CN116336021A - 一种新型节能压机的液压回路 - Google Patents

一种新型节能压机的液压回路 Download PDF

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万巍涛
陈新元
范汉铭
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Abstract

本发明涉及一种新型节能压机的液压回路，它包括油箱、过滤器、双联齿轮泵（主泵、副泵）、第一压力表、第一压力计、第一单向阀、三位四通换向阀、平衡阀、液压缸、第一位移传感器、第二位移传感器、活塞杆、液压缸、第二压力计、第二压力表、伺服电机、第一二位四通换向阀、第二二位四通换向阀、先导溢流阀、阀块、第三二位四通换向阀、第二单向阀、第三单向阀及管道等部件，所述的第一单向阀、三位四通换向阀和第一二位四通换向阀集成在阀块上。本发明具有能耗低、压制压力范围更大且结构更简单、故障率更低的特点。

Description

一种新型节能压机的液压回路
技术领域
本发明涉及一种新型节能压机的液压回路。
背景技术
1、压机的工作过程包括快进向下、慢进压制、保压补压、卸荷、返回向上五个过程。在压机进行“快进向下、返回”过程时，要求活塞杆运行速度快，即要求液压动力源输出大流量的液压油；在压机进行“慢进压制”过程时，要求活塞杆压制压力高，即要求液压动力源输出高压力的液压油。
2、目前的压机液压回路有以下三种，其方案和优缺点如下：
(1)第一种压机液压回路供油方案：电机带动单液压泵给单液压缸供油。此方案为最基础的液压回路，虽该回路构成简单、故障率低，但是不能兼顾大流量压制和高压力压制两种工作需求，且输出高压力时能耗高；
(2)第二种液压回路供油方案：大流量输出时通过充液泵增加流量(参考《150MN锻造液压机》(吴生富编著.北京国防工业出版社，该书中图3.1.2)。该压机压制时虽能满足大流量压制和高压力压制两种工作需求，但该回路使用三台泵，构成复杂，故障率高；
(3)第三种液压回路供油方案：通过两台泵分别向第Ⅰ级、第Ⅱ级液压缸进行压制(参考《液压机的设计与应用》(余新陆编著.北京机械工业出版社，该书中图7-138)。该压机有两级液压缸，空载时Ⅰ级缸下行，当压制时，Ⅱ级缸压制，虽能满足大流量压制和高压力压制两种工作需求，但两级缸与单缸相比，前者故障率更高。
发明内容
本发明采用伺服电机控制双联泵作为液压动力源，单缸压制，需要大流量输出时，双泵中的主泵和副泵同时工作，可满足大流量、低压力的要求；需要高压力输出时，双泵中只有副泵工作，可满足小流量、高压力的要求；该新型节能压机的液压回路，弥补了三种方案中不足的同时，还具有三种方案的优势：
(1)与第一种供油方案相比，液压回路同样地简单、故障率低，但是本发明的压机液压系统方案能满足大流量压制和高压力压制两种工作需求，并且输出的高压力范围大，输出高压力时能耗更低；
(2)与第二种供油方案(《150MN锻造液压机》吴生富编著.北京国防工业出版社，该书中图3.1.2)的“充液泵增加流量”相比，同样能满足大流量压制和高压力压制两种工作需求的同时，本发明的液压回路仅有一台双联泵，液压回路更简单，故障率更低；
(3)与第三种供油方案(《液压机的设计与应用》余新陆编著.北京机械工业出版社，该书中图7-138)相比，同样地能满足大流量压制和高压力压制两种工作需求的同时，本发明的双联泵仅给单缸供油，液压回路更为简单，故障率更低。
有益说明
1.本发明与背景技术中的三种方案相比，其突出点是：
(1)在压机进行慢进过程时，电机可以以更低的扭矩(同时是更低的功率和能耗)达到更高的压制压力；
(2)本发明不仅满足大流量压制和高压力压制两种工作需求，而且液压回路简单，故障率低。
2.分析如下：
(1)根据公式：
Figure SMS_1
Figure SMS_2
v：活塞杆运行速度；
P：液压缸内部压力；
V：液压泵的排量；
n：电机(泵)转速；
A：液压缸无杆腔的面积；
T：电机的转矩；
N:电机的实际工作功率；
(2)在快进向下和返回向上两个过程中，要求活塞杆运行速度快，当活塞杆运行的速度v一定时，电机转速n与液压泵的排量V成反比；排量越大，电机转速越小，可降低能耗。
(3)在压机进行慢进过程时，要求活塞杆压制压力高，当液压缸内部压力P一定时，转矩T与液压泵的排量V成正比；排量V越小，电机转矩T越小，可降低能耗。
(4)在所述的第一种方案中，虽在快进向下和返回向上两个过程中，活塞杆运行速度快，但若进入慢进(压制工件)过程中，活塞杆若要达到较高的压制压力，则电机需达到较高的扭矩。在电机的额定功率工况下，为了达到较高的扭矩，电机需降低较多的转速，当转速降低到一定程度时，液压泵因输出的液压油不能克服自身泄漏而不能工作。若电机提高扭矩的同时也提高转速，电机则会超功率工作，电机会因保护机制的触发儿停止工作。
(5)本发明采用伺服电机驱动双联泵的方案，当压机开始慢进(压制工件)过程时，通过换向阀的开关达到使大排量的主泵卸荷，仅留小排量的副泵工作。排量V减小，达到同样的压制压力P时，电机的扭矩则减小，能耗更低。在电机的额定功率工况下，达到同样的扭矩，电机的转速则较高。加之副泵的自身泄漏量较小，电机的转速较高，则可以避免液压泵输出的液压油不能克服自身泄漏而不能工作的问题。
附图说明
图1出示了本发明中的各个液压部件之间连接的原理图；
具体实施方式
1.为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种新型节能压机的液压回路。该系统包括：油箱(1)、第一过滤器(2)、第二过滤器(3)、副泵(4)、主泵(5)、第一压力表(6)、第一压力计(7)、第一单向阀(8)、三位四通换向阀(9)、平衡阀(10)、活塞杆(11)、、第一位移传感器(12)、液压缸(13)、第二位移传感器(14)、第二压力计(15)、第二压力表(16)、伺服电机(17)、第一二位四通换向阀(18)、第二二位四通换向阀(19)、先导溢流阀(20)、阀块(21)、第三二位四通换向阀(22)、第二单向阀(23)、第三单向阀(24)及管道等。下列是具体连接方式：
