CN105508319A - 一种低压伺服源控超高压液压增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压伺服源控超高压液压增压系统，包括油箱、油泵、伺服电机、单向阀、3个超高压液压手动阀、超高压增压油缸、电控伺服阀和手动溢流阀；油箱、油泵和单向阀顺序连通，单向阀的出油口同时连通预压复位液路和增压稳压卸荷液路；增压系统由低压伺服泵、伺服阀以及双作用单活塞杆增压油缸组建而成，通过伺服泵、伺服阀形成的双闭环控制方式共同作用于超高压增压油缸的低压侧，实现低压大流量、超高压低流量的精确控制，低压加压无需增压作用，由伺服泵直接供液可进行大流量增液，超高压低流量加压和保压由伺服泵与增压油缸完成，本发明集超高压低流量加压、保压以及减压伺服控制于一体，控制精度高，可满足压力的时变性要求。

Description

一种低压伺服源控超高压液压增压系统

技术领域

本发明涉及一种液压增压系统，具体涉及一种低压伺服源控超高压液压增压系统，属于超高压增压设备技术领域。

背景技术

由于近年来超高压技术在材料成型、石油化工、食品加工、地球科学研究、航空航天、船舶工业、桥梁及冶金等各领域内都有新应用，使得超高压液压技术得到了飞速发展。高温高压流变仪是一种用于研究地球深部岩石在高温和超高压条件下相变、流变特性的先进实验仪器，而其超高压力的产生和在加压、保压以及卸压阶段的精确控制是决定其实验样品成败的关键性技术。其中高温高压流变仪的围压控制系统要求流量范围大，其快进阶段约250ml/min，加压阶段为0～0.3ml/min，通常为0.05ml/min，而保压阶段所需流量更小，压力控制范围为0～200MPa，要求控制精度高。因此高温高压流变仪围压控制系统要求超高压液压增压装置低压大流量、超高压小流量，且能精确控制。

目前超高压压力的获得方法主要分为两类：其一是利用中低压液压或气压元件产生中低压，然后通过增压器增压而间接获得超高压压力。但目前市场上增压器大部分为气驱或液驱式双作用双活塞杆增压器，其持续输出流量大，在行程终点换向时输出流量为零、流量和压力波动大，且结构尺度大、价格昂贵、控制精度不高，又因其采用超高压增压器与单向阀构成超高压发生单元，因此不易实现减压控制等；另一类是利用超高压元件直接获得超高压，但其价格昂贵、输出流量较大、内泄漏量大、效率低、超高压低流量控制精度差且也不易实现减压控制。因此上述两类超高压产品都不能较好满足高温高压流变仪的需求。

而用于高温高压流变仪围压控制系统的超高压发生器，起初国外研制增压系统的是在两个串联的超高压开关阀中间接入超高压增压器，该增压器为螺旋挤进式，两个超高压阀的开启时序相反，通过启闭不同的阀及增压器的旋向以对围压进行逐级加减压。该方法全程靠人工操作，自动化程度低，启闭超高压阀时压力波动大，控制精度差。基于此，部分公司研制了一种液压驱动或气压驱动超高压增压器，提高了其自动化程度，但是超高压阀的启闭还是靠人工操作，仍然存在启闭超高压阀时压力波动大等的缺点。后国内研制了一种伺服超高压增压装置(专利号：201020594559.9)，该方法采用伺服电机驱动大减速比减速器，推动液压缸活塞杆和活塞运动产生超高压，既机械式挤压超高压油缸，将超高压油缸反用而获得超高压压力。该增压方式运行稳定、控制精度高，可达0.01MPa，有效解决了压力流量波动大的问题，但其油缸容量较小，通常需要低压辅助系统进行低压加压，其反向运行时由于机械间隙引起较大的误差，该装置整体几何尺寸大且笨重，不易搬运。

