CN113417896A - 压力机泵控液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力机泵控液压系统，其包括动力模块、单向节流模块、压力温度检测模块、补油背压模块、安全溢流模块、执行机构模块、位移检测模块和用于各元件间连接的液压阀块，动力模块连接于液压阀块的上表面，单向节流模块连接于液压阀块的左表面，压力温度检测模块连接于液压阀块的左表面和右表面，补油背压模块连接于液压阀块的右表面和上表面，安全溢流模块连接于液压阀块的右表面，执行机构模块和位移检测模块连接于液压阀块的后表面，并基于此提出一种控制方法。本发明采用一体化无管路连接方式并借助补油和背压蓄能器，提高了系统集成度，降低了能耗，解决了泵控非对称缸油液不平衡问题，保证了系统高可靠性。

Description

压力机泵控液压系统及其控制方法

技术领域

本发明属于压力机技术，具体涉及一种压力机泵控液压系统及其控制方法。

背景技术

压力机现有的液压控制系统有两种典型的液压控制系统，一种是压力机阀控液压系统，另一种是压力机泵控液压系统。

压力机阀控液压系统中需要精密的液压伺服阀，对工作介质品质要求高，所以系统本身的抗污染能力差，造成后期维护不便；其液压动力元件、执行元件、控制元件、液压辅件之间依靠管路连接，所以集成度低，装机占地面积大；阀控液压系统本身大量的溢流损失又导致能源浪费严重，系统发热严重。相比较而言，压力机泵控液压系统则具有设备体积小、管路布置简单(可实现无管路)、无溢流损失、高可靠、高安全、高精度等特点，能有效解决压力机阀控液压系统存在的固有缺陷，如抗污染能力差、集成度低、能源浪费严重、设备装机成本高以及维护不便等问题，此外，相较于压力机阀控液压系统，成本降低50％、占用空间减小80％、能耗比降低80％、功重比提高60％，设备节能、降噪，安装方便，维护简单；不过，虽然泵控系统相对于阀控系统来说有着诸多优点，但由于泵控系统为闭式系统，在控制非对称缸时存在有杆腔和无杆腔容积的不同，导致泵控非对称缸系统存在流量不对称问题。因此，设计一种压力机泵控液压系统以实现压力机在具有高精度的同时解决泵控非对称缸系统存在的流量不对称问题是十分必要且又相当迫切的。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种压力机泵控液压系统，其包括动力模块、单向节流模块、压力温度检测模块、补油背压模块、安全溢流模块、执行机构模块、位移检测模块和用于各元件间连接的液压阀块，所述动力模块连接于液压阀块的上表面，所述单向节流模块连接于液压阀块的左表面，所述压力温度检测模块连接于液压阀块的左表面和右表面，所述补油背压模块连接于液压阀块的右表面和上表面，所述安全溢流模块连接于液压阀块的右表面，所述执行机构模块和位移检测模块连接于液压阀块的后表面，并基于此提出一种控制方法。本发明采用一体化无管路连接方式并借助补油和背压蓄能器，提高了系统集成度，降低了能耗，解决了泵控非对称缸油液不平衡问题，保证了系统高可靠性。

本发明提供一种压力机泵控液压系统，其包括动力模块、单向节流模块、压力温度检测模块、补油背压模块、安全溢流模块、执行机构模块、位移检测模块和用于各个元件之间连接的液压阀块，所述动力模块连接于液压阀块的上表面，所述单向节流模块连接于液压阀块的左表面，所述压力温度检测模块连接于液压阀块的左表面和右表面，所述补油背压模块连接于液压阀块的右表面和上表面，所述安全溢流模块连接于液压阀块的右表面，所述执行机构模块和位移检测模块连接于液压阀块的后表面，所述动力模块包括伺服电机和双向液压泵，所述伺服电机通过联轴器与所述双向液压泵进行连接并连接于液压阀块的上表面；

所述单向节流模块包括过滤器、节流阀、第一单向阀和第二单向阀，所述过滤器和节流阀与所述双向液压泵的泄油腔相连，所述过滤器、第一单向阀和第二单向阀连接于液压阀块的左表面，所述第一单向阀的进油口与所述补油背压模块相连，其出油口连接在所述双向液压泵的低压侧；所述第二单向阀的进油口与所述双向液压泵的低压侧相连，其出油口与所述执行机构模块相连；

