CN105276075B - 液压缓冲系统以及包括该液压缓冲系统的设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种液压缓冲系统，包括：油箱；液压缸，其适于接收外来作用力；主泵单元，其与液压缸液压耦合；辅助泵单元，其与液压缸液压耦合，用于在液压缓冲系统起动时使液压缸处于准备好接收外来作用力的初始位置；蓄能器，其液压连接在液压缸与主泵单元之间以及液压缸与辅助泵单元之间，以用于蓄存经主泵单元和辅助泵单元加压的液压油；和液压马达，其与主泵单元传动连接，且与液压缸液压耦合，当液压缸内的液压油在外来作用力下被挤压流过液压马达时，液压马达被驱动并带动主泵单元转动，以充注所述蓄能器。还公开了一种包括这种液压缓冲系统的设备。本发明的液压缓冲系统具有高的能量利用效率，同时能够降低运行成本。

Description

液压缓冲系统以及包括该液压缓冲系统的设备

技术领域

本发明涉及一种液压缓冲系统以及一种包括该液压缓冲系统的设备。

背景技术

液压缓冲系统目前已经广泛地应用于各种工业领域，特别是与冲压单元配合使用，可以发挥液压系统的特点。

图1示出了现有技术中一种典型的与冲压单元1配合使用的液压缓冲系统2的液压示意图，该液压缓冲系统2包括：液压缸3、比例阀4、蓄能器5、主泵单元6、过滤和冷却单元7、油箱8以及运动和力控制器9。

该液压缓冲系统2的工作过程如下：

1)在初始状态，液压缸3的活塞杆10借助于主泵单元6被提升到期望高度；

2)状态1：在冲压单元1的冲压(或其他类型的加工)过程中，冲压单元1使上模具(冲头)11向下运动，以冲压位于活塞杆10的顶端处的下模具12上的待加工的工件。同时，液压缸3的活塞杆10会被动地向下移动，活塞杆10下方的腔室内的液压油被活塞杆10挤压通过比例阀4流向油箱8，从而控制上模具11与下模具12之间的压力。冲压力可通过运动和力控制器9控制比例阀4来控制。

3)状态2：主泵单元6和蓄能器5将活塞杆10提升到初始状态时的位置，以便为下一次的冲压过程做好准备。

主泵单元6在上述三个状态下均充注蓄能器5。过滤和冷却单元7在整个工作过程中始终工作，以保持液压油的清洁和温度。

在状态1下，能量以活塞杆10运动的方式由冲压单元1输入液压缓冲系统2中，且部分转换为通过比例阀4的热量。该热量最终由油箱表面以及过滤和冷却单元7中的冷却器消散。该部分能量在整个能量消耗中占了显著比例。

在状态1下产生的热量需要由冷却器消散，否则会影响液压油的特性并最终会使液压缓冲系统2产生故障。然而，该冷却过程需要消耗大的能量驱动液压油循环通过过滤和冷却单元7。

在状态2下，主泵单元6在蓄能器5储存的能量下共同将活塞杆10提升到初始状态时的高度，从而转换为重力势能的形式，该重力势能将在下一周期的状态1时失去。

可以看出，液压缓冲系统2中的能量消耗主要集中在冷却、过滤和重力势能的恢复方面。例如，一种典型的液压缓冲系统在状态1下具有大约200kW的输入功率。在状态1下，几乎所有输入功率被转化为液压油的热量。在状态2下，需要大约40kW的功率将活塞杆10提升到期望高度。因此，主泵单元6的能量消耗仅是冲压单元1施加的能量的大约20％。

由此可见，在冲压加工过程中，输入能量没有得到有效的回收和再利用，能效较低。

如上所述，液压缓冲系统2的过滤和冷却单元7配备有泵，泵使液压油从油箱8循环通过过滤和冷却单元7并返回油箱8，经过过滤和冷却单元7后，液压油温度下降，杂质被滤除，最终使从油箱8向其他液压部件供给的液压油的温度合适并保持清洁。

然而，目前的过滤和冷却单元需要配备单独的泵来实现液压油的循环流动，这需要额外的能量消耗，从而进一步降低了整个液压缓冲系统的能效。

因此，迫切需要改进目前的液压缓冲系统，以使整个液压缓冲系统工作更为高效和节能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高的能量利用效率的液压缓冲系统以及一种相应的设备。

