CN103438038A - 热能去毛刺机床液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热能去毛刺机床液压系统及其控制方法，所述液压系统通过双泵系统、各种阀件和执行元件构成了超高压、中压、低压三条液压回路，分别满足机床燃烧室大吨位夹紧、混合阀密封和燃烧室快速夹紧的技术要求。其中，燃烧室底座的快速关闭与夹紧，主要通过执行元件夹紧油缸完成；混合阀三个阀芯的密封，主要通过混合阀燃气阀油缸、氧气阀油缸和排气阀油缸完成。本发明具有能耗低、系统可靠、安全性强、动作迅速平稳、结构简单紧凑、成本低、易维护的特点。

Description

热能去毛刺机床液压系统及其控制方法

技术领域

       本发明涉及一种液压系统及其控制方法，特别涉及一种应用于热能去毛刺机床的多液压回路的液压系统及其控制方法。

背景技术

热能去毛刺机床是利用燃气和氧气混合点火后在燃烧室内爆炸，利用爆炸时的高温高压将燃烧室内工件上的毛刺去除。爆炸时，燃烧室组件必须形成可靠密闭的空间，任何的泄漏都会引起危险事故的发生，导致设备的损坏甚至人员的伤亡。该设备需要一个大吨位的夹紧力，将燃烧室底座和燃烧室夹紧实现密封，同时，气体进出燃烧室的通道混合阀，也需要将阀芯压紧在阀座上实现可靠密封。

一般大吨位的夹紧力都是通过液压系统来实现。液压系统是以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位计、油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

为了克服燃烧室爆炸时所产生的反作用力，使热能去毛刺机床能够安全可靠地运行，就需要设计一套可靠的液压系统配以合理的控制流程，以满足燃烧室系统大吨位的夹紧密封和混合阀系统的密封。

发明内容

本发明的目的就在于为热能去毛刺机床提供一种可靠的液压系统及其控制方法，以同时满足燃烧室系统大吨位的夹紧密封和混合阀系统的密封需求。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种热能去毛刺机床液压系统，其特征在于包括：

超高压回路：主要由液压双联泵中的高压泵、高压溢流阀、高压压力表、第一、第二截止式换向阀、节流阀、第一液控单向阀和高压压力传感器通过管路连接组成，液压双联泵安装在油箱上，高压泵经第一截止式换向阀、第一液控单向阀连接夹紧油缸的大缸无杆腔，高压溢流阀用于调节超高压回路压力，第二截止式换向阀和节流阀用于实现夹紧油缸卸荷； 

中压回路：主要由液压双联泵中的高压泵、第三截止式换向阀、第一、第二中压溢流阀中压压力表、中压压力传感器、第一电磁换向阀、第五-第七截止式换向阀通过管路连接组成，第三截止式换向阀用于实现中压回路的通断，第一、第二中压溢流阀用于调节中压回路压力，第一电磁换向阀的出油口A连接充液阀，出油口B连接第一液控单向阀，同时出油口B经第八截止式换向阀连接充液阀，充液阀连接油箱和夹紧油缸的大缸无杆腔，第五-第七截止式换向阀分别控制混合阀的燃气阀油缸、氧气阀油缸、排气阀油缸的启闭；

低压回路：主要由液压双联泵中的低压泵、低压溢流阀、低压压力表、第二电磁换向阀通过管路连接组成，低压溢流阀用于调节低压回路压力，第二电磁换向阀的出油口A、B分别连接夹紧油缸的小缸无杆腔和小缸有杆腔。

上述热能去毛刺机床液压系统的控制方法包括如下步骤：

㈠液压双联泵启动，此时，连接在压力油路和回油油路之间的第四截止式换向阀未得电，系统卸荷，管路未建立压力； 

㈡第四截止式换向阀得电，系统建立压力，混合阀的燃气阀油缸、氧气阀油缸、排气阀油缸关闭；

㈢第一电磁换向阀左侧电磁铁DT5得电，充液阀打开，第二电磁换向阀右侧电磁铁DT8得电，夹紧油缸小缸无杆腔进油，夹紧油缸快速上升，将燃烧室快速关闭，同时，通过充液阀对夹紧油缸大缸无杆腔快速补油；

㈣当系统检测到燃烧室底座关闭到位后，第一电磁换向阀换向，关闭充液阀，第一、第三截止式换向阀得电，系统对夹紧油缸大缸无杆腔注入压力油，当高压压力传感器检测到高压压力满足要求，第一、第三截止式换向阀失电，燃烧室关闭和夹紧完成； 