所述压力温度检测模块包括高压传感器、温度传感器和低压传感器，所述高压传感器与所述双向液压泵的高压腔相连并连接于液压阀块的右表面，所述温度传感器和低压传感器与所述双向液压泵的泄油腔相连并连接于液压阀块的左表面；

所述补油背压模块包括背压蓄能器、电磁换向阀和补油蓄能器，所述背压蓄能器与所述双向液压泵的低压腔相连并连接在液压阀块上表面所述动力模块的后侧，所述电磁换向阀连接于所述双向液压泵的高压腔和泄油腔之间并连接于液压阀块的右表面，所述补油蓄能器与所述双向液压泵的泄油腔相连并连接在液压阀块上表面所述动力模块的后侧；

所述安全溢流模块包括高压安全溢流阀、低压安全溢流阀和充液排气装置，所述高压安全溢流阀的进油口与所述双向液压泵的高压腔连接，其出油口与所述双向液压泵的泄油腔相连；所述低压安全溢流阀的进油口与所述双向液压泵的低压腔连接，其出油口与所述双向液压泵的泄油腔相连；所述快换接头与所述双向液压泵的泄油腔相连。

进一步，所述执行机构模块包括伺服油缸，所述伺服油缸通过连接块连接于液压阀块后表面，所述双向液压泵的高压油口通过液压阀块中的孔道与所述伺服油缸的无杆腔相连，其低压油口通过所述第二单向阀与所述伺服油缸的有杆腔相连。

可优选的，所述位置检测模块包括位移传感器，所述位移传感器连接于所述伺服油缸的缸杆末端。

可优选的，所述电磁换向阀设为两位两通，其进油口连接所述双向液压泵的高压侧，出油口与所述补油蓄能器相连。

本发明的另一方面，提供一种利用前述的压力机泵控液压系统的控制方法，采用逻辑控制、位置闭环控制和系统报警控制三个部分，通过总线或硬件线缆信号，实现上位机与控制器的位置指令给定与位置信号反馈，并实时监测系统的报警等故障信息，确保系统稳定运行与信号传输的稳定可靠；同时，控制器能实现系统的逻辑控制和高性能的位置闭环控制，并通过总线或模拟量将控制信号给伺服驱动器，实现伺服电机的快速、稳定运行。

可优选的，所述逻辑控制具体包括以下步骤：

S11、当系统开机之后，首先通过压力温度检测模块监测系统的压力与系统的温度是否正常，如果出现泄油腔压力过低时，或者出现当泄油腔压力过高时，或者温度过低或者温度过高时，系统停止启动，电机处于待机状态；

S12、当压力温度检测模块反馈系统压力温度正常时，系统开始正常工作，通过控制器发出控制指令以及位移传感器实时反馈的位置信号，控制伺服油缸按照规划曲线，到达指定位置。

可优选的，所述位置闭环控制具体包括以下步骤：

S21、给定指定的位置指令，压力机产生的位移通过位移传感器实时反馈给控制器，控制器将反馈的位置信号与给定的位置指令进行对比，通过系统程序进行处理后，输出转速控制信号，控制伺服电机的转动；

S22、伺服电机的实际转速信号实时反馈到控制器，通过伺服油缸的位置闭环控制子程序，压力机运动到指定位置，实现精确的位置控制；

S23、当系统出现油液压力异常时，通过安全溢流模块，在短时间内完成压力机的快速卸荷，保护系统稳定运行。

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明提供的压力机泵控液压系统，采用一体化的无管路连接方式，极大提高了系统的集成度，并提高了系统抗污染能力和可靠性；采用补油及背压蓄能器和换向阀等元件，解决了泵控非对称缸油液不平衡问题，同时由于有杆腔存在背压，能够减小系统发热并降低系统能耗。