根据本发明的第一个方面，提供了一种液压缓冲系统，包括：油箱；液压缸，其适于接收外来作用力；主泵单元，其与所述液压缸液压耦合且适于从所述油箱抽吸液压油；辅助泵单元，其与所述液压缸液压耦合且适于从所述油箱抽吸液压油，用于在液压缓冲系统起动时使所述液压缸处于准备好接收外来作用力的初始位置；蓄能器，其液压连接在所述液压缸与所述主泵单元之间以及所述液压缸与所述辅助泵单元之间，以用于蓄存经所述主泵单元和所述辅助泵单元加压的液压油；和液压马达，其与所述主泵单元传动连接，且与所述液压缸液压耦合，当所述液压缸内的液压油在外来作用力下被挤压流过所述液压马达时，所述液压马达被驱动并带动所述主泵单元转动，以充注所述蓄能器。

优选地，所述液压缓冲系统还包括：和过滤和冷却单元，其包括泵单元，且适于通过所述泵单元从所述油箱抽吸液压油，以过滤和冷却液压油；和/或比例阀，其液压连接在所述液压缸与所述液压马达之间，以便控制液压油从所述液压缸流向所述液压马达的流量；和控制器，其与所述液压缸、所述比例阀以及所述液压马达连接，以便控制液压缓冲系统的工作特性。

优选地，所述比例阀还液压连接在所述液压缸与所述蓄能器之间，且在所述蓄能器与所述比例阀之间设有单向阀，以便仅允许液压油从所述蓄能器经由所述比例阀向所述液压缸方向流动；和/或在所述主泵单元与所述蓄能器之间设有单向阀，以便仅允许液压油从所述主泵单元向所述蓄能器方向流动；和/或在所述辅助泵单元与所述蓄能器之间设有单向阀，以便仅允许液压油从所述辅助泵单元向所述蓄能器方向流动。

优选地，所述液压缓冲系统还包括：能量缓存器，其与所述液压马达传动连接，以用于储存所述液压缸内的液压油在外来作用力下被挤压流过所述液压马达时所释放的能量。

优选地，所述过滤和冷却单元的泵单元与所述液压马达或所述主泵单元传动连接。

优选地，所述液压缸包括：缸体、适于在所述缸体内密封地滑动的活塞以及与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞杆适于接收外来作用力；和/或所述液压马达与所述主泵单元同轴连接而能够一起转动；和/或所述能量缓存器与所述液压马达同轴连接而能够一起转动；和/或所述过滤和冷却单元的泵单元与所述液压马达或所述主泵单元同轴连接而能够一起转动。

优选地，在所述缸体中限定出位于活塞的第一侧的第一密闭腔室和位于活塞的相反的第二侧的第二密闭腔室，其中，当所述活塞杆受到外来作用力而使所述活塞移动时，所述第一腔室的容积增大，所述第二腔室的容积减小，以将液压油从第二腔室挤出；和设有液压连接到第一腔室的第一液压管路和液压连接到第二腔室的第二液压管路，所述第一液压管路和第二液压管路均与所述蓄能器液压连接；和所述活塞的第一侧的受力面积小于第二侧的受力面积，当向第一腔室和第二腔室供给相同压力的液压油时，所述第二腔室的容积增大，所述第一腔室的容积减小，从而使所述活塞杆从所述缸体向外移动。

优选地，所述能量缓存器是飞轮；和/或所述液压马达是变量式液压马达。

根据本发明的第二个方面，提供了一种在工作时产生需要吸收的能量的设备，其特征在于，所述设备配备有如上所述的液压缓冲系统，所述液压缓冲系统用于吸收所述能量。

优选地，所述设备是压机，所述压机包括冲压单元，所述冲压单元具有安装在所述液压缸上的下模具以及与所述下模具配合使用的上模具，所述上模具适于向下运动，以冲压位于所述下模具上的待加工的工件。

本发明通过液压马达利用冲压单元输入的能量来驱动液压缓冲系统的主泵单元以及过滤和冷却单元，从而能够循环利用能量，提高了能量利用效率，降低了热量的产生。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了现有技术中一种典型的与冲压单元配合使用的液压缓冲系统的示意图。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的与冲压单元配合使用的液压缓冲系统的液压示意图。

图3示出了根据本发明的另一个示例性实施例的与冲压单元配合使用的液压缓冲系统的液压示意图。

具体实施方式

下面，将参看附图更详细地描述本发明的一些实施例，以便更好地理解本发明的基本思想。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的与冲压单元21配合使用的液压缓冲系统22的液压示意图。

如图2所示，该液压缓冲系统22包括液压缸23、比例阀24、蓄能器25、液压马达26、主泵单元27、辅助泵单元28、运动和力控制器29、油箱30以及过滤和冷却单元31。