（5）第五、第六截止式换向阀得电，燃气阀油缸和氧气阀油缸活塞杆缩回，混合阀燃气和氧气阀芯开启，完成燃烧室系统的充气动作，充气完成后，第五、第六截止式换向阀失电，混合阀燃气阀芯和氧气阀芯关闭；

（6）系统点火爆炸成功后，第八截止式换向阀得电，第一电磁换向阀左端电磁铁DT5得电，第一液控单向阀开启，同时，第二截止式换向阀得电，实现夹紧油缸卸荷；卸荷完成后，第八截止式换向阀失电，充液阀打开，同时第二电磁换向阀左端电磁铁DT7得电，夹紧油缸下降，燃烧室底座快速下降；

（7）如果点火失败，第七截止式换向阀得电，混合阀排气阀油缸上升，排气口打开，将未点火的燃气排放。

本发明的热能去毛刺机床液压系统通过双泵系统、各种阀件和执行元件（本发明采用液压油缸）构成了超高压、中压、低压三条液压回路，分别满足机床燃烧室大吨位夹紧、混合阀密封和燃烧室快速夹紧的技术要求。其中，超高压回路压力可达到70MP，用于热能去毛刺机床燃烧室的大吨位夹紧；中压回路压力为20MP，用于热能去毛刺机床混合阀阀芯的夹紧以及为系统提供控制液压源；低压回路压力不超过8MP，主要用于热能去毛刺机床燃烧室的快速关闭和系统的冷却。燃烧室底座的快速关闭与夹紧，主要通过执行元件夹紧油缸完成；混合阀三个阀芯的密封，主要通过混合阀燃气阀油缸、氧气阀油缸和排气阀油缸完成。

本发明的有益效果在于：

1、能耗低。本发明液压系统采用双泵结构，高压泵压力高（可达到70MP），流量小（不大于2L/min）；低压泵压力低（可小于10MP），流量大（不小于11L/min），且两个泵不同时工作在峰值功率处，所以该套系统所需功率很低，能耗小，系统发热量小。在满足机床设计要求的情况下，系统功率一般不超过4KW，而同行业的国际国内同类产品液压系统功率均超过20KW。通过本发明液压系统的应用，能耗降低了75%，具有国际领先水平。在卸荷回路的设计上，当机床液压执行元件不动作时，通过连接在压力油路和回油油路之间的一截止式换向阀（第四截止式换向阀12）卸荷，而非常规设计的通过溢流阀卸荷。这种卸荷方式使负载几乎为零，进一步降低了能耗，减少了发热。

2、系统可靠。该系统对于可靠性要求高的管路、燃烧室的夹紧油缸和混合阀油缸的控制，所涉及的换向阀均选用截止式换向阀。该种阀芯的密封为锥密封形式，可以做到零泄漏。而同行业产品一般都选用滑阀式换向阀，泄漏量大。同时，锥密封形式的截止式阀抗污染能力强，可靠性高。

3、安全性强。在系统的超高压夹紧回路上设计了液控单向阀，在混合阀的控制回路上设计了单向阀和蓄能器。这些措施可以防止由于系统故障或其他原因所引起的液压源失压而导致执行元件夹持力消失，消除了安全隐患。

4、动作迅速平稳。对于缸径大、行程长的夹紧油缸。采用了独有的快速夹紧油缸结构（已申请专利），燃烧室关闭时速度快，而同行产品一般均选用大流量低压泵实现快进，运行速度慢；卸荷时，先通过截止式换向阀（6）和节流阀（7）慢速卸荷，将夹紧油缸内高压油卸掉，然后再通过充液阀快速卸荷，这种方式卸荷平稳，没有冲击。克服了直接卸荷对阀和管路所产生的冲击。

5、结构简单紧凑。该系统采用超高压技术，压力达到70MP。所以在实现同等出力的情况下，夹紧油缸的缸径变小。对于混合阀油缸，采用单作用缸形式，也使得结构小巧。由于系统的独特设计，所以管路和阀的通径都很小，所需的管路和阀体积都很小。在阀布置的设计上，可选用插装阀的形式，使得整个阀组结构紧凑。

