CN102674338A - 碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统及其恒定压力控制方法，包括如下步骤：1）将液压缸的负载特性曲线输入控制系统内；2）启动油泵，通过三位换向阀和二位换向阀分别向液压缸和蓄能器注入液压油；3）控制系统根据压力传感器和位移传感器的数据反馈与预设负载特性曲线进行比较：a.落在负载特性曲线上；b.△P小于等于恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，比例减压阀调整输出压力；c.△P大于所述恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，控制系统控制比例减压阀的输出压力；d.△P超出了控制系统压力调整的范围时，控制系统控制液压系统供紧急停机。通过恒定压力油路系统与上述恒定压力控制方法，能够精确控制液压缸输出的接触压力。

Description

碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统及控制方法

技术领域

本发明属于液压技术领域，具体的为一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统及控制方法。

背景技术

把碳素制品直接串接起来施加恒定接触压力，通入电流，利用制品本身电阻的发热使电能转为热能，从而将制品石墨化的过程，我们称为串接石墨化。在制品上施加机械压力可促进碳素制品石墨化，提高制品的石墨化程度，同时施压也有利于材料的体积收缩，在外压作用下，材料发生蠕变，其结果使受压层的质点产生具有择优取向的相对滑动，这种相对滑动促进了微孔等结构缺陷的消除，为具备石墨化特征的碳网层面的三维有序堆砌创造了有利的条件。所以，在串接石墨化过程中，要求将排列成组的碳素制品相互压紧, 保证制品接触面之间的接触电阻最低，同时要求调节和稳定碳素制品在通电过程中产生的热胀冷缩。

为满足上述要求，通常是依靠液压缸的活塞杆给排列成组的碳素制品加压使之保持紧密接触，液压缸活塞杆的输出力根据碳素制品的材料、规格、石墨化工艺确定后，由液压系统的压力控制阀调定的。由于碳素制品在石墨化过程中，制品有一定的变形（膨胀或收缩），会引起液压缸内的油压力发生瞬时变化，这种压力的突变会影响甚至破坏石墨化过程中的制品或成品质量。如何通过压力控制阀的控制使该油压力在极短的时间内回到已经调定的数值并保持恒定直接影响到碳素制品的质量。如果该压力控制过程中，压力控制阀的反应速度不够快，精度不够高，使得碳素制品之间的接触不够紧密，会导致通电效果不好，从而浪费能源；碳素制品之间的接触不够紧密，还会使碳素制品接触面间的电阻较高，导致制品横截面通过的电流值不均匀，接触面的加热升温超过制品本身，制品受热不均匀会出现裂纹甚至断裂等现象，严重影响产品质量。

由此可知，在碳素制品的石墨化过程中保持制品间的接触压力恒定，是碳素制品石墨化过程中节能控制和质量控制的一个重要环节。这就对控制液压缸的油路系统及控制系统提出了较高要求，传统的油路设计是采用定量泵与溢流阀联合控制压力恒定的方案，定量泵连续工作，溢流阀为达到控制压力的目的，必须长期保持溢流状态。该方案简单可靠，但发热量大，控制精度不够高，不能跟随工艺优化进行适时调整，不利于提高产品质量。

有鉴于此，本发明旨在探索一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统及控制方法，该恒定压力油路系统不仅能够精确控制液压缸输出的接触压力，而且还具有压力稳定和快速响应的优点；该恒定压力控制方法能够根据预设的负载特性曲线实时调整油路系统保持恒定的输出压力，并在压力出现变化的过程中做出调整油路系统重回负载特性曲线的恒定输出或做出停机的应急处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统及控制方法，该恒定压力油路系统不仅能够精确控制液压缸输出的接触压力，而且还具有压力稳定和快速响应的优点；该恒定压力控制方法能够根据预设的负载特性曲线实时调整油路系统保持恒定的输出压力，并在压力出现变化的过程中做出调整油路系统重回负载特性曲线的恒定输出或做出紧急停机的应急处理。

要实现上述技术目的，本发明首先提出了一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，包括油泵、三位换向阀、液压缸和比例减压阀；所述三位换向阀的一个出油端通过液控单向阀和节流阀与液压缸后腔相连，另一个出油端通过节流阀与液压缸前腔相连，三位换向阀的一个进油端与油泵相连，另一个进油端与比例减压阀的回油口相连；所述比例减压阀的一端与液压缸后腔相连，另一端通过换向阀与油泵相连；所述比例减压阀和二位换向阀之间设有蓄能旁路，所述蓄能旁路上设有蓄能器、压力继电器和安全阀，所述安全阀与回油槽相通。

