CN108361237B - 一种快速高频高压节能控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速高频高压节能控制装置，包括动梁(1)和油缸，油缸为两段式油缸，油缸包括主油缸(2)、辅助油缸(6)和活塞杆(7)，辅助油缸(6)固定在主油缸(2)上方，活塞杆(7)设置在辅助油缸(6)中并向下贯穿主油缸(2)，活塞杆(7)端部连接动梁(1)，活塞杆(7)将主油缸(2)分隔为上腔和下腔，上腔和下腔通过第一阀门(10)连接，上腔连接有高压蓄能器(8)，下腔连接有低压蓄能器(9)，高压蓄能器(8)连接泵源，下腔与低压蓄能器(9)之间设有第二阀门(11)，上腔与高压蓄能器(8)之间设有第三阀门(12)。与现有技术相比，本发明控制装置能实现高速高效运行且大大减少能源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能控制装置，尤其是涉及一种快速高频高压节能控制装置。
背景技术
目前锻压机的控制装置、快速高压压紧控制装置以及快速高刚度锁止控制装置等所采用的结构如图1所示，为单柱塞主缸和单柱塞回程缸的结构，好处是结构相对简单，缺点是在动梁1和主油缸2以及自重下行(主油缸2处于空行程)阶段，此时两侧回程油缸3处于随动状态，主油缸2所需的油液通过补油阀5由充液油箱4提供，此时需要的补油量非常大，且考虑充液油箱4容积很大，即使采用充压油箱，其预充压力不会高，通常为几个大气压，而在主油缸2行程到位进行压紧或加压时，系统压力需要增加到几百个大气压，需要的加压时间长，从而造成锻压的工作周期长，效率低；同时，当主油缸2回程时，需要将主油缸2最大行程范围内受最高工作压力而压缩的油液的能量释放到一定程度(主油缸2液压压缩能量全部损失)，从而可以通过回程油缸3控制主油缸2(及动梁1)回缩到初始位置。
此外，以锻压机为例，考虑锻压机的吨位及相关锻压工序的节拍，吨位越大节拍时间越短的锻压机所需要的油缸活塞面积越大，对应所需的流量越大，涉及的比例节流阀越多，同时在主油缸2锻压工序完成后的主油缸2卸载所产生的压力冲击越大，若时序控制及元件选型存在略微偏差将加剧液压元件的故障率及液压系统的磨损。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速高频高压节能控制装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种快速高频高压节能控制装置，包括动梁和油缸，所述的油缸为两段式油缸，油缸包括主油缸、辅助油缸和活塞杆，所述的辅助油缸固定在主油缸上方，所述的活塞杆设置在辅助油缸中并向下贯穿主油缸，活塞杆端部连接所述的动梁，活塞杆将主油缸分隔为上腔和下腔，所述的上腔和下腔通过第一阀门连接，所述的上腔连接有高压蓄能器，所述的下腔连接有低压蓄能器，所述的高压蓄能器连接泵源，下腔与低压蓄能器之间设有第二阀门，上腔与高压蓄能器之间设有第三阀门。
所述的辅助油缸缸体直径小于主油缸缸体直径。
所述的活塞杆包括第一活塞、第二活塞和垂直杆，所述的第一活塞设置在垂直杆一端，所述的第二活塞设置在垂直杆中部并与垂直杆一体成形形成十字结构，当活塞杆安装至主油缸和辅助油缸中时，第一活塞位于辅助油缸中，第二活塞位于主油缸中，所述的第二活塞将主油缸分隔成上腔和下腔。
所述的辅助油缸通过比例伺服阀连接辅助油缸油源。
下腔与低压蓄能器之间设有第二阀门。
所述的辅助油缸中设有用于测量锻压机运动位移的位移传感器，所述的位移传感器固定在辅助油缸的活塞腔顶部并垂直向下延伸。
该控制装置用于以下控制场景，包括：快速高频锻压控制、快速高压压紧控制、快速高刚度锁止控制。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用两段式油缸，且辅助油缸的规格小于主油缸，可以实现主油缸的高速高效运行；
(2)本发明主油缸与辅助油缸利用同一活塞杆，系统具有更强的刚性，有利于实现系统的快速响应；