6、成本低，使用和维护方便。由于系统的独特设计，使得整个系统泵、阀的规格都可以很小，所以成本很低。同时，使用和维护也比较方便。

附图说明

图1是本发明热能去毛刺机床液压系统结构图。

各标号说明如下：

1、油箱 2、双联泵  3、低压溢流阀   4、第一单向阀   5、第一截止式换向阀   6、第二截止式换向阀  7、节流阀  8、第一液控单向阀 9、压力传感器 10、第三截止式换向阀11、溢流阀 12、第四截止式换向阀13、高压压力表 14、冷却器  15、过滤器 16、高压溢流阀 17、蝶阀 18、第一电磁换向阀 19、调速阀  20、第二液控单向阀  21、第二电磁换向阀 22、调速阀 23、第五截止式换向阀 24、第六截止式换向阀 25、第七截止式换向阀 26、中压压力表 27、蓄能器 28、压力传感器 29、混合阀油缸 30、混合阀油缸 31、混合阀油缸 32、充液阀 33、夹紧油缸 34、低压压力表 35、第八截止式换向阀 36、第二单向阀  37、中压溢流阀。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。

如图1，本发明的热能去毛刺机床液压系统利用双泵系统、各种阀件和执行元件（液压油缸）通过管路连接构成了超高压、中压、低压三条液压回路，其中：

超高压回路主要由液压双联泵2中的高压泵、高压溢流阀16、高压压力表13、第一、第二截止式换向阀5、6、节流阀7、第一液控单向阀8、高压压力传感器9等构成。高压溢流阀16、高压压力表13、第一、第二截止式换向阀5、6和节流阀7均集中在系统的集中式阀块上，通过阀块内部孔道实现连接，用于实现超高压回路的压力调节与方向的控制。液压双联泵2安装在油箱1上，第一液控单向阀8和高压压力传感器9直接安装在夹紧油缸33上。泵、集中式阀块和油缸通过管路连接。高压泵经第一截止式换向阀5、第一液控单向阀8连接夹紧油缸33的大缸无杆腔，用于提供超高压压力源。第一截止式换向阀5用于实现超高压与执行元件夹紧油缸33之间的通道。当第一截止式换向阀5得电，则双联泵2向夹紧油缸33输入超高压动力，用于夹紧动作。高压溢流阀16用于调节超高压回路压力，第二截止式换向阀6和节流阀7用于实现夹紧油缸33卸荷。当第二截止式换向阀6得电，则夹紧油缸33卸荷，实现夹紧松开动作。第一液控单向阀8的作用在于实现安全保护作用，防止由于意外导致液压动力源的消失所引起的夹紧油缸33失去夹持力。高压压力传感器9主要用来监测超高压系统压力。

 中压回路主要由液压双联泵2中的高压泵、第三截止式换向阀10、第一、第二中压溢流阀11、37、中压压力表26、中压压力传感器28、第一电磁换向阀18和第五~第七截止式换向阀23、24、25等通过管路连接构成，这些阀件均集中在系统的集中式阀块上，通过阀块内部孔道实现连接。第三截止式换向阀10用于实现中压回路的通断，当该阀电磁铁得电，中压回路被隔断，超高压回路工作，当该阀电磁铁失电，中压回路接通。中压压力表26和中压压力传感器28用于中压回路压力的监测。第一、第二中压溢流阀11、37并联，他们的进油口之间连接了第二单向阀36，用于调节中压回路压力。第一电磁换向阀18和第五~第七截止式换向阀23、24、25四组电磁阀组控制执行元件的动作。第一电磁换向阀18为三位四通换向阀，其进油口P连接中压回路进油油路，出油口A经第二液控单向阀20与充液阀32的“关闭液控口”连接，其出油口B连接第一液控单向阀8的液控口及第二液控单向阀20的液控口，同时经第八截止式换向阀35连接充液阀32的“开启液控口”，用来综合控制系统充液阀32和第一液控单向阀8的启闭操作。充液阀32连接油箱1和夹紧油缸33的大缸无杆腔，充液阀32和油箱1之间连接蝶阀17。第五~第七截止式换向阀23、24、25为二位三通换向阀，分别控制混合阀的燃气阀油缸31、氧气阀油缸30、排气阀油缸29的启闭操作。中压回路中连接有蓄能器27，主要为了吸收管路内的震动。

