CN101537469A - 锻造液压机动梁的高精度同步装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锻造液压机动梁的高精度同步装置，包括可实现主动同步运行控制的5个主动工作缸驱动系统、4个被动同步控制的平衡工作缸系统和2个回程工作缸系统。通过采集动梁的位移、各工作缸压力及流量等反馈信号，分别控制各主动工作缸进液阀组和被动平衡工作缸进液及排液阀组的流量和压力，实现主动工作缸的主动同步运动控制、平衡工作缸系统的被动同步控制以及主、被动联合控制，保证动梁同步运行。同时，克服原有的液压机在加载结束进行卸荷返程时，动梁同步平衡系统由于液压控制回路响应滞后产生的较大反偏角，严重制约同步精度提高的缺点，设计了卸荷及回程同步装置，消除压差，从而抑制了反向偏转的产生，大大提高了同步精度。

Description

锻造液压机动梁的高精度同步装置

技术领域

本发明涉及一种锻造液压机动梁的高精度同步装置。

背景技术

大型锻造液压机是制备国防军工、航空航天用大型整体构件的基础装备，动梁是实现锻件锻造成形的直接施载工具。大型锻造液压机在运行过程中因锻件作用中心的不对称、材料本身的性能差异等引起动梁运行的不同步，直接影响锻件精度和压机寿命。在现有的锻造液压机中往往采用在动梁下方的四角增设4个平衡工作缸来补偿动梁在运行过程中产生的不同步，由于是被动补偿方式，无法实时保证动梁在运行过程中的高精度同步运行。同时，原有的液压机在加载结束进行卸荷返程时，动梁同步平衡系统由于液压控制回路响应滞后会产生较大的反偏角，严重制约了同步精度的提高。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是提供一种锻造液压机动梁的高精度同步装置，该装置能实现锻造液压机动梁的高精度同步运行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种锻造液压机动梁的高精度同步装置，其特征在于，包括控制器、主动工作缸、用于检测动梁位移变化的位移传感器、泵站驱动的主动工作缸进液阀组；所述的主动工作缸至少4个，设置在锻造液压机的固定上梁和动梁之间，其中每一个锻造液压机的动梁的角上设置有至少一个所述的主动工作缸，每一个所述的主动工作缸都通过一个主动工作缸进液阀组连接锻造液压机的主泵；所述的位移传感器设置在所述的主动工作缸上，其信号输出端通过A/D转换器接所述的控制器的信号输入端；所述的控制器的信号输出端接所述的主动工作缸进液阀组的控制端，可根据负荷偏载情况主动调节各主动工作缸的工作压力，从而保证动梁在驱动过程中的主动同步。

每一个所述的主动工作缸进液阀组由插装式比例阀和增压器并联而成。

同时，所述的锻造液压机动梁的高精度同步装置还包括被动同步机构，所述的被动同步机构包括平衡工作缸、动梁位置传感器和液压回路；平衡工作缸为4个，分别设置在动梁四个角点的下方，四个平衡工作缸的液压缸以对角线的两个为一组分为两组，每组中的一个液压缸的上腔与另一个液压缸的下腔用输油管道连通；动梁位置传感器设置在所述的动梁的四个角点，其信号输出端通过A/D转换器接所述的控制器；所述的控制器与所述的液压回路的控制端连接；所述的液压回路设置在所述的两组平衡工作缸和油箱之间，所述的液压回路由带比例流量阀的补油支路和带比例溢流阀的泄油支路并联而成。

作为改进，所述的锻造液压机动梁的高精度同步装置还包括回程同步机构，所述的回程同步机构包括回程缸、插装式比例阀、快降插装阀和慢降插装阀，所述的回程缸、插装式比例阀和快降插装阀依次串联后接油箱；所述的慢降插装阀和快降插装阀并联。