进一步，还包括并联设置在油泵输出管路上的卸荷阀；

进一步，还包括分别用于测量液压缸后腔压力和液压缸活塞位移的压力传感器和位移传感器；

进一步，所述油泵的输出管路上设有单向阀。

本发明还提出了一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法，包括如下步骤：

1）将液压缸的负载特性曲线输入控制系统内；

2）启动油泵，通过三位换向阀向液压缸注入液压油，在液压缸达到特性曲线的初始恒定压力工况后，通过三位换向阀切断液压缸与油泵之间的油路通道；操作二位换向阀，使蓄能旁路与油泵接通，油泵向蓄能器注入液压油，蓄能器蓄能完成后，操作二位换向阀切断蓄能旁路与油泵的油路通道；

3）控制系统根据压力传感器和位移传感器的数据反馈与预设的负载特性曲线进行比较，并根据对比结果调整如上所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统的工况：

a.液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移落在负载特性曲线上，控制系统根据负载特性曲线运行趋势，预先调整比例减压阀的输出压力，使液压缸工况按当前的运行趋势预先向负载特性曲线靠近，实现液压缸沿着负载特性曲线的工况运行；

b. 液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移偏离负载特性曲线，且液压缸后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P小于等于所述恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，比例减压阀调整输出压力，使液压缸工况回到负载特性曲线上；

c. 液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移偏离负载特性曲线，且液压缸后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P大于所述恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，控制系统控制比例减压阀的输出压力，使液压缸回到负载特性曲线上； 

d. 液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移偏离负载特性曲线，液压缸后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P超出了控制系统压力调整的范围时，控制系统控制液压系统供紧急停机。

进一步，所述第2）步骤中，蓄能器蓄能完成并与油泵切断后，通过卸荷阀对油泵卸荷；

进一步，所述控制系统包括控制器和比例阀放大器，所述控制器与压力传感器和位移传感器电连接，所述比例阀放大器与比例减压阀电连接。

本发明的有益效果为：

本发明的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，通过设置蓄能旁路，在工作过程初始阶段，油泵为液压缸提供工作所需的压力油，并向蓄能器注入压力油；然后切断油泵与液压缸之间的油路通道，利用蓄能器为液压缸提供压力油，通过调节比例减压阀的输出压力能够使液压缸输出恒定的压力，并且保证压力稳定、响应快速；

通过设置蓄能旁路，在给蓄能器充油达到设定压力后，可以通过蓄能旁路为系统提供压力油源，而让油泵在每个工作周期内有相当多的时间处于卸荷状态，从而减少发热，节约能源，为提高压力控制精度创造了有利条件；

通过采用比例减压阀进行恒定压力的精确控制，相比传统溢流阀的压力控制，不仅提高了控制精度，而且可以根据工艺需要实时调整施加的压力，在蓄能器参与工作后，更是极大地改善了液压系统的工作性能，使液压系统工作平稳并且反应快速，完全能满足调节和稳定输出压力的要求，不仅能提高产品质量，而且能够控制设备的制造成本。

本发明的碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法，通过预设的负载特性曲线，能够根据压力传感器和位移传感器的数据反馈精确控制液压缸输出的压力，但是，由于液压缸在工作过程中，可能出现工况偏离负载特性曲线的情况，本发明的恒定压力控制方法通过对比例减压阀的控制，能够使液压缸运行工况回到负载特性曲线上，当出现意外情况时，还可控制系统停止工作，保护系统。

附图说明

图1为本发明碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统实施例的液压系统示意图；

图2为本发明碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法的控制原理图；

图3为本发明碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法的控制流程图。

附图标记说明：

1-油泵；2-三位换向阀；3-液压缸；3a-前腔；3b-后腔；4-比例减压阀；5-液控单向阀；6-节流阀；7-节流阀；9-单向阀；10-二位换向阀；11-蓄能器；12-压力继电器；13-安全阀；14-卸荷阀；15-压力传感器；16-位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1所示，为本发明碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统实施例的液压系统示意图。本实施例的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，包括油泵1、三位换向阀2、液压缸3和比例减压阀4。三位换向阀2的一个出油端通过液控单向阀5和节流阀6与液压缸3后腔3a相连，另一个出油端通过节流阀7与液压缸3前腔3b相连，三位换向阀2的一个进油端与油泵1相连，另一个进油端与比例减压阀4的回油口相连。如图1所示，本实施例的三位换向阀2的出油端A通过液控单向阀5和节流阀6与液压缸3后腔3a相连，出油端B通过节流阀7与液压缸3前腔3b相连，进油端P与油泵1相连，进油端T与比例减压阀4的回油口相连。优选的，油泵1的输出管路上设有单向阀9，防止压力油回流。比例减压阀4的一端与液压缸3后腔3a相连，另一端通过二位换向阀10与油泵1相连。比例减压阀4和二位换向阀10之间设有蓄能旁路，蓄能旁路上设有蓄能器11、压力继电器12和安全阀13，安全阀13与回油槽相通。

