CN110307195A - 一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统 - Google Patents

一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，属于电液控制技术领域。本发明工作时由伺服电机带动双向定量泵直接驱动压缸的活塞，卸压阀用于高压换向前的卸压，吸油阀用于补偿非对称液压缸伸出过程中的流量不平衡特性，锁死阀用于系统发生故障时的安全防护，压力保护阀用于限制系统最高压力，差动阀用于在快下模式时形成差动回路，减小流量需求，充液阀与上位油箱用于在快下模式时释放油液，传感器用于实时监测系统工作状态并将其反馈至控制器，经其处理后控制伺服电机和各个电磁阀的动作，实现系统的可靠运行。本发明将泵控非对称缸电液控制系统引入液压伺服折弯机系统，具有了节能、效率高、功重比大、集成度高、低成本等特点。

Description

一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统
技术领域
本发明属于电液控制技术领域，尤其涉及一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统。
背景技术
就目前折弯机而言，当工件较小、折弯力较小、功率较小时多采用电驱动，当工件大、折弯力大、功率大时需采用液压驱动，而使用液压驱动时，其难免具有发热较大、效率低、成本高、重量大、体积大等缺点。因此，急需一种高可靠性、高功重比、高效节能、低成本、智能化的液压伺服折弯机系统，使液压折弯机向低能耗、低成本、智能化的方向发展。
泵控非对称缸电液控制系统作为一种将电机、液压泵、液压阀和液压缸等元件高度集成的系统，因其功重比和传动效率较高的优势开始被逐渐应用，而将其引入液压折弯机，对于液压折弯机向成本低、效率高、智能化方向发展有推动作用。
发明内容
针对传统液压折弯机系统存在的成本高、能耗大、操作不灵活的问题，本发明的目的在于提供一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统。
为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：
一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，其特征在于，包括：伺服电机、双向定量液压泵、卸压阀、吸油阀、锁死阀、压力保护阀、差动阀、充液阀、上位油箱、液压缸、压力传感器、位移传感器和控制器，所述伺服电机的动力输出轴与双向定量液压泵的动力输入轴相连；所述双向定量液压泵第一油口与液压缸无杆腔相通，其第二油口与液压缸有杆腔相通；所述卸压阀进出油口分别与液压缸无杆腔和上位油箱相通；所述吸油阀进出油口分别与上位油箱和液压缸有杆腔相通；所述锁死阀分为第一锁死阀和第二锁死阀，两个锁死阀串联后的两个油口分别与液压缸有杆腔和双向定量液压泵第二油口相通；所述压力保护阀分为第一压力保护阀和第二压力保护阀，其中第一压力保护阀的进油口与液压缸无杆腔相通、出油口与液压缸有杆腔相通，第二压力保护阀进油口与液压缸有杆腔相通、出油口与液压缸无杆腔相通；所述差动阀的三个油口分别与液压缸无杆腔、双向定量液压泵第二油口和液压缸有杆腔相通，分别控制液压缸有杆腔以及液压缸无杆腔之间油路的通断，从而控制差动回路的形成；所述充液阀两个油口各自分别与上位油箱和液压缸无杆腔相通；所述控制器接收压力传感器、位移传感器和伺服电机的速度编码器的输出信号，并判断系统状态以及工作模式，经处理后输出控制信号控制伺服电机、卸压阀、锁死阀、差动阀和充液阀的动作。
上述技术方案中，所述卸压阀、差动阀、充液阀均为电磁球阀，使用电磁球阀保证在折弯动作时产生的高压下实现可靠的油路阻断，卸压阀为常通阀，差动阀、充液阀都为常闭阀。
上述技术方案中，所述锁死阀由两个二位二通常闭电磁阀组成，实现二重锁死，且其中一个电磁阀的阀芯为球状结构，避免断电时因滑块自重而导致的活塞杆伸出，在断电时起到安全防护作用。
上述技术方案中，所述卸压阀在高压35Mpa时仅通流2L/min，保证卸压时不发生或发生较小的因负载弹性作用力而产生的活塞缩回运动，而充液阀在低压1Mpa时通流100L/min，满足快下时无杆腔的低压差大流量的需求。
