CN107538788B - 一种机液混合的双工位压力机执行系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机液混合双工位压力机执行系统及其控制方法，是在同一竖直平面中，呈左右对称固定于压力机本体有第一液压缸和第二液压缸，在第一液压缸和第二液压缸之间的位置上，设置由电动机通过电磁离合器和电磁制动器驱动的齿轮齿条传动机构；齿轮齿条传动机构具有中心齿轮和分处在中心齿轮左右两侧的第一齿条和第二齿条，利用中心齿轮带动第一齿条和第二齿条同步竖向且反向移动；第一齿条通过第一连杆与第一液压缸缸体外的移动部件构成联动结构，第二齿条通过第二连杆与第二液压缸缸体外的移动部件构成联动结构。本发明通过机液混合的方式，有效减少压力机运行过程的能量损耗，提高压力机工作效率，提升压力机执行部件定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力机执行系统及其控制方法，特别是一种机液混合的双工位压力机执行系统及其控制方法，用于保持驱动系统较高的效率，减少压力机运行过程的能量损耗，提高压力机的工作效率和能量利用率，提升压力机运行过程的定位精度。
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，液压机转换环节多，能量损失大，存在着运行过程中负载特性与驱动不匹配的问题和势能浪费的问题，能量损失大、效率低，存在较大的能量浪费。
对执行单元下降过程中的能量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的效率，也影响了系统的可控性。
另一方面，由于液压油的压缩性及大质量运动部件的惯性，当液压系统切断流量时，运动部件无法立即在指定位置停止，定位精度较低。对制造过程的精确节能控制以及成形精度，都带来了很大的影响。
而机械压力机由于采用刚性的连接方式，导致系统的柔性差且无法产生较大的压力，同样也存在能耗高的问题。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种机液混合的双工位压力机执行系统及其控制方法，以减少液压转换环节的能量损耗，提高压力机的定位精度；实现双工位的同时进行，提升压力机的工作效率。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明机液混合双工位压力机执行系统的特点是：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；
所述两台液压缸分别是第一液压缸和第二液压缸，呈左右对称固定于所述压力机本体中，处在同一竖直平面中，在所述第一液压缸和第二液压缸之间的位置上，设置由电动机通过电磁离合器和电磁制动器驱动的齿轮齿条传动机构；所述齿轮齿条传动机构具有中心齿轮和分处在中心齿轮左右两侧的第一齿条和第二齿条，利用中心齿轮的转动带动第一齿条和第二齿条同步竖向且反相移动；所述第一齿条通过第一连杆与第一液压缸缸体外的移动部件构成联动结构，所述第二齿条通过第二连杆与第二液压缸缸体外的移动部件构成联动结构，以此形成所述机械驱动单元。
本发明机液混合双工位压力机执行系统的特点也在于：在所述齿轮齿条传动机构中，齿轮轴由轴承支承，所述轴承通过轴承支撑架固定于压力机本体；所述电动机和电磁制动器分处于齿轮轴的两端；利用电动机的转动带动齿轮轴的转动，利用电磁制动器对齿轮轴进行制动；所述电磁离合器设置在电动机与齿轮之间的齿轮轴上。
本发明机液混合双工位压力机执行系统的控制方法的特点是：按如下方式实施快降：