(1)(主泵的油路连接)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述主泵(5)的压油口与所述第一二位四通换向阀(18)的进油口相接，所述主泵(5)的压油口与所述第三二位四通换向阀(22)的进油口相接，所述主泵(5)的压油口与所述第一单向阀(8)的进油口相接，所述第一单向阀(8)的出油口与所述三位四通换向阀(9)的进油口相接。
(2)(副泵的油路连接)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述副泵(4)的压油口与所述先导溢流阀(20)的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述第一压力表的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述三位四通换向阀(9)的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述第三二位四通换向阀(22)的进油口相接。
(3)(电磁溢流阀的组成)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述的第二二位四通换向阀(19)和先导溢流阀(20)组成电磁溢流阀。
(4)(液控单向阀的组成)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述的第三单向阀(24)和所述的第三二位四通换向阀(22)组成了液控单向阀。
(5)(阀块的集成)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述的第一单向阀(8)、三位四通换向阀(9)和第一二位四通换向阀(18)集成在所述的阀块(21)上。
(6)(主泵的油路连接)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述主泵(5)的压油口与所述第一二位四通换向阀(18)的进油口相接，所述主泵(5)的压油口与所述第三二位四通换向阀(22)的进油口相接，所述主泵(5)的压油口与所述第一单向阀(8)的进油口相接，所述第一单向阀(8)的出油口与所述三位四通换向阀(9)的进油口相接。
(7)(副泵的油路连接)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述副泵(4)的压油口与所述先导溢流阀(20)的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述第一压力表的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述三位四通换向阀(9)的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述第三二位四通换向阀(22)的进油口相接。
(8)(液控单向阀的前后连接)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述副泵(4)的压油口与所述第三二位四通换向阀(22)的P口相接，所述第三二位四通换向阀(22)的B口与所述第三单向阀(24)的A口相接，所述第三单向阀(24)的B口与所述液压缸(13)的无杆腔相接。
(9)(三位四通换向阀与单向阀的连接)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述三位四通换向阀(9)的B口与所述第二单向阀(23)的A口相接，所述第二单向阀(23)的B口与所述液压缸(13)的无杆腔相接。
(10)(压力表的测试)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述的第一压力表(6)测量压机液压系统的系统压力，所述的第二压力表(16)测量所述液压缸(13)的内部压力。
(11)(位移传感器的说明)根据权利要求1所述的一种新型节能压机的液压回路，所述的第一位移传感器(12)固定在所述活塞杆(11)的最下端，所述的第二位移传感器(14)固定在所述液压缸(13)上。当活塞杆完全没有伸出时，第一位移传感器(12)与第二位移传感器(14)之间的距离为一定值。
2.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
(1)当压机未开始工作时，所述的活塞杆(11)没有伸出液压缸。
(2)当压机开始快进向下过程时，要求活塞杆快速向下运行，接近被压物块。为达到此要求，液压系统执行以下操作：电磁铁YA1不得电，所述的第一二位四通换向阀(18)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA2不得电，所述的第二二位四通换向阀(19)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA4得电，所述的三位四通换向阀(9)处于右位，P口与B口接通，A口与T口接通；所述的电机(17)运转，所述的主泵(5)、副泵(4)共同工作，输出的液压油共同流入所述三位四通换向阀(9)的P口，从B口流出，经过所述的第二单向阀(23)，进入所述液压缸(13)的无杆腔中，所述的活塞杆(11)伸出液压缸，所述液压缸(13)的有杆腔中的液压油流出，经过所述的平衡阀(10)、所述三位四通换向阀的A口，回流到油箱。以上的过程即是快进向下的过程。
