CN103958905A - 用于纤维幅材生产机器的数字流体系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于纤维幅材生产机器，特别是造纸机、卫生纸机或纸板机的流体系统，该流体系统具有至少一个可以利用工作流体驱动的执行元件（1），和至少一个数字流体调节器（2），该数字流体调节器配属于执行元件（1）并通过控制构成该数字流体调节器（2）和设有分级流速的阀门（3，4，5）实现对执行元件（1）的变位和/或定位。数字流体调节器（2）提供用于执行元件（1）的变位和/或定位的预设的流速范围。阀门部（6）与数字流体调节器（2）并联连接，可以对该阀门部进行控制以变动由数字流体调节器（2）提供的流速范围。

Description

用于纤维幅材生产机器的数字流体系统
技术领域
本发明涉及一种用于纤维幅材生产机器，特别是造纸机、卫生纸机或纸板机的数字流体系统。
背景技术
在造纸机中广泛使用流体系统作为操作和控制装置。在此特别是通过液压来驱动能够以较高的精度调整和施加较大的力的执行元件。
在用于纤维幅材生产机器的流体系统中使用数字流体调节器是公知的。在这种数字流体调节器中，通过将多个具有分级设置的流速的阀门并联连接并有选择地控制各个阀门可以获得能够使对应的执行元件变位的预设流速。这种已知的数字流体调节器通常采用二进制设置（ Auslegung），其中，流速是通过多个二进制序列的开/关阀门实现的。此外，在这种阀门配置中也可以使用斐波那契编码（Fibonacci-Codierungen）。
精确的压力调整要求较低的流速，但是例如较大气缸的快速运动又需要具有很高流速的阀门。特别是在要求气缸具有较高运动速度并且还要求对所使用的流体进行精确的压力调整的液压回路（例如Optiload气缸）中，在采用二进制设置时必须配置大量的阀门。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于纤维幅材生产机器中的流体系统，该流体系统能够在提供最大可能的调节范围的同时使该流体系统得到简化。
该目的通过具有如权利要求1特征的组合的流体系统来实现。本发明的优选的扩展方案在从属权利要求中给出。
根据本发明的一个观点，这种用于纤维幅材生产机器，特别是造纸机、卫生纸机或纸板机的流体系统具有至少一个可以通过工作流体驱动的执行元件，至少一个数字流体调节器，该数字流体调节器配属于执行元件，并通过控制构成数字流体调节器和设有分级流速的阀门来实现执行元件的变位和/或定位，在此，数字流体调节器提供用于执行元件的变位和/或定位的预设流速范围。根据本发明的基本思想，设有与数字流体调节器并联连接的阀门部，可以对该阀门部进行控制以变动由数字流体调节器提供的流速范围。
因此根据本发明可以使用具有特定调节范围的数字流体调节器，当由数字流体调节器提供的流速范围可以通过附加设置的阀门部改变时，这种数字流体调节器可以针对特定的用途提供足够的精度。由此，为流体系统配备较少数量的阀门就能够达到精度和动力学方面的要求。
根据本发明的一种优选的实施方式，执行元件是液压缸或气缸。液压缸特别优选利用流体系统来加以控制，尤其是在使用不可压缩的流体的情况下。
根据本发明的一种优选的实施方式，数字流体调节器由三个或更多的阀门构成，这些阀门每个都具有阀门排出部和阀门供给部。这种布置无论是对于向执行元件供应流体还是从执行元件排出流体都能够调整预先设定的流速。
根据本发明的一种优选的实施方式，将具有分级的流速的数字流体调节器的阀门设计为，通过位于阀门的阀门排出部和阀门供给部上的节流元件实现预设的节流功能。由此可以达到预先设定的供给和排出流体的流速并通过执行元件实现。
根据本发明的一种优选的实施方式，通过二进制序列实现分级的流速。用于在数字流体调节器中设置流速的二进制序列已被证明是特别有利的，因为通过有选择地控制阀门来实现可控的流速是特别有利的。
根据本发明的一种优选的实施方式，通过斐波纳契序列实现分级的流速。斐波那契序列特别有利于实现数字流体调节器的宽的动态范围。
根据本发明的一种优选的实施方式，与数字流体调节器并联连接的阀门部由包括阀门供给部和阀门排出部的阀门构成，该阀门具有通过对应的节流元件实现的预先设定的流速。因此，除了由数字流体调节器提供的流速之外，与数字流体调节器并联连接的阀门部也可以预设的流速向执行元件供应流体或从执行元件排出流体。
根据本发明的一种优选的实施方式，将与数字流体调节器并联连接的阀门部设置为，其流速高于数字流体调节器的阀门的最高流速。这种设置提供了这样一种流体系统：在这种流体系统中，能够在预设的范围内特别精确地调整流速，而且还可以通过附加的阀门部实现明显更高的流速，从而改善对该流体系统的应用。
