CN107448441A - 一种用于中试设备的液压油源系统 - Google Patents

Abstract

一种适于中试设备的液压油源系统，涉及液压控制技术领域，特别是适用于辅助液压执行机构都属于间歇性用油工况的中试设备。本发明所述的液压油源系统利用该工况及电磁卸荷阀的工作特性，通过在液压辅助系统的回油管路中串联液压油冷却装置和液压油过滤装置实现了为液压执行机构提供高压油源的同时具有循环冷却及过滤液压油的功能。相比于常规中试设备的液压系统设计，本发明减少了一整套液压循环泵送装置，简化液压站的空间布局和降低设备成本的同时又避免了由于液压循环泵送装置运转产生的噪音污染。

Description

一种用于中试设备的液压油源系统

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，特别是适用于辅助液压执行机构都属于间歇性用油工况的中试设备。

背景技术

目前在工业机械设备的液压系统设计过程中，通常根据液压油源的用途、工作压力以及油液清洁度等级的不同，将其划分成液压伺服油源和液压辅助油源。以轧机为例，液压伺服油源通常为AGC油缸、弯辊油缸等提供油源，其油源压力较高(21MPa～28MPa)，油液的清洁度多为NAS6级以上。液压辅助油源通常用来为换辊油缸、轧辊平衡油缸等辅助液压执行机构提供油源，其油源压力较低，一般为10MPa左右，油液清洁度为NAS9级即可。生产轧机的液压执行机构很多，液压伺服油源和液压辅助油源一般都设计成独立的泵站，并且系统比较庞大，每台泵站都需要设置独立的循环冷却系统。

中试设备是用于工艺和产品研发的实验装备，将庞大、复杂的生产工艺装备浓缩到系列化的实验设备上。中试设备上的液压执行机构较少，在液压油源设计上，往往将液压伺服油源和液压辅助油源共用一个油箱。考虑到液压伺服系统的能耗以及伺服系统对油液清洁度的要求，还需要独立的设计一套液压循环冷却系统，以保证液压油的清洁度，并控制液压油的温升。这样，一套液压站包含三套独立的液压系统(液压辅助油源，液压伺服系统和液压循环冷却系统)。考虑到中试设备大多应用在企业研究院、高校及科研院所，它们所能提供的设备安装空间都比较有限，而且对噪声有严格的控制要求。按照传统的设计方式，集三套液压系统于一身的液压站，要么整体占地面积偏大，要么液压元件、管路布置过于紧凑而影响检修。在噪声控制方面，只能通过选择高性能的液压元件来解决，增加了设备成本。

可以看出,当前中试设备的液压油源设计，普遍存在空间布局局限性、噪音控制高成本的问题。因此，亟需一种简化的新型液压油源，既能满足工艺需求，又能解决上述问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种新的液压油源设计方案，能够有效简化液压站空间布局和降低液压系统噪音。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于中试设备的液压油源系统，包括持续供给液压油的液压伺服油源和按需求间歇性输出液压油的液压辅助油源，所述液压伺服油源和液压辅助油源的油源连通，所述液压辅助油源包括用于将液压油供给至所述中试设备的供油管路，以及用于将液压油回收至油源的回油管路，其特征在于，所述回油管路中串联有液压油冷却装置和液压油过滤装置，所述供油管路和所述回油管路之间能够可操作地直接连通，其连通位置位于所述液压油冷却装置和液压油过滤装置的上游。

所述液压伺服油源和液压辅助油源的油源连通包括所述液压伺服油源和液压辅助油源共用油箱。

所述供油管路和所述回油管路之间能够可操作地直接连通包括，所述供油管路和所述回油管路之间借助于卸荷油路连接，所述卸荷油路包括可切换的卸荷状态和非卸荷状态，在卸荷状态下，所述供油管路中的液压油全部经卸荷油路进入回油管路，经过液压油冷却装置和液压油过滤装置后回到油箱；在非卸荷状态下，所述供油管路中的液压油直接供给至所述中试设备，之后进入回油管路，经过液压油冷却装置和液压油过滤装置后回到油箱。

所述供油管路中设置有卸荷阀，所述卸荷阀包括入口、出口和回油口，所述入口和出口连接供油管路，所述回油口连接所述卸荷油路，在卸荷状态下，所述卸荷阀的入口和回油口之间连通；在非卸荷状态下，所述卸荷阀的入口和回油口之间断开。

在所述卸荷阀的出口压力高于第二压力阈值时所述卸荷油路进入卸荷状态；在所述卸荷阀的出口压力低于第一压力阈值时所述卸荷油路进入非卸荷状态，所述第一压力阈值为液压辅助油源的液压油额定输出压力的0.83倍，所述第二压力阈值为液压辅助油源的液压油额定输出压力。