发明内容

本发明的目的在于针对目前市场上超高压发生装置价格昂贵、控制精度低、压力流量波动大、高压低流量输出性能差、功能单一等的缺点及现有伺服超高压增压装置油缸容量较小、几何尺寸大等不足的问题，提供一种由伺服泵、伺服阀以及双作用单活塞杆增压油缸组建而成，可实现低压大流量、超高压低流量的精确控制，加压、保压及减压伺服控制于一体的双闭环控制方式的低压伺服源控超高压液压增压系统。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种低压伺服源控超高压液压增压系统，包括油箱、油泵、伺服电机、第一单向阀、超高压液压手动阀RB、超高压液压手动阀AB、超高压增压油缸、超高压液压手动阀AA、电控伺服阀和溢流阀RA；油箱、油泵和第一单向阀顺序连通，油泵通过伺服电机驱动，第一单向阀的出油口同时连通预压复位液路和增压稳压卸荷液路，所述预压复位液路包括预压液路和复位液路，预压液路由超高压液压手动阀RB和超高压液压手动阀AB顺序连通构成，超高压液压手动阀AB的出油口连通待增压设备，超高压液压手动阀RB的出油口同时连通超高压增压油缸的出油口构成复位液路，所述增压稳压卸荷液路包括增压稳压液路和减压卸荷液路，超高压液压手动阀AA的出油口连通超高压增压油缸的进油口构成增压稳压液路，超高压液压手动阀AA的出油口同时连通并接的电控伺服阀与溢流阀RA构成减压卸荷液路，电控伺服阀和溢流阀RA的出油口均接入油箱。

所述超高压增压油缸为双作用单活塞杆液压缸，其主要由缸体、活塞、活塞杆以及缸盖组成，由缸体内壁、内底面和活塞底面组成的无杆腔为初级压力室，由缸体内壁、活塞杆外壁、活塞和缸盖组成的有杆腔为次级压力室。

超高压液压手动阀RB的出油口通过第二单向阀同时连通超高压液压手动阀AB与超高压增压油缸的出油口。

超高压增压油缸的出油口与超高压液压手动阀AB之间的管路上安装有压力检测元件。

油箱与油泵之间连通有过滤器。

所述油泵为低压油泵，溢流阀RA为手动溢流阀，伺服电机通过减速器与低压油泵的齿轮轴连接。

减速器与低压油泵之间设有连接套筒，伺服电机的法兰盘与减速器的输入端法兰盘通过螺栓固定连接，减速器的输出端法兰盘与连接套筒上端的法兰盘通过螺栓固定连接并且安装于油箱的顶面，连接套筒下端的法兰盘与低压油泵通过螺栓固定连接并置于油箱内部，油箱通过底部螺栓安装于带滚轮的底板上。

