CN105909572A - 带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统 - Google Patents

带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统 Download PDF

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Abstract

带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，包括组合阀装置，组合阀装置包括四个两通电磁截止插装阀，第一、第二两通电磁截止插装阀的压力油口P相连接后与液压站压力油口P0相连接，第三、第四两通电磁截止插装阀的压力油口P相连接后与液压站回油口T0相连接，夹紧液压缸上安装的位移传感器与电气控制单元相连接，电气控制单元与四个两通电磁截止插装阀的电磁铁相连接，该系统能实现对扇形段辊缝调节位置闭环系统的快速响应，在系统故障时，依靠组合阀装置的无泄漏截止特性能实现夹紧液压缸的位置自锁定功能，具有电气控制方式简单、使用寿命长、运行可靠、能耗低、成本低的特点。

Description

带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统
技术领域
本发明涉及一种液压位置闭环控制系统，特别涉及一种带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统。
背景技术
在冶金领域的连铸机生产线中，扇形段远程辊缝调节是连铸机实现轻压下功能的必要技术，也是实现改变铸坯厚度规格快速完成设备调整的先进技术，更是现代连铸机设备最重要的标志性技术。
连铸机的轻压下功能是指铸坯生产中在其凝固末端前后对铸坯进行连续少量压下的工艺过程，对防止铸坯内部出现中心疏松和偏析具有明显作用。
配备扇形段远程辊缝调节的连铸机是通过扇形段远程辊缝调节控制装置与带位移传感器的扇形段夹紧液压缸构成对扇形段夹紧液压缸的位置闭环控制，以实现对扇形段辊缝的远程调节功能，传统使用的扇形段远程辊缝调节位置闭环控制系统如附图1所示。每台扇形段上有四套如附图1所示的位置闭环控制系统，扇形段夹紧液压缸正常工作时，电磁阀得电，液控单向阀及从主油口B到主油口A的管路开启，夹紧液压缸的位置通过电气控制单元实时检测位移传感器的数值并控制伺服阀来实现自动跟随设定目标值；当夹紧液压缸到达目标值后，电磁阀持续得电，电气控制单元继续实时检测位移传感器的数值并控制伺服阀对夹紧液压缸位置控制以保证夹紧液压缸的位置不变；当出现事故，比如电气故障、液压元器件故障时，电磁阀断电，伺服阀断电，液控单向阀及的主油口B到主油口A被关闭，夹紧液压缸被锁定在事故发生前的位置上。
由于连铸机生产的连续性，扇形段辊缝调节位置系统工作时，夹紧液压缸的位置控制完全依靠电气控制单元对伺服阀的伺服控制来实现，所以伺服阀以及电磁阀一直处于得电的工作状态，系统能耗高；且由于伺服阀以及电磁阀一直处于工作状态，也影响了其使用寿命，增加了故障率；当伺服阀或者电气控制单元出现故障时，电磁阀断电，液控单向阀被关闭，夹紧液压缸的位置锁定依靠液控单向阀的关闭来实现；同时由于伺服阀价格昂贵，抗污染能力差，且该系统复杂，液压元器件种类多，造成企业生产成本较高；再者采用伺服阀对夹紧液压缸的控制，电气控制单元为伺服控制系统，电气系统较为复杂，控制要求高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，能够实现对扇形段辊缝调节位置闭环系统的快速响应，具有电气控制方式简单、结构紧凑、元器件种类少、使用寿命长、运行可靠、能耗低、成本低的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，包括组合阀装置1、第一节流器201、第二节流器202、溢流阀3、单向阀4、夹紧液压缸5、位移传感器6及电气控制单元7；
