CN117514954A - 一种节能型挤压速度电液控制系统与控制方法 - Google Patents

一种节能型挤压速度电液控制系统与控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属挤压成形技术领域，特别涉及一种节能型挤压速度电液控制系统与控制方法。一种节能型挤压速度电液控制系统，包括变量泵、进液阀、高频响比例阀、挤压机工作缸、位移速度传感器和控制器，高频响比例阀的压力油进油口P与工作油路油口A分别连接在进液阀与挤压机工作缸之间的管道上，高频响比例阀的排油口T与工作油口B分别通过管道连接有油箱，位移速度传感器连接在挤压机工作缸的柱塞上，变量泵、高频响比例阀、位移速度传感器均与控制器电连接。本发明通过控制器调整变量泵输出流量与高频响比例阀分流流量，在保证挤压机液压系统功率损失小、能源利用率高的条件下，可显著提高挤压速度控制精度与响应速度。

Description

一种节能型挤压速度电液控制系统与控制方法
技术领域
本发明属于金属挤压成形技术领域，特别涉及一种节能型挤压速度电液控制系统与控制方法。
背景技术
挤压速度的控制精度是金属挤压机，尤其是铝、镁等金属及其合金挤压机的重要性能指标。挤压过程中，需要保持挤压速度的精确控制与平稳，否则制品表面会产生波纹与变形，严重影响产品质量。同时，单台金属挤压机生产时的液压系统功率通常在数百千瓦至上千千瓦，能耗较高，因此提高液压系统能量利用率，能够有效降低挤压机能耗，具有显著的经济效益。
目前，常见的挤压速度控制方式包括变量泵容积式挤压速度控制方式，容积+串联节流挤压速度控制方式。其中，变量泵容积式挤压速度控制方式，受到变量泵本身的流量输出精度（通常>1%）限制与复杂的液压控制系统回路影响，挤压速度的控制精度与响应速度不高；容积+串联节流挤压速度控制方式中，由于含有溢流阀分流的环节，泵的输出压力被拉升至溢流压力，同时部分高压油通过溢流阀回油箱，因此，功率损失较大，能量利用率较低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种节能型挤压速度电液控制系统与控制方法，该系统通过控制器调整变量泵输出流量与高频响比例阀分流流量，在保证挤压机液压系统功率损失小，能源利用率高的条件下，可显著提高挤压速度控制精度与响应速度。
本发明的技术方案在于：一种节能型挤压速度电液控制系统，包括变量泵、进液阀、高频响比例阀、挤压机工作缸、位移速度传感器和控制器，所述变量泵通过管道依次与所述进液阀、挤压机工作缸相连通，所述高频响比例阀位于所述进液阀和挤压机工作缸之间，所述高频响比例阀的压力油进油口P与工作油路油口A分别连接在进液阀与挤压机工作缸之间的管道上，所述高频响比例阀的排油口T与工作油口B分别通过管道连接有油箱，所述位移速度传感器连接在挤压机工作缸的柱塞上，所述变量泵、高频响比例阀、位移速度传感器均与控制器电连接。
所述进液阀与挤压机工作缸之间的管道上还设有压力传感器，所述压力传感器与控制器电连接。
所述变量泵与进液阀之间的管道上设有单向阀。
所述高频响比例阀的压力油进油口P和进液阀之间的管道上设有排液阀和溢流阀，所述排液阀和溢流阀分别通过管道连接有排液箱和溢流箱。
所述高频响比例阀的精度为0.1%以及上，100%信号变化响应时间不超过0.03秒。
一种节能型挤压速度电液控制方法，使用上所述一种节能型挤压速度电液控制系统，包括以下步骤：
S1：通过控制器输入设定挤压速度V设定；
S2：实时检测挤压机工作缸实际压力P，并传送给控制器；
S3：控制器根据设定挤压速度V设定与挤压机工作缸实际压力P，计算并控制变量泵输出流量Q输出；
S4：位移速度传感器检测挤压机工作缸主柱塞的实际速度，即实际挤压速度V实际，并传送给控制器；
S5：控制器根据实际挤压速度V实际与设定挤压速度V设定的关系，实时调整高频响比例阀开口大小，以控制其分流流量Q分流的大小，若V实际>V设定，则高频响比例阀开口变大，增加分流流量Q分流；若V实际<V设定，则高频响比例阀开口变小，减少分流流量Q分流。