本实施例的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，通过设置蓄能旁路，在工作过程初始阶段，油泵1为液压缸3提供工作所需的压力油，并向蓄能器11注入压力油；然后切断油泵1与液压缸3之间的油路通道，利用蓄能器11为液压缸3提供压力油，并通过调节比例减压阀4的输出压力能够使液压缸3输出恒定的压力，并且保证压力稳定、响应快速。通过设置蓄能旁路，在给蓄能器11充油达到设定压力后，可以通过蓄能旁路为系统提供压力油源，而让油泵1在每个工作周期内有相当多的时间处于卸荷状态，从而减少发热，节约能源，为提高压力控制精度创造了有利条件。

通过采用比例减压阀4进行恒定压力的精确控制，相比传统溢流阀的压力控制，不仅提高了控制精度，而且可以根据工艺需要实时调整施加的压力，在蓄能器参与工作后，更是极大地改善了液压系统的工作性能，使液压系统工作平稳并且反应快速，完全能满足调节和稳定输出压力的要求，不仅能提高产品质量，而且能够控制设备的制造成本。

优选的，本实施例的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统还包括并联设置在油泵1输出管路上的卸荷阀14，通过设置卸荷阀14，能够方便油泵1卸荷，节约能源。

优选的，本实施例的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统还包括分别用于测量液压缸3后腔压力和液压缸活塞位移的压力传感器15和位移传感器16。通过压力传感器15和位移传感器16测量液压缸后腔压力和液压缸活塞位移，能够精确监控液压缸3的工况，便于控制。

下面结合上述实施例的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统对本发明的碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法进行详细说明。

本实施例的碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法，包括如下步骤：

1）将液压缸3的负载特性曲线输入控制系统内。负载特性曲线根据使用环境不同而不同。对于碳素制品石墨化的正常公开中，由于碳素制品在石墨化过程中存在一定的膨胀和收缩，相应的会驱动液压缸的活塞移动，改变液压缸3活塞的位移和液压缸3前腔和后腔的压力，为了保证液压缸3的输出压力恒定，需要调整液压缸3后腔3a的压力，进而改变液压缸3活塞的位移，即可因此，负载特性曲线即为液压油缸的后腔3a压力与液压缸3活塞位移的工作特性曲线，获取液压缸3的特性曲线须根据油路系统的工作环境的不同而不同，本实施例的液压缸3工作特性曲线由碳素制品石墨化过程的热胀冷缩特性推导得出。优选的，本实施例的控制系统包括控制器和比例阀放大器，控制器与压力传感器15和位移传感器16电连接，比例阀放大器与比例减压阀4电连接，通过，比例阀放大器能够精确地控制比例减压阀4的电信号，进而控制比例减压阀4的输出压力。

2）启动油泵1，通过三位换向阀2向液压缸3注入液压油，在液压缸3达到特性曲线的初始恒定压力工况后，通过三位换向阀2切断液压缸3与油泵1之间的油路通道；操作二位换向阀10，使蓄能旁路与油泵1接通，油泵1向蓄能器11注入液压油，蓄能器11蓄能完成后，操作换向阀10切断蓄能旁路与油泵1之间的油路通道。优选的，蓄能器11蓄能完成并与油泵1切断后，通过卸荷阀14对油泵1卸荷，让油泵1在每个工作周期内有相当多的时间处于卸荷状态，从而减少发热，节约能源，为提高压力控制精度创造了有利条件。

