CN107448434A - 一种连铸结晶器振动节能伺服液压缸及液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器振动节能伺服液压缸及液压系统，属于连铸结晶器振动领域，该伺服液压缸包括活塞杆和缸体，缸体被活塞杆划分出第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔；活塞杆上设有与缸体密封连接的第一密封件和第二密封件；缸体上设有与第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔分别连通的第一控制油口、第二控制油口和第三控制油口。该伺服液压系统包括双向液压泵、伺服电机、蓄能器、油箱以及上述的伺服液压缸。本发明不仅完全解决了非对称液压缸控制流量不匹配问题，同时在满足伺服液压缸特性的前提下，有效利用了重力势能，减小装机功率，降低运行能耗，达到节能的目的，大幅降低结晶器振动系统的投资和运行成本。

Description

一种连铸结晶器振动节能伺服液压缸及液压系统

技术领域

本发明属于连铸结晶器振动技术领域，具体涉及一种连铸结晶器节能伺服液压缸及液压系统。

背景技术

结晶器振动装置作为连铸机的关键设备，其作用是通过结晶器的振动保证在浇铸过程中铸坯与结晶器铜壁不发生粘结，并获得良好的铸坯表面质量。传统的结晶器振动装置通常采用液压伺服振动系统来驱动。液压伺服结晶器振动装置采用电液伺服阀控制液压缸来实现正弦和非正弦振动，可以方便的实现振幅、频率和波形的在线调整与监控，其缺点是由于采用了电液伺服阀，对油液清洁度要求高，其建造、运行、维护成本高。

随着液压技术的发展，出现了一种新型的伺服驱动方式，即直驱式电液伺服系统。直驱式电液伺服系统的换向、调速、调压三大功能直接由伺服电机控制，不需要常规的电液伺服阀，从而对油液清洁度的要求大大降低。与传统电液伺服系统相比，直驱式电液伺服系统具有伺服电机传动控制灵活、电气传动能耗低和液压传动出力大的多重优点。

公开号为WO2015/121829 A1的PCT国际专利公开了将直驱式电液伺服系统应用于单侧驱动的结晶器振动装置，针对双出杆对称液压缸和单出杆非对称液压缸执行机构公开了两种控制回路。其中单出杆非对称缸控制回路由于非对称缸两腔容积不一样，采用了“一大一小”两台双向定量泵方案，大泵控制非对称缸大腔，小泵控制非对称缸小腔，这种控制方案存在非对称缸两腔面积比控制流量匹配问题，由于非对称缸两腔面积比可以任意匹配，而定量泵的排量是确定的，商品化的定量泵排量都有一定系列，大泵和小泵的排量比难以通过选型与非对称缸两腔面积比完全对应，造成两腔的压力波动和控制的困难，影响最终的控制精度；如果通过定量泵排量的定制，做到与非对称缸两腔面积比完全对应，将大大增加成本。同时双出杆对称液压缸和单出杆非对称液压缸两种控制回路在正弦或者非正弦运动下，均需要克服的负载包括结晶器及振动台架的重力、结晶器与铸坯的摩擦力、惯性力等，其中结晶器及振动台架的重力占比最大，高达20吨左右，约占总负载的90％，这将大大增加系统的整体功率配置，增大投资和运行成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种连铸结晶器振动节能伺服液压缸及液压系统，采用三个控制腔的控制方案，不仅完全解决了非对称液压缸两腔控制流量不匹配问题，同时在满足伺服液压缸特性的前提下，有效利用结晶器及振动台架的重力势能，减小装机功率，降低运行能耗，达到节能的目的，大幅降低结晶器振动系统的投资和运行成本。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种连铸结晶器振动节能伺服液压缸，包括活塞杆和缸体，所述的缸体被设置在其内的且呈“中”字形结构的活塞杆划分出第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔；所述的活塞杆在露出于缸体外的一端上且靠近第一控制腔设置有与缸体密封连接的第一密封件和在位于缸体内的另一端上且靠近第二控制腔设置有与缸体密封连接的第二密封件；所述的第一控制腔与第二控制腔、第一密封件与第二密封件相对于活塞杆的中间凸部异侧布置；所述的活塞杆在第二密封件所在的一端端部伸入至第三控制腔内；所述的缸体上设有与第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔分别连通的第一控制油口、第二控制油口和第三控制油口。

