CN107538776A - 一种电液混动压力机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电液混动压力机及其控制方法，在压力机机体的上梁板上布置两台竖向液压缸，两液压缸与一一对应的工作台构成左右两侧工作单元；针对左右两侧工作单元设置共用的机械驱动单元和液压驱动单元；机械驱动单元由驱动电机通过电磁离合器和电磁制动器以及齿轮副驱动的丝杆螺母传动机构构成；根据液压机工作过程的负载特征，选择机械驱动单元或液压驱动单元为两工作单元提供能量。本发明通过设置双液压缸并通过机械驱动单元实现刚性连接来保持同步运动的方式，使移动部件的势能得到回收利用，降低能量损耗，综合了液压传动和机械传动优点，有效提高了压力机工作的效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力机及其控制方法，特别是一种电液混动的双执行机构的压力机及其控制方法，用于保持驱动系统的较高效率，减少压力机工作过程中的能量损耗，减少压力机制造过程中的材料消耗和零部件使用，提高压力机执行机构活动部件的运动速度和精度，提高压力机的工作效率。
背景技术
液压机作为成形装备的重要组成部分，其传动平稳、控制简单，有着广泛的应用。但是液压机能量转换环节较多、能量使用效率较低，存在负载特性和驱动不匹配和势能浪费的问题，液压传动工作时噪声振动大、执行机构运动速度较慢且不稳定、运动精度低，影响压力机的工作效率、精度和能耗控制。
对执行机构的活动部件下降过程中的势能进行回收利用对于节能有一定的效果，但在能量回收过程中存在存储和再利用两个过程，因此增加了能量转换环节，转换过程的复杂性降低了能量利用效率，也影响了系统的可控性。
另一方面，产品成形加工往往需要经过多道工序，现有成形加工车间生产中使用多台压力机的情况普遍，因此如何在达到压力机性能要求的同时能够减少材料消耗和零件的使用，提高生产效率，降低使用过程中的能耗成为亟待解决的问题。
而机械压力机采用刚性连接和电机驱动方式，致使系统的柔性差且难以产生较大工作压力，同时在相同压制要求下，机械压力机的电机功率更大，使压力机能耗更高。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种电液混动压力机及其控制方法，综合液压传动和机械传动优点，提高压力机的工作效率和运行精度，降低压力机工作过程中的能量损耗，减少压力机制造过程中的材料消耗和零部件使用。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明电液混动压力机的结构特点是：在同一压力机机体中共同布置两台呈竖向的液压缸，两台液压缸与相应位置上的工作台一一对应构成左右两侧工作单元；针对左右两侧工作单元设置共用的机械驱动单元和液压驱动单元；所述机械驱动单元通过机械传动结构与两台液压缸的移动部件在缸体外组成联动结构，利用所述机械驱动单元对两台液压缸的实现电力驱动以及反向联动。
本发明电液混动压力机的结构特点也在于：
所述两台液压缸分别是第一液压缸和第二液压缸，两台液压缸在压力机机体的上梁板上呈左右对称布置，在所述第一液压缸和第二液压缸的正下方一一对应设置第一工作台和第二工作台，以第一液压缸和第一工作台组成左侧工作单元，以第二液压缸和第二工作台组成右侧工作单元；
所述机械驱动单元的结构形式是：以驱动电机为动力，在所述驱动电机的输出轴上设置电磁离合器，所述电磁离合器与齿轮轴相连，在所述齿轮轴上设置传动齿轮，在所述电磁离合器与传动齿轮之间设置电磁制动器；在所述传动齿轮的左右两侧对称布置啮合齿轮，两只啮合齿轮的齿轮轴一一对应地设置为呈竖向的第一丝杠和第二丝杠，并有第一螺母座和第二螺母座一一对应地与第一丝杠和第二丝杠构成丝杠螺母副，利用转动的传动齿轮带动第一螺母座和第二螺母座呈反向竖向移动；所述第一螺母座和第二螺母座一一对应地与第一液压缸和第二液压缸的移动部件在缸体外组成联动结构；