(3)当所述的第一位移传感器(12)检测到所述的活塞杆(11)伸出到一定位置时，活塞杆接近被压制物块时，压机转至慢进压制阶段。
(4)当压机开始慢进压制过程时，要求活塞杆慢速运行，接触到被压物块并进行高压压制。为达到此要求，液压系统执行以下操作：电磁铁YA1由“不得电”变为“得电”，所述的第一二位四通换向阀(18)处于左位(非常态位)，B口与T口(油箱)接通；所述的主泵(5)输出的液压油经过所述的第一二位四通换向阀(18)的B口流入T口(油箱)，所述的主泵(5)被卸荷。电磁铁YA2不得电，所述的第二二位四通换向阀(19)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA3不得电，所述的第三二位四通换向阀(22)处于常态位，P口与B口不接通；电磁铁YA4得电，所述的三位四通换向阀(9)处于右位，P口与B口接通，A口与T口接通；所述的副泵(4)输出的液压油流入所述三位四通换向阀(9)的P口，从B口流出，经过所述的第二单向阀(23)，进入所述液压缸(13)的无杆腔中，所述的活塞杆(11)继续伸出液压缸，所述液压缸(13)的有杆腔中的液压油流出，经过所述的平衡阀(10)、所述三位四通换向阀的A口，回流到油箱。由于所述的主泵(5)被卸荷，只有所述的副泵(4)输出液压油，输出流量变小。以上的过程即是慢进压制的过程。
(5)当所述的活塞杆(11)压制物块时，所述的液压缸(13)的无杆腔及整个液压系统内部的压力逐渐升高，当所述的第一压力计(7)、第二压力计(15)显示的压力数值等于设定的安全工作压力时，压机进入保压阶段。
(6)当压机开始保压过程时，要求活塞杆停止压制，并保持液压系统和液压缸内的压力不变。为达到此要求，液压系统执行以下操作：所述的电机(17)停止运转。电磁铁YA1得电，所述的第一二位四通换向阀(18)处于左位(非常态位)，B口与T口(油箱)接通，所述的主泵(5)依然被卸荷；电磁铁YA2不得电，所述的第二二位四通换向阀(19)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA3不得电，所述的第三二位四通换向阀(22)处于常态位，P口与B口不接通；电磁铁YA4、YA5均不得电，所述的三位四通换向阀(9)处于中位，P口、B口、A口与T口互不接通。即所述液压缸(13)的无杆腔和有杆腔中既没有液压油进入也没有液压油流出，达到压机保压的工作效果。
(7)当压机在保压阶段中，所述的第二压力计(15)测量出压力值低于设定的压力值时，要求将液压系统和液压缸中的压力恢复到设定值，压机开始补压过程。为达到此要求，液压系统执行以下“补压”过程的操作：电磁铁YA4得电，所述的三位四通换向阀(9)处于右位，P口与B口接通，A口与T口接通。电磁铁YA1得电，所述的第一二位四通换向阀(18)处于左位(非常态位)，B口与T口(油箱)接通，所述的主泵(5)依然被卸荷；电磁铁YA2不得电，所述的第二二位四通换向阀(19)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA3不得电，所述的第三二位四通换向阀(22)处于常态位，P口与B口不接通。所述的电机(17)开始运转；所述的副泵(4)输出的液压油流入所述三位四通换向阀(9)的P口，从B口流出后经过所述的第二单向阀(23)，流入所述液压缸(13)的无杆腔，所述的活塞杆(11)继续伸出液压缸，所述液压缸(13)的有杆腔中的液压油流出，经过所述的平衡阀(10)、所述三位四通换向阀的A口，回流到油箱。以上的过程即是补压的过程。
(8)当保压时间达到设定数值后，要求将液压系统内部和液压缸内部的高压卸荷，压机开始卸荷过程。为达到此要求，液压系统执行以下操作：电磁铁YA3得电，所述的第三二位四通换向阀(22)处于左位工作，P口与B口接通。电磁铁YA1得电，所述的第一二位四通换向阀(18)处于左位(非常态位)，B口与T口(油箱)接通，所述的主泵(5)依然被卸荷；电磁铁YA2不得电，所述的第二二位四通换向阀(19)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA4和YA5均不得电，所述的三位四通换向阀(9)处于中位工作，P口、B口、A口与T口互不接通。所述的电机(17)开始运转，所述的副泵(4)输出的液压油流入所述第三二位四通换向阀(22)的P口，从B口流出后，流入所述第三单向阀(24)的K口(控制油口)，第三单向阀中由B口到A口的油路接通，所述的液压缸(13)中无杆腔中的液压油有流出至第三单向阀的B口，从第三单向阀的A口流出至油箱。以上的过程即是补压的过程。
(9)当卸荷完毕之后，要求所述的活塞杆(11)返回向上，压机开始返回向上过程。为达到此要求，液压系统执行以下操作：电磁铁YA1不得电，所述的第一二位四通换向阀(18)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA2不得电，所述的第二二位四通换向阀(19)处于常态位，B口与T口(油箱)不接通；电磁铁YA3得电，所述的第三二位四通换向阀(22)处于左位，P口与B口接通；电磁铁YA5得电，所述的三位四通换向阀(9)处于左位，P口与A口接通，B口与T口接通；所述的主泵(5)、副泵(4)在共同工作，输出的液压油共同流入所述三位四通换向阀(9)的P口，从A口流出，经过所述的平衡阀(10)，进入所述液压缸(13)的有杆腔中，所述的活塞杆(11)收缩回液压缸，所述液压缸(13)的无杆腔中的液压油流出，经过所述的第三单向阀(24)、所述第三二位四通换向阀的T口，回流到油箱。以上的过程即是返回向上的过程。