进一步，所述的第一控制腔和第二控制腔的横截面面积相等。

进一步，所述的缸体上还设有与第一控制油口相对于第一密封件异侧布置的第一泄漏油口和与第二控制油口相对于第二密封件异侧布置的第二泄漏油口。

进一步，所述的伺服液压缸还包括位移传感器组件，所述的位移传感器组件由运动磁环、定位杆组成，所述的活塞杆在第二密封件所在的一端端部上设置所述的运动磁环，所述的缸体上设置与该运动磁环相配合滑动的所述的定位杆，所述的定位杆贯穿运动磁环并插入活塞杆中。

本发明还提供一种连铸结晶器振动节能伺服液压系统，包括双向液压泵、伺服电机、蓄能器和油箱，还包括上述的伺服液压缸，所述的双向液压泵的两个压力油口与第一控制油口、第二控制油口分别连接，所述的伺服电机为双向液压泵提供动力，所述的蓄能器与第三控制油口连接，所述的油箱与第一泄漏油口、第二泄漏油口分别连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用三个控制腔的控制方案，将非对称液压缸的控制转化为对称液压缸的控制，解决了非对称液压缸流量不匹配问题，降低了控制难度；

2、第三控制腔采用蓄能器控制，蓄能器的工作压力与结晶器及振动台架的重力负载大小匹配，在重力负载上下运动过程中，蓄能器吸收重力势能，使得振动系统只需克服摩擦力和惯性力，大大减小了装机功率，降低了运行能耗；

3、采用动态密封和外泄漏油口，保证了伺服液压缸的动态特性；同时通过泄漏油的热交换，提高了液压缸的使用寿命。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明伺服液压缸的结构图；

图2为本发明伺服液压缸具体实施应用的伺服液压系统图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1、2，附图中的元件标号分别为：活塞杆1、缸体2、第一密封件3、第二密封件4、运动磁环5、定位杆6、振动负载7、双向液压泵8、伺服电机9、蓄能器10、油箱11；第一控制油口A1、第二控制油口A2、第三控制油口A3、第一泄漏油口L1、第二泄漏油口L2。

本实施例基本如附图1所示：一种连铸结晶器振动节能伺服液压缸，包括活塞杆1、缸体2和位移传感器组件，缸体2被设置在其内的且呈“中”字形结构的活塞杆1划分出第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔；活塞杆1在露出于缸体2外的一端上且靠近第一控制腔设置有与缸体2密封连接的第一密封件3和在位于缸体2内的另一端上且靠近第二控制腔设置有与缸体2密封连接的第二密封件4，即第一密封件3和第二密封件4采用动态密封，第一控制腔在活塞杆1运动过程中产生的泄漏通过第一泄漏油口L1排出，第二控制腔在活塞杆1运动过程中产生的泄漏通过第二泄漏油口L2排出，同时还通过第一泄漏油口L1、第二泄漏油口L2的泄漏来带走第一控制腔和第二控制腔的热量；第一控制腔与第二控制腔、第一密封件3与第二密封件4相对于活塞杆1的中间凸部异侧布置；活塞杆1在第二密封件4所在的一端端部伸入至第三控制腔内；缸体2上设有与第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔分别连通的第一控制油口A1、第二控制油口A2和第三控制油口A3；缸体2上还设有与第一控制油口A1相对于第一密封件4异侧布置的第一泄漏油口L1和与第二控制油口A2相对于第二密封件4异侧布置的第二泄漏油口L2；位移传感器组件由运动磁环5、定位杆6组成，活塞杆1在第二密封件4所在的一端端部上设置该运动磁环5，缸体2上设置与该运动磁环5相配合滑动的定位杆6，定位杆6贯穿运动磁环5并插入活塞杆1中，即活塞杆1的尾部设有长孔，孔的长度由位定位杆6的插入长度决定，同时运动磁环5固定在活塞杆1尾部的长孔处，定位杆6固定在缸体2上；本伺服液压缸运动时，缸体2固定，活塞杆1运动，带动运动磁环5在定位杆6上滑动，从而准确检测到本伺服液压缸的位移。