针对第一液压缸：保持电磁制动器为断开，电磁离合器为接通，控制电动机为逆时针转动，第一齿条竖直下移，带动第一液压缸的移动部件下移，控制液压系统中低压油由第一液压缸的上腔油口进入第一液压缸的上腔，实现第一液压缸的快降；同时，第二齿条竖直上移，带动第二液压缸的移动部件上移，第二液压缸上腔中的液压油由第二液压缸的上腔油口进入液压系统，实现第二液压缸的快回；
针对第二液压缸：保持电磁制动器为断开，电磁离合器为接通，控制电动机为顺时针转动，第二齿条竖直下移，带动第二液压缸的移动部件下移，控制液压系统中低压油由第二液压缸的上腔油口进入第二液压缸的上腔，实现第二液压缸的快降；同时，第一齿条竖直上移，带动第一液压缸的移动部件上移，第一液压缸上腔中的液压油由第一液压缸的上腔油口进入液压系统，实现第一液压缸的快回。
本发明机液混合双工位压力机执行系统的控制方法的特点是按如下方式实施压制：
针对第一液压缸：在第一液压缸完成快降时，控制电磁制动器和电磁离合器均断开，并控制液压系统中高压油由第一液压缸的上腔油口进入第一液压缸的上腔，第一液压缸的移动部件下移，通过活塞泄漏的第一液压缸上腔的高压油经第一液压缸的下腔油口回流至液压系统，实现第一液压缸的压制；同时，第一齿条被带动下移，并通过齿轮带动第二齿条上移，使第二液压缸中的移动部件在第二齿条的带动下上移，第二液压缸上腔中的液压油由上腔油口进入液压系统，实现第二液压缸的慢回；
针对第二液压缸：在第二液压缸完成快降时，控制电磁制动器和电磁离合器均断开，并控制液压系统中高压油由第二液压缸的上腔油口进入第二液压缸的上腔，第二液压缸的移动部件下移，通过活塞泄漏的第二液压缸上腔的高压油经第二液压缸的下腔油口回流至液压系统，实现第二液压缸的压制；同时，第二齿条被带动下移，并通过齿轮带动第一齿条上移，使第一液压缸中的移动部件在第一齿条的带动下上移，第一液压缸上腔中的液压油由上腔油口进入液压系统，实现第一液压缸的慢回。
本发明机液混合双工位压力机执行系统的控制方法的特点按如下方式实施制动：
针对第一液压缸，在所述第一液压缸的移动部件下降到达设定位置时，关断所述第一液压缸的上腔油口中的进油，控制电磁制动器为制动状态，使中心齿轮受到电磁制动器的制动，利用第一齿条将第一液压缸的移动部件制动在设定位置上，同时，第二齿条将第二液压缸的移动部件制动在相应的位置上；
针对第二液压缸，在所述第二液压缸的移动部件下降到达设定位置时，关断所述第二液压缸的上腔油口中进油，控制电磁制动器为制动状态，使中心齿轮受到电磁制动器的制动，利用第二齿条将第二液压缸的移动部件制动在设定位置上，同时，第一齿条将第一液压缸的移动部件制动在对应的位置上。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过设置双工位液压缸并保持同步运动的方式，使得两个工作过程同时进行，减少了每个工作过程的时间，提高了压力机的工作效率；
2、本发明通过设置双工位液压缸并保持同步运动的方式，使得下降液压缸移动部件可以直接推动上升液压缸移动部件，避免了移动部件的势能损失；
3、本发明通过在两同步液压缸之间设置齿轮齿条等机械同步装置，减少了液压管路的使用，使压力机在液压管路的损耗降低；
4、本发明通过在两同步液压缸之间设置齿轮齿条等机械同步装置，使得双工位液压缸活塞面积不同时，依然可以具有相同的移动速度，实现不同压力的双工位工作过程，提高了双工位压力机执行部件的使用范围；
5、本发明通过设置机液混合驱动的方式，根据工作需求选择对应的驱动，保证了驱动的高效率运行，减少运行过程的能量消耗；