低压回路主要由液压双联泵2中的低压泵、低压溢流阀3、低压压力表34、第二电磁换向阀21通过管路连接组成。低压溢流阀3、低压压力表34 和电磁换向阀21集中在系统集中阀块上，通过阀块内部孔道实现连接，用于实现回路压力调节与方向的控制。第二电磁换向阀21为三位四通换向阀，其进油口P连接低压回路进油油路，出油口A连接夹紧油缸33的小缸无杆腔，出油口B连接夹紧油缸33的小缸有杆腔，用于控制夹紧油缸33的快进与快退。当右侧电磁铁DT8得电，夹紧油缸33快进，当左侧电磁铁DT7得电，夹紧油缸33快退。

超高压回路、中压回路和低压回路共用一条回油油路，压力回路和回油油路之间连接第四截止式换向阀12，第一电磁换向阀18、第二电磁换向阀21、第五~第七截止式换向阀23、24、25的回油口T分别连接到该回油油路。回油油路中串联有冷却器14和过滤器15，用于实现系统的冷却和过滤。

低压回路通过第一单向阀4与超高压回路相联，在超高压回路流量需求比较大而压力需求小时，低压回路可以对超高压回路进行流量的补充。

本实施例采用的双联泵其高压泵的压力可达70MP，流量≤2L/min；低压泵的压力≤10MP，流量≥11L/min。

本发明中的夹紧油缸为大小油缸相套的双缸结构。小缸实现油缸的快进和快退。大缸实现高负载的工进和夹紧。当小缸无杆腔供油时，由于小缸缸径小，油缸实现快进，相反，当小缸有杆腔供油时，油缸快退；当油缸快进到位后。大缸无杆腔供油，由于大缸缸径大，油缸实现慢速工进和大吨位的夹紧。油缸在快进和快退时，大缸内的油通过充液阀来补充与排放。

热能去毛刺机床液压系统的控制方法包括如下步骤：

㈠液压双联泵2启动，此时第四截止式换向阀12未得电，系统卸荷，管路未建立压力； 

㈡第四截止式换向阀12得电，系统建立压力，混合阀的燃气阀油缸31、氧气阀油缸30、排气阀油缸29关闭；

㈢第一电磁换向阀18左侧电磁铁DT5得电，充液阀32打开，第二电磁换向阀21右侧电磁铁DT8得电，夹紧油缸33小缸无杆腔进油，夹紧油缸33快速上升，将燃烧室快速关闭，同时，通过充液阀32对夹紧油缸33大缸无杆腔快速补油；

㈣当系统检测到燃烧室底座关闭到位后，第一电磁换向阀18换向，关闭充液阀32，第一、第三截止式换向阀5、10得电，系统对夹紧油缸33大缸无杆腔注入压力油，当高压压力传感器9检测到高压压力满足要求，第一、第三截止式换向阀5、10失电，燃烧室关闭和夹紧完成； 

㈤第五、第六截止式换向阀23、24得电，燃气阀油缸31和氧气阀油缸30活塞杆缩回，混合阀燃气和氧气阀芯开启，完成燃烧室系统的充气动作，充气完成后，第五、第六截止式换向阀23、24失电，混合阀燃气阀芯和氧气阀芯关闭；

㈥系统点火爆炸成功后，第八截止式换向阀35得电，第一电磁换向阀18左端电磁铁DT5得电，第一液控单向阀8开启，同时，第二截止式换向阀6得电，实现夹紧油缸33卸荷；卸荷完成后，第八截止式换向阀35失电，充液阀32打开，同时第二电磁换向阀21左端电磁铁DT7得电，夹紧油缸33下降，燃烧室底座快速下降；

㈦如果点火失败，第七截止式换向阀25得电，混合阀排气阀油缸活塞杆缩回，排气口打开，将未点火的燃气排放。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种热能去毛刺机床液压系统，其特征在于包括：

超高压回路：主要由液压双联泵（2）中的高压泵、高压溢流阀（16）、高压压力表(13)、第一、第二截止式换向阀（5、6）、节流阀（7）、第一液控单向阀（8）和高压压力传感器（9）通过管路连接组成，液压双联泵（2）安装在油箱（1）上，高压泵经第一截止式换向阀（5）、第一液控单向阀（8）连接夹紧油缸（33）的大缸无杆腔，高压溢流阀（16）用于调节超高压回路压力，第二截止式换向阀（6）和节流阀（7）用于实现夹紧油缸（33）卸荷； 