本发明的有益效果：

本发明能根据负荷情况和锻件性能要求同时实现对动梁的快速、高精度主动同步与被动同步控制。同时，克服了原有的液压机在加载结束进行卸荷返程时，动梁同步平衡系统由于液压控制回路响应滞后产生的较大反偏角，严重制约同步精度提高的缺点，设计了在加载结束进行卸荷返程时，将平衡工作液压缸上下缸接通，消除压差，从而抑制了反向偏转的产生，大大提高了同步精度。另外，回程缸排液阀组阀块的不同组合方式可实现液压机工作过程中动梁快降、慢降和工进的不同速度要求。

本装置通过主动同步机构(即采用主动工作缸及其配套机构)、被动同步机构以及了电子检测与控制机构的有机结合，以实现动梁的高精度同步。控制器检测动梁的位移的偏移量，再通过计算形成控制量，从而根据该控制量驱动相关的进液阀组以使得主动工作缸和平衡工作缸对动梁的位移变化量进行补偿，使得动梁始终处在平衡和高精度的同步状态；进而可以保障锻件的精度和延长压机寿命。因此，本发明解决了本行业一直未能解决的多点并行驱动、载荷非对称性与动梁高精度同步运行相互矛盾的技术难题，具有显著的经济效益。

采用本装置后，可使动梁的同步运行静精度由原有的仅采用单一被动同步控制系统的0.1‰提高到0.07‰、动精度由0.8‰提高到0.6‰，且消除了卸荷时反向偏转角的产生。

附图说明

图1为锻造液压机结构示意图；(其中(a)为主视图，(b)为侧视图，(c)为沿A-A剖视图，图中C接平衡工作缸驱动阀组，D接主动工作缸驱动阀组，E接回程缸驱动阀组)

图2为主缸进液控制阀组液压原理图；

图3为同步平衡液压回路工作原理图；

图4为回程缸排液控制阀组液压原理图；

图5为主动同步电控原理图；

图6为被动同步控制原理。

标号说明：

1-蓄能器；2-固定上梁；3-主动工作缸；4-动梁；

5-平衡工作缸；6-立柱；7-固定下梁；8-回程缸；

21-插装式比例阀；22-液控单向阀；23、25、27、29-插装阀；24、28-增压器；26-单向阀；30-主缸；31-安全阀；32-三位四通换向阀；

41-液压泵；42-带安全阀的比例溢流阀；43-精过滤器；44-单向阀；45、57-比例调速阀；46-插装阀块组；47、53-插装阀；48、54-液控单向阀；49、52-二位三通电磁阀；50、51-同步液压缸；55、56-二位四通电磁阀；58-先导式溢流阀；59-二位二通电磁阀；60-溢流阀；61-油箱；62-高压泵；

71插装式比例阀；72-平衡阀；73-回程缸；74、75-插装阀；76-慢降阀；77-安全阀

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1～6所示，附图1为新型锻造液压机结构示意图，具体组成包括：蓄能器1、固定上梁2、5个主动工作缸3、动梁4、4个平衡工作缸5、立柱6、固定下梁7、2个回程缸8。其中5个主动工作缸分别由5个泵站驱动的5套主动工作缸进液阀组单独控制，其工作原理见附图2；

4个平衡工作缸按对角连接成两组，分别由2套平衡缸进液阀组单独控制，其工作原理见附图3；

2个回程缸由回程缸排液阀组单独控制，其工作原理见附图4。

1、主动同步

为实现对具有巨大空间结构特征和超大负载的液压机动梁进行高精度同步驱动，在动梁4上端设置5个等径主动工作缸3(见附图1)，分别由5个泵站驱动的5套进液阀组单独控制，即主缸主泵的出油口分别和主缸进液控制阀组连接，且5个泵站和5套进液阀组结构功能完全一样，通过采集动梁的位移、各主动工作缸的压力及流量等反馈信号，分别控制各主动工作缸进液阀组的流量和压力，实现主动工作缸的主动同步运动，其主动同步控制原理见附图5，【图5中控制器的型号为西门子CPU317T-2DP】FM350-1高数计数器采集到光栅尺(用于检测动梁的位移)的数据，实时地送给CPU(即控制器)进行处理，当发现两个对角的光栅尺的数据有偏差时(表示动梁发生倾斜)，CPU立刻调用控制器模块对相应的比例输入电压进行调节，也就是减小快速缸所对应的流量比例阀的输入电压，使快速缸慢下来，从而和另一慢速缸达到同步。