所述液压驱动单元的结构形式是：以动力电机驱动液压泵，液压泵的出油口通过进油总管连接至三位四通电磁换向阀的P油口，所述三位四通电磁换向阀的A油口和B油口一一对应地通过第一进油支管和第二进油支管连接第一液压缸上腔油口和第二液压缸上腔油口，所述三位四通电磁换向阀的T油口通过回油总管连接到油箱，第一液压缸下腔油口和第二液压缸下腔油口分别通过回油总管连接至油箱，进油总管的支路连接到溢流阀；
所述三位四通电磁换向阀，中位机能为H型，其P油口、A油口、T油口和B油口全连通；左位为P油口与A油口相通、T油口与B油口相通；右位为P油口与B油口相通、T油口与A油口相通。
本发明电液混动压力机的控制方法的特点是按如下过程进行：
步骤1、左侧工作单元快降与右侧工作单元快升同步进行
启动动力电机使液压系统工作，设置三位四通电磁换向阀处于中位，液压系统卸荷，设置驱动电机输出轴逆时针方向转动，电磁制动器解除制动，接通电磁离合器，由驱动电机带动传动齿轮逆时针转动，通过啮合齿轮及丝杠螺母副传动，第一螺母座带动第一液压缸的移动部件快速下降，同时第二螺母座带动第二液压缸的移动部件快速上升，实现左侧工作单元快降与右侧工作单元快升同步进行；
步骤2、左侧工作单元工进与右侧工作单元慢退同步进行
在完成左侧工作单元快降时，控制三位四通电磁换向阀切换在左位，高压液压油经第一进油支管接入第一液压缸上腔油口，控制驱动电机的转速，由机械驱动单元和液压驱动单元共同完成左侧工作单元的工进，并同步实现右侧工作单元的慢退；
步骤3、左侧工作单元保压
在完成左侧工作单元的工进时，断开电磁离合器，控制驱动电机实现顺时针空转，使驱动电机在左侧工作单元保压过程完成时达到稳定转速，由液压驱动单元完成左侧工作单元的保压过程，经过第一液压缸的活塞泄漏的液压油通过第一液压缸下腔油口流回油箱；
步骤4：右侧工作单元快降与左侧工作单元快升同步进行
在完成左侧工作单元保压时，控制三位四通电磁换向阀切换到中位，液压系统卸荷，接通电磁离合器，驱动电机带动传动齿轮顺时针旋转，通过齿轮传动及丝杠螺母副传动，第二螺母座带动第二液压缸的移动部件快速下降，同时第一螺母座带动第一液压缸的移动部件快速上升，实现右侧工作单元快降与左侧工作单元快升同步进行；
步骤5：右侧工作单元工进与左侧工作单元慢退同步进行
在完成右侧工作单元快降时，控制三位四通电磁换向阀切换到右位，高压液压油经第二进油支管接入第二液压缸上腔油口，控制驱动电机的转速，由机械驱动单元和液压驱动单元共同完成右侧工作单元的工进，并同步实现左侧工作单元的慢退；
步骤6：右侧工作单元保压
在完成右侧工作单元的工进时，断开电磁离合器，控制驱动电机实现逆时针空转，使驱动电机在右侧工作单元保压过程完成时达到稳定转速，由液压驱动单元完成液压机右侧工作单元的保压过程，经过第二液压缸的活塞泄露的液压油通过第二液压缸下腔油口流回油箱。
本发明电液混动压力机的控制方法的特点是按如下方式实施制动：
在所述第一液压缸的移动部件下降到达设定位置时，切断所述第一液压缸上腔油口的进油，电磁离合器断开，控制电磁制动器对传动齿轮实施制动，通过啮合齿轮和丝杠螺母副，由第一螺母座将第一液压缸的移动部件制动在设定位置上，同时，第二液压缸的移动部件也制动在相应位置上；
