CN103352889B - 一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法 - Google Patents

Abstract

一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，其所述缓冲方法是在负载液压系统中曾设有控制单元PLC、功率放大器和电液比例阀；当控制单元PLC向功率放大器发出接通电液比例阀的信号，根据预先设定的数值接通油路，使液压冲击出现之前双向液压马达的两端油路处于完全或部分接通状态；当控制单元PLC控制电液比例阀]的保持接通状态，在冲击被抑制完成后，逐渐减小电液比例阀的开口量，直到大惯量负载完成换向；当大惯量负载换向后，控制单元PLC控制电液比例阀关闭。本发明主动地采取抑制液压冲击，较好地抑制由于控制液压马达的电磁换向阀换向过程太快，以及负载惯量过大所造成的液压冲击。

Description

一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法

技术领域

本发明涉及一种扒渣机液压系统的控制方法，特别是一种用于减小扒渣机液压系统液压马达驱动的大惯量负载型液压系统液压冲击的缓冲方法。

背景技术

钢厂的扒渣机采用液压控制系统驱动，其大臂的往复运动由操作人员通过手柄控制，手柄产生一个换向指令去控制一个电磁换向阀，电磁换向阀通过控制液压马达驱动扒渣臂往复运动。在这一系统中，扒渣臂及与之相连的结构质量很大，其运动过程中所产生的惯性力是液压马达的主要负载，其冲击负载大于液压马达及液压马达所在回路中除大惯量负载以外的其它所有运动介质和部件的惯量之和，通常二者惯量之比在10以上，属于典型的大惯量负载，同时扒渣臂具有运动速度快的特点，而手柄控制指令由操作根据实际情况发出，随时进行换向，这导致扒渣臂的换向过程中会出现很强的液压冲击，对系统的可靠性产生了很不利的影响，大大地缩短了系统中各元件的寿命。

在生产过程中，液压马达寿命太短，更换频率过高，不仅增加了生产成本，而且还影响到整个流水线的生产效率。经分析研究，液压冲击是导致液压马达损坏的主要原因之一，因此，减小或消除液压冲击是延长液压马达及各元件寿命、提高生产效率的重要措施之一。

在扒渣臂驱动液压系统的最初设计中，采用了缓冲阀缓冲方案，即在与液压马达的两腔连接的管路上并联安装两个溢流阀，也称为缓冲阀，当出现高压冲击，冲击压力超过溢流阀的溢流压力时，溢流阀进行溢流泄压，但在实际工作中发现液压冲击仍然很强，液压马达寿命仍然很短，经过再次分析研究，这是由于溢流阀的溢流动作存在一定的延迟性，当发生快速、剧烈的冲击时，在溢流阀还没有完全打开时，液压冲击已经发生了。

为解决这一问题，现有技术还采用有：一是在与液压马达的两腔连接的管路上安装蓄能器，当出现压力冲击后，蓄能器对液压冲击进行吸收，但蓄能器很可能造成动作上的过分延缓，对于人工操作而言，这种延缓与人的操作习惯不一致；二是在与液压液压马达的两腔连接的管路上安装减压阀，当出现高压冲击后，减压阀进行减压，使执行元件两端压力减小，但由于减压阀的减压动作存在一定的延迟，对于快速、剧烈的冲击而言，效果有限。

上述三种减小冲击的现有技术均具有两个明显的不足：一是被动执行，即只有当液压马达两端出现压力冲击以后，三种缓冲方法中的关键元件，即溢流阀、蓄能器、减压阀才开始执行动作，即冲击在先，减小冲击的动作在后；二是关键元件溢流阀、减压阀的响应速度有限，当液压冲击发生的非常快时，溢流阀、减压阀所产生的缓冲效果必然有限。

在现有公开报道的文献中，CN 102493967 A描述了“一种采用减压阀加节流阀的液压缓冲回路”，该方法的同样具有被动工作、关键元件减压阀响应速度慢的缺点。还有公开报道的文献CN 102249154 A描述了“一种起重机液压回转控制回路”，其缓冲方式的原理是对机械式摩擦制动力进行调整，其制动力调整元件是QN1，不属于马达驱动液压回路的缓冲方法。此外，其中的QM2为开关工作方式，其功能是保证在吊车自由回转工况下马达可以自由回转。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在现有技术的基础上，进一步减小大惯量负载型液压系统的液压冲击力，并提供一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法。