根据本发明的一种优选的实施方式，与数字流体调节器并联连接的阀门部由多个具有分级的流速的阀门组成。通过这种配置将提供一种流体系统：通过该流体系统，不仅可以在一个步骤中实现由数字流体调节器提供的流速范围的变动，而且还可以分级地变动。由此可以最大程度地优化整个系统的调节范围。
根据本发明的一种优选的实施方式，与数字流体调节器并联连接的阀门部的各个阀门的流速大于数字流体调节器的阀门的最大流速。由此将提供一种流体系统：该流体系统在考虑所需的流速的情况下能够以尽可能少的阀门实现较大的调节范围。
根据本发明的一种优选的实施方式，利用与数字流体调节器并联连接的阀门部实现的流速范围大于利用数字流体调节器所能够达到的流速范围。由此将提供一种流体系统：在该流体系统中，在只实现必需的调节范围时，能够在使用尽可能少的阀门的情况下实现较大的调节范围。
根据本发明的一种优选的实施方式，在通过与数字流体调节器并联连接的阀门部实现的流速范围和利用数字流体调节器实现的流速范围之间存在一流速范围，该流速范围即使是通过数字流体调节器和与数字流体调节器并联连接的阀门部进行组合，也被排除在由该组合所实现的调节范围之外。通过这样的设置提供一种流体系统：在该流体系统中，对于对执行元件的控制不是必需的流速范围是不受控的。因此，可以提供这样一种系统：该系统具有最优的性能，同时所需阀门的数量是最低的。
根据本发明的另一个观点，用于生产纤维幅材的机器，特别是造纸机、卫生纸机或纸板机，具有至少一个可利用工作流体驱动的执行元件，另外还配置有如上所述的流体系统，机器的执行元件与该流体系统相连接，以对机器的元件进行变位和/或定位。所述流体系统当使用在生产纤维幅材的机器上时是特别有利的，因为在保持功能性的同时使用最优数量的阀门在这里是非常重要的。
附图说明
下面参照附图中示出的实施例对本发明进行说明。其中，
图1以示意图示出根据本发明的流体系统的一种实施例。
图2以示意图示出根据本发明的第一种实施例的变形。
图3以图表示出能够利用如图2所示的变形实现的流速范围。
具体实施方式
如图1所示，执行元件1通过管道15与流体系统相连接。在该示出的实施例中，执行元件是具有单侧效应的液压缸。然而也可以采用具有双侧效应的执行元件，或者使用具有其它效应的执行元件，只要该执行元件能够通过流体系统控制。
如图1所示的流体系统原则上分为数字流体调节器2的区域和阀门部6的区域。此外还设有流体供应系统，该流体供应系统具有例如电机驱动的泵11、容器12以及供给管道13和排出管道14。泵11将流体从容器12中抽出并通过管道13输送到数字流体调节器2以及阀门部6。从数字流体调节器2和阀门部6流出的流体通过排出管道14回到容器12中。
下面将对数字流体调节器2进行详细说明。
在该示出的实施例中，数字流体调节器由三个阀门3、4、5组成。阀门3、4、5分别具有阀门排出部3a、4a、5a和阀门供给部3b、4b、5b。对阀门排出部和阀门供给部可以分开地调节。
阀门供给部3b、4b、5b的入口通过节流阀7b、8b、9b与供给管道13相连接。阀门排出部3a、4a、5a的出口通过节流阀7a、8a、9a与排出管道14相连接。连接执行元件的管道15与各个阀门供给部3b、4b、5b的出口和各个阀门排出部3a、4a、5a入口相连接。通过这种配置，可以通过打开一个或多个阀门供给部将流体输送到执行元件1。此外在阀门供给部关闭时，可以通过打开一个或多个阀门排出部将流体从执行元件1中排出并回送到容器12中。
节流元件用于实现各个阀门的流速。在此，通过不同的节流元件可以在各个阀门3、4、5中实现不同的设置。例如，可以将第一阀门3的节流阀7a和7b的流速设置为Q1=1l/min，而将第二阀门4的节流元件8a和8b的流速设置为Q2=2l/min，同时将第三阀门5的节流元件9a和9b的流速设置为Q3=4l/min。这些数据仅是示例性的说明，并且无论是流速的二进制设置还是斐波纳契设置以及PNM设置都是可能的。在此需要注意的是，流速是根据通过供给管道13输送的流体设定的。
除了数字流体调节器2之外，设置了与其并联连接的阀门部6。阀门部6具有阀门供给部6b和阀门排出部6a。在阀门部6中，节流元件10b设置在阀门供给部6b的入口处，节流元件10a设置在阀门排出部6a的出口处。例如可以将节流元件10a、10b的流速设置为明显高于数字流体调节器2的阀门3、4、5的流速，例如在供给管道13上在特定的压力下为Q4=60l/min。这些数据也仅是示例性的并且仅用于说明该实施例。