在所述第二液压缸的移动部件下降到达设定位置时，切断所述第二液压缸上腔油口的进油，电磁离合器断开，控制电磁制动器对传动齿轮实施制动，通过啮合齿轮和丝杠螺母副，由第二螺母座将第二液压缸的移动部件制动在设定位置上，同时，第一液压缸的移动部件也制动在相应位置上。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过设置双液压缸并保持同步运动的方式，实现了下降液压缸移动部件可以直接推动上升液压缸移动部件，使移动部件的势能得到回收利用；
2、本发明通过设置双液压缸并保持同步运动的方式，在压力机的两个液压缸的有效面积不相等时，也能够实现相同的移动速度，并且能够实现双液压缸的不同输出压力，扩大了压力机的使用范围；
3、本发明通过在双液压缸之间设置机械传动装置，可以调节压力机的工作节拍和控制执行机构的定位精度，提高压力机的工作效率和运动精度；
4、本发明通过在双液压缸之间设置机械传动装置，减少了液压阀组和液压管路的使用，降低了压力机在液压管路的损耗，提高能量利用效率；
5、本发明通过设置电液混合驱动方式，合理调度两种驱动方式，保证驱动的高效运行，减少工作过程中的能量损耗；
6、本发明通过设置双液压缸，将两个执行机构设置在同一压力机机体内，简化加工中产品的搬运过程，缩短搬运时间，提高了工作效率，且使平均在每一台压力机上的材料消耗、零件使用和占地面积减少。
附图说明
图1为本发明外部构造示意图；
图2为本发明内部构造示意图；
图中标号：1压力机机体，2上梁板，3第一液压缸，3a第一液压缸移动部件，4第二液压缸，4a第二液压缸移动部件，5第一啮合齿轮，6第二啮合齿轮，7第一丝杠，8第二丝杠，9传动齿轮，10齿轮轴，11电磁制动器，12电磁离合器，13驱动电机，14支撑板，15第一工作台，16第二工作台，17丝杠支架，18第一液压缸上腔油口，19第二液压缸上腔油口，20第一液压缸下腔油口，21第二液压缸下腔油口，22油箱，23动力电机，24液压泵，25油箱盖，26a第一进油支管，26b第二进油支管，27三位四通电磁换向，28进油总管，29溢流阀，30回油总管。
具体实施方式
本实施例中电液混动压力机是在同一压力机机体中共同布置两台呈竖向的液压缸，两台液压缸与相应位置上的工作台一一对应构成左右两侧工作单元；针对左右两侧工作单元设置共用的机械驱动单元和液压驱动单元；所述机械驱动单元通过机械传动结构与两台液压缸的移动部件在缸体外组成联动结构，利用所述机械驱动单元对两台液压缸的实现电力驱动以及反向联动。
参见图1和图2，本实施例中电液混动压力机的结构形式是：
在两台液压缸分别是第一液压缸3和第二液压缸4，两台液压缸在压力机机体1的上梁板2上呈左右对称布置，在第一液压缸3和第二液压缸4的正下方一一对应设置第一工作台15和第二工作台16，以第一液压缸3和第一工作台15组成左侧工作单元，以第二液压缸4和第二工作台16组成右侧工作单元；分别设置由左侧工作单元和右侧工作单元共用的机械驱动单元和液压驱动单元。第一液压缸3和第二液压缸4为液压活塞缸或为液压柱塞缸，第一液压缸3和第二液压缸4的上腔活塞有效面积或柱塞有效面积可以相同或不相同。
机械驱动单元的结构形式是：以驱动电机13为动力，在所述驱动电机13的输出轴上设置电磁离合器12，所述电磁离合器12与齿轮轴10相连，在所述齿轮轴10上设置传动齿轮9，在所述电磁离合器12与传动齿轮9之间设置电磁制动器11；在传动齿轮9的左右两侧对称布置第一啮合齿轮5和第二啮合齿轮6，第一啮合齿轮5和第二啮合齿轮6的齿轮轴一一对应地设置为呈竖向的第一丝杠7和第二丝杠8，并有第一螺母座和第二螺母座一一对应地与第一丝杠7和第二丝杠8构成丝杠螺母副，利用转动的传动齿轮9带动第一螺母座和第二螺母座呈反向竖向移动；第一螺母座和第二螺母座一一对应地与第一液压缸3和第二液压缸4的移动部件在缸体外组成联动结构；机械驱动单元利用支撑板14支撑在上梁板2上，在上梁板2的底部设置丝杠支架17，用于支撑第一丝杠7和第二丝杠8；这一结构形式中，第一液压缸3、第二液压缸4、传动齿轮9、第一啮合齿轮5和第二啮合齿轮6的轴线处在同一竖直平面中。