如图2所示，冲压单元21包括：电机32、传动机构33、连接到传动机构33的上模具34和固定在液压缸23的活塞杆35的顶端处的下模具36。电机32的转动通过传动机构33(例如，凸轮机构)转换为上模具34的上下运动。下模具36在活塞杆35的推动下可以向上运动。当上模具34被向下驱动时，会挤压放置在下模具36上的待加工的工件，从而使工件在上、下模具的共同作用下达到预定的形状。在该过程中，活塞杆35和下模具36在上模具34的作用下也会被动地向下运动，从而控制上模具34和下模具36之间的压力。

从图2中可以看出，主泵单元27通过第一液压管路37连接到蓄能器25，辅助泵单元28通过第二液压管路38连接到蓄能器25，第一液压管路37和第二液压管路38上分别设有第一单向阀39和第二单向阀40，以便仅允许液压油从油箱30被主泵单元27、辅助泵单元28向下游方向输送。

在蓄能器25下游引出两条并联的第三液压管路41和第四液压管路42分别到液压缸23的活塞43两侧的第一腔室44和第二腔室45。当活塞43移动时，第一腔室44和第二腔室45的容积相反地变化，即一个增大，另一个就减小。活塞43在第一腔室44侧的受力面积小于在第二腔室45侧的受力面积，因此，当供给到第一腔室44和第二腔室45内的液压油的压力相同时，活塞43将与活塞杆35一起向上运动，从而能将位于活塞杆35的顶端处的下模具36提升到期望位置。

连接到第二腔室45的第四液压管路42上设有第三单向阀46，并且连接到比例阀24的相应端口。第三单向阀46也仅允许液压油向比例阀24输送。

主泵单元27与液压马达26同轴连接而能够一起转动，且液压马达26一端连接到比例阀24的相应端口，另一端通到油箱30。运动和力控制器29与液压缸23的第二腔室45、比例阀24和液压马达26连接，以根据需要获取相应信息(例如第二腔室45内的压力)并对比例阀24和液压马达26进行控制。

过滤和冷却单元31包括单独的泵单元47，该泵单元47用于从油箱30抽吸液压油使其通过过滤和冷却单元31的过滤器48以及散热器49，过滤器48用于清洁液压油，散热器49用于冷却液压油。

散热器49可以采用很多种型式，例如使空气与液压油热交换的散热器或使水与液压油热交换的散热器。散热器49在需要时还可以配备风扇，以加强冷却效果。

而且，对于本领域的技术人员来说，显然也可将过滤和冷却单元31拆分成两个独立的单元，一个单元专门用于过滤液压油，另一个单元专门用于冷却液压油。

该液压缓冲系统22的工作过程如下：

1)初始状态：使用辅助泵单元28将蓄能器25充注到期望压力，然后辅助泵单元28停止工作。此时，会如上所述地将活塞杆35提升到期望位置。

2)状态1：在冲压过程中，冲压单元21使上模具34向下移动。同时，在运动和力控制器29的控制下，活塞杆35和活塞43会被动地向下运动，从而将第二腔室45内的液压油挤压通过比例阀24，然后再流过液压马达26到达油箱30。此时，对工件的冲压力可通过运动和力控制器29控制比例阀24来控制。液压油在这种情况下不是直接返回到油箱30，而是流动通过液压马达26并驱动它。被驱动的液压马达26此时驱动主泵单元27，以充注蓄能器25。

3)状态2：蓄能器25将活塞杆35提升到其初始状态时的位置，以便为下一次的冲压过程做好准备。此时，主泵单元27停止工作。

辅助泵单元28用于在设备起动时充注蓄能器25，而主泵单元27在状态1时充注蓄能器25。过滤和冷却单元31在整个工作过程中始终工作，以保持液压油的清洁和温度。

该液压缓冲系统22的工作过程与现有的液压缓冲系统2至少存在以下不同：

1)返回的液压油流过液压马达26。因此，压降不仅发生于比例阀24处，而且还发生于液压马达26处。

2)液压马达26上的压降驱动液压马达26。液压马达26的转动会进一步驱动主泵单元27充注蓄能器25，从而，为在状态2下提升活塞杆35做准备。因此，状态2下的活塞杆35的提升使用的是状态1下的冲压单元21输入的能量的一部分。

