CN100346080C - 用于操作废料剪切机的液压系统中的液压控制机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作如用于加工任意类材料的压力机那样的机床、尤其是操作废料剪切机的液压系统的液压控制机构，在该液压控制机构中完成对冲击的缓冲、与负载补偿相结合的快速行程运动转换和将一个液压缸的液压介质用于运动另一液压缸。按照本发明，其包括用于对第一主阀件(2.4.0)进行预控制的液压手段、功能上相组合的第二主阀件(2.7.0)和第三主阀件(3.7.0)以及第四阀(2.5)。

Description

用于操作废料剪切机的液压系统中的液压控制机构
技术领域
本发明涉及一种用于操作一种机床的液压系统的液压控制机构，这样的机床例如是用于加工任意类材料、例如对其进行压缩和/或剪切的压力机，尤其是一种作为所谓废料剪切机的用于切割金属废料的剪切机。
现有技术
这类如压力机的机床主要包括：
-一个机架，其带有至少一个在该机架上行进并固定在其上、并用于将挤压或压紧材料的夯锤向着工作台推进的第一液压缸和至少一个在该机架上行进并固定在其上、并用于将一个如对材料进行最后加工的剪切刀具向着一位于所述工作台上的固定刀具推进的第二液压缸；
-一个所谓的液压控制机构，其包括储箱、泵、控制箱、阀门和喷嘴、以及供第一和第二液压缸进行周期性循环工作的液压介质。
已公知在液压控制机构中要采取这样的手段，即，至少在其中一个液压缸的工作冲程结束时(如将金属废料切割开后)要在该液压缸中产生一个减缓所谓(切断)冲击的缓冲压力。
长期以来这种(切断)冲击的共性问题已公知，在德国专利申请公开说明书DE 28 08 091 A1、DE 28 24 176 A1、DE 29 09 119 A1、DE 35 34 467 A1和德国专利说明书DE 22 21 290 C3、DE 29 28 777 C2、DE 31 12 393 C2以及德国专利申请公开说明书DE 195 29 134 A1已作了具体说明。
一种可采用和已利用的解决该问题的办法是在欧洲专利说明书EP 0765 203 B1的独立权利要求的前序部分的基础上有利地采用其如下特征部分的技术特征来补充实现的：
-与缓冲压力相当的控制压力可通过将调节油从该工作液压缸的活塞侧缸腔经一旁路管道送往控制腔来形成；
-在该旁路管道中设置了一个用于阻断通往活塞侧缸腔的止回阀。
此在先公知的液压控制机构按其功能可按照下述与减缓(切断)冲击相关运行过程的步骤来说明：
1.液压缸连同刀具向下行进。借助压力阀54在该液压缸的活塞杆侧缸腔12产生一个反压。该阀54与阀31共同起到二级限压安全阀的作用，其中该阀31为主级。阀38由弹簧保持在P-A为通路的位置，因为在40处的压力到该时刻仍然是小的。做下行程运动时活塞杆侧缸腔12内的反压是必要的，以承受吊挂在液压缸上的负载。无此反压，则该液压缸在重力影响下受该活塞杆和吊挂着的负载G的重量的作用所行进得要快于由预定泵送量形成的行进。这导致活塞侧腔室10出现会引起液压缸密封问题的低压。
2.该液压缸或该刀具落在材料上。活塞侧腔室10内的压力增加，因为液压缸此时不再运动。泵继续输送油，这导致活塞侧腔室10内的压力上升。该压力上升继续传递到控制管道62、阀58和管道40，并导致阀38接通到A-T位置。然后，阀31的控制腔室经喷嘴21和阀38与储箱相连通，该阀31克服弹簧的作用而打开。结果，先前所需要的环形腔室12的反压瓦解。此时液压缸可以施加所预期相当于压力和活塞面积乘积这样大小的作用力来切割材料。在达到切割力时该刀具切割材料。