6、本发明通过在两同步液压缸之间设置电磁制动器机械制动装置，保证了液压缸移动部件的精确停止，提升了压力机的定位精度。
附图说明
图1为本发明执行系统示意图；
图2为本发明机械同步和机械制动机构结构示意图；
图中标号：1第一液压缸，1a第一液压缸移动部件，1b第一液压缸活塞，2第二液压缸，2a第二液压缸移动部件，2b第二液压缸活塞，3第一液压缸上腔油口，4第二液压缸上腔油口，5第一液压缸下腔油口，6第二液压缸下腔油口，7第一齿条，8第二齿条，9中心齿轮，10齿轮轴，11轴承，12电磁制动器，12a电磁制动器第一端面，12b电磁制动器第二端面，13轴承支撑架，14电磁离合器，14a电磁离合器第一端面，14b电磁离合器第二端面，15电动机支架，16电动机。
具体实施方式
本实施例中机液混合双工位压力机执行系统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，本实施例中两台液压缸分别是第一液压缸1和第二液压缸2，呈左右对称固定于压力机本体中，处在同一竖直平面中，在第一液压缸1和第二液压缸2之间的位置上，设置由电动机16通过电磁离合器14和电磁制动器12驱动的齿轮齿条传动机构；齿轮齿条传动机构具有中心齿轮9和分处在中心齿轮左右两侧并且与中心齿轮9相啮合的第一齿条7和第二齿条8，利用中心齿轮9的转动带动第一齿条7和第二齿条8同步竖向且反相移动；第一齿条7通过第一连杆与第一液压缸1缸体外的第一液压缸移动部件1a构成联动结构，第二齿条8通过第二连杆与第二液压缸2缸体外的第二液压缸移动部件2a构成联动结构,以此形成所述机械驱动单元。
如图1和图2所示，在齿轮齿条传动机构中，齿轮轴10穿过轴承11的内圈并与其固定，轴承11的外圈利用轴承支撑架13固定于压力机本体，使齿轮轴10得到轴承11的支承，轴承11通过轴承支撑架13；电动机16和电磁制动器12分处于齿轮轴10的两端；利用电动机16的转动带动齿轮轴10的转动，利用电磁制动器12对齿轮轴10进行制动；电磁离合器14设置在电动机16与齿轮9之间的齿轮轴10上；图2中所示的齿轮轴10的一端与电磁离合器第一端面14a同轴固定，电磁离合器第二端面14b与电动机16的输出轴同轴固定，电动机16利用电动机支架15固定于压力机本体；齿轮轴10的另一端与电磁制动器第一端面12a同轴固定，电磁制动器第二端面12b固定于压力机本体。
具体实施中，第一液压缸和第二液压缸为液压活塞缸、液压柱塞缸或液压活塞缸与液压柱塞缸的组合，当采用液压活塞缸与液压柱塞缸的组合时，移动部件固定为一个整体结构。
本实施例中机液混合双工位压力机执行系统的控制方法包括快降控制、压制控制和制动控制。
按如下方式实施快降：
针对第一液压缸1：断开并保持电磁制动器12为开断状态，即电磁制动器第一端面12a与电磁制动器第二端面12b分离；控制电磁离合器14保持为接通状态，即电磁离合器第一端面14a与电磁离合器第二端面14b结合；控制电动机16为逆时针转动，第一齿条7竖直下移，带动第一液压缸移动部件1a下移，第一液压缸活塞1b下移，控制液压系统中低压油由第一液压缸上腔油口3进入第一液压缸1的上腔，实现第一液压缸1的快降；同时，第二齿条8竖直上移，带动第二液压缸移动部件2a上移，第二液压缸活塞2b上移，第二液压缸2上腔中的液压油由第二液压缸上腔油口4进入液压系统，实现第二液压缸2的快回。
针对第二液压缸2：保持电磁制动器12为断开状态，电磁离合器14为接通状态，控制电动机16为顺时针转动，第二齿条8竖直下移，带动第二液压缸移动部件2a下移，控制液压系统中低压油由第二液压缸上腔油口4进入第二液压缸2的上腔，实现第二液压缸2的快降；同时，第一齿条7竖直上移，带动第一液压缸移动部件1a上移，第一液压缸1上腔中的液压油由第一液压缸上腔油口3进入液压系统，实现第一液压缸1的快回。