所述卸荷阀包括设置在出口处的单向阀，所述卸荷阀的出口与所述中试设备之间设置有蓄能装置。

所述液压油冷却装置包括冷却器、水过滤器和水阀，所述的水阀通过温度变速器的温度反馈控制冷却水的供给和断开。

在油箱中的液压油温度高于第一温度阈值时，水阀开启，液压油冷却装置进入工作状态；在油箱中的液压油温度低于第二温度阈值时，水阀关闭，液压油冷却装置进入非工作状态，所述第一温度阈值为45℃，所述第二温度阈值为37℃。

在所述回油管路中，所述卸荷油路与所述回油管路的连接位置的上游设置有单向阀。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：相比于常规中试设备的液压系统设计，本发明减少了一整套液压循环装置又不必采用高性能的液压元件，不仅简化了液压站的空间布局，同时降低了设备成本，达到了完全避免由于液压循环泵组运转产生噪音污染的目的。

附图说明

图1为本发明的一种用于中试设备的液压油源系统；

【附图标记说明】

1：油箱；2：温度变送器；3：水过滤器；4：电磁水阀；5：高精度过滤器；6：电动机；7：联轴器；8：定量液压泵；9：液位温度计；10：电磁卸荷阀；11：压力表；12：高压球阀；13：皮囊式蓄能器；14：冷却器；15：第一单向阀；16：第二单向阀。

S1：液压伺服油源；S2：液压辅助油源；Sp：定量液压泵的吸油口；Pp：定量液压泵的出油口；A5：高精度过滤器的入口；B5：高精度过滤器的出口；P10：电磁卸荷阀的入口；A10：电磁卸荷阀的出口；T10：电磁卸荷阀的回油口；A12：高压球阀的入口；B12：高压球阀的出口；A14：冷却器的液压油入口；B14：冷却器的液压油出口；C14：冷却器的冷却水入口；D14：冷却器的冷却水出口；A15：单向阀的入口；B15：单向阀的出口；P0：皮囊式蓄能器的充氮压力；A1：电动机的电气代号；DT1：电磁卸荷阀的电磁铁电气代号；DT2：电磁水阀的电磁铁电气代号；SF1：高精度过滤器的压差发讯器电气代号；ST1：温度变送器的电气代号；P1：液压伺服油源的液压油出口；Ps1：液压伺服油源的液压油额定输出压力；Q1：液压伺服油源的液压油额定输出流量；P2：液压伺服油源的背压油出口；Ps2：液压伺服油源的背压油额定输出压力；Q2：液压伺服油源的背压油额定输出流量，P3：液压辅助油源的液压油出口；Ps3：液压辅助油源的液压油额定输出压力；Q3：液压辅助油源的液压油额定输出流量；T1：液压伺服油源的回油口；T2：液压辅助油源的回油口；Q4：电磁卸荷阀的溢流量；Qw：冷却水流量；Pw：高压冷却水入口；Tw：冷却水回水口；T max：冷却水最高温度要求。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，一种用于中试设备的液压油源系统，主要由液压伺服油源S1、液压辅助油源S2和一些液压附件组成。液压伺服油源S1和液压辅助油源S2的连通方式包括共用一个油箱、各自油箱通过管路连通等。在本实施例中液压伺服油源S1和液压辅助油源S2采用共用油箱1的方式连通。所述的液压伺服油源S1为实验室中试设备提供恒定的高压油源、背压油源，包括液压伺服油源的液压油出口P1、液压伺服油源的背压油出口P2和液压伺服油源的回油口；所述的液压辅助油源S2为中试设备的液压辅助执行机构提供油源，同时实现对液压油的循环过滤及冷却。

所述液压辅助油源S2包括用于将液压油供给至所述中试设备的供油管路，以及用于将液压油回收至油箱的回油管路。

所述液压辅助油源S2的供油管路和回油管路之间可以不通过中试设备直接连通，在本实施例中供油管路和回油管路借助于卸荷油路相连通。液压油经定量液压泵8由电磁卸荷阀的入口P10流入，然后经电磁卸荷阀的回油口T10流出，构成卸荷油路。

所述液压辅助油源S2的供油管路上设置有：电动机6、联轴器7、定量液压泵8、电磁卸荷阀10、压力表11、高压球阀12和皮囊式蓄能器13。其中，电磁卸荷阀10出口A10内部设有第二单向阀16。如图1所示，其连接顺序为：电动机6通过联轴器7与定量液压泵8相连接；定量液压泵8的吸油口Sp与油箱1相连通，定量液压泵8的出油口Pp与电磁卸荷阀10的入口P10相连通；第二单向阀16出口与电磁卸荷阀10的出口A10相连通，电磁卸荷阀10的出口A10与压力表11、皮囊式蓄能器13、及高压球阀12的入口A12相连通，高压球阀12的出口B12与液压辅助油源的液压油出口P3相连通。