所述的电控伺服阀安装在液压阀安装板上，液压阀安装板与油箱的顶面通过螺栓固定连接。

所述超高压增压油缸缸体的底部安装在底板上开设的凹槽中、上部通过卡箍固定于油箱的侧壁上。

超高压增压油缸缸体的顶部安装有防尘套，防尘套顶部安装有位移检测元件。

由上述技术方案可知，本发明提供的低压伺服源控超高压液压增压系统，低压油泵将伺服电机的机械能转化为液压油的压力能后，通过超高压手动阀及低压伺服元件的不同组合可分别实现低压大流量预压、超高压增压油缸复位、低流量超高压增压稳压和超高压减压卸荷四种功能，其中预压液路由超高压液压手动阀RB和超高压液压手动阀AB顺序连通构成，超高压液压手动阀AB的出油口连通待增压设备，低压油泵输出的压力油经超高压液压手动阀RB和超高压液压手动阀AB进入待增压设备，实现第一级预压；超高压液压手动阀RB的出油口同时连通超高压增压油缸的出油口，低压油压迫活塞退回初始位(行程起点)实现超高压增压油缸复位，为第二级超高压增压做准备；超高压液压手动阀AA的出油口连通超高压增压油缸的进油口，低压油进入超高压增压油缸的无杆腔即初级压力室，通过活塞挤压次级压力室以产生超高压压力输出至待增压设备，通过伺服泵(伺服电机驱动油泵)、电控伺服阀形成的双闭环控制方式共同作用于超高压增压油缸的低压侧，对待增压设备进行第二级超高压增压，超高压增压油缸的活塞端面面积与活塞外径-活塞杆形成的环面面积之比既为增压比，增压至加压目标值后进行超高压低流量保压；超高压液压手动阀AA的出油口同时连通并接的电控伺服阀与溢流阀RA，电控伺服阀与溢流阀RA并接，电控伺服阀用于增压后的超高压减压，通过伺服电机及电控伺服阀形成的双闭环对超高压增压油缸的低压侧(初级压力室)进行控制，即控制伺服电机速度及电控伺服阀的开口度大小，使增压油缸初级压力室的液压油通过电控伺服阀逐渐流回油箱，初级压力室的压力降低，次级压力室的压力也随着降低，实现减压作用，溢流阀RA用于过载保护和手动减压卸荷。

为避免预压复位液路中油液倒流，超高压液压手动阀RB的出油口连通第二单向阀，高压油液从超高压增压油缸的次级压力室中流出，经超高压液压手动阀AB流入待增压设备，该液路上安装压力检测元件检测液路油压。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的低压伺服源控超高压液压增压系统，由低压伺服泵、伺服阀控制双作用单活塞杆增压油缸的低压侧以实现对超高压压力的控制目的，通过预压-加压两级增压实现超高压增压，并设置稳压和过载保护液路，可实现低压大流量、高压低流量的精确控制，其增压压力最高可达200MPa；本系统集加压保压及减压伺服控制于一体，可满足压力时变系统的要求，压力控制精度达±0.03％，时间-压力函数跟随效果好，可为材料成型、石油化工、食品加工、地球科学研究、航空航天、船舶和桥梁等领域以及实验室需精确控制的超高压压力设备(如高温高压流变仪)提供超高压压力源。

2、通过带滚轮的底板安装固定油箱和超高压增压油缸，为保证超高压增压油缸的安装稳定，底板上开设的凹槽固定超高压增压油缸缸体的底部，剩余液压元件通过油箱或超高压增压油缸固定安装，整体集成度高，克服了目前市场上超高压发生装置价格昂贵、控制精度低、压力流量波动大、高压低流量输出性能差、功能单一、几何尺寸大等不足的问题，空间尺寸小、搬运方便，其液压元件易采购、设备制造用材少及易加工等降低了装置成本；

3、本发明提供的低压伺服源控超高压液压增压系统，低压加压无需增压作用，由伺服泵直接供液可进行大流量增液，迅速压缩液体以达到预压的作用；超高压低流量加压和保压由伺服泵与增压油缸完成，输出压力稳定，输出流量小，控制精度高；超高压低流量减压时通过伺服泵、伺服阀共同作用控制超高压增压油缸的低压侧完成，控制精度高，可满足压力的时变性要求；本发明充分发挥了低压伺服元件精确控制超高压压力的作用，解决了当前液压伺服元件高压低流量无法精确控制的技术瓶颈。