下面说明该示例性流体系统的功能。
为了通过管道15向液压缸1供应流体，使数字流体调节器2的阀门排出部3a、4a、5a保持关闭。可以选择性地控制阀门供给部3b、4b、5b，以调节从泵11供应给阀门供给部3b、4b、5b的流体。因此，当打开阀门供给部3b时，以流速Q1=1l/min供应流体，而在打开第二阀门供给部时，以流速Q2=2l/min供应流体，此时其它的阀门供给部关闭。如果打开第三阀门供给部5b，则以流速Q3=4l/min供应流体。因此，通过对各个阀门供给部3b、4b、5b的控制的组合可以获得可调整的流速Q（1,2,3）=1l/min,2l/min,3l/min,4l/min,5l/min,6l/min，7l/min。
在阀门供给部3b、4b、5b保持闭合期间，可以在阀门排出部3a、4a、5a上进行相同的调整。在这种情况下，流体从液压缸1通过管道15并通过阀门排出部和所属的节流元件以及通过管道14被回送到容器12中。在此也可以实现与供应流体时相同的流速。
在需要明显更高的流速的情况下，可以打开阀门部6的阀门供给部6b，从而能够提供通过管道15的高流速Q4，以使液压缸1变位。该流速（在前述的实施例中Q4=60l/min）可以通过数字流体调节器2的可控流速进行补充。因此，对于向液压缸1的流体供应，可以1l/min的级段加上由阀门部6提供的高流速Q4=60l/min得到前面给出的流速Q（l,2,3）=1-7l/min。
在相反的情况下，通过数字流体调节器2的阀门排出部以及附加地通过阀门部6的阀门排出部6a并经由导管15排出流体实现液压缸1的变位。在这里也可以与向液压缸1供应流体时相同的级段获得流速。
因此根据本发明，可以将与数字流体调节器2并联连接的阀门部作为对数字流体调节器2的补充，其可以合理地扩大调节范围。特别是在该流体系统中，使得能够以较低的流速实现精确的调整，但同时能够在需要时进行快速变位。附加地，在快速变位时借助于数字流体调节器2也能够在一定范围内实现精确的调整。
变形：
在该实施例中，在数字流体调节器中设有三个阀门。但是数量并不局限于三个，还可以使用四个或更多的阀门，在此，特别是相应节流元件的流速的级段可以根据原始设置或斐波纳契设置等等来加以调整。此外，在上述实施例中还假定：对于包含在数字流体调节器中的特定阀门，阀门供给部和阀门排出部的节流元件是相同的。但是也可以将用于具体阀门的供给和排出的节流元件设置为不同的，从而对于向液压缸中供应流体以及从液压缸中排出流体可以获得不同的特性。相同的变形也适用于设置在阀门部6中的节流元件。
下面根据图2对上述实施例的一种变形进行说明。
根据如图2所示的变形，阀门部由多个阀门构成。特别是将阀门部6设置为具有两个阀门部61、62，它们分别具有阀门供给部61b、62b和阀门排出部61a、62a。在这样的系统中，可以使通过数字流体调节器2获得的流速Q（1,2,3）以级段变动，从而能够在最大程度上改善对流体系统的应用和优化。为此，在阀门部6的阀门排出部61a、62a上设置节流元件10a、20a，并在阀门部6的阀门供给部61b、62b上设置节流元件10b、20b。通过阀门部61可以提供为Q5的流速，通过阀门部62可以提供为Q6的流速，优选流速Q6大于流速Q5。
对于如图2所示的变形可以获得如图3所示的流速范围，下面将对其进行说明。
在图3中示出了与如图2所示的调节器状态相关的流速。在此示出流速（l/min）与供给管道13中的压力p的关系。调节器状态以离散的点在水平轴上示出，在此，在每个点上以公知的方式以提高的流速来控制数字流体调节器2和阀门部6。由这些离散的调节器状态可以在与执行元件相连接的管道15上获得同样为离散的流速，为了说明该视图，这些离散的流速在图3中彼此相连。
由这种控制获得第一区域A1，在该区域中阀门部6被关闭，从而可以使用以上所述的流体调节器2的流速范围Q（1，2，3）。通过打开阀门部61可以将流速调整到Q5的值。为此可以使数字流体调节器2保持完全关闭。
基于阀门部6具有两个分别提供不同的流速，即Q5和Q6的阀门部61、62这一事实，可以通过对阀门部61、62的相应控制提供三种不同的流速。B1、B2和B3示出了这些情况。区域A2、A3或者A4位于流速B1和B2或者B2和B3之间以及随后在区域B3上，在这些区域中可以借助数字流体调节器2对由阀门部61、62提供的流速进行调整。
应当指出的是，如果只考虑区域A1和A2以及值B1，则图3中的图表也可应用于如图1所示的系统中。