3）控制系统根据压力传感器15和位移传感器16的数据反馈与预设的负载特性曲线进行比较，并根据对比结果调整上述实施例所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统的工况，具体如下：

a.液压缸3后腔3a的压力以及液压缸3活塞的位移落在负载特性曲线上，控制系统根据负载特性曲线运行趋势，预先调整比例减压阀4的输出压力，使液压缸3工况按当前的运行趋势预先向负载特性曲线靠近，实现液压缸沿着负载特性曲线的工况运行，具有压力稳定和快速响应的优点；

b. 液压缸后腔3a的压力以及液压缸3活塞的位移偏离负载特性曲线，且液压缸3后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P小于等于恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，即压力变化小，比例减压阀4调整输出压力，使液压缸3工况回到负载特性曲线上，即当△P小于等于比例减压阀4自适应压力调整范围时，通过比例减压阀4自身即可将液压缸3的工况调整到负载特性曲线上，维持液压缸3输出压力的恒定；

c. 液压缸后腔3a的压力以及液压缸3活塞的位移偏离负载特性曲线，且液压缸后腔3a的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P大于恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，即压力变化大，控制系统参与控制，通过控制系统控制比例减压阀4的输出压力，使液压缸回到负载特性曲线上； 

d. 液压缸后腔3a的压力以及液压缸3活塞的位移偏离负载特性曲线，液压缸后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P超出了控制系统压力调整的范围时，即压力陡变，控制系统控制液压系统供紧急停机。

本实施例的碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法，通过预设的负载特性曲线，能够根据压力传感器15和位移传感器16的数据反馈精确控制液压缸3输出恒定的压力，但是，由于液压缸3在工作过程中，可能出现工况偏离负载特性曲线的情况，本实施例的恒定压力控制方法通过对比例减压阀4的控制，能够使液压缸3工况回到负载特性曲线上，当出现意外情况时，还可控制系统停止工作，保护系统。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，其特征在于：包括油泵、三位换向阀、液压缸和比例减压阀；所述三位换向阀的一个出油端通过液控单向阀和节流阀与液压缸后腔相连，另一个出油端通过节流阀与液压缸前腔相连，三位换向阀的一个进油端与油泵相连，另一个进油端与比例减压阀的回油口相连；所述比例减压阀的一端与液压缸后腔相连，另一端通过二位换向阀与油泵相连；所述比例减压阀和二位换向阀之间设有蓄能旁路，所述蓄能旁路上设有蓄能器、压力继电器和安全阀，所述安全阀与回油槽相通。

2.根据权利要求1所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，其特征在于：还包括并联设置在油泵输出管路上的卸荷阀。

3.根据权利要求2所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，其特征在于：还包括分别用于测量液压缸后腔压力和液压缸活塞位移的压力传感器和位移传感器。

4.根据权利要求3所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统，其特征在于：所述油泵的输出管路上设有单向阀。

5.一种碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将液压缸的负载特性曲线输入控制系统内；

2）启动油泵，通过三位换向阀向液压缸注入液压油，在液压缸内油压力达到特性曲线的初始恒定压力后，通过三位换向阀切断液压缸与油泵间的油路通道；操作二位换向阀，使蓄能旁路与油泵接通，油泵向蓄能器注入液压油，蓄能器蓄能完成后，操作换向阀切断蓄能旁路与油泵之间的油路通道；

3）控制系统根据压力传感器和位移传感器的数据反馈与预设的负载特性曲线进行比较，并根据对比结果调整如权利要求3所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力油路系统的工况：

a.液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移落在负载特性曲线上，控制系统根据负载特性曲线运行趋势，预先调整比例减压阀的输出压力，使液压缸工况按当前的运行趋势预先向负载特性曲线靠近，实现液压缸沿着负载特性曲线的工况运行；

b. 液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移偏离负载特性曲线，且液压缸后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P小于等于所述恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，比例减压阀调整输出压力，使液压缸工况回到负载特性曲线上；

c. 液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移偏离负载特性曲线，且液压缸后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P大于所述恒定压力油路系统自适应压力调整范围时，控制系统控制比例减压阀的输出压力，使液压缸回到负载特性曲线上； 

d. 液压缸后腔的压力以及液压缸活塞的位移偏离负载特性曲线，液压缸后腔的压力偏离负载特性曲线工况的压力差△P超出了控制系统压力调整的范围时，控制系统控制液压系统供紧急停机。

6.根据权利要求5所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法，其特征在于：所述第2）步骤中，蓄能器蓄能完成并与油泵切断后，通过卸荷阀使油泵卸荷。

7.根据权利要求5所述的碳素制品石墨化过程中的恒定压力控制方法，其特征在于：所述控制系统包括控制器和比例阀放大器，所述控制器与压力传感器和位移传感器电连接，所述比例阀放大器与比例减压阀电连接。

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