3.刀具由在活塞侧腔室10内起弹簧作用的油容积来加速。紧接在切割之后活塞侧腔室10内的压力因膨胀而降低。同时阀38由于控制压力而返回到基准位置P-A。由加速的液压缸所产生的油流一部分经喷嘴36和阀38导送到阀31的控制腔。环形腔室的压力如在上述第3.1段中那样向上受到二级限压安全阀54/31的限制。该反压就形成一种对(切断)冲击的缓冲。
4.如在第2步中可看到的，在切割时刻之前活塞侧腔室10内的压力是高的，且环形腔室的压力向着储箱释放。由于活塞侧腔室10内的压力此时高于环形腔室12的压力，油从活塞侧腔室10经过管道68和喷嘴70、36以及止回阀72流到环形腔室，从而经过阀31流到储箱。此油流与其所处压力的乘积就可能成为十分不利的、不希望产生的功率损失。
在切割时(如在第3步中所述)，活塞侧腔室10的压力至少部分被破坏。因为活塞侧腔室10的压力降低了，且由于液压缸的加速在环形腔室12内产生压力，就存在着油经管道68流走的危险。于是压力降变成与止回阀反向。
因此，管道68也会导致一个替代辅助性缓冲作用的相互作用。此外，已确定：为使所希望的对(切断)冲击的缓冲生效，该阀38首先必须接通到基准位置。其前提是管道40中(从而在这之前在活塞侧腔室10内)的压力必须被破坏。在特殊的情况下，可以没有液压油流经管道68和随后流经阀38，因为这基于电路逻辑而要求最佳条件下的辅助手段且将必需的油经喷嘴36送往预控制机构。
因而，还另外通过第4步用简单的手段来支持已有的对于(切断)冲击的缓冲作用，然而并不是立即就有现成的手段或者还需要作进一步的工作。
对于工业实践中实现的那些已包含有所提到的欧洲专利说明书EP0765203B1的独立权利要求前序部分所限定的技术特征(相当于前面所述的第1步到第3步)的、尤其是废料剪切机的液压控制机构，就其对(切断)冲击的缓冲的功能而言已证明其只是按照一个复杂的液压问题进行的改进。就第4步中所描述这功能的技术手段的有效性而言，这仅仅在采用了辅助手段后才可部分实现。这意味着至少明显增加成本。
为寻找解决上述问题的技术方案，按照德国专利申请公开说明书DE 4312283A1例如对于大型的然而连续工作的槽式压缩打包机(Kanalballen-presse)提出了一种用于液压高功率执行机构的控制机构，该高功率执行机构在负载作用下被控制从一初始工作位置作反向运动，在作反向运动的过程中，该执行机构中受液压压力作用的工作腔室经一换向阀与一低压回流管相连通，该换向阀的阀位置通过一具有至少一个节流板的控制管道以液压方式来实现。
其中，在该换向阀和节流板之间接入一个起稳压作用的延迟机构。
如果就本说明书开始部分提到的结构的机器对此控制机构进行分析，虽然推荐了一种用于降低去负载冲击的阀门的结构布置，且尽可能平缓地将腔室内的压力从一系统中卸掉以减少储箱管道内的冲击，然而用此措施在一液压缸中快速建立反压、然后再对其进行限制却是不可能实现的。
因此，从该德国专利申请公开说明书DE 43 12283A1中也不能得到解决上述问题的苗头。
在本说明书开始部分所说明的那一类机器的液压缸中，考虑到其特定工作原理而要求的尽快建立和限制反压这一目标也不能按照欧洲专利申请公开说明书EP 1 186 783 A1中的手段来实现。在该欧洲专利申请EP 1 186783 A1中，仅仅将流出一个液压缸的油用于通常的向第二液压缸施压和驱动。而如公知的那样，这样做是为了在这篇专利申请中所提到的机器中主要实现液压控制的基本功能。
因此确定，对于本说明书开始部分所明确的压力机、尤其是用于切割金属废料的剪切机借助液压控制机构对(切断)冲击的缓冲问题至今未整体在所述液压系统范围得到解决。