具体实施中，传动齿轮9与第一啮合齿轮5和第二啮合齿轮6也可以设置为依次啮合，即传动齿轮9与第一啮合齿轮5相互啮合，第一啮合齿轮5与第二啮合齿轮6相互啮合，适当设置第一丝杠7和第二丝杠8的旋向，保证在传动齿轮9发生转动时，第一螺母座和第二螺母座呈反向竖向移动即可，在这一结构形式中，传动齿轮9的轴线不在由第一液压缸3和第二液压缸4的轴线所确定的平面中。
液压驱动单元的结构形式是：以固定安装在油箱盖25上的动力电机23驱动液压泵24，液压泵24的出油口通过进油总管28连接至三位四通电磁换向阀27的P油口，三位四通电磁换向阀27的A油口和B油口一一对应地通过第一进油支管26a和第二进油支管26b连接第一液压缸上腔油口18和第二液压缸上腔油口19，三位四通电磁换向阀27的T油口通过回油总管30连接到油箱22，第一液压缸下腔油口20和第二液压缸下腔油口21分别通过回油总管30连接至油箱22，进油总管28的支路连接到溢流阀29；三位四通电磁换向阀27，中位机能为H型，其P油口、A油口、T油口和B油口全连通；左位为P油口与A油口相通、T油口与B油口相通；右位为P油口与B油口相通、T油口与A油口相通；若是第一液压缸3或第二液压缸4为柱塞缸，液压缸没有下腔油口，则回油总管30不需要连接到柱塞缸，三位四通电磁换向阀27和溢流阀29组成的液压阀组可以是能够实现相同功能的液压阀组。
压力机的初始化：将压力机断电，电磁制动器11因失电对齿轮轴10抱死制动，电磁离合器12失电断开驱动电机13的输出轴和齿轮轴10的连接，根据工艺要求，手动调整第一液压缸移动部件3a和第二液压缸移动部件4a的竖直位置，使第一液压缸移动部件3a和第二液压缸移动部件4a均处在各自的初始位置，压力机呈初始状态。
针对初始状态的压力机，按如下过程进行控制：
步骤1、左侧工作单元快降与右侧工作单元快升同步进行
启动动力电机23使液压系统工作，设置三位四通电磁换向阀27处于中位，液压系统卸荷，设置驱动电机13输出轴逆时针方向转动，电磁制动器11解除制动，接通电磁离合器12，由驱动电机13带动传动齿轮9逆时针转动，通过啮合齿轮及丝杠螺母副传动，第一螺母座带动第一液压缸3的移动部件3a快速下降，同时第二螺母座带动第二液压缸4的移动部件4a快速上升，实现左侧工作单元快降与右侧工作单元快升同步进行；
步骤2、左侧工作单元工进与右侧工作单元慢退同步进行：
在完成左侧工作单元快降时，控制三位四通电磁换向阀27切换在左位，高压液压油经第一进油支管26a接入第一液压缸上腔油口18，控制驱动电机13的转速，由机械驱动单元和液压驱动单元共同完成左侧工作单元的工进，并同步实现右侧工作单元的慢退；
步骤3、左侧工作单元保压
在完成左侧工作单元的工进时，断开电磁离合器12，控制驱动电机13实现顺时针空转，使驱动电机13在左侧工作单元保压过程完成时达到稳定转速，由液压驱动单元完成左侧工作单元的保压过程，经过第一液压缸3的活塞泄漏的液压油通过第一液压缸下腔油口20流回油箱22；
步骤4：右侧工作单元快降与左侧工作单元快升同步进行
在完成左侧工作单元保压时，控制三位四通电磁换向阀27切换到中位，液压系统卸荷，接通电磁离合器12，驱动电机13带动传动齿轮9顺时针旋转，通过齿轮传动及丝杠螺母副传动，第二螺母座带动第二液压缸4的移动部件4a快速下降，同时第一螺母座带动第一液压缸3的移动部件3a快速上升，实现右侧工作单元快降与左侧工作单元快升同步进行；
步骤5：右侧工作单元工进与左侧工作单元慢退同步进行