附图说明

图1为本发明提供的低压伺服源控超高压液压增压系统的液压原理图。

图2为本发明提供的低压伺服源控超高压液压增压系统的结构示意图。

其中，1-油箱，2-伺服电机，3-第一单向阀，4-超高压液压手动阀RB，5-超高压液压手动阀AB，6-压力检测元件，7-超高压增压油缸，8-超高压液压手动阀AA，9-电控伺服阀R，10-手动溢流阀RA，11-低压油泵，12-连接套筒，13-减速器，14-防尘套，15-位移检测元件，16-超高压液压油输出口，17-卡箍，18-液压阀安装板，19-低压油输入口，20-底板，21-滚轮，22-第二单向阀，23-过滤器，24-待增压设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明提供的低压伺服源控超高压液压增压系统，其液压原理如图1所示，包括油箱1、过滤器23、低压油泵11、伺服电机2、第一单向阀3、第二单向阀22、超高压液压手动阀RB4、超高压液压手动阀AB5、压力检测元件6、超高压增压油缸7、超高压液压手动阀AA8、电控伺服阀R9和手动溢流阀RA10，所述超高压增压油缸7为双作用单活塞杆液压缸，其主要由缸体、活塞、活塞杆以及缸盖组成，由缸体内壁、内底面和活塞底面组成的无杆腔为初级压力室，由缸体内壁、活塞杆外壁、活塞和缸盖组成的有杆腔为次级压力室；油箱1、过滤器23、低压油泵11和第一单向阀3顺序连通，低压油泵11通过伺服电机2驱动，第一单向阀3的出油口同时连通预压复位液路和增压稳压卸荷液路，所述预压复位液路包括预压液路和复位液路，预压液路由超高压液压手动阀RB4、第二单向阀22和超高压液压手动阀AB5顺序连通构成，超高压液压手动阀AB5的出油口连通待增压设备24，第二单向阀22的出油口同时连通超高压增压油缸7的出油口构成复位液路，该油路上安装有压力检测元件6，所述增压稳压卸荷液路包括增压稳压液路和减压卸荷液路，超高压液压手动阀AA8的出油口连通超高压增压油缸7的进油口构成增压稳压液路，超高压液压手动阀AA8的出油口同时连通并接的电控伺服阀R9与手动溢流阀RA10构成减压卸荷液路，电控伺服阀R9和手动溢流阀RA10的出油口均接入油箱1；

实际使用中，上述液压元件集成安装于带滚轮21的底板20上，参见图2，伺服电机2通过减速器13与低压油泵11的齿轮轴连接，减速器13与低压油泵11之间设有连接套筒12，伺服电机2的法兰盘与减速器13的输入端法兰盘通过螺栓固定连接，减速器13的输出端法兰盘与连接套筒12上端的法兰盘通过螺栓固定连接并且安装于油箱1的顶面，连接套筒12下端的法兰盘与低压油泵11通过螺栓固定连接并置于油箱1内部，油箱1通过底部螺栓安装于底板20上，电控伺服阀R9安装在液压阀安装板18上，液压阀安装板18与油箱1的顶面通过螺栓固定连接，超高压增压油缸7缸体的底部安装在底板20上开设的凹槽中、上部通过卡箍17固定于油箱1的侧壁上，超高压增压油缸7缸体的顶部安装有防尘套14，防尘套14通过螺栓固定连接在超高压增压油缸7的外圆柱面上，防尘套14顶部安装有位移检测元件15。

本实施例所提供的低压伺服源控超高压液压增压装置所实现的功能主要是低压大流量加压、超高压低流量加压、保压及减压，其工作原理叙述如下：

1、首先将手动溢流阀RA调整到低压目标压力值，电控伺服阀开口度设为最大，然后打开超高压液压手动阀RB、AB，关闭超高压液压手动阀AA。启动低压油泵，低压油泵将伺服电机的机械能转化为压力能，既将油箱里的液压油转化为低压油后通过其输出口及液压管路将其输送至第一单向阀的输入口，经过第一单向阀后输送到超高压液压手动阀RB，经过手动阀RB后输送到第二单向阀的输入口，其输出口输送到超高压液压手动阀AB和增压油缸的超高压液压油输出口，经过超高压液压手动阀AB后输送至高温高压流变仪围压缸，对其进行低压大流量的预压作用，最高可加至低压油泵的最大输出压力，同时输送至增压油缸的超高压液压油输出口的压力将超高压增压油缸活塞退回到行程起点；