3)主泵单元27仅可在状态1下被驱动。因此，主泵单元27相对于现有技术来说需要更大的排量。

相对于图1所示的液压缓冲系统2，除了过滤和冷却单元31和辅助泵单元28还需要电能驱动外，液压缓冲系统2中其他部分基本不再需要电能或仅需要很少的电能。而且，由于冲压单元21输入的能量的一部分被循环利用，因此，可减少热量的产生，进而可降低过滤和冷却单元31中的冷却器的负担。作为一个例子，总体上可以节省能量60-80％。

上述液压缓冲系统2还需要额外的能量来驱动过滤和冷却单元31，而且过滤和冷却单元31不能简单地像主泵单元27那样操作，因为主泵单元27仅在状态1时被驱动，如果过滤和冷却单元31也仅在状态1时工作而不是连续操作，则过滤和冷却单元31有可能不能满足要求。此时，对通过过滤和冷却单元31的流率提出了更高要求，这会引起成本升高和其他一些相关问题。

此外，主泵单元27仅在状态1时工作，为了实现对蓄能器25的足够充注，主泵单元27需要大的排量，这会引起成本升高和使得难以实现液压缸压力控制。

为了避免以上问题，在此提出了如图3所示的另一示例性实施例。图3示出了根据该示例性实施例的与冲压单元61配合使用的液压缓冲系统62的液压示意图。下面，将仅对与图2所示的实施例的不同之处进行详细描述。

如图3所示，该液压缓冲系统62包括液压缸63、比例阀64、蓄能器65、液压马达66、主泵单元67、辅助泵单元68、运动和力控制器69、油箱70、过滤和冷却单元71以及能量缓存器72。

在该液压缓冲系统62中，除了液压马达66与主泵单元67同轴连接之外，能量缓存器72、例如飞轮也与液压马达66同轴连接。同时，过滤和冷却单元71的泵单元73与主泵单元67同轴连接。因此，液压马达66、主泵单元67、能量缓存器72和泵单元73均同轴连接，从而可一起转动。

能量缓存器72除了采用飞轮的形式之外，也可采用其他任何合适的形式，只要能够与液压马达66一起转动并存储一部分动能即可。

该液压缓冲系统62的工作过程如下：

1)初始状态：使用辅助泵单元68将蓄能器65充注到期望压力，然后辅助泵单元68停止工作。同时，将活塞杆74提升到期望位置。

2)状态1：在冲压过程中，冲压单元61使上模具75向下移动。同时，在运动和力控制器69的控制下，活塞杆74和活塞76会被动地向下运动，从而将活塞76下方的腔室77内的液压油挤压通过比例阀64，然后再流过液压马达66到达油箱70。此时，对工件的冲压力可通过运动和力控制器69控制比例阀64来控制。液压油在这种情况下不是直接返回到油箱70，而是流动通过液压马达66并驱动它。被驱动的液压马达66此时驱动主泵单元67，以充注蓄能器65，同时驱动能量缓存器72以及过滤和冷却单元71的泵单元73同步转动。能量缓存器72在过程中被加速，从而储存了一部分动能。

3)状态2：能量缓存器72释放储存的动能带动主泵单元67和泵单元73减速继续转动，从而，主泵单元67可以继续向蓄能器65充注液压油并与其一起将活塞杆74提升到其初始状态时的位置，以便为下一次的冲压过程做好准备。泵单元73的继续转动使得液压油仍可循环通过过滤和冷却单元71。液压马达66优选采用变量式液压马达，在状态2下，使其零排量空转。

辅助泵单元68用于在设备起动时充注蓄能器65，而主泵单元67在状态1和2时充注蓄能器65。过滤和冷却单元71在整个工作过程中始终保持工作，以保持液压油的清洁和温度。

该液压缓冲系统62的工作过程与图2所示的液压缓冲系统22至少存在以下不同：

1)主泵单元67与过滤和冷却单元71的泵单元73均利用循环回收的能量驱动。从而，除了辅助泵单元68在起动时还需要电能驱动外，液压缓冲系统62中其他部分基本不再需要电能或仅需要很少的电能。

2)主泵单元67与过滤和冷却单元71的泵单元73在整个工作过程中连续工作。因此，可使用较小的主泵单元。同时，过滤和冷却单元71也可满足要求而不需要增大。

相对于图2所示的液压缓冲系统22，可进一步降低液压缓冲系统的电能需求。同时，产生的热量进一步减少，这是因为有更多的能量被回收利用。

本发明的基本思想是，回收利用冲压单元操作时输入的能量来驱动液压缓冲系统的某些部件，从而无需单独的驱动源来驱动这些部件。这样，一方面可以降低能量消耗，提高能效，另一方面可以降低热量的产生，减轻冷却系统的负担。