本发明上述所提供的一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，其所述方法是在负载液压系统中增设有一控制单元PLC、一功率放大器、一电液比例阀；

其中，所述控制单元PLC的输入信号来自指令单元、输出信号作为所述功率放大器的输入信号，功率放大器的输出信号用于驱动所述电液比例阀，电液比例阀与双向液压马达在液压回路上为并联连通；

当控制单元PLC向功率放大器发出接通电液比例阀的信号，根据预先设定的数值接通油路，使液压冲击出现之前双向液压马达的两端油路处于完全或部分接通状态；

当控制单元PLC控制电液比例阀的保持接通状态，在冲击被抑制完成后，逐渐减小电液比例阀的开口量，直到大惯量负载完成换向；

当大惯量负载换向后，控制单元PLC控制电液比例阀关闭。

在上述技术方案中，进一步的附加技术特征如下：

所述电液比例阀是三位四通电液比例阀、两位四通电液比例阀和两位两通电液比例阀中的一种。

所述功率放大器是将所述控制单元PLC输出的电流信号或电压信号转换并放大为所述电液比例阀的驱动电流或电压的单元。

所述控制单元PLC是具有接收指令单元的电压或电流信号、进行信息处理、输出电压或电流信号的单元，是可编程控制器、工控机和专用控制器中的一种。

实现本发明上述所提供的一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，与现有技术相比，其直接带来的和必然产生的优点与积极效果在于：

在扒渣机工作的液压系统中，控制信号发出换向命令的同时，利用该换向指令主动地采取抑制液压冲击的措施，以便在液压冲击发生之前或液压冲击发生的同时，实施缓冲措施，同时采用响应速度较快的电液比例阀作为实施缓冲的关键元件，加快缓冲措施的实现，以便达到较好地抑制由于控制液压马达的电磁换向阀换向过程太突然，以及负载惯量过大所造成的液压冲击，从而提高液压系统的可靠性，延长液压系统中元件的使用寿命，特别是液压马达的使用寿命。在大惯量负载完成换向后，控制元件PLC控制电液比例阀逐渐关闭，进一步减少了不必要的能量浪费，与现有技术相比具有实质性的特点和显著进步。

附图说明

图1是扒渣机液压系统缓冲方法的结构示意图。

图2是扒渣机液压系统缓冲方法的原理图。

图3是扒渣机液压马达一腔的压力变化图。

图中：1：液压泵；2：液压油箱；3：溢流阀；4：单向阀；5：指令单元；6：功率放大器；7：电液换向阀；8：液压马达；9：大惯量负载；10：控制单元PLC；11：功率放大器；12：电液比例阀。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

如附图1所示，实施本发明所提供的一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，本方法所涉及的液压系统包括：液压泵1、液压油箱2、溢流阀3、单向阀4、指令单元5、功率放大器6、电液换向阀7、液压马达8和大惯量负载9；还包括增设有控制单元PLC10、功率放大器11和电液比例阀12。

在上述缓冲液压系统中，所采用的电液比例阀12是一个三位四通电液比例阀，具有一个进油口P、一个回油口T、两个控制油口A和油口B。

所采用的控制单元PLC10的输入信号来自指令单元5，控制单元PLC10的输出信号作为所述功率放大器11的输入信号，功率放大器11的输出信号用于驱动所述电液比例阀12，电液比例阀12与双向液压马达8在液压回路上采用并联连接，即电液比例阀12的进油口P口与液压马达8的一个驱动油口连通，电液比例阀12的控制油口A口与液压马达8的另一个驱动油口连通，电液比例阀的回油口T、控制油口B封闭。

在扒渣机液压系统工作时，控制单元PLC10向功率放大器11发出接通电液比例阀12的信号，根据预先设定的数值接通油路，使液压冲击出现之前双向液压马达8的两端油路处于完全或部分接通状态；