以其中一套进液阀组为例作进一步分析，其液压工作原理如附图2(主动同步液压回路工作原理图)所示：当某主缸位置与中央主缸不在同一水平位置时，位移传感器反馈信号改变控制该主缸插装式比例阀11的开口量，使其跟踪中央主缸的位移，主动使其运动与中央主缸保持同步，当系统需要增压时，主缸进液阀组的增压器14和18开启，各主缸位置精度控制由阀控改为泵控，控制系统根据各主缸的位移反馈信号调整控制相应主缸的变量泵系统的变量机构，改变主缸主泵的输出流量和输出压力，保证各主缸的位移同步。

2、被动同步(主动同步中的主动是指驱动动梁运动的主动工作缸，它在驱动动梁运行时可以根据负荷的偏载情况来主动调节各工作缸的驱动力的大小以保证动梁在运行时的主动同步；而被动是指平衡工作缸根据位移传感器给出的负荷偏载情况来被动施加与偏载力矩相反的平衡力矩以达到保持动梁同步运行的目的)

在液压机动梁的四个角点各设置一个活塞式液压缸(即平衡工作缸)，其缸体固定在液压机的固定下梁上，活塞杆与液压机的动梁铰性连接。四个液压缸按对角线的两个为一组分为两组，每组中的一个缸的上腔与另一个缸的下腔用输油管道连通，即每组缸中的两个缸四个腔交叉连接，每组液压缸控制动梁基准面上的一条对角线的水平度。

同步平衡液压回路包括了插装阀组、液控单向阀、比例调速阀、比例溢流阀、二位三通高速开关电磁阀。其液压工作原理如附图3(同步平衡液压回路工作原理图)所示，系统压力调定及是否卸荷由带安全阀的比例溢流阀32完成；插装阀块组36与液控单向阀38和44控制油液的流向及通断，从而决定纠偏方向，在需要时能将同步缸锁死形成封闭系统；在电磁阀45和46失电(失电时电磁阀打开)，比例调速阀47完全关闭的情况下，经高压泵52输出的外部控制油源顶开液控单向阀38和44，液压油由高压腔(经A1点或B1点)通过液控单向阀38和44、电磁阀45和46和节流阀补入低压腔(B1点或A1点)，加快纠偏响应速度；先导式溢流阀48、二位二通电磁阀49、溢流阀50调定系统泄油背压。通过改变输入带安全阀的比例溢流阀32比例电磁铁的电流，在额定值内可任意设定系统的压力；在输入电流为零时可以使系统卸荷。但为预防过大的故障电流输入而引起过高的压力对系统造成伤害，选用自带安全阀。高速开关的二位三通电磁阀39和42的控制通过工控机直接控制，实现液压回路的数字控制。被动同步控制原理见附图6，通过检测对角位移的偏移量，利用比例调速阀35或47向被压缩腔补油，同时利用另一比例调速阀47或35进行溢流，实现快速纠偏目的，电磁开关阀作用在于当出现恶劣工况(当平衡力矩过大，在纠偏过程中导致动梁的反向倾斜)时，实现快速降低平衡力矩，小流量比例流量阀的作用在于提高动梁的静态精度，相当于微调。

图3中，虚线即外部控制油源，如果没有虚线就是简单的单向阀，只能单向导通，液控单向阀在外部油源控制下可双向导通。

插装阀37、43和二位三通电磁阀39，42组成的插装阀块组的作用是控制补油的通断及补油方向的。电磁阀其实就是个先导阀，与插装阀合在一起就相当于一个先导控制的二通阀。