对于本领域的技术人员来说，本发明的液压缓冲系统也可与其他需要该系统的装置一起使用，而不仅限于冲压单元。

而且，对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (10)

1.一种液压缓冲系统，包括：

油箱；

液压缸，其适于接收外来作用力；

主泵单元，其与所述液压缸液压耦合且适于从所述油箱抽吸液压油；

辅助泵单元，其与所述液压缸液压耦合且适于从所述油箱抽吸液压油，用于在液压缓冲系统起动时使所述液压缸处于准备好接收外来作用力的初始位置；

蓄能器，其液压连接在所述液压缸与所述主泵单元之间以及所述液压缸与所述辅助泵单元之间，以用于蓄存经所述主泵单元和所述辅助泵单元加压的液压油；和

液压马达，其与所述主泵单元传动连接，且与所述液压缸液压耦合，当所述液压缸内的液压油在外来作用力下被挤压流过所述液压马达时，所述液压马达被驱动并带动所述主泵单元转动，以充注所述蓄能器。

2.如权利要求1所述的液压缓冲系统，其特征在于，所述液压缓冲系统还包括：

过滤和冷却单元，其包括泵单元，且适于通过所述泵单元从所述油箱抽吸液压油，以过滤和冷却液压油；和/或

比例阀，其液压连接在所述液压缸与所述液压马达之间，以便控制液压油从所述液压缸流向所述液压马达的流量；和

控制器，其与所述液压缸、所述比例阀以及所述液压马达连接，以便控制液压缓冲系统的工作特性。

3.如权利要求2所述的液压缓冲系统，其特征在于，

所述比例阀还液压连接在所述液压缸与所述蓄能器之间，且在所述蓄能器与所述比例阀之间设有单向阀，以便仅允许液压油从所述蓄能器经由所述比例阀向所述液压缸方向流动；和/或

在所述主泵单元与所述蓄能器之间设有单向阀，以便仅允许液压油从所述主泵单元向所述蓄能器方向流动；和/或

在所述辅助泵单元与所述蓄能器之间设有单向阀，以便仅允许液压油从所述辅助泵单元向所述蓄能器方向流动。

4.如权利要求2或3所述的液压缓冲系统，其特征在于，所述液压缓冲系统还包括：

能量缓存器，其与所述液压马达传动连接，以用于储存所述液压缸内的液压油在外来作用力下被挤压流过所述液压马达时所释放的能量。

5.如权利要求4所述的液压缓冲系统，其特征在于，

所述过滤和冷却单元的泵单元与所述液压马达或所述主泵单元传动连接。

6.如权利要求5所述的液压缓冲系统，其特征在于，

所述液压缸包括：缸体、适于在所述缸体内密封地滑动的活塞以及与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞杆适于接收外来作用力；和/或

所述液压马达与所述主泵单元同轴连接而能够一起转动；和/或

所述能量缓存器与所述液压马达同轴连接而能够一起转动；和/或

所述过滤和冷却单元的泵单元与所述液压马达或所述主泵单元同轴连接而能够一起转动。

7.如权利要求6所述的液压缓冲系统，其特征在于，

在所述缸体中限定出位于活塞的第一侧的第一密闭腔室和位于活塞的相反的第二侧的第二密闭腔室，其中，当所述活塞杆受到外来作用力而使所述活塞移动时，所述第一密闭腔室的容积增大，所述第二密闭腔室的容积减小，以将液压油从第二密闭腔室挤出；和

设有液压连接到第一密闭腔室的第一液压管路和液压连接到第二密闭腔室的第二液压管路，所述第一液压管路和第二液压管路均与所述蓄能器液压连接；和

所述活塞的第一侧的受力面积小于第二侧的受力面积，当向第一密闭腔室和第二密闭腔室供给相同压力的液压油时，所述第二密闭腔室的容积增大，所述第一密闭腔室的容积减小，从而使所述活塞杆从所述缸体向外移动。

8.如权利要求4所述的液压缓冲系统，其特征在于，

所述能量缓存器是飞轮；和/或

所述液压马达是变量式液压马达。

9.一种在工作时产生需要吸收的能量的设备，其特征在于，所述设备配备有如权利要求1-8中任一所述的液压缓冲系统，所述液压缓冲系统用于吸收所述能量。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，

所述设备是压机，所述压机包括冲压单元，所述冲压单元具有安装在所述液压缸上的下模具以及与所述下模具配合使用的上模具，所述上模具适于向下运动，以冲压位于所述下模具上的待加工的工件。