所述组合阀装置1包括第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103及第四两通电磁截止插装阀104，其中第一两通电磁截止插装阀101的压力油口P与第二两通电磁截止插装阀102的压力油口P相连接后与液压站压力油口P0相连接；第三两通电磁截止插装阀103的压力油口P与第四两通电磁截止插装阀104的压力油口P相连接后与液压站回油口T0相连接；第一两通电磁截止插装阀101的主油口A与第三两通电磁截止插装阀103的主油口A相连接后与第一节流阀201的主油口A相连接；第二两通电磁截止插装阀102的主油口A与第四两通电磁截止插装阀104的主油口A相连接后与第二节流阀202的主油口A相连接；
所述第一节流器201的主油口B与夹紧液压缸5的塞腔相连接，第一节流器201的主油口B与单向阀4的主油口A相连接，单向阀4的主油口B与液压站回油口T0相连接；
所述第二节流器202的主油口B与夹紧液压缸5的活塞杆腔相连接，第二节流器202的主油口B与溢流阀3的压力油口P相连接，溢流阀3的回油口T与液压站回油口T0相连接；
所述夹紧液压缸5上安装有位移传感器6，位移传感器6通过电缆与电气控制单元7相连接，电气控制单元7通过电缆与第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103以及第四两通电磁截止插装阀104的电磁铁a相连接。
所述电气控制单元7由外部供给电源V供电。
所述第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103及第四两通电磁截止插装阀104为低功耗、轻量化、无泄漏的插装阀结构，反应灵敏，能快速响应电气控制单元7的给定输入；所述第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103及第四两通电磁截止插装阀104在断电状态下依靠阀体内部弹簧的作用力处于无泄漏的截止状态实现自锁定功能，电磁铁a通电时处于开启状态。
所述第一节流器201和第二节流器202用于控制夹紧液压缸5的速度，第一节流器201和第二节流器202通油直径的大小由液压缸5活塞杆及活塞腔的尺寸决定，以达到夹紧液压缸5的最佳控制速度以及控制精度。
所述溢流阀3用于夹紧液压缸5活塞杆腔，实现超压保护功能。
所述单向阀4用于夹紧液压缸5塞腔，实现补油功能，防止夹紧液压缸5塞腔吸空。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
当夹紧液压缸达到目标位置后，所有电磁铁均处于断电状态，系统能耗低，极大地提高了液压元器件的寿命，同时也大大降低了故障率；同时液压元器件种类少，且主要参与动作的液压部件为相同型号的普通电磁阀，因此系统抗污染能力强、运行备件少且维护成本低；再者由于采用普通的电磁阀的通断控制，所以电气控制方式简单、运行可靠且价格低廉。
本发明液压系统结构简单、易维护，能够通过电气控制单元自动实时检测位移传感器的数值，从而自动控制两通电磁截止插装阀的电磁铁通电，以保证需要实施轻压下的扇形段能实现轻压下功能；在系统出现故障时，所有通电磁截止插装阀的电磁铁断电，所有两通电磁截止插装阀处于关闭状态，实现夹紧液压缸的自锁功能，从而保证连铸生产的连续性，防止出现铸坯鼓肚或压裂等生产事故，提高作业效率。
附图说明
图1为现有技术闭环控制系统的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图2，带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，包括组合阀装置1、第一节流器201、第二节流器202、溢流阀3、单向阀4、夹紧液压缸5、位移传感器6及电气控制单元7；
所述组合阀装置1包括第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103及第四两通电磁截止插装阀104，其中第一两通电磁截止插装阀101的压力油口P与第二两通电磁截止插装阀102的压力油口P相连接后与液压站压力油口P0相连接；第三两通电磁截止插装阀103的压力油口P与第四两通电磁截止插装阀104的压力油口P相连接后与液压站回油口T0相连接；第一两通电磁截止插装阀101的主油口A与第三两通电磁截止插装阀103的主油口A相连接后与第一节流阀201的主油口A相连接；第二两通电磁截止插装阀102的主油口A与第四两通电磁截止插装阀104的主油口A相连接后与第二节流阀202的主油口A相连接；