本发明的主要特点就是能根据负荷情况和锻件性能要求同时实现对动梁的快速、高精度主动同步与被动同步控制。同时，改进了原有的液压机在加载结束进行卸荷返程时，动梁同步平衡系统由于液压控制回路响应滞后产生的较大反偏角，严重制约同步精度提高的缺点，设计了在加载结束进行卸荷返程时，将平衡工作液压缸上下缸接通，消除压差，从而抑制了反向偏转的产生，大大提高了同步精度。另外，回程缸排液阀组阀块的不同组合方式可实现液压机工作过程中动梁快降、慢降和工进的不同速度要求。

3、同步卸荷

液压机在加载结束进行卸荷返程时，控制二位四通电磁阀45、46的电磁铁1YA、2YA均导通(见如附图3)，液控单向阀在高压泵52输出的外部控制油源作用下打开，此时两同步液压缸40和41的上、下腔接通，消除上下腔的压差，同步液压缸与液压机主动工作缸同步卸荷。

4、回程同步

回程缸进液阀组的进油口与主泵连接，回程缸进液阀组的出油口与4个回程缸缸底连接。回程缸排液控制阀组液压原理图，如附图4所示，回程缸排液控制阀组由插装式比例阀71、平衡阀72、插装阀74和75、慢降阀76(也是一种类型的插装阀)和安全阀77组成，其中插装式比例阀71、平衡阀72的进油口与回程缸73的缸底连接，插装阀75和慢降阀76的出油口与油箱连接，插装式比例阀71、插装阀74和75连接构成快降阀组，其工作原理如图4：插装式比例阀71根据流量要求移向右位工作，插装阀74上面的二位三通先导阀进入左位工作，回程缸液压油通过插装式比例阀71，一部分作为控制油源打开插装阀74卸荷，插装阀75在回程缸液压油作用下打开，快速流回主油箱；回程同步机构可实现动梁下降时不同的速度要求。【图4中，p’是外部控制油源，动梁下降时不同的速度要求可通过调节各相应阀组中溢流阀的压力来实现】

Claims (4)

1.一种锻造液压机动梁的高精度同步装置，其特征在于，包括控制器、主动工作缸、用于检测动梁位移变化的位移传感器、泵站驱动的主动工作缸进液阀组；所述的主动工作缸至少4个，设置在锻造液压机的固定上梁和动梁之间，其中每一个锻造液压机的动梁的角上设置有至少一个所述的主动工作缸，每一个所述的主动工作缸都通过一个主动工作缸进液阀组连接锻造液压机的主泵；所述的位移传感器设置在所述的主动工作缸上，其信号输出端通过A/D转换器接所述的控制器的信号输入端；所述的控制器的信号输出端接所述的主动工作缸进液阀组的控制端。

2.根据权利要求1所述的锻造液压机动梁的高精度同步装置，其特征在于，每一个所述的主动工作缸进液阀组由插装式比例阀和增压器并联而成。

3.根据权利要求1所述的锻造液压机动梁的高精度同步装置，其特征在于，还包括被动同步机构，所述的被动同步机构包括平衡工作缸、动梁位置传感器和液压回路；平衡工作缸为4个，分别设置在动梁四个角点的下方，四个平衡工作缸的液压缸以对角线的两个为一组分为两组，每组中的一个液压缸的上腔与另一个液压缸的下腔用输油管道连通；动梁位置传感器设置在所述的动梁的四个角点，其信号输出端通过A/D转换器接所述的控制器；所述的控制器与所述的液压回路的控制端连接；所述的液压回路设置在所述的两组平衡工作缸和油箱之间，所述的液压回路由带比例流量阀的补油支路和带比例溢流阀的泄油支路并联而成。

4.根据权利要求1～3任一项所述的锻造液压机动梁的高精度同步装置，其特征在于，还包括回程同步机构，所述的回程同步机构包括回程缸、插装式比例阀、快降插装阀和慢降插装阀，所述的回程缸、插装式比例阀和快降插装阀依次串联后接油箱；所述的慢降插装阀和快降插装阀并联。

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