于是，在如压力机、尤其是用于切割金属废料的剪切机那样的机床的液压控制机构中，由泵所提供使用的液压介质的体积限制了液压缸的运行速度，因为流向储箱的液压介质通常未被利用。加上，如所述压力机或剪切机中带有如工具那样悬挂质量的垂直工作液压缸对液压控制机构提出了特殊的要求。如果在这些液压缸向下行进做下行程运动时简单地让该液压缸的环形腔室向着储箱卸载，则该液压缸的活塞由于自身的质量和所吊挂着的负载而向下行进，且可能赶在泵起作用之前。这至少会对液压缸密封的寿命起负面影响，还可能对整个液压系统产生不利影响。
最后，在上述应用的传统液压控制机构中，在两液压缸同时做上行程运动时，加工过程的循环工作时间例如在剪切后受到明显的限制。
发明内容
作为本说明书开始部分所述应用的复杂液压控制机构，那些与相应控制系统中相关的全部技术问题，如
-用一简单的手段对(切断)冲击进行缓冲，
-具有负载补偿的快速行程运动转换(Eilgangschaltung：快速运动转换)，
-通过对油的承接利用来提高功率，
是提出本发明技术问题的出发点。
本发明要解决的技术问题是提供一种用于操作如用于加工任意类材料的压力机那样的机床、尤其是操作废料剪切机的液压系统的液压控制机构，该机构在功能上将部分公知的特征的作用结合在一起
-以低结构成本的液压手段实现对(切断)冲击的缓冲，其中对液压缸环形腔室的最大反压可以调节得比采用传统的反压产生手段更高，
-将快速行程运动转换与负载补偿相结合及利用传统的流往储箱的液压介质，和/或
-为缩短循环工作时间和提高机器的功率，在两液压缸同时做上行程运动时将从两液压缸之一流出的液压介质用于驱动或运动处于相同泵输送量的另一液压缸。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于操作废料剪切机的液压系统的液压控制机构，其包括用于将至少第一液压缸的环形腔室侧的最大反压调节到较高来作为缓冲冲击的液压手段，其特征在于：在所述至少第一液压缸的冲击式快速运动时通过一个喷嘴使一个第一主阀件的开启运动延迟，同时该液压缸的环形腔室内的压力通过一个作为该第一主阀件的预控制机构的压力阀被限制在该压力阀上所调节形成的压力上，且该第一主阀件开启的延迟与形成一个作为冲击缓冲的受限反压相对应，其中，所述冲击缓冲得到一个控制该第一主阀件的伺服阀的支持。
结果，提供了一种用于操作如压力机那样的机床、尤其是操作废料剪切机的液压系统的液压控制机构，其除了解决结构简单且功能完全有效地对冲击进行缓冲这个技术问题外还提高了待加工材料的生产量而不需要提高功率和结构成本，这样一来可以向操作人员提供一种从能量观点看具有较高使用价值的机器。
附图说明
下面结合附图所示的用于操作一废料剪切机的液压机构的结构布置图对本发明的一种实施方式进行说明。
图1示意地示出了与本发明液压系统相应的结构布置图。其中用点划线勾画出本身的控制机构。用附图标记1.1简化地表示用于驱动一个如带有切割材料刀具的刀具滑架1.1.3那样的工具的第一液压缸，用附图标记1.2简化地表示用于驱动另一个如挤压或压紧待切割材料的夯锤1.2.3那样的工具的第二液压缸。
具体实施方式
两液压缸1.1和1.2中的活塞底侧腔室1.1.2、1.2.2的液压介质的液压进出口用附图标记A来表示，而环形腔室1.1.1、1.2.1液压介质进出口用B来表示。附图标记T表示通往未示出的储箱的管道，P1和P2表示通往压力管道和未示出的泵的连接管道。
本发明驱动废料剪切机的液压控制机构的基本结构中首先设有一个位于该第一液压缸1.1的活塞底侧腔室1.1.2和储箱T之间的第二阀2.2以及一个位于活塞底侧腔室1.1.2和通往压力供给源P1的连接管道之间的第三阀2.3。