(3)本发明主油缸上腔和下腔利用第一发明连接，当打开第一阀门时，主油缸上腔和下腔均连通高压蓄能器，避免主油缸空行程工况及回程工况能量的大量浪费；
(4)本发明主油缸的上腔连接有高压蓄能器，泵源与高压蓄能器相通，泵源所产生的能量被高压蓄能器存储，在加压工况，高压蓄能器与泵源一起供给主油缸上腔实现加压，可以减少泵源瞬时的流量供给及能量损耗，可以选择总流量较少的泵源满足系统瞬时大流量的工况需求，降低系统成本，减少能源浪费；
(5)本发明主油缸下腔通过第二阀门连接低压蓄能器，在加压工况下，将主油缸下腔与低压蓄能器连通，可以减少在加压工况系统的能量浪费，同时通过低压蓄能器回收的能量可以用于系统的冷却循环再利用，实现废弃能量的再利用；
(6)本发明辅助油缸通过比例伺服阀连接单独的油源，保证控制的稳定性；
(7)本发明快速高频高压节能控制装置应用场景多，应用范围广泛。
附图说明
图1为传统锻压机控制装置的结构示意图；
图2为本发明快速高频高压节能控制装置的结构示意图。
1为动梁，2为主油缸，3为回程油缸，4为充液油箱，5为补油阀，6为辅助油缸，7为活塞杆，8为高压蓄能器，9为低压蓄能器，10为第一阀门，11为第二阀门，12为第三阀门，13为比例伺服阀，14为位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图2所示，一种快速高频高压节能控制装置，包括动梁1和油缸，油缸为两段式油缸，油缸包括主油缸2、辅助油缸6和活塞杆7，辅助油缸6固定在主油缸2上方，活塞杆7设置在辅助油缸6中并向下贯穿主油缸2，活塞杆7端部连接动梁1，活塞杆7将主油缸2分隔为上腔和下腔，上腔和下腔通过第一阀门10连接，上腔连接有高压蓄能器8，下腔连接有低压蓄能器9，高压蓄能器8连接泵源，下腔与低压蓄能器9之间设有第二阀门11，上腔与高压蓄能器8之间设有第三阀门12。辅助油缸6缸体直径小于主油缸2缸体直径。主油缸2可以根据系统锻压压力等级选择对应规格的双出杆油缸，而辅助油缸6需要根据主油缸2的压力等级、动梁1的运行速度及质量选择对应的规格。
活塞杆7包括第一活塞、第二活塞和垂直杆，第一活塞设置在垂直杆一端，第二活塞设置在垂直杆中部并与垂直杆一体成形形成十字结构，当活塞杆7安装至主油缸2和辅助油缸6中时，第一活塞位于辅助油缸6中，第二活塞位于主油缸2中，第二活塞将主油缸2分隔成上腔和下腔。
辅助油缸6通过比例伺服阀13连接辅助油缸油源，为保证控制的稳定性，也可以采用辅泵加高压蓄能器的控制方案，以便降低系统成本，减少能源浪费。辅助油缸6中设有用于测量锻压机运动位移的位移传感器14，位移传感器14固定在辅助油缸6的活塞腔顶部并垂直向下延伸。
该控制装置用于以下控制场景，包括：快速高频锻压控制、快速高压压紧控制、快速高刚度锁止控制。因此，第一阀门10、第二阀门11和第三阀门12可以为零泄漏比例节流阀，也可以为常规的开关阀；若匹配为零泄漏比例节流阀则可实现快速高频控制锻压功能；若匹配为常规的开关阀，可实现快速高强度锁止控制功能；以上两种控制阀门均可实现快速高压压紧控制功能。
具体地，快速高频锻压控制时第三阀门12始终关闭，快速高频锻压控制的工作原理为：
A)空行程工况
主油缸2在空载下降时，其上腔和下腔通过第一阀门10(零泄漏比例节流阀)连通，其下降速度受辅助油缸6的比例伺服阀13控制，可以实现快速下降要求。
B)加压工况
当主油缸2距离工件一定距离时，切断主油缸2上腔和下腔连通的第一阀门10，然后打开下腔与低压蓄能器9之间的第二阀门11(零泄漏比例节流阀)，此时与主油缸2机械连接的动梁1将在主油缸2的上腔及辅助油缸6的伺服比例阀12共同作用下加速下行(针对不同锻压工艺要求，尽可能减少主油缸2下腔的能量浪费行程，也可以在动梁1接触工件之后再切断上腔和下腔连通的第一阀门10，然后打开下腔与低压蓄能器9之间的第二阀门11)，实现锻压加压要求；
C)回程
当锻压加压到一定位置后，关闭主油缸2下腔与低压蓄能器9连通的第二阀门11，然后打开主油缸2上腔和下腔之间的第一阀门10，通过控制辅助油缸6的比例伺服阀13控制主油缸2上行实现主油缸2的回程要求.