所述液压辅助油源S2的回油管路上设置有：第一单向阀15、水过滤器3、电磁水阀4、冷却器14以及高精度过滤器5。如图1所示，其连接顺序为：单向阀15的入口A15与液压辅助油源的回油口T2相连通，单向阀15的出口B15与及冷却器14的液压油入口A14相连通；冷却器14的液压油出口B14与高精度过滤器5的入口A5相连通；高精度过滤器5的出口B5与油箱1相连通；高压冷却水入口Pw通过水过滤器3及电磁水阀4与冷却器14的冷却水入口C14相连通；冷却器14的冷却水出口D14与冷却水回水口Tw相连通。其中，单向阀15用以保证辅助油源的回油和电磁卸荷阀10处于卸荷状态下经卸荷油路流入的液压油全部流经冷却器14和高精度过滤器5，并让液压油最终返回油箱1；水过滤器3用于过滤水中杂质，以防止高压冷却水中的杂质堵塞冷却器14或加速冷却器14的磨损。

所述液压辅助油源S2的卸荷油路上设置有：电磁卸荷阀10。电磁卸载阀的回油口T10通过卸荷油路与所述液压辅助油源的回油管路相连通，连通位置位于单向阀15的出口B15和冷却器14的入口A14之间。当电磁卸荷阀10处于卸荷状态下，定量液压泵8输出的液压油全部流经冷却器14以及高精度过滤器5，从而实现了循环冷却及过滤液压油的目的。

所述液压油源的液压附件包括油箱1、温度变送器2和液位温度计9。油箱1用于储存液压油；液位温度计9用于测量油箱1中液压油的液位和温度的高低并予以显示；温度变送器2用于测量油箱1中液压油的温度并将液压油温度信号转换为电信号输送至PLC，用以控制电磁水阀4的开关。

本实施例中，液压系统对油源输出压力及输出流量要求：Ps1＝21MPa，Q1＝41L/min；Ps2＝3MPa，Q2＝57L/min；Ps3＝10MPa，Q3＝36L/min。液压系统对冷却水的要求：Pw＝0.3MPa；Qw＝80L/min；Tmax＝32℃。

采用的油箱1容积为700L，温度变送器2型号为SBWZ-0.5K21-8-1L/I＝650/500(0-100℃)，电磁水阀4型号为DTF-25(DC24V)，高精度过滤器5型号为RFA-160X5F-Y，电动机6型号为Y2-132M-4B5(功率7.5kW，同步转速1440rpm)，联轴器7型号为ROTEX 28，定量液压泵8型号为YB-E25(25ml/r)，液位温度计9型号为YWZ-200T，电磁卸荷阀10型号为DAW10A2-30/80G24NZ5L，压力表11量程为16MPa，高压球阀12型号为KHP-10-1214-04X，皮囊式蓄能器13容积为10L，冷却器14型号为GC-16×32，第一单向阀15型号为H41H-16C(DN25)。

采用所述的适用于中试设备的液压油源系统的操作方法，包括如下步骤：

步骤一：在液压系统首次运行前，为皮囊式蓄能器13充氮气，皮囊式蓄能器13的充氮压力P0＝0.75Ps3(液压辅助油源的液压油额定输出压力Ps3的0.75倍)＝7.5MPa，然后关闭高压球阀12；

步骤二：启动电动机6，同时电磁卸荷阀10的电磁铁DT1得电15s后断电，实现定量液压泵8的无负荷启动；

步骤三：在液压系统首次运行时，手工调节电磁卸荷阀10的设定压力至Ps3＝10MPa，然后缓慢打开高压球阀12；

步骤四：在液压油源的工作过程中，当电磁卸荷阀的出口A10的压力值高于Ps3＝10MPa时，电磁卸荷阀的入口P10与电磁卸荷阀的回油口T10的通道自动打开，供油管路中的液压油通过卸荷油路进入回油管路，经冷却器14和高精度过滤器5后回到油箱1；当电磁卸荷阀的出口A10的压力值低于0.83Ps3(液压辅助油源的液压油额定输出压力Ps3的0.83倍)＝8.3MPa时，电磁卸荷阀的入口P10与电磁卸荷阀的回油口T10的通道自动关闭，供油管路中的液压油通过高压球阀12直接供给至中试设备的辅助液压执行机构，之后进入回油管路，经过经冷却器14和高精度过滤器5后回到油箱1。