此外，设有一个位于该第二液压缸1.2的活塞底侧腔室1.2.2和通往压力供给源P2的连接管道之间的第五阀3.1以及一个位于该活塞底侧腔室1.2.2和储箱T之间的第六阀3.2。
最后还在环形腔室1.2.1和通往压力供给源P2的连接管道之间设置了一个第七阀3.3以及在该环形腔室和储箱T之间设置了一个第八阀3.4。
液压控制机构在该液压系统中相应于所要解决的技术问题所起的功能作用将在随后分成I、II和III作详细说明。
I对(切断)冲击的缓冲功能部分
在废料剪切机中，刀具滑架1.1.3和与其相连接的液压缸活塞在切割材料后加速。其原因在于该液压缸1.1的活塞底侧腔室1.1.2内直到切割之前的瞬间有一个较高的压力。该液压介质的压缩体积起到能量存储的作用。这将使液压缸1.1和刀具滑架1.1.3加速。在切割或剪切之前该液压缸1.1的环形腔室1.1.1被去负荷。为了对刀具滑架1.1.3的加速和对由此引起的液压冲击起一个反向作用，在该液压缸1.1的环形腔室1.1.1内产生一个适合于对液压冲击进行缓冲的反压。
到快切割完材料的那一时刻，一个至今尚未提到的位于活塞底侧腔室1.1.2和储箱T之间的第一阀2.1以及一个未提到的伺服阀2.4.3作为本发明的另一些部件处于接通位置。这样一来，活塞底侧腔室1.1.2经第一阀2.1与通往由未示出的液压泵来供给的压力供给源P1的连接管道相连通。该第一液压缸1.1的环形腔室1.1.1经第一主阀件2.4.0和盖2.4.1向着未示出的储箱卸载。
液压泵的未示出的驱动电机通过一个合适的泵功率限制器来确保防止过载。该功率限制使高压下的液压介质处于一个较小的输送量，从而该压力与相应于液压功率的体积流量的乘积几乎保持不变。因此，在高压下的液压介质的体积流量比低压时的体积流量小。于是第一液压缸1.1在高压时的速度也比低压时小。
该第一主阀件2.4.0的开口行程通过一个集成在其中的、但未示出的弹簧而与流经该阀的的体积流量相匹配。
在第一液压缸1.1的活塞作冲击式快速运动时(如前面所描述的)，该第一主阀件2.4.0在其开启运动时被本发明的喷嘴2.4.1.1延迟了。同时该液压缸1.1的环形腔室1.1.1内的压力被作为对第一主阀件2.4.0进行伺服控制的压力阀2.4.2限制在该压力阀2.4.2所调节的压力。该第二主阀件2.4.0开启的延迟令人惊喜地足以产生一个受限制的反压、从而足以实现对(切断)冲击的缓冲。
因此，作用在第一液压缸1.1的环形腔室1.1.1侧的最大反压可以用简单的手段来进行调节，且十分有利地可以调节得比公知的产生反压的手段更高，从而这种方案还可用较小的结构来实现。
II与负载补偿相结合的快速行程运动转换(Eilgangsschaltung)的功能部分
迄今为止，在液压废料剪切机中由泵提供的输送体积成为对液压缸速度的限制，而现在应当利用传统上流回储箱的液压介质。
此外，尤其要控制那些垂直工作而又带有吊挂着如刀具滑架1.1.3和夯锤1.2.3那一类工具静负载的液压缸1.1和1.2。
如果在液压缸1.1和1.2向下行进时(此时做下行程运动)使环形腔室1.1.1和1.2.1简单地向储箱T卸载，则该液压缸1.1和1.2各自的活塞在其自重和所说工具的吊挂负载作用下而做下行程运动，液压泵的作用被不利地提前了。这尤其对液压缸密封的使用寿命产生不利的影响。
作为相应的措施，按照所述的要解决的技术问题应当在做下行程运动时在各自的环形腔室1.1.1、1.2.1内产生一个对补偿如工具那样吊挂负载而言是足够大的压力。在探索性试验中得知，在液压缸1.1和1.2的环形腔室1.1.1、1.2.1和活塞底侧腔室1.1.2、1.2.2之间的压力差适合于补偿自重。同时，应利用为完成普通的快速行程运动从环形腔室侧B处流出的液压介质。