2、本发明提供的压力机泵控液压系统的控制方法，采用逻辑控制、位置闭环控制和系统报警控制三个部分组成的控制系统保证了系统的稳定运行和高可靠性。

附图说明

图1为本发明压力机泵控液压系统原理图；

图2是本发明压力机泵控液压系统的控制方法的位置控制框图；

图3是本发明压力机泵控液压系统的控制方法的逻辑控制流程图；

图4是本发明压力机泵控液压系统实物设备示意图。

图中：

10-动力模块；20-单向节流模块；30-压力温度检测模块；40-补油背压模块；50-安全溢流模块；60-执行机构模块；70-位移检测模块；1-伺服电机；2-双向液压泵；3-过滤器；4-节流阀；51-第一单向阀；52-第二单向阀；71-高压传感器；6-温度传感器；72-低压传感器；81-背压蓄能器；9-电磁换向阀；82-补油蓄能器；101-高压安全溢流阀；102-低压安全溢流阀；12-充液排气装置；11-伺服油缸；13-液压阀块；14-位移传感器。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供的压力机泵控液压系统，如图1所示，其包括动力模块10、单向节流模块20、压力温度检测模块30、补油背压模块40、安全溢流模块50、执行机构模块60、位移检测模块70和用于各元件间连接的液压阀块13，动力模块10连接于液压阀块13的上表面，单向节流模块20连接于液压阀块13的左表面，压力温度检测模块30连接于液压阀块13的左表面和右表面，补油背压模块40连接于液压阀块13的右表面和上表面，安全溢流模块50连接于液压阀块13的右表面，执行机构模块60和位移检测模块70连接于液压阀块13的后表面。

动力模块10作为系统的动力源，为系统提供所需要的压力与流量，包括伺服电机1和双向液压泵2，伺服电机1通过联轴器与双向液压泵2进行连接并连接于液压阀块13的上表面。

单向节流模块20限制系统油液流向以及流速，包括过滤器3、节流阀4、第一单向阀51和第二单向阀52，过滤器3和节流阀4与双向液压泵2的泄油腔相连，过滤器3、第一单向阀51和第二单向阀52连接于液压阀块13的左表面，第一单向阀51的进油口与补油背压模块40相连，其出油口连接在双向液压泵2的低压侧；第二单向阀52的进油口与双向液压泵2的低压侧相连，其出油口与执行机构模块60相连；第一单向阀51和第二单向阀52用于限制伺服油缸11以及补油背压模块40油液的流向。

压力温度检测模块30通过实时检测系统的系统压力与系统的温度，保证系统安全运行，包括高压传感器71、温度传感器6和低压传感器72，高压传感器71与双向液压泵2的高压腔相连并连接于液压阀块13的右表面，温度传感器6和低压传感器72与双向液压泵2的泄油腔相连并连接于液压阀块13的左表面。

补油背压模块40起到两方面作用，一是解决泵控非对称伺服油缸11流量非对称问题，二是伺服油缸11有杆腔存在背压，使得伺服油缸11快速缩回，降低能耗，包括背压蓄能器81、电磁换向阀9和补油蓄能器82，背压蓄能器81与双向液压泵2的低压腔相连并连接在液压阀块13上表面动力模块10的后侧，电磁换向阀9连接于双向液压泵2的高压腔和泄油腔之间并连接于液压阀块13的右表面，补油蓄能器82与双向液压泵2的泄油腔相连并连接在液压阀块13上表面动力模块10的后侧。

安全溢流模块50是在系统运行出现异常高压时，将系统压力稳定在安全范围内，包括高压安全溢流阀101、低压安全溢流阀102和充液排气装置12，高压安全溢流阀101的进油口与双向液压泵2的高压腔连接，其出油口与双向液压泵2的泄油腔相连；低压安全溢流阀102的进油口与双向液压泵2的低压腔连接，其出油口与双向液压泵2的泄油腔相连；充液排气装置12与双向液压泵2的泄油腔相连。

执行机构模块60包括伺服油缸11，伺服油缸11通过连接块连接于液压阀块13后表面，双向液压泵2的高压油口通过液压阀块13中的孔道与伺服油缸11的无杆腔相连，其低压油口通过第二单向阀52与伺服油缸11的有杆腔相连，通过控制双向液压泵2的转向控制伺服油缸11的伸缩。