2、超高压低流量加压时，打开超高压液压手动阀AA，关闭电控伺服阀开口，为使超高压液压压力更稳定可靠，也将超高压液压手动阀RB关闭，此时低压油泵输出的低压油经过手动阀AA后输送至增压油缸的低压油输入口，通过控制伺服电机全闭环对超高压增压油缸初级压力室进行加压，同时增压油缸次级压力室产生一定增压比的高压油输送至高温高压流变仪围压缸进行高压低流量加压，直至加压目标值后进行超高压低流量保压；

3、进行超高压低流量减压时，通过伺服电机及电控伺服阀R形成的双闭环对超高压增压油缸的低压侧进行控制，即控制伺服电机速度及电控伺服阀R的开口度大小，使增压油缸初级压力室的液压油通过电控伺服阀R流回油箱，初级压力室的压力降低，次级压力室的压力也随着降低，实现减压作用；也可通过手动溢流阀RA对超高压液压压力进行手动减压，此时增压油缸初级压力室的液压油通过手动溢流阀RA流回油箱；

4、减压结束后，因超高压增压油缸和高温高压流变仪围压缸存在内泄露，增压油缸的活塞位置并不在行程起点位置，在下次加压时执行第一步骤即可把增压油缸的活塞退回到行程起点。

Claims (10)

1.一种低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：包括油箱、油泵、伺服电机、第一单向阀、超高压液压手动阀RB、超高压液压手动阀AB、超高压增压油缸、超高压液压手动阀AA、电控伺服阀和溢流阀RA；油箱、油泵和第一单向阀顺序连通，油泵通过伺服电机驱动，第一单向阀的出油口同时连通预压复位液路和增压稳压卸荷液路，所述预压复位液路包括预压液路和复位液路，预压液路由超高压液压手动阀RB和超高压液压手动阀AB顺序连通构成，超高压液压手动阀AB的出油口连通待增压设备，超高压液压手动阀RB的出油口同时连通超高压增压油缸的出油口构成复位液路，所述增压稳压卸荷液路包括增压稳压液路和减压卸荷液路，超高压液压手动阀AA的出油口连通超高压增压油缸的进油口构成增压稳压液路，超高压液压手动阀AA的出油口同时连通并接的电控伺服阀与溢流阀RA构成减压卸荷液路，电控伺服阀和溢流阀RA的出油口均接入油箱。

2.根据权利要求1所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：所述超高压增压油缸为双作用单活塞杆液压缸，其主要由缸体、活塞、活塞杆以及缸盖组成，由缸体内壁、内底面和活塞底面组成的无杆腔为初级压力室，由缸体内壁、活塞杆外壁、活塞和缸盖组成的有杆腔为次级压力室。

3.根据权利要求2所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：超高压液压手动阀RB的出油口通过第二单向阀同时连通超高压液压手动阀AB与超高压增压油缸的出油口。

4.根据权利要求3所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：超高压增压油缸的出油口与超高压液压手动阀AB之间的管路上安装有压力检测元件。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：油箱与油泵之间连通有过滤器。

6.根据权利要求5所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：所述油泵为低压油泵，溢流阀RA为手动溢流阀，伺服电机通过减速器与低压油泵的齿轮轴连接。

7.根据权利要求6所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：减速器与低压油泵之间设有连接套筒，伺服电机的法兰盘与减速器的输入端法兰盘通过螺栓固定连接，减速器的输出端法兰盘与连接套筒上端的法兰盘通过螺栓固定连接并且安装于油箱的顶面，连接套筒下端的法兰盘与低压油泵通过螺栓固定连接并置于油箱内部，油箱通过底部螺栓安装于带滚轮的底板上。

8.根据权利要求7所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：所述的电控伺服阀安装在液压阀安装板上，液压阀安装板与油箱的顶面通过螺栓固定连接。

9.根据权利要求8所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：所述超高压增压油缸缸体的底部安装在底板上开设的凹槽中、上部通过卡箍固定于油箱的侧壁上。

10.根据权利要求9所述的低压伺服源控超高压液压增压系统，其特征在于：超高压增压油缸缸体的顶部安装有防尘套，防尘套顶部安装有位移检测元件。