按如下方式实施压制：
针对第一液压缸1：在第一液压缸1完成快降时，控制电磁制动器12和电磁离合器14均断开，并控制液压系统中高压油由第一液压缸上腔油口3进入第一液压缸1的上腔，第一液压缸移动部件1a下移，通过第一液压缸活塞1b泄漏的第一液压缸1上腔的高压油经第一液压缸下腔油口5回流至液压系统，实现第一液压缸1的压制；同时，第一齿条7被带动下移，并通过齿轮9带动第二齿条8上移，使第二液压缸移动部件2a在第二齿条8的带动下上移，第二液压缸2上腔中的液压油由第二液压缸上腔油口4进入液压系统，实现第二液压缸2的慢回。
针对第二液压缸2：在第二液压缸2完成快降时，控制电磁制动器12和电磁离合器14均断开，并控制液压系统中高压油由第二液压缸上腔油口4进入第二液压缸2的上腔，第二液压缸移动部件2a下移，通过第二液压缸活塞2b泄漏的第二液压缸2上腔的高压油经第二液压缸下腔油口6回流至液压系统，实现第二液压缸2的压制；同时，第二齿条8被带动下移，并通过齿轮9带动第一齿条7上移，使第一液压缸移动部件1a在第一齿条7的带动下上移，第一液压缸1上腔中的液压油由第一液压缸上腔油口3进入液压系统，实现第一液压缸1的慢回。
具体在实施压制的过程中，也可以将电磁离合器14设置为接通状态，以液压系统和机械系统同时为成形动作提供能量。
按如下方式实施制动：
针对第一液压缸1，在第一液压缸移动部件1a下降到达设定位置时，关断第一液压缸上腔油口3中的进油，控制电磁制动器12为制动状态，使中心齿轮9受到电磁制动器12的制动，利用第一齿条7将第一液压缸移动部件1a制动在设定位置上，同时，第二齿条8将第二液压缸移动部件2a制动在相应的位置上。
针对第二液压缸2，在第二液压缸2的移动部件下降到达设定位置时，关断第二液压缸上腔油口4中进油，控制电磁制动器12为制动状态，使中心齿轮9受到电磁制动器12的制动，利用第二齿条8将第二液压缸移动部件2a制动在设定位置上，同时，第一齿条7将第一液压缸移动部件1a制动在对应的位置上。
Claims (5)
1.一种机液混合双工位压力机执行系统，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实现电力驱动以及反向联动；
所述两台液压缸分别是第一液压缸(1)和第二液压缸(2)，呈左右对称固定于所述压力机本体中，处在同一竖直平面中，在所述第一液压缸(1)和第二液压缸(2)之间的位置上，设置由电动机(16)通过电磁离合器(14)和电磁制动器(12)驱动的齿轮齿条传动机构；所述齿轮齿条传动机构具有中心齿轮(9)和分处在中心齿轮左右两侧的第一齿条(7)和第二齿条(8)，利用中心齿轮(9)的转动带动第一齿条(7)和第二齿条(8)同步竖向且反相移动；所述第一齿条(7)通过第一连杆与第一液压缸(1)缸体外的移动部件构成联动结构，所述第二齿条(8)通过第二连杆与第二液压缸(2)缸体外的移动部件构成联动结构，以此形成所述机械驱动单元。
2.根据权利要求1所述的机液混合双工位压力机执行系统，其特征是：在所述齿轮齿条传动机构中，齿轮轴(10)由轴承(11)支承，所述轴承(11)通过轴承支撑架(13)固定于压力机本体；所述电动机(16)和电磁制动器(12)分处于齿轮轴(10)的两端；利用电动机(16)的转动带动齿轮轴(10)的转动，利用电磁制动器(12)对齿轮轴(10)进行制动；所述电磁离合器(14)设置在电动机(16)与齿轮(9)之间的齿轮轴(10)上。