位置检测模块70用于实时反馈伺服油缸11的位移，包括位移传感器14，位移传感器14连接于伺服油缸11的缸杆末端。

电磁换向阀9设为两位两通，其进油口连接双向液压泵2的高压侧，出油口与补油蓄能器82相连。

本发明的另一方面，提供一种利用前述的压力机泵控液压系统的控制方法，采用逻辑控制、位置闭环控制和系统报警控制三个部分，通过总线或硬件线缆信号，实现上位机与控制器的位置指令给定与位置信号反馈，并实时监测系统的报警等故障信息，确保系统稳定运行与信号传输的稳定可靠；同时，控制器能实现系统的逻辑控制和高性能的位置闭环控制，并通过总线或模拟量将控制信号给伺服驱动器，实现伺服电机的快速、稳定运行。

如图2所示，逻辑控制具体包括以下步骤：

S11、当系统开机之后，首先通过压力温度检测模块监测系统的压力与系统的温度是否正常，如果出现泄油腔压力过低时，或者出现当泄油腔压力过高时，或者温度过低或者温度过高时，系统停止启动，电机处于待机状态。

S12、当压力温度检测模块反馈系统压力温度正常时，系统开始正常工作，通过控制器发出控制指令以及位移传感器实时反馈的位置信号，控制伺服油缸按照规划曲线，到达指定位置。

如图3所示，位置闭环控制具体包括以下步骤：

S21、给定指定的位置指令，压力机产生的位移通过位移传感器实时反馈给控制器，控制器将反馈的位置信号与给定的位置指令进行对比，通过系统程序进行处理后，输出转速控制信号，控制伺服电机的转动。

S22、伺服电机的实际转速信号实时反馈到控制器，通过伺服油缸的位置闭环控制子程序，压力机运动到指定位置，实现精确的位置控制。

S23、当系统出现油液压力异常时，通过安全溢流模块，在短时间内完成压力机的快速卸荷，保护系统稳定运行。

本发明压力机泵控液压系统的实施例结构示意图，如图4所示，液压阀块13将液压系统中的各个部件连接在一起，包括伺服电机1与双向液压泵2在内的动力模块10、补油背压蓄能器8连接于液压阀块13的上表面，伺服电机1通过联轴器与双向液压泵2进行连接，过滤器3、单向阀5、温度传感器6以及低压传感器72连接于液压阀块13的左表面，高压传感器71、电磁换向阀9与安全溢流模块50连接于液压阀块13的右表面，伺服油缸11以及充液排气装置12通过阀块分别连接于液压阀块13的后表面和前表面，电磁换向阀9与高压安全溢流阀101的进油口连接于双向液压泵2的高压侧，出油口连接补油蓄能器82，并与双向液压泵2的泄油腔连接；充液排气装置12与双向液压泵2的泄油侧连接；执行机构模块60由伺服油缸11组成，位移传感器14连接于伺服油缸11的活塞杆上，伺服油缸9通过连接块连接于液压阀块13上，双向液压泵2的高压油口通过液压阀块13中的孔道与伺服油缸11的无杆腔相连，补油背压模块40跨接于双向液压泵2的低压油口与伺服油缸11的有杆腔之间，双向液压泵2的泄油口通过单向阀5连接于双向液压泵2低压油口。因设备中元件均通过液压阀块13进行连接，提高了设备集成度；采用无管路连接，减少了系统设备泄漏，提高了设备抗污染能力。

本发明提供的压力机泵控液压系统，采用一体化的无管路连接方式，极大提高了系统的集成度，并提高了系统抗污染能力和可靠性；采用补油及背压蓄能器和换向阀等元件，解决了泵控非对称缸油液不平衡问题，同时由于有杆腔存在背压，能够减小系统发热并降低系统能耗；所提供的压力机泵控液压系统的控制方法，采用逻辑控制、位置闭环控制和系统报警控制三个部分组成的控制系统保证了系统的稳定运行和高可靠性。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种压力机泵控液压系统，其特征在于，其包括动力模块、单向节流模块、压力温度检测模块、补油背压模块、安全溢流模块、执行机构模块、位移检测模块和用于各个元件之间连接的液压阀块，所述动力模块连接于液压阀块的上表面，所述单向节流模块连接于液压阀块的左表面，所述压力温度检测模块连接于液压阀块的左表面和右表面，所述补油背压模块连接于液压阀块的右表面和上表面，所述安全溢流模块连接于液压阀块的右表面，所述执行机构模块和位移检测模块连接于液压阀块的后表面，