所述步骤S3中变量泵输出流量Q输出为：
Q输出=（1+Pk/C）*V设定*S+ n *Q泵误差
式中，P为挤压机工作缸实际压力，K、C为油缸系数，通过实际检测获得；S为油缸截面积；Q泵误差为变量泵输出流量的误差，为泵本身的特性，可通过查阅泵的技术资料获得，n的范围为2~3。
所述步骤S5中分流流量Q分流为：
Q分流=（1+Pk/C）*（V设定-V实际）*S
式中，P为挤压机工作缸实际压力，K、C为油缸系数，通过实际检测获得；S为油缸截面积。
本发明的技术效果在于：本发明通过控制器调整变量泵输出流量与高频响比例阀分流流量，在挤压机液压系统功率损失小，能源利用率高的条件下，可显著提高了挤压速度控制精度与响应速度。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一种节能型挤压速度电液控制系统的结构示意图。
图2为本发明实施例一种节能型挤压速度电液控制方法的控制流程图。
附图标记：1-压力传感器；2-变量泵；3-单向阀；4-进液阀；5-排液阀；6-溢流阀；7-高频响比例阀；8-挤压机工作缸；9-位移速度传感器；10-控制器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种节能型挤压速度电液控制系统，包括变量泵2、进液阀4、高频响比例阀7、挤压机工作缸8、位移速度传感器9和控制器10，所述变量泵2通过管道依次与所述进液阀4、挤压机工作缸8相连通，所述高频响比例阀7位于所述进液阀4和挤压机工作缸8之间，所述高频响比例阀7的压力油进油口P与工作油路油口A分别连接在进液阀4与挤压机工作缸8之间的管道上，所述高频响比例阀7的排油口T与工作油口B分别通过管道连接有油箱，所述位移速度传感器9连接在挤压机工作缸8的柱塞上，所述变量泵2、高频响比例阀7、位移速度传感器9均与控制器10电连接。
实际使用过程中，本发明通过控制器10输入设定挤压速度V设定；实时检测挤压机工作缸8实际压力P，并传送给控制器10；控制器10根据设定挤压速度V设定与挤压机工作缸8实际压力P，计算并控制变量泵2输出流量Q输出；位移速度传感器9检测挤压机工作缸8主柱塞的实际速度，即实际挤压速度V实际，并传送给控制器10；控制器10根据实际挤压速度V实际与设定挤压速度V设定的关系，实时调整高频响比例阀7开口大小，以控制其分流流量Q分流的大小，若V实际>V设定，则高频响比例阀7开口变大，增加分流流量Q分流；若V实际<V设定，则高频响比例阀7开口变小，减少分流流量Q分流。本发明通过控制器调整变量泵输出流量与高频响比例阀分流流量，在挤压机液压系统功率损失小，能源利用率高的条件下，可显著提高了挤压速度控制精度与响应速度。
实施例2
优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述进液阀4与挤压机工作缸8之间的管道上还设有压力传感器1，所述压力传感器1与控制器10电连接。
实际使用过程中，本发明所述进液阀4与挤压机工作缸8之间的管道上还设有压力传感器1，所述压力传感器1与控制器10电连接，压力传感器1用于实时检测挤压机工作缸8实际压力P，并传送给控制器10。
实施例3
优选的，在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中，所述变量泵2与进液阀4之间的管道上设有单向阀3。
实际使用过程中，本发明所述变量泵2与进液阀4之间的管道上设有单向阀3，单向阀3防止管路介质回流。
实施例4
优选的，在实施例1或实施例3的基础上，本实施例中，所述高频响比例阀7的压力油进油口P和进液阀4之间的管道上设有排液阀5和溢流阀6，所述排液阀5和溢流阀6分别通过管道连接有排液箱和溢流箱。