重复上述工况A)，B)，C)，A)，实现快锻工艺。由于在快锻工艺过程中，其工作频率会逐渐释放与主油缸2上腔相连通的高压蓄能器8内部存储的高压油，最终系统与高压蓄能器8相连的泵源的输出流量直接用于控制主油缸2的快速上升下降，实现快锻工况要求。
快速高压压紧控制时第三阀门12始终关闭，快速高压压紧控制的工作原理为：
当主油缸2接触工件时，切断主油缸2上腔和下腔连通的第一阀门10，然后打开主油缸2下腔与低压蓄能器9之间的第二阀门11(零泄漏比例节流阀)，此时与主油缸2机械连接的动梁1将在主油缸2的上腔及辅助油缸6的伺服比例阀12共同作用下，压在工件上，实现高压压紧刚性工件的控制功能要求。
快速高刚度锁止控制时第二阀门11始终断开，即断开低压蓄能器9与下腔之间的连接，快速高刚度锁止控制工作原理为：
当主油缸2接触工件时，切断主油缸2上腔和下腔连通的第一阀门10，然后切断主油缸2上腔与高压蓄能器8之间的第三阀门12，此时主油缸2上下腔均为闭死高压容腔，实现快速高刚度锁止控制功能要求。
Claims (5)
1.一种快速高频高压节能控制装置，包括动梁(1)和油缸，其特征在于，所述的油缸为两段式油缸，油缸包括主油缸(2)、辅助油缸(6)和活塞杆(7)，所述的辅助油缸(6)固定在主油缸(2)上方，所述的活塞杆(7)设置在辅助油缸(6)中并向下贯穿主油缸(2)，活塞杆(7)端部连接所述的动梁(1)，活塞杆(7)将主油缸(2)分隔为上腔和下腔，所述的上腔和下腔通过第一阀门(10)连接，所述的上腔连接有高压蓄能器(8)，所述的下腔连接有低压蓄能器(9)，所述的高压蓄能器(8)连接泵源，下腔与低压蓄能器(9)之间设有第二阀门(11)，上腔与高压蓄能器(8)之间设有第三阀门(12)，所述的辅助油缸(6)中设有用于测量锻压机运动位移的位移传感器(14)，所述的位移传感器(14)固定在辅助油缸(6)的活塞腔顶部并垂直向下延伸。
2.根据权利要求1所述的一种快速高频高压节能控制装置，其特征在于，所述的辅助油缸(6)缸体直径小于主油缸(2)缸体直径。
3.根据权利要求1所述的一种快速高频高压节能控制装置，其特征在于，所述的活塞杆(7)包括第一活塞、第二活塞和垂直杆，所述的第一活塞设置在垂直杆一端，所述的第二活塞设置在垂直杆中部并与垂直杆一体成形形成十字结构，当活塞杆(7)安装至主油缸(2)和辅助油缸(6)中时，第一活塞位于辅助油缸(6)中，第二活塞位于主油缸(2)中，所述的第二活塞将主油缸(2)分隔成上腔和下腔。
4.根据权利要求1所述的一种快速高频高压节能控制装置，其特征在于，所述的辅助油缸(6)通过比例伺服阀(13)连接辅助油缸油源。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种快速高频高压节能控制装置，其特征在于，该控制装置用于以下控制场景，包括：快速高频锻压控制、快速高压压紧控制、快速高刚度锁止控制。
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