上述技术方案中，所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，所述液压缸无杆腔进出油路上接有第一压力传感器；所述液压缸有杆腔进出油路上接有第二压力传感器；所述上位油箱与卸压阀和吸油阀相通的进出油路上接有第三压力传感器；所述液压缸的液压缸活塞杆接有位移传感器。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、通过将泵控非对称缸电液控制系统引入液压伺服折弯机系统，不仅使其由开式阀控系统转化为了闭式泵阀复合控制系统，从而兼具了闭式泵控系统的节能、效率高和阀控系统的响应速度快、控制精度高的优点，还引入了其高集成度、高功重比的特点，大大降低了重量、体积以及成本；
2、通过引入差动回路，大大降低了快下时的大流量的需求，有助于电机泵单元的转速和流量的匹配，对选型有很大帮助；
3、通过控制器协调各部分元件工作，使本发明具有控制精度高、高效节能、抗污染能力强和动作可靠的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的液压系统原理示意图。
表1是本发明的液压系统原理对应的电磁动作顺序表。
附图标号：1-伺服电机，2-双向定量液压泵，201-双向定量液压泵第一油口，202-双向定量液压泵第二油口，3-卸压阀，4-吸油阀，5-锁死阀，501-第一锁死阀，502-第二锁死阀，6-压力保护阀，601-第一压力保护阀，602-第二压力保护阀，7-差动阀，8-充液阀，9-上位油箱，10-液压缸，1001-液压缸无杆腔，1002-液压缸活塞，1003-液压缸活塞杆，1004-液压缸有杆腔，1101-第一压力传感器，1102-第二压力传感器，1103-第三压力传感器，12-位移传感器，13-控制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合附图1，本发明提供的闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，包括伺服电机1、双向定量液压泵2、卸荷阀3、吸油阀4、锁死阀5、压力保护阀6、差动阀7、充液阀8、上位油箱9、液压缸10、压力传感器11、位移传感器12和控制器13。伺服电机1的动力输出轴与双向定量液压泵2的动力输入轴相连，伺服电机驱动液压泵完成低压油的吸入和高压油的排出；双向定量液压泵第一油口201与液压缸无杆腔1001相通，双向定量液压泵第二油口202与液压缸有杆腔1004相通，根据液压缸运动方向的需求不同，双向定量液压泵相应的调整其旋转方向，实现为液压缸无杆腔和液压缸有杆腔交替供油；卸压阀3为承压能力强、通流能力弱的二位二通的常通电磁球阀，进油口与双向定量液压泵第一油口201和液压缸无杆腔1001相通，出油口与吸油阀4的进油口和上位油箱9相通，可通过控制电磁铁是否得电从而控制液压缸无杆腔与上位油箱的通断，进而在无杆腔高压换向时起到卸压的作用，可一定程度上抑制换向时的冲击、突跳、过载现象，其在高压35Mpa时仅通流2L/min，可保证卸压时不发生或发生较小的因负载作用力而产生的活塞缩回运动，使用球阀可保证在其他工况时产生的高压下实现可靠的油路阻断；吸油阀4为单向阀，进油口与卸压阀3出油口和上位油箱9相通，出油口与双向定量液压泵第二油口202和液压缸有杆腔1004相通，其用于补偿当液压缸10伸出时因非对称缸而导致的流量非对称特性；锁死阀5一个油口与液压缸有杆腔1004相通，另一油口与双向定量液压泵第二油口202和吸油阀4相通，可通过控制电磁铁是否得电从而控制液压缸有杆腔油液是否回油，且该阀由两个二位二通常闭电磁阀串联组成，其中靠近液压缸有杆腔的阀为球阀，实现二重锁死，避免了断电时因滑块自重而导致的活塞杆伸出动作，起到了安全防护的作用；
压力保护阀6共有2个，用于限制系统的最高压力，其中第一压力保护阀601的进油口与液压缸无杆腔相通，出油口与液压缸有杆腔相通，第二压力保护阀602进油口与液压缸有杆腔相通，出油口与液压缸无杆腔相通，二者的压力调定值均与系统的最高允许压力相同，系统正常工作时二者的阀口常闭，当液压缸无杆腔的压力等于或者超过压力调定值时，第一压力保护阀的阀口开启溢流，使液压缸无杆腔的压力保持在系统的最高允许压力，当液压缸有杆腔的压力等于或者超过压力调定值时，第二压力保护阀的阀口开启溢流，使液压缸有杆腔的压力保持在系统的最高允许压力；差动阀7为二位三通的常通电磁球阀，进油口与双向定量液压泵第一油口201和液压缸无杆腔1001相通，回油口与双向定量液压泵第二油口202相通，控制油口与液压缸有杆腔1004相通，可通过控制电磁铁是否得电从而控制液压缸有杆腔是否与液压缸无杆腔相通，从而决定是否为差动回路，在同一活塞运动速度下，当形成差动回路时，液压缸无杆腔所需流量对应的作用面积由活塞1002的面积变为活塞杆1003的面积，从而大大减小了折弯机快下时的大流量需求；