总的来说，在考虑到特殊应用要求的情况下，通过数字流体调节器与阀门部6或阀门部61、62的结合，可以实现最佳调整。在此可以将数字流体调节器2和阀门部6或者阀门部61、62设置为，可以只对相应的应用情况所必需的流速范围进行控制。因此总的来说，可以在最少数量的阀门和对整个系统的控制大大简化的情况下获得最优的流速范围。
所述流体系统可以用于生产纤维幅材的机器，特别是造纸机、卫生纸机或纸板机。执行元件1例如可以是为了调整辊的位置而用于这样的机器中。
虽然在上述实施例中，将液压缸1作为执行元件使用，但是也可以使用另一种流体，例如液压油、空气、水、各种气体或前述流体的乳状液等等。

Claims (13)

1.一种用于纤维幅材生产机器，特别是造纸机、卫生纸机或纸板机的流体系统，具有至少一个能够利用工作流体驱动的执行元件（1），至少一个数字流体调节器（2），该数字流体调节器配属于所述执行元件（1）并通过控制构成该数字流体调节器（2）和设有分级流速的阀门（3，4，5）实现对所述执行元件（1）的变位和/或定位，其中，所述数字流体调节器（2）提供用于所述执行元件（1）的变位和/或定位的预设的流速范围，以及，设有与所述数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6），可以对该阀门部（6）进行控制以变动由所述数字流体调节器（2）提供的流速范围。
2.如权利要求1所述的流体系统，其中，所述执行元件（1）是液压缸。
3.如权利要求1或2所述的流体系统，其中，所述数字流体调节器（2）由三个或更多的阀门（3，4，5）组成，这些阀门各具有一个排出阀门部（3a，4a，5a）和阀门供给部（3b，4b，5b）。
4.如权利要求3所述的流体系统，其中，所述数字流体调节器（2）的阀门（3，4，5）具有分级的流速（Q1，Q2，Q3），这些分级的流速通过位于所述阀门（3，4，5）的排出阀门部（3a，4a，5a）和阀门供给部（3b，4b，5b）上并具有预设的节流功能的节流元件（7a，7b，8a，8b，9a，9b）实现。
5.如权利要求3或4所述的流体系统，其中，所述分级的流速（Q1，Q2，Q3）通过二进制序列实现。
6.如权利要求3或4所述的流体系统，其中，所述分级的流速（Q1，Q2，Q3）通过斐波那契序列实现。
7.如前面任一项权利要求所述的流体系统，其中，所述与所述数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6）由具有阀门供给部（6a）和排出阀门部（6b）的阀门构成，该阀门具有预设的并通过对应的节流元件（10a，10b）实现的流速（Q4）。
8.如权利要求7所述的流体系统，其中，所述与所述数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6）的流速（Q4）高于利用所述数字流体调节器（2）的阀门（3，4，5）实现的流速。
9.如权利要求1-6中任一项所述的流体系统，其中，所述与所述数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6）由多个阀门（61，62）组成，这些阀门分别具有分级的流速（Q5，Q6）。
10.如权利要求9所述的流体系统，其中，所述与所述数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6）的各个阀门（61，62）的流速（Q5，Q6）大于能够通过所述数字流体调节器（2）的阀门（3，4，5）实现的最大流速。
11.如前面任一项权利要求所述的流体系统，其中，所述与所述数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6）能够实现大于单独利用所述数字流体调节器（2）实现的流速范围的流速。
12.如前面任一项权利要求所述的流体系统，其中，在利用所述与所述数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6）实现的流速（B1）和利用所述数字流体调节器（2）实现的流速范围（A1）之间存在至少一个流速范围，该流速范围即使是将所述数字流体调节器（2）和所述与该数字流体调节器（2）并联连接的阀门部（6）进行组合，也被排除在由该组合所实现的调节范围之外。
13.一种用于生产纤维幅材的机器，特别是造纸机、卫生纸机或纸板机，其具有至少一个能够利用工作流体驱动的执行元件（1），和如权利要求1-12中任一项所述的流体系统，该机器的执行元件（1）与该流体系统相连接，以实现对该机器的元件的变位和/或定位。
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