所述第一节流器201的主油口B与夹紧液压缸5的塞腔相连接，第一节流器201的主油口B与单向阀4的主油口A相连接，单向阀4的主油口B与液压站回油口T0相连接；
所述第二节流器202的主油口B与夹紧液压缸5的活塞杆腔相连接，第二节流器202的主油口B与溢流阀3的压力油口P相连接，溢流阀3的回油口T与液压站回油口T0相连接；
所述夹紧液压缸5上安装有位移传感器6，位移传感器6通过电缆与电气控制单元7相连接，所述电气控制单元7由外部供给电源V供电，电气控制单元7通过电缆与第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103以及第四两通电磁截止插装阀104的电磁铁a相连接。
所述第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103及第四两通电磁截止插装阀104为低功耗、轻量化、无泄漏的插装阀结构，该轻量化的阀体结构使得上述两通电磁截止插装阀反应灵敏，能快速响应电气控制单元7的给定输入；所述第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103及第四两通电磁截止插装阀104在断电状态下依靠阀体内部弹簧的作用力处于无泄漏的截止状态实现自锁定功能，电磁铁a通电时处于开启状态。
所述第一节流器201和第二节流器202用于控制夹紧液压缸5的速度，第一节流器201和第二节流器202通油直径的大小由液压缸5活塞杆及活塞腔的尺寸决定，通常由计算及试验得出，以达到夹紧液压缸5的最佳控制速度以及控制精度。
所述溢流阀3用于夹紧液压缸5活塞杆腔，实现超压保护功能。
所述单向阀4用于夹紧液压缸5塞腔，实现补油功能，防止夹紧液压缸5塞腔吸空。
本发明的工作原理：
本发明在工作时，根据设定的夹紧液压缸5的目标位置值，电气控制单元7自动实时检测位移传感器6的数值，当位移传感器6的数值小于夹紧液压缸5的目标位置值，电气控制单元7自动控制第一两通电磁截止插装阀101和第四两通电磁截止插装阀104的电磁铁a同时通电，此时第一两通电磁截止插装阀101和第四两通电磁截止插装阀104开启，则压力油经液压站压力油口P0经过第一两通电磁截止插装阀101、第一节流器201进入夹紧液压缸5的塞腔，夹紧液压缸5活塞杆腔的油液经过第二节流器202、第四两通电磁截止插装阀104流回液压站回油口T0，夹紧液压缸5伸出，直到位移传感器6的数值与夹紧液压缸5的目标位置相等时，电气控制单元7自动控制第一两通电磁截止插装阀101和第四两通电磁截止插装阀104的电磁铁a同时断电，夹紧液压缸5停止运行且位置保持在目标位置值上。
当位移传感器6的数值大于夹紧液压缸5的目标位置值，电气控制单元7自动控制第二两通电磁截止插装阀102和第三两通电磁截止插装阀103电磁铁a同时通电，此时第二两通电磁截止插装阀102和第三两通电磁截止插装阀103开启，则压力油经液压站压力油口P0经过第二两通电磁截止插装阀102、第二节流器202进入夹紧液压缸5的活塞杆腔，夹紧液压缸5塞腔的油液经过第一节流器201、第三两通电磁截止插装阀103流回液压站回油口T0，夹紧液压缸5缩回，直到位移传感器6的数值与夹紧液压缸5的目标位置相等时，电气控制单元7自动控制第二两通电磁截止插装阀102和第三两通电磁截止插装阀103电磁铁a同时断电，夹紧液压缸5停止运行且位置保持在目标位置值上。
在实际使用时，根据连铸生产工艺的精度控制要求，通常设定夹紧液压缸5的死区范围，即在夹紧液压缸5的控制过程中，只要位移传感器6的数值落入该死区范围内，则电气控制单元7自动判定夹紧液压缸5的精度满足要求，此时电气控制单元7自动控制所有电磁铁a断电，由于两通电磁截止插装阀的无泄漏截止功能，所以夹紧液压缸5的位置将被锁定在电磁铁的断电前状态，采用这种控制方式，则两通电磁截止插装阀的作动频率较低，极大地提高了液压元器件的寿命，同时也大大降低了故障率。
本系统在事故状态下，第一两通电磁截止插装阀101、第二两通电磁截止插装阀102、第三两通电磁截止插装阀103、第四两通电磁截止插装阀104的电磁铁a断电，所有两通电磁截止插装阀处于关闭状态，夹紧液压缸5的位置被可靠地锁定在事故前的初始位置上，从而不影响连铸生产的连续性。