步骤五：在液压油源的工作过程中，PLC通过温度变送器2实时获取油箱1中液压油温度。当油箱1中液压油的温度高于45℃时，PLC控制电磁水阀4的电磁铁DT2得电，电磁水阀4打开，高压冷却水进入冷却器14，冷却器14投入工作，对液压油进行冷却；当油箱1中液压油的温度低于37℃时，PLC控制电磁水阀4的电磁铁DT2失电，电磁水阀4关闭，停止对液压油的冷却。

中试设备中的辅助液压执行机构数量较少，而且都不参与实时调节的液压伺服控制，在工作时都是根据需求动作到指定位置后进行位置锁定或者通过压力调节阀实现固定的负载力输出，所以这些辅助液压执行机构都属于间歇性用油的工况，绝大多数时间只需要很小的流量补偿液压元件的内泄。

本发明应用于中试设备当中，假设电磁卸荷阀10的设定压力为Ps3，基于电磁卸荷阀10的工作特性，其压力调节范围在(0.83～1.0)Ps3之间。由于皮囊式蓄能器13的蓄能作用以及辅助液压执行机构间歇性用油的特点，电磁卸荷阀10绝大部分时间都处于卸荷状态，定量液压泵8的出口压力为0，只有当电磁卸荷阀的出口A10压力低于电磁卸荷阀10设定压力的83％时，电磁卸荷阀10切断电磁卸荷阀的入口P10与电磁卸荷阀的回油口T10的通道，液压系统开始升压，升压至其设定压力后，电磁卸载阀入口P10与电磁卸荷阀回油口T10的通道自动打开，定量液压泵8出口又处于卸荷状态。在卸荷状态下，定量液压泵8的输出流量全部流经冷却器14以及高精度过滤器5。

综上可知，本发明所述的液压油源系统不仅能够为中试设备的液压执行机构提供高压油源，而且同时实现了循环过滤及冷却液压油的功能。实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种用于中试设备的液压油源系统，包括持续供给液压油的液压伺服油源和按需求间歇性输出液压油的液压辅助油源，所述液压伺服油源和液压辅助油源的油源连通，所述液压辅助油源包括用于将液压油供给至所述中试设备的供油管路，以及用于将液压油回收至油源的回油管路，其特征在于，所述回油管路中串联有液压油冷却装置和液压油过滤装置，所述供油管路和所述回油管路之间能够可操作地直接连通，其连通位置位于所述液压油冷却装置和液压油过滤装置的上游。

2.根据权利要求1所述的液压油源系统，其特征在于，所述液压伺服油源和液压辅助油源的油源连通包括所述液压伺服油源和液压辅助油源共用油箱。

3.根据权利要求1所述液压油源系统，其特征在于，所述供油管路和所述回油管路之间能够可操作地直接连通包括，所述供油管路和所述回油管路之间借助于卸荷油路连接，所述卸荷油路包括可切换的卸荷状态和非卸荷状态，

在卸荷状态下，所述供油管路中的液压油全部经卸荷油路进入回油管路，经过液压油冷却装置和液压油过滤装置后回到油箱；

在非卸荷状态下，所述供油管路中的液压油直接供给至所述中试设备，之后进入回油管路，经过液压油冷却装置和液压油过滤装置后回到油箱。

4.根据权利要求3所述的液压油源系统，其特征在于，所述供油管路中设置有卸荷阀，所述卸荷阀包括入口、出口和回油口，所述入口和出口连接供油管路，所述回油口连接所述卸荷油路，

在卸荷状态下，所述卸荷阀的入口和回油口之间连通；在非卸荷状态下，所述卸荷阀的入口和回油口之间断开。

5.根据权利要求4所述的液压油源系统，其特征在于，在所述卸荷阀的出口压力高于第二压力阈值时所述卸荷油路自动进入卸荷状态；在所述卸荷阀的出口压力低于第一压力阈值时所述卸荷油路自动进入非卸荷状态，

所述第一压力阈值为0.83Ps3，所述第二压力阈值为Ps3。

6.根据权利要求5所述的液压油源系统，其特征在于，所述卸荷阀包括设置在出口处的单向阀，所述卸荷阀的出口与所述中试设备之间设置有储能装置。

7.根据权利要求1所述的液压油源系统，其特征在于，所述液压油冷却装置包括冷却器、水过滤器和水阀，所述的水阀通过温度变送器的温度反馈控制冷却水的供给和断开。

8.根据权利要求7所述的液压油源系统，其特征在于，在油箱中的液压油温度高于第一温度阈值时，水阀开启，液压油冷却装置进入工作状态；在油箱中的液压油温度低于第二温度阈值时，水阀关闭，液压油冷却装置进入非工作状态，

所述第一温度阈值为45℃，所述第二温度阈值为37℃。

9.根据权利要求3所述的液压油源系统，其特征于，在所述回油管路中，所述卸荷油路与所述回油管路的连接位置的上游设置有单向阀。