中压回路：主要由液压双联泵（2）中的高压泵、第三截止式换向阀（10）、第一、第二中压溢流阀（11、37）、中压压力表（26）、中压压力传感器（28）、第一电磁换向阀（18）、第五~第七截止式换向阀（23、24、25）通过管路连接组成，第三截止式换向阀（10）用于实现中压回路的通断，第一、第二中压溢流阀（11、37）用于调节中压回路压力，第一电磁换向阀（18）的出油口A连接充液阀（32），出油口B连接第一液控单向阀（8），同时出油口B经第八截止式换向阀（35）连接充液阀（32），充液阀（32）连接油箱（1）和夹紧油缸（33）的大缸无杆腔，第五~第七截止式换向阀（23、24、25）分别控制混合阀的燃气阀油缸（31）、氧气阀油缸（30）、排气阀油缸（29）的启闭；

低压回路：主要由液压双联泵（2）中的低压泵、低压溢流阀（3）、低压压力表(34)、第二电磁换向阀（21）通过管路连接组成，低压溢流阀（3）用于调节低压回路压力，第二电磁换向阀（21）的出油口A、B分别连接夹紧油缸（33）的小缸无杆腔和小缸有杆腔。

2.如权利要求1所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于超高压回路、中压回路和低压回路共用一条回油油路，压力油路和回油油路之间连接有第四截止式换向阀（12），第一电磁换向阀（18）、第二电磁换向阀（21）、第五~第七截止式换向阀（23、24、25）的回油口分别连接到该回油油路。

3.如权利要求2所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于所述回油油路中串联有冷却器（14）和过滤器（15）。

4.如权利要求1所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于超高压回路、中压回路和低压回路中的阀件集成在一集中式阀块上，阀件之间通过集中式阀块内部孔道实现连接。

5.如权利要求1所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于中压回路中连接有蓄能器。

6.如权利要求1所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于低压回路通过第一单向阀（4）与超高压回路连接。

7.如权利要求1所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于第一、第二中压溢流阀（11、37）并联，其进油口之间连接有第二单向阀（36）。

8.如权利要求1所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于充液阀（32）和油箱（1）之间连接有蝶阀（17）。

9.如权利要求1所述的热能去毛刺机床液压系统，其特征在于高压泵的压力达到70MP，流量≤2L/min；低压泵的压力≤10MP，流量≥11L/min。

10.权利要求1所述热能去毛刺机床液压系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

㈠液压双联泵（2）启动，此时，连接在压力油路和回油油路之间的第四截止式换向阀（12）未得电，系统卸荷，管路未建立压力； 

㈡第四截止式换向阀（12）得电，系统建立压力，混合阀的燃气阀油缸（31）、氧气阀油缸（30）、排气阀油缸（29）关闭；

㈢第一电磁换向阀（18）左侧电磁铁（DT5）得电，充液阀（32）打开，第二电磁换向阀（21）右侧电磁铁（DT8）得电，夹紧油缸（33）小缸无杆腔进油，夹紧油缸（33）快速上升，将燃烧室快速关闭，同时，通过充液阀（32）对夹紧油缸（33）大缸无杆腔快速补油；

㈣当系统检测到燃烧室底座关闭到位后，第一电磁换向阀（18）换向，关闭充液阀（32），第一、第三截止式换向阀（5、10）得电，系统对夹紧油缸（33）大缸无杆腔注入压力油，当高压压力传感器（9）检测到高压压力满足要求，第一、第三截止式换向阀（5、10）失电，燃烧室关闭和夹紧完成； 

㈤第五、第六截止式换向阀（23、24）得电，燃气阀油缸（31）和氧气阀油缸（30）活塞杆缩回，混合阀燃气和氧气阀芯开启，完成燃烧室系统的充气动作，充气完成后，第五、第六截止式换向阀（23、24）失电，混合阀燃气阀芯和氧气阀芯关闭；

㈥系统点火爆炸成功后，第八截止式换向阀（35）得电，第一电磁换向阀（18）左端电磁铁（DT5）得电，第一液控单向阀（8）开启，同时，第二截止式换向阀（6）得电，实现夹紧油缸（33）卸荷；卸荷完成后，第八截止式换向阀（35）失电，充液阀（32）打开，同时第二电磁换向阀（21）左端电磁铁（DT7）得电，夹紧油缸（33）下降，燃烧室底座快速下降；

㈦如果点火失败，第七截止式换向阀（25）得电，混合阀排气阀油缸活塞杆缩回，排气口打开，将未点火的燃气排放。

Images