Claims (6)

1.带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，包括组合阀装置(1)、第一节流器(201)、第二节流器(202)、溢流阀(3)、单向阀(4)、夹紧液压缸(5)、位移传感器(6)及电气控制单元(7)，其特征在于，
所述组合阀装置(1)包括第一两通电磁截止插装阀(101)、第二两通电磁截止插装阀(102)、第三两通电磁截止插装阀(103)及第四两通电磁截止插装阀(104)，其中第一两通电磁截止插装阀(101)的压力油口P与第二两通电磁截止插装阀(102)的压力油口P相连接后与液压站压力油口P0相连接；第三两通电磁截止插装阀(103)的压力油口P与第四两通电磁截止插装阀(104)的压力油口P相连接后与液压站回油口T0相连接；第一两通电磁截止插装阀(101)的主油口A与第三两通电磁截止插装阀(103)的主油口A相连接后与第一节流阀(201)的主油口A相连接；第二两通电磁截止插装阀(102)的主油口A与第四两通电磁截止插装阀(104)的主油口A相连接后与第二节流阀(202)的主油口A相连接；
所述第一节流器(201)的主油口B与夹紧液压缸5的塞腔相连接，第一节流器(201)的主油口B与单向阀(4)的主油口A相连接，单向阀(4)的主油口B与液压站回油口T0相连接；
所述第二节流器(202)的主油口B与夹紧液压缸(5)的活塞杆腔相连接，第二节流器(202)的主油口B与溢流阀(3)的压力油口P相连接，溢流阀(3)的回油口T与液压站回油口T0相连接；
所述夹紧液压缸(5)上安装有位移传感器(6)，位移传感器(6)通过电缆与电气控制单元(7)相连接，电气控制单元(7)通过电缆与第一两通电磁截止插装阀(101)、第二两通电磁截止插装阀(102)、第三两通电磁截止插装阀(103)以及第四两通电磁截止插装阀(104)的电磁铁a相连接。
2.根据权利要求1所述的带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，其特征在于，所述电气控制单元(7)由外部供给电源V供电。
3.根据权利要求1所述的带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，其特征在于，所述第一两通电磁截止插装阀(101)、第二两通电磁截止插装阀(102)、第三两通电磁截止插装阀(103)及第四两通电磁截止插装阀(104)为低功耗、轻量化、无泄漏的插装阀结构，反应灵敏，能快速响应电气控制单元(7)的给定输入；所述第一两通电磁截止插装阀(101)、第二两通电磁截止插装阀(102)、第三两通电磁截止插装阀(103)及第四两通电磁截止插装阀(104)在断电状态下依靠阀体内部弹簧的作用力处于无泄漏的截止状态实现自锁定功能，电磁铁a通电时处于开启状态。
4.根据权利要求1所述的带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，其特征在于，所述第一节流器(201)和第二节流器(202)用于控制夹紧液压缸(5)的速度，第一节流器(201)和第二节流器(202)通油直径的大小由液压缸(5)活塞杆及活塞腔的尺寸决定，以达到夹紧液压缸(5)的最佳控制速度以及控制精度。
5.根据权利要求1所述的带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，其特征在于，所述溢流阀(3)用于夹紧液压缸(5)活塞杆腔，实现超压保护功能。
6.根据权利要求1所述的带自锁定功能的快速响应液压位置闭环控制系统，其特征在于，所述单向阀(4)用于夹紧液压缸(5)塞腔，实现补油功能，防止夹紧液压缸(5)塞腔吸空。
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