）进入电液比例变量泵（802）的B口，电机（817）转速受控恒定、拖动电液比例变量泵（802）与补油泵（803）；
步骤3：悬停电磁阀（805）通电，压力机滑块（305）压制工件至设定工作压力，电机（817）转速调低，PAB由电液比例变量泵（802）闭环调节实现压制力F保持；
步骤4：悬停电磁阀（805）通电，逐渐调小电液比例变量液压马达（801）的排量V至某一固定值，然后通过电液比例变量泵（802）逐渐将PAB调至0，电机（817）转速调至0；
步骤5：悬停电磁阀（805）断电，电液比例变量泵（802）反向输出流量Q，此时电液比例变量液压马达（801）的排量V较小，所以齿轮（301）转速n较高，压力机滑块（305）实现快速回程，通过控制电液比例变量泵（802）的输出流量Q调节滑块（305）的回程速度，此步骤中从电液比例变量泵（802）的B口输出的油液通过悬停电磁阀（805）进入电液比例变量液压马达（801）的油口B、从电液比例变量液压马达（801）的油口A排出的油液进入电液比例变量泵（802）的A口，电机（817）转速受控恒定、拖动电液比例变量泵（802）与补油泵（803）；
步骤6：悬停电磁阀（805）断电，电液比例变量液压马达（801）的排量V调为最大值，电机（817）转速调至0，电液比例变量泵（802）的输出流量Q为0，压力机滑块（305）悬停；
步骤1至6过程中，第一电磁球阀（810）与第二电磁球阀（811）均断电，补油泵（803）通过第一补油单向阀（808）或第二补油单向阀（809）将液压油注入闭式***低压侧，以补充工作过程中漏损的液压油同时换热冷却，补油压力通过补油压力调节阀（804）设定；
步骤7：如果平衡蓄能器组（813）内油液压力低于设定值，第一电磁球阀（810）与第二电磁球阀（811）通电，通过补油压力调节阀（804）设定平衡***补油压力，补油泵（803）为平衡蓄能器组（813）补充压力油；此时悬停电磁阀（805）断电，电机（817）转速调至0，电液比例变量泵（802）的输出流量Q为0，电液比例变量液压马达（801）的排量V调为最大值，压力机滑块（305）悬停。
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