充液阀8为承压能力弱、通流能力强的二位二通的常闭电磁球阀，一个油口与上位油箱9相通，另一油口与液压缸无杆腔1001相通，可通过控制电磁铁是否得电从而控制控制上位油箱和液压缸无杆腔之间油路的通断，其在低压1Mpa时可通流100L/min，可保证满足快下时无杆腔的低压差大流量的需求；上位油箱9与液压缸无杆腔1001可通过卸压阀3与充液阀8连通，与双向定量液压泵第二油口202通过吸油阀4连通，因其重力势能，故在其油口处有一定的低压，可满足正常使用的需求；
液压缸无杆腔进出油路上，接有第一压力传感器1101，液压缸有杆腔进出油路上，接有第二压力传感器1102，上位油箱与卸压阀的出油口和吸油阀进油口相通的进出油路上，接有第三压力传感器1103，压力传感器的输出信号由控制器13接收，实现对系统压力状态的实时监控；位移传感器12与液压缸活塞杆1003连接，其输出信号由控制器13接收并处理。
为详细说明本发明的工作过程，现选用附图1所示的液压系统原理作为优选实施例，结合表1所示的对应的电磁动作顺序表进行说明。
表1
动作 2 3 5 7 8
快下模式 + + + +
慢下模式 +(正) + +
工下模式 +(正) + +
保压模式 +(正) + +
卸压模式 +(正) +
回程模式 +(反) + +
急停模式
本发明的实施流程如下：
该发明所设计的液压伺服折弯机系统的整个工作流程如下：1、快下模式：上模快速下降接近工件，直至某个距离(可调)时进入下个工作模式；2、慢下模式：上模缓慢下降接近工件，直至接触工件；3、工下模式：工件开始折弯过程；4、保压模式：为抑制工件于瞬时折弯后发生形变反弹，需使液压缸无杆腔保持高压2s；5、卸压模式：为避免液压泵于高压状态下换向，需对液压缸无杆腔进行卸压；6、回程模式：上模快速上升回归原位，为下次执行动作做准备；7、急停模式：当发生断电或其他紧急事件时，折弯机动作停止并保持不动。
当处于快下模式时，伺服电机和双向定量液压泵不运转，由伺服电机制动器的进行制动，差动阀得电，液压缸无杆腔与有杆腔相连形成差动回路，此时活塞杆受滑块自重而快速下降，此时充液阀得电打开，上位油箱给液压缸无杆腔补油。
当处于慢下模式时，伺服电机带动双向定量液压泵正转，双向定量液压泵第一油口排油，油液进入液压缸无杆腔推动空载的液压缸活塞杆伸出，液压缸有杆腔排油，油液经差动阀、锁死阀回双向定量液压泵第二油口。此时值得注意的是，由于液压缸为单出杆非对称缸，在上述过程中液压缸无杆腔进入的油液比液压缸有杆腔排出的油液流量大，此时在双向定量液压泵第二油口的油路上会形成负压，即吸油阀的出油口上有负压，再加上因上位油箱的重力势能使吸油阀的进油口上有一定的压力，所以吸油阀的阀口完全开启，使上位油箱内油液与液压缸有杆腔排出的油液一同进入双向定量液压泵第二油口，以保证双向定量液压泵的吸油与排油流量相等。
当处于工下模式时，油路走向与慢下模式相同，活塞杆伸出直至行程末端，完成折弯动作，不同的是：1、此时液压缸无杆腔为高压，推动活塞杆带动滑块和上模完成折弯动作；2、此时输出信号使伺服电机驱动液压泵正向转动的同时降速，双向定量液压泵第一油口排出油液流量减小，从而降低了下降速度；3、慢下模式和工下模式时的上模下降速度可通过调定伺服电机转速从而满足不同工况。
当处于保压模式时，伺服电机带动双向定量液压泵以该泵的最低转速正转，双向定量液压泵第一油口排油，此时因活塞杆已伸出至行程末端，故双向定量液压泵的第一油口与液压缸无杆腔之间油路为高压，且该压力满足系统调定的第一压力保护阀的最高压力，使第一压力保护阀的阀口开启溢流，进而使液压缸无杆腔的压力保持在系统的最高允许压力，实现保压，而油液经锁死阀流回至双向定量液压泵第二油口。
当处于卸压模式时，卸压阀电磁铁失电，此时液压缸无杆腔与上位油箱相通，液压缸无杆腔压力减小，实现卸压，且此时双向定量液压泵第一油口排出的油液经卸荷阀和吸油阀流回至双向定量液压泵第二油口。