在完成右侧工作单元快降时，控制三位四通电磁换向阀27切换到右位，高压液压油经第二进油支管26b接入第二液压缸上腔油口19，控制驱动电机13的转速，由机械驱动单元和液压驱动单元共同完成右侧工作单元的工进，并同步实现左侧工作单元的慢退；
步骤6：右侧工作单元保压
在完成右侧工作单元的工进时，断开电磁离合器12，控制驱动电机13实现逆时针空转，使驱动电机13在右侧工作单元保压过程完成时达到稳定转速，由液压驱动单元完成液压机右侧工作单元的保压过程，经过第二液压缸4的活塞泄露的液压油通过第二液压缸下腔油口21流回油箱22。
本实施例中电液混动压力机的控制方法是按如下方式实施制动：
在第一液压缸3的移动部件3a下降到达设定位置时，切断第一液压缸上腔油口18的进油，电磁离合器12断开，控制电磁制动器11对传动齿轮9实施制动，通过啮合齿轮和丝杠螺母副，由第一螺母座将第一液压缸3的移动部件3a制动在设定位置上，同时，第二液压缸4的移动部件4a也制动在相应位置上；
在第二液压缸4的移动部件4a下降到达设定位置时，切断第二液压缸上腔油口19的进油，电磁离合器12断开，控制电磁制动器11对传动齿轮9实施制动，通过啮合齿轮和丝杠螺母副，由第二螺母座将第二液压缸4的移动部件4a制动在设定位置上，同时，第一液压缸3的移动部件3a也制动在相应位置上。
Claims (4)
1.一种电液混动压力机，其特征是：在同一压力机机体中共同布置两台呈竖向的液压缸，两台液压缸与相应位置上的工作台一一对应构成左右两侧工作单元；针对左右两侧工作单元设置共用的机械驱动单元和液压驱动单元；所述机械驱动单元通过机械传动结构与两台液压缸的移动部件在缸体外组成联动结构，利用所述机械驱动单元对两台液压缸的实现电力驱动以及反向联动。
2.根据权利要求1所述的电液混动压力机，其特征是：
所述两台液压缸分别是第一液压缸(3)和第二液压缸(4)，两台液压缸在压力机机体(1)的上梁板(2)上呈左右对称布置，在所述第一液压缸(3)和第二液压缸(4)的正下方一一对应设置第一工作台(15)和第二工作台(16)，以第一液压缸(3)和第一工作台(15)组成左侧工作单元，以第二液压缸(4)和第二工作台(16)组成右侧工作单元；
所述机械驱动单元的结构形式是：以驱动电机(13)为动力，在所述驱动电机(13)的输出轴上设置电磁离合器(12)，所述电磁离合器(12)与齿轮轴(10)相连，在所述齿轮轴(10)上设置传动齿轮(9)，在所述电磁离合器(12)与传动齿轮(9)之间设置电磁制动器(11)；在所述传动齿轮(9)的左右两侧对称布置啮合齿轮，两只啮合齿轮的齿轮轴一一对应地设置为呈竖向的第一丝杠(7)和第二丝杠(8)，并有第一螺母座和第二螺母座一一对应地与第一丝杠(7)和第二丝杠(8)构成丝杠螺母副，利用转动的传动齿轮(9)带动第一螺母座和第二螺母座呈反向竖向移动；所述第一螺母座和第二螺母座一一对应地与第一液压缸(3)和第二液压缸(4)的移动部件在缸体外组成联动结构；
所述液压驱动单元的结构形式是：以动力电机(23)驱动液压泵(24)，液压泵(24)的出油口通过进油总管(28)连接至三位四通电磁换向阀(27)的P油口，所述三位四通电磁换向阀(27)的A油口和B油口一一对应地通过第一进油支管(26a)和第二进油支管(26b)连接第一液压缸上腔油口(18)和第二液压缸上腔油口(19)，所述三位四通电磁换向阀(27)的T油口通过回油总管(30)连接到油箱(22)，第一液压缸下腔油口(20)和第二液压缸下腔油口(21)分别通过回油总管(30)连接至油箱(22)，进油总管(28)的支路连接到溢流阀(29)；