当控制单元PLC10控制电液比例阀12的保持接通状态，在冲击被抑制完成后，逐渐减小电液比例阀12的开口量，直到大惯量负载9完成换向；

当大惯量负载9换向后，控制单元PLC10控制电液比例阀12关闭。

在上述减小大惯量负载液压系统液压冲击的方法中，所述电液比例阀12是采用三位四通电液比例阀、两位四通电液比例阀和两位两通电液比例阀中的一种均可。所述功率放大器11是将所述控制单元PLC10输出的电流信号或电压信号转换并放大为所述电液比例阀12的驱动电流或电压的单元。所述控制单元PLC10是具有接收指令单元5的电压或电流信号、进行信息处理、输出电压或电流信号的单元，是可编程控制器、工控机和专用控制器中的一种。所述大惯量负载9是具有很大惯量的负载，即大惯量负载9的惯量远远大于所述液压马达8及液压马达所在回路中除大惯量负载9以外的其它所有运动介质和部件的惯量之和，通常二者惯量之比在10以上，例如，钢厂液压扒渣机中的扒渣臂液压控制系统。

如附图1所述，大惯量负载9换向的控制信号由控制单元5发出，如图2曲线L1，控制单元5在t1时刻发出换向命令，其输出信号从左位控制信号变为右位控制信号，或从右位控制信号变为左位控制信号，道理相同，该信号经过功率放大器6产生可以驱动电磁换向阀7的电压或电流信号，电磁换向阀7从t1时刻到t3时刻完成换向，如图2中曲线L2，油路通过电磁换向阀7的左位接通变为右位接通，从而使得液压执行器两个控制油口的连接油路发生交换，即电磁换向阀7换向前的液压马达8的低压腔改接高压油即液压泵1的输出端，而其高压腔则改接低压油即油箱，驱使液压马达8开始换向，同时由于负载的惯性运动导致换向前低压腔的体积减小，使换向前的低压腔压力有急剧升高的趋势。

（1）当没有冲击抑制回路时，换向前的低压腔的压力急剧升高，产生很强的液压冲击，升高的压力作用于液压马达8，驱动大惯量负载9换向。这一冲击过程严重时可能产生二次冲击。图2中曲线L3显示了这一冲击过程，换向前液压马达8两端的压差为PN1（绝对值），第一次冲击的压差在t4时刻达到最大，即P1（绝对值），严重时引发第二次冲击，即t6时刻的P2（绝对值），最后达到稳定的压差PN2（绝对值），大惯量量负载负载9进入换向后的匀速运动。

（2）当采用本发明的冲击抑制回路时，在自控制单元5的换向指令传递到放大器6的同时，PLC10也检测到该换向指令，PLC10对电液比例阀的控制分三个阶段：a）向放大器11发出接通电液比例阀12的信号，因为电液比例阀12的响应速度比电磁换向阀7的响应速度快，因此电液比例阀12会在一个不大于t3的时刻t2完全接通油路，如图2中的曲线L4，使得液压马达8的两端油路在液压冲击出现之前就处于接通状态，这样由于（1）所述的压力有急剧升高趋势的液压油腔的一部分液压油可以流向另一个油腔，从而大大减小这一趋势，如图2中L5曲线描述，最大冲击压力为P3，P3远远小于P1；b）PLC10控制电液比例阀12的接通状态持续一段时间，直到大惯量负载9完成换向；c）为节省能源，从图2中的t5时刻开始，电液比例阀12在PLC10的控制下，按照先快后慢的原则，逐渐关闭，直到图2中的t7时刻完全关闭，电液比例阀12的这一关闭过程中，有可能产生比较微弱的二次冲击，如图2中L5曲线上的P4，但完全可以通过PLC10调整电液比例阀12的关闭过程，将此二次冲击的压力P4抑制在允许的范围内。

上述方法在当指令单元发出驱动电磁换向阀的信号时，控制单元PLC可同时得到该换向信号，控制单元PLC及时控制电液比例阀接通P口和A口，由于电液比例阀的开启速度大大快于电磁换向阀的换向速度，电液比例阀的这一动作可与电磁换向阀的换向动作同时完成，也可以提前完成，使得由于电磁换向阀突然换向以及大惯量负载的惯性运动即将导致的液压冲击提前得到抑制。在这一过程中，本发明具有可预测液压冲击、控制元件响应速度快的突出的实质性特点和显著进步。