当处于回程模式时，伺服电机带动双向定量液压泵以该泵的最高速度反转，双向定量液压泵第二油口排油，油液进入液压缸有杆腔推动负载仅为滑块自重的液压缸活塞杆缩回，液压缸无杆腔排油。此时值得注意的是，由于液压缸为单出杆非对称缸，在上述过程中液压缸无杆腔排出的油液比液压缸有杆腔进入的油液流量大，此时充液阀电磁铁得电，液压缸无杆腔与上位油箱和双向定量液压泵第二油口相通，在液压缸无杆腔排出的油液中，一部分流回至双向定量液压泵第一油口且该部分油液流量与双向定量液压泵第二油口排出的油液流量即液压缸有杆腔进入的油液流量相等，另一部分经充液阀流回至上位油箱。
当处于急停模式时，伺服电机停止转动，卸压阀、锁死阀、差动阀、充液阀的电磁铁均失电，液压缸无杆腔油液由伺服电机制动器锁死，液压缸有杆腔油液由锁死阀锁死，此时液压缸活塞杆静止不动。
通过上述发明描述及其工作流程，将泵控非对称缸电液控制系统引入了液压伺服折弯机系统，不仅使其由开式阀控系统转化为了闭式泵阀复合控制系统，兼具了闭式泵控系统的节能、效率高和阀控系统的响应速度快、控制精度高的优点，还具备了其高集成度、高功重比的特点，大大降低了折弯机重量、体积以及成本，实现了液压折弯机向低能耗、低成本、智能化的方向发展的一个跨越。
对于不同的应用场合及使用方法，通过简略修改本发明或在本发明的基础上进行改进，参照上述实施例操作，亦可获得相同的有益效果。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，其特征在于，包括：伺服电机、双向定量液压泵、卸压阀、吸油阀、锁死阀、压力保护阀、差动阀、充液阀、上位油箱、液压缸、压力传感器、位移传感器和控制器，所述伺服电机的动力输出轴与双向定量液压泵的动力输入轴相连；所述双向定量液压泵第一油口与液压缸无杆腔相通，其第二油口与液压缸有杆腔相通；所述卸压阀进出油口分别与液压缸无杆腔和上位油箱相通；所述吸油阀进出油口分别与上位油箱和液压缸有杆腔相通；所述锁死阀分为第一锁死阀和第二锁死阀，两个锁死阀串联后的两个油口分别与液压缸有杆腔和双向定量液压泵第二油口相通；所述压力保护阀分为第一压力保护阀和第二压力保护阀，其中第一压力保护阀的进油口与液压缸无杆腔相通、出油口与液压缸有杆腔相通，第二压力保护阀进油口与液压缸有杆腔相通、出油口与液压缸无杆腔相通；所述差动阀的三个油口分别与液压缸无杆腔、双向定量液压泵第二油口和液压缸有杆腔相通，分别控制液压缸有杆腔以及液压缸无杆腔之间油路的通断，从而控制差动回路的形成；所述充液阀两个油口各自分别与上位油箱和液压缸无杆腔相通；所述控制器接收压力传感器、位移传感器和伺服电机的速度编码器的输出信号，并判断系统状态以及工作模式，经处理后输出控制信号控制伺服电机、卸压阀、锁死阀、差动阀和充液阀的动作。
2.根据权利要求1所述的一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，其特征在于：所述卸压阀、差动阀、充液阀均为电磁球阀，使用电磁球阀保证在折弯动作时产生的高压下实现可靠的油路阻断，卸压阀为常通阀，差动阀、充液阀都为常闭阀。
3.根据权利要求1所述的一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，其特征在于：所述锁死阀由两个二位二通常闭电磁阀组成，实现二重锁死，且其中一个电磁阀的阀芯为球状结构，避免断电时因滑块自重而导致的活塞杆伸出，在断电时起到安全防护作用。
4.根据权利要求1所述的一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，其特征在于：所述卸压阀在高压35Mpa时仅通流2L/min，保证卸压时不发生或发生较小的因负载弹性作用力而产生的活塞缩回运动，而充液阀在低压1Mpa时通流100L/min，满足快下时无杆腔的低压差大流量的需求。
5.根据权利要求1所述的一种闭式泵控非对称缸的液压折弯机电液控制系统，其特征在于：所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，所述液压缸无杆腔进出油路上接有第一压力传感器；所述液压缸有杆腔进出油路上接有第二压力传感器；所述上位油箱与卸压阀和吸油阀相通的进出油路上接有第三压力传感器；所述液压缸的液压缸活塞杆接有位移传感器。
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