所述动力模块包括伺服电机和双向液压泵，所述伺服电机通过联轴器与所述双向液压泵进行连接并连接于液压阀块的上表面；

所述单向节流模块包括过滤器、节流阀、第一单向阀和第二单向阀，所述过滤器和节流阀与所述双向液压泵的泄油腔相连，所述过滤器、第一单向阀和第二单向阀连接于液压阀块的左表面，所述第一单向阀的进油口与所述补油背压模块相连，其出油口连接在所述双向液压泵的低压侧；所述第二单向阀的进油口与所述双向液压泵的低压侧相连，其出油口与所述执行机构模块相连；

所述压力温度检测模块包括高压传感器、温度传感器和低压传感器，所述高压传感器与所述双向液压泵的高压腔相连并连接于液压阀块的右表面，所述温度传感器和低压传感器与所述双向液压泵的泄油腔相连并连接于液压阀块的左表面；

所述补油背压模块包括背压蓄能器、电磁换向阀和补油蓄能器，所述背压蓄能器与所述双向液压泵的低压腔相连并连接在液压阀块上表面所述动力模块的后侧，所述电磁换向阀连接于所述双向液压泵的高压腔和泄油腔之间并连接于液压阀块的右表面，所述补油蓄能器与所述双向液压泵的泄油腔相连并连接在液压阀块上表面所述动力模块的后侧；

所述安全溢流模块包括高压安全溢流阀、低压安全溢流阀和充液排气装置，所述高压安全溢流阀的进油口与所述双向液压泵的高压腔连接，其出油口与所述双向液压泵的泄油腔相连；所述低压安全溢流阀的进油口与所述双向液压泵的低压腔连接，其出油口与所述双向液压泵的泄油腔相连；所述快换接头与所述双向液压泵的泄油腔相连。

2.根据权利要求1所述的压力机泵控液压系统，其特征在于，所述执行机构模块包括伺服油缸，所述伺服油缸通过连接块连接于液压阀块后表面，所述双向液压泵的高压油口通过液压阀块中的孔道与所述伺服油缸的无杆腔相连，其低压油口通过所述第二单向阀与所述伺服油缸的有杆腔相连。

3.根据权利要求1所述的压力机泵控液压系统，其特征在于，所述位置检测模块包括位移传感器，所述位移传感器连接于所述伺服油缸的缸杆末端。

4.根据权利要求1所述的压力机泵控液压系统，其特征在于，所述电磁换向阀设为两位两通，其进油口连接所述双向液压泵的高压侧，出油口与所述补油蓄能器相连。

5.一种利用权利要求1至4之一所述的压力机泵控液压系统的控制方法，其特征在于，采用逻辑控制、位置闭环控制和系统报警控制三个部分，通过总线或硬件线缆信号，实现上位机与控制器的位置指令给定与位置信号反馈，并实时监测系统的报警等故障信息，确保系统稳定运行与信号传输的稳定可靠；同时，控制器能实现系统的逻辑控制和高性能的位置闭环控制，并通过总线或模拟量将控制信号给伺服驱动器，实现伺服电机的快速、稳定运行。

6.根据权利要求5所述的压力机泵控液压系统的控制方法，其特征在于，所述逻辑控制具体包括以下步骤：

S11、当系统开机之后，首先通过压力温度检测模块监测系统的压力与系统的温度是否正常，如果出现泄油腔压力过低时，或者出现当泄油腔压力过高时，或者温度过低或者温度过高时，系统停止启动，电机处于待机状态；

S12、当压力温度检测模块反馈系统压力温度正常时，系统开始正常工作，通过控制器发出控制指令以及位移传感器实时反馈的位置信号，控制伺服油缸按照规划曲线，到达指定位置。

7.根据权利要求5所述的压力机泵控液压系统的控制方法，其特征在于，所述位置闭环控制具体包括以下步骤：

S21、给定指定的位置指令，压力机产生的位移通过位移传感器实时反馈给控制器，控制器将反馈的位置信号与给定的位置指令进行对比，通过系统程序进行处理后，输出转速控制信号，控制伺服电机的转动；

S22、伺服电机的实际转速信号实时反馈到控制器，通过伺服油缸的位置闭环控制子程序，压力机运动到指定位置，实现精确的位置控制；

S23、当系统出现油液压力异常时，通过安全溢流模块，在短时间内完成压力机的快速卸荷，保护系统稳定运行。

Images