所述三位四通电磁换向阀(27)，中位机能为H型，其P油口、A油口、T油口和B油口全连通；左位为P油口与A油口相通、T油口与B油口相通；右位为P油口与B油口相通、T油口与A油口相通。
3.一种权利要求2所述的电液混动压力机的控制方法，其特征是按如下过程进行：
步骤1、左侧工作单元快降与右侧工作单元快升同步进行
启动动力电机(23)使液压系统工作，设置三位四通电磁换向阀(27)处于中位，液压系统卸荷，设置驱动电机(13)输出轴逆时针方向转动，电磁制动器(11)解除制动，接通电磁离合器(12)，由驱动电机(13)带动传动齿轮(9)逆时针转动，通过啮合齿轮及丝杠螺母副传动，第一螺母座带动第一液压缸(3)的移动部件(3a)快速下降，同时第二螺母座带动第二液压缸(4)的移动部件(4a)快速上升，实现左侧工作单元快降与右侧工作单元快升同步进行；
步骤2、左侧工作单元工进与右侧工作单元慢退同步进行
在完成左侧工作单元快降时，控制三位四通电磁换向阀(27)切换在左位，高压液压油经第一进油支管(26a)接入第一液压缸上腔油口(18)，控制驱动电机(13)的转速，由机械驱动单元和液压驱动单元共同完成左侧工作单元的工进，并同步实现右侧工作单元的慢退；
步骤3、左侧工作单元保压
在完成左侧工作单元的工进时，断开电磁离合器(12)，控制驱动电机(13)实现顺时针空转，使驱动电机(13)在左侧工作单元保压过程完成时达到稳定转速，由液压驱动单元完成左侧工作单元的保压过程，经过第一液压缸(3)的活塞泄漏的液压油通过第一液压缸下腔油口(20)流回油箱(22)；
步骤4：右侧工作单元快降与左侧工作单元快升同步进行
在完成左侧工作单元保压时，控制三位四通电磁换向阀(27)切换到中位，液压系统卸荷，接通电磁离合器(12)，驱动电机(13)带动传动齿轮(9)顺时针旋转，通过齿轮传动及丝杠螺母副传动，第二螺母座带动第二液压缸(4)的移动部件(4a)快速下降，同时第一螺母座带动第一液压缸(3)的移动部件(3a)快速上升，实现右侧工作单元快降与左侧工作单元快升同步进行；
步骤5：右侧工作单元工进与左侧工作单元慢退同步进行
在完成右侧工作单元快降时，控制三位四通电磁换向阀(27)切换到右位，高压液压油经第二进油支管(26b)接入第二液压缸上腔油口(19)，控制驱动电机(13)的转速，由机械驱动单元和液压驱动单元共同完成右侧工作单元的工进，并同步实现左侧工作单元的慢退；
步骤6：右侧工作单元保压
在完成右侧工作单元的工进时，断开电磁离合器(12)，控制驱动电机(13)实现逆时针空转，使驱动电机(13)在右侧工作单元保压过程完成时达到稳定转速，由液压驱动单元完成液压机右侧工作单元的保压过程，经过第二液压缸(4)的活塞泄露的液压油通过第二液压缸下腔油口(21)流回油箱(22)。
4.根据权利要求3所述的电液混动压力机的控制方法，其特征是按如下方式实施制动：
在所述第一液压缸(3)的移动部件(3a)下降到达设定位置时，切断所述第一液压缸上腔油口(18)的进油，电磁离合器(12)断开，控制电磁制动器(11)对传动齿轮(9)实施制动，通过啮合齿轮和丝杠螺母副，由第一螺母座将第一液压缸(3)的移动部件(3a)制动在设定位置上，同时，第二液压缸(4)的移动部件(4a)也制动在相应位置上；
在所述第二液压缸(4)的移动部件(4a)下降到达设定位置时，切断所述第二液压缸上腔油口(19)的进油，电磁离合器(12)断开，控制电磁制动器(11)对传动齿轮(9)实施制动，通过啮合齿轮和丝杠螺母副，由第二螺母座将第二液压缸(4)的移动部件(4a)制动在设定位置上，同时，第一液压缸(3)的移动部件(3a)也制动在相应位置上。
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