3.一种权利要求2所述的机液混合双工位压力机执行系统的控制方法，其特征是：按如下方式实施快降：
针对第一液压缸(1)：保持电磁制动器(12)为断开，电磁离合器(14)为接通，控制电动机(16)为逆时针转动，第一齿条(7)竖直下移，带动第一液压缸(1)的移动部件下移，控制液压系统中低压油由第一液压缸(1)的上腔油口进入第一液压缸(1)的上腔，实现第一液压缸(1)的快降；同时，第二齿条(8)竖直上移，带动第二液压缸(2)的移动部件上移，第二液压缸(2)上腔中的液压油由第二液压缸(2)的上腔油口进入液压系统，实现第二液压缸(2)的快回；
针对第二液压缸(2)：保持电磁制动器(12)为断开，电磁离合器(14)为接通，控制电动机(16)为顺时针转动，第二齿条(8)竖直下移，带动第二液压缸(2)的移动部件下移，控制液压系统中低压油由第二液压缸(2)的上腔油口进入第二液压缸(2)的上腔，实现第二液压缸(2)的快降；同时，第一齿条(7)竖直上移，带动第一液压缸(1)的移动部件上移，第一液压缸(1)上腔中的液压油由第一液压缸(1)的上腔油口进入液压系统，实现第一液压缸(1)的快回。
4.根据权利要求3所述的机液混合双工位压力机执行系统的控制方法，其特征是按如下方式实施压制：
针对第一液压缸(1)：在第一液压缸(1)完成快降时，控制电磁制动器(12)和电磁离合器(14)均断开，并控制液压系统中高压油由第一液压缸(1)的上腔油口进入第一液压缸(1)的上腔，第一液压缸(1)的移动部件下移，通过活塞泄漏的第一液压缸(1)上腔的高压油经第一液压缸(1)的下腔油口回流至液压系统，实现第一液压缸(1)的压制；同时，第一齿条(7)被带动下移，并通过齿轮(9)带动第二齿条(8)上移，使第二液压缸(2)中的移动部件在第二齿条(8)的带动下上移，第二液压缸(2)上腔中的液压油由上腔油口进入液压系统，实现第二液压缸(2)的慢回；
针对第二液压缸(2)：在第二液压缸(2)完成快降时，控制电磁制动器(12)和电磁离合器(14)均断开，并控制液压系统中高压油由第二液压缸(2)的上腔油口进入第二液压缸(2)的上腔，第二液压缸(2)的移动部件下移，通过活塞泄漏的第二液压缸(2)上腔的高压油经第二液压缸(2)的下腔油口回流至液压系统，实现第二液压缸(2)的压制；同时，第二齿条(8)被带动下移，并通过齿轮(9)带动第一齿条(7)上移，使第一液压缸(1)中的移动部件在第一齿条(7)的带动下上移，第一液压缸(1)上腔中的液压油由上腔油口进入液压系统，实现第一液压缸(1)的慢回。
5.根据权利要求3或4所述的机液混合双工位压力机执行系统的控制方法，其特征是按如下方式实施制动：
针对第一液压缸(1)，在所述第一液压缸(1)的移动部件下降到达设定位置时，关断所述第一液压缸(1)的上腔油口中的进油，控制电磁制动器(12)为制动状态，使中心齿轮(9)受到电磁制动器(12)的制动，利用第一齿条(7)将第一液压缸(1)的移动部件制动在设定位置上，同时，第二齿条(8)将第二液压缸(2)的移动部件制动在相应的位置上；
针对第二液压缸(2)，在所述第二液压缸(2)的移动部件下降到达设定位置时，关断所述第二液压缸(2)的上腔油口中进油，控制电磁制动器(12)为制动状态，使中心齿轮(9)受到电磁制动器(12)的制动，利用第二齿条(8)将第二液压缸(2)的移动部件制动在设定位置上，同时，第一齿条(7)将第一液压缸(1)的移动部件制动在对应的位置上。
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