    下面通过具体实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施例1

如附图1，是一个液压扒渣机的液压系统，该液压系统包括：液压泵1、液压油箱2、溢流阀3、单向阀4、操作手柄即指令单元5、功率放大器6、电液换向阀7、双向液压马达8、扒渣机的扒渣臂，即大惯量负载9，实施本发明缓冲方法后，该液压系统还包括一个控制单元PLC10、一个功率放大器11和一个电液比例阀12。其中，所述电液比例阀12是一个通常意义下的3位4通电液比例阀，具有一个进油口（P口）、一个回油口（T口）、两个控制油口（A、B口）。

在实施扒渣机液压缓冲方法时，液压系统中的控制单元PLC10的输入信号来自操作人员的操作手柄即指令单元5，PLC10的输出作为所述放大器11的输入，放大器11的输出用于驱动所述电液比例阀12，电液比例阀12与双向液压马达8在液压回路上采用并联连接，即电液比例阀12的进油口P口与双向液压马达8的一个驱动油口连接，电液比例阀12的控制油口A口与双向液压马达8的另一个驱动油口连接，电液比例阀的回油口T、控制油口B口封死。

当采用本发明的冲击抑制回路时，在操作人员利用操作手柄即控制单元5进行换向操作时，在换向指令传递到放大器6的同时，PLC10也检测到该换向指令，PLC10对电液比例阀12的控制分三个阶段：a）向放大器11发出接通电液比例阀12的信号，因为电液比例阀12的响应速度比电磁换向阀7的响应速度快，使得液压马达8的两端油路在液压冲击出现之前就处于接通状态，从而大大减小在液压马达8两端出现的液压冲击；b）PLC10控制电液比例阀12的接通状态持续一段时间，直到大惯量负载9即扒渣机的扒渣臂完成换向；c）为节省能源，电液比例阀12在PLC10的控制下，按照先快后慢的原则，逐渐关闭，在电液比例阀12的逐渐闭过程中，有可能产生比较微弱的二次冲击，但完全可以通过PLC10调整电液比例阀12的关闭过程，将此二次冲击抑制在允许的范围内。

图3显示的是计算机对本发明的分析结果，显示的是液压扒渣机的液压马达的其中一腔的压力变化，该腔压力换向前为低压，换向后为高压。曲线L1显示当没有缓冲措施时压力冲击达到240bar以上，对液压马达有明显影响，当采用本发明后，压力冲击仅有165bar左右，对液压马达影响很小，可大大提高液压马达的使用寿命，对降低生产成本、提高生产效率有积极作用。

Claims (4)

1.一种扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，所述方法是在扒渣机负载液压系统中增设有控制单元PLC （10 ）、功率放大器（11）和电液比例阀（12）；

其中，所述控制单元PLC（10）的输入信号来自指令单元（5）、输出信号作为所述功率放大器（11）的输入信号，功率放大器（11）的输出信号用于驱动所述电液比例阀（12），电液比例阀（12）与双向液压马达（8）在液压回路上为并联连通；

当控制单元PLC（10）向功率放大器（11）发出接通电液比例阀（12）的信号，根据控制单元PLC（10）预先设定的数值接通油路，使液压冲击出现之前双向液压马达[8]的两端油路处于完全或部分接通状态；

当控制单元PLC（10）控制电液比例阀（12）保持接通状态，在冲击被抑制完成后，控制单元PLC（10） 逐渐减小电液比例阀（12）的开口量，直到大惯量负载（9）完成换向；

当大惯量负载（9）换向并稳定运行后，控制单元PLC（10）控制电液比例阀（12）关闭。

2.如权利要求1所述的扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，所述电液比例阀（12）是三位四通电液比例阀、两位四通电液比例阀和两位两通电液比例阀中的一种。

3.如权利要求1所述的扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，所述功率放大器（11）是将所述控制单元PLC（10）输出的电流信号或电压信号转换并放大为所述电液比例阀（12）的驱动电流或电压的单元。

4.如权利要求1所述的扒渣机液压系统冲击的缓冲方法，所述控制单元PLC（10）是能够接收指令单元（5）的电压或电流信号、进行信息处理、输出电压或电流信号的单元，是可编程控制器、工控机和专用控制器中的一种。