本实施例中的第一控制腔和第二控制腔的横截面面积相等，使得由第一控制油口A1或第二控制油口A2对活塞杆1的作用力相同；而第三控制腔的腔内面积由活塞杆1出杆大小决定。

如附图2所示：本发明还提供一种连铸结晶器振动节能伺服液压系统，包括双向液压泵8、伺服电机9、蓄能器10、油箱11以及上述的伺服液压缸，该双向液压泵8由伺服电机驱动，其上的两个压力油口与第一控制油口A1、第二控制油口A2分别连接，该伺服电机9为双向液压泵8提供动力，该蓄能器10与第三控制油口A3连接，且蓄能器10的填充氮气的工作压力作用在活塞杆1上产生的力与振动负载7的重力相当；该油箱11与第一泄漏油口L1、第二泄漏油口L2分别连接；下面具体的阐述下其工作原理：

在振动负载7需要上升时，伺服电机9正向旋转，带动双向液压泵8正向旋转，从而使得双向液压泵8下口出油、上口吸油，下口出油进入第二控制腔A2，第一控制腔A1的出油由双向液压泵8的上口吸走，第二控制腔A2和第三控制腔A3产生的合力推动活塞杆1向上运动，从而实现振动负载7上升；第三控制腔A3需要填充的油液容积由蓄能器10提供；第一泄漏油口L1、第二泄漏油口L2的泄漏油流入油箱11中。

在振动负载7需要下降时，伺服电机9反向旋转，带动双向液压泵8反向旋转，从而使得双向液压泵8上口出油、下口吸油，上口出油进入第一控制腔A1，第二控制腔A2的出油由双向液压泵8的下口吸走，第一控制腔A1和第三控制腔A3产生的合力推动活塞杆1向下运动，从而实现振动负载7下降；第三控制腔A3需要排出的油液容积由蓄能器10吸收；同样，第一泄漏油口L1、第二泄漏油口L2的泄漏油也流入油箱11中。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种连铸结晶器振动节能伺服液压缸，包括活塞杆(1)和缸体(2)，其特征在于，所述的缸体被设置在其内的且呈“中”字形结构的活塞杆划分出第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔；所述的活塞杆在露出于缸体外的一端上且靠近第一控制腔设置有与缸体密封连接的第一密封件(3)和在位于缸体内的另一端上且靠近第二控制腔设置有与缸体密封连接的第二密封件(4)；所述的第一控制腔与第二控制腔、第一密封件与第二密封件相对于活塞杆的中间凸部异侧布置；所述的活塞杆在第二密封件所在的一端端部伸入至第三控制腔内；所述的缸体上设有与第一控制腔、第二控制腔和第三控制腔分别连通的第一控制油口(A1)、第二控制油口(A2)和第三控制油口(A3)。

2.根据权利要求1所述的连铸结晶器振动节能伺服液压缸，其特征在于，所述的第一控制腔和第二控制腔的横截面面积相等。

3.根据权利要求2所述的连铸结晶器振动节能伺服液压缸，其特征在于，所述的缸体上还设有与第一控制油口相对于第一密封件异侧布置的第一泄漏油口(L1)和与第二控制油口相对于第二密封件异侧布置的第二泄漏油口(L2)。

4.根据权利要求3所述的连铸结晶器振动节能伺服液压缸，其特征在于，所述的伺服液压缸还包括位移传感器组件，所述的位移传感器组件由运动磁环(5)、定位杆(6)组成，所述的活塞杆在第二密封件所在的一端端部上设置所述的运动磁环，所述的缸体上设置与该运动磁环相配合滑动的所述的定位杆，所述的定位杆贯穿运动磁环并插入活塞杆中。

5.一种连铸结晶器振动节能伺服液压系统，包括双向液压泵(8)、伺服电机(9)、蓄能器(10)和油箱(11)，其特征在于，还包括如权利要求1-4任一项所述的伺服液压缸，所述的双向液压泵的两个压力油口与第一控制油口、第二控制油口分别连接，所述的伺服电机为双向液压泵提供动力，所述的蓄能器与第三控制油口连接，所述的油箱与第一泄漏油口、第二泄漏油口分别连接。