Claims (4)

1.一种新型节能压机的液压回路，该系统包括：油箱(1)、第一过滤器(2)、第二过滤器(3)、副泵(4)、主泵(5)、第一压力表(6)、第一压力计(7)、第一单向阀(8)、三位四通换向阀(9)、平衡阀(10)、活塞杆(11)、第一位移传感器(12)、液压缸(13)、第二位移传感器(14)、第二压力计(15)、第二压力表(16)、伺服电机(17)、第一二位四通换向阀(18)、第二二位四通换向阀(19)、先导溢流阀(20)、阀块(21)、第三二位四通换向阀(22)、第二单向阀(23)、第三单向阀(24)及管道等。
2.(动力源组成)动力源由所述的主泵(5)、所述的副泵(4)和所述的伺服电机(17)组成。
3.(主泵的油路连接)根据权利要求2，所述主泵(5)的压油口与所述第一二位四通换向阀(18)的进油口相接，所述主泵(5)的压油口与所述第三二位四通换向阀(22)的进油口相接，所述主泵(5)的压油口与所述第一单向阀(8)的进油口相接，所述第一单向阀(8)的出油口与所述三位四通换向阀(9)的进油口相接。
4.(副泵的油路连接)根据权利要求2，所述副泵(4)的压油口与所述先导溢流阀(20)的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述第一压力表的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述三位四通换向阀(9)的进油口相接，所述副泵(4)的压油口与所述第三二位四通换向阀(22)的进油口相接。
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