借助于如图所示的结构布置，通过本发明设置一个带有盖2.7.1、中间板2.7.2、压力阀或节流件(喷嘴)2.7.3和换向阀2.7.4的第二主阀件2.7.0以及类似的一个带有盖3.7.1、中间板3.7.2、压力阀或节流件(喷嘴)3.7.3和换向阀3.7.4的第三阀件3.7.0。
对于向液压缸1.1、1.2上施加较小反作用力的做下行程运动来说，这种结构布置是特别有利的。
当时的阀门组合是通过带有由盖2.7.1和3.7.1、中间板2.7.2和3.7.2、压力阀或节流件(喷嘴)2.7.3和3.7.3及换向阀2.7.4和3.7.4构成的预控制结构的第二主阀件2.7.0和第三主阀件3.7.0的共同作用来实现的。
这种预控制结构在图示的连接方式与各自的主阀件2.7.0、3.7.0相组合成为一个带有止回功能的可通断压力阀，其中该液压缸1.1和1.2的环形腔室侧的压力相对于活塞侧可协调地进行调节。
一种由一独立的快速动作阀与负载补偿功能组成的可供选择采用的替代性组合方案从能量角度看也可能是一种最佳方案。
III承接液压介质的功能部分
在两个上述液压缸1.1、1.2同时做上行程运动时，从两液压缸1.1、1.2之一流出的液压介质应当用于运行另一液压缸1.1、1.2。从而在相同的泵送量情况下相对于传统方案所取得的液压介质量使得压力机、尤其是废料剪切机的循环工作时间明显缩短。
本发明的结构布置起到了相对常规方案增加功率的作用。按照本发明，这种用于利用流出液压介质的结构布置是由一个位于活塞底侧腔室1.2.2和环形腔室1.1.1之间的第四阀2.5来实现的。在所述结构布置中，由流出介质驱动的液压缸1.1、1.2还由另一些泵来驱动。
工业实用性
本发明虽然是针对一废料剪切机的液压系统进行说明的，然而允许普遍地推广到运行如本说明书开始部分所提到的那一类压力机那样的机床中，只要在这类机床中需要解决实现冲击缓冲、带有负载补偿的快速行程运动转换和/或在至少两个液压缸之间承接液压介质这样的综合问题。

Claims (2)

1.一种用于操作废料剪切机的液压系统的液压控制机构，其包括用于将至少第一液压缸(1.1)的环形腔室(1.1.1)侧的最大反压调节到较高来作为缓冲冲击的液压手段，其特征在于：在所述至少第一液压缸(1.1)的冲击式快速运动时通过一个喷嘴(2.4.1.1)使一个第一主阀件(2.4.0)的开启运动延迟，同时该液压缸(1.1)的环形腔室(1.1.1)内的压力通过一个作为该第一主阀件(2.4.0)的预控制机构的压力阀(2.4.2)被限制在该压力阀(2.4.2)上所调节形成的压力上，且该第一主阀件(2.4.0)开启的延迟与形成一个作为冲击缓冲的受限反压相对应，其中，所述冲击缓冲得到一个控制该第一主阀件(2.4.0)的伺服阀(2.4.3)的支持。
2.按照权利要求1所述的液压控制机构，其特征在于一个借助第一阀(2.1)、第二阀(2.2)、第三阀(2.3)，借助带有盖(2.4.1)、喷嘴(2.4.1.1)、压力阀(2.4.2)、伺服阀(2.4.3)的第一主阀件(2.4.0)，以及借助第四阀(2.5)，借助带有盖(2.7.1)、中间板(2.7.2)、压力阀或节流件(2.7.3)和换向阀(2.7.4)的第二主阀件(2.7.0)，以及借助第五阀(3.1)、第六阀(3.2)、第七阀(3.3)、第八阀(3.4)来控制下述功能的软件：
缓冲冲击，
带有负载补偿的快速行程运动转换，
利用从两液压缸(1.1，1.2)之一流出的液压介质来驱动另一液压缸。
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