实际使用过程中，本发明所述高频响比例阀7的压力油进油口P和进液阀4之间的管道上设有排液阀5和溢流阀6，排液阀5用于挤压结束后，将挤压机工作缸8中的液压油排出到油箱中，溢流阀6用于限制系统液压油压力，防止超压造成损坏。
实施例5
优选的，在实施例1或实施例4的基础上，本实施例中，所述高频响比例阀7的精度为0.1%以及上，100%信号变化响应时间不超过0.03秒。
实际使用过程中，本发明高频响比例阀的精度为0.1%以及上，100%信号变化响应时间不超过0.03秒，通过变量泵的粗调与高频响比例阀的精调，挤压机的速度控制精度与响应速度得到了有效提高。同时，由于高频响比例阀的分流量与变量泵装置输出流量误差接近，因此高频响比例阀的分流量很小；且并未拉高泵输出压力，液压系统的功耗损失为P*Q分流，挤压机液压系统功率损失小，能源利用率高。
实施例6
如图2所示，一种节能型挤压速度电液控制方法，使用上所述一种节能型挤压速度电液控制系统，包括以下步骤：
S1：通过控制器10输入设定挤压速度V设定；
S2：实时检测挤压机工作缸8实际压力P，并传送给控制器10；
S3：控制器10根据设定挤压速度V设定与挤压机工作缸8实际压力P，计算并控制变量泵2输出流量Q输出；
S4：位移速度传感器9检测挤压机工作缸8主柱塞的实际速度，即实际挤压速度V实际，并传送给控制器10；
S5：控制器10根据实际挤压速度V实际与设定挤压速度V设定的关系，实时调整高频响比例阀7开口大小，以控制其分流流量Q分流的大小，若V实际>V设定，则高频响比例阀7开口变大，增加分流流量Q分流；若V实际<V设定，则高频响比例阀7开口变小，减少分流流量Q分流。
所述步骤S3中变量泵2输出流量Q输出为：
Q输出=（1+Pk/C）*V设定*S+ n *Q泵误差
式中，P为挤压机工作缸8实际压力，K,C为油缸系数，通过实际检测获得；S为油缸截面积；Q泵误差为变量泵2输出流量的误差,为泵本身的特性，可通过查阅泵的技术资料获得，n的范围为2~3。
所述步骤S5中分流流量Q分流为：
Q分流=（1+Pk/C）*（V设定-V实际）*S
式中，P为挤压机工作缸8实际压力，K、C为油缸系数，通过实际检测获得；S为油缸截面积。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种节能型挤压速度电液控制系统，其特征在于：包括变量泵（2）、进液阀（4）、高频响比例阀（7）、挤压机工作缸（8）、位移速度传感器（9）和控制器（10），所述变量泵（2）通过管道依次与所述进液阀（4）、挤压机工作缸（8）相连通，所述高频响比例阀（7）位于所述进液阀（4）和挤压机工作缸（8）之间，所述高频响比例阀（7）的压力油进油口P与工作油路油口A分别连接在进液阀（4）与挤压机工作缸（8）之间的管道上，所述高频响比例阀（7）的排油口T与工作油口B分别通过管道连接有油箱，所述位移速度传感器（9）连接在挤压机工作缸（8）的柱塞上，所述变量泵（2）、高频响比例阀（7）、位移速度传感器（9）均与控制器（10）电连接。
2.根据权利要求1所述一种节能型挤压速度电液控制系统，其特征在于：所述进液阀（4）与挤压机工作缸（8）之间的管道上还设有压力传感器（1），所述压力传感器（1）与控制器（10）电连接。
3.根据权利要求1所述一种节能型挤压速度电液控制系统，其特征在于：所述变量泵（2）与进液阀（4）之间的管道上设有单向阀（3）。
4.根据权利要求1所述一种节能型挤压速度电液控制系统，其特征在于：所述高频响比例阀（7）的压力油进油口P和进液阀（4）之间的管道上设有排液阀（5）和溢流阀（6），所述排液阀（5）和溢流阀（6）分别通过管道连接有排液箱和溢流箱。
5.根据权利要求1所述一种节能型挤压速度电液控制系统，其特征在于：所述高频响比例阀（7）的精度为0.1%以及上，100%信号变化响应时间不超过0.03秒。
6.一种节能型挤压速度电液控制方法，使用如权利要求1所述一种节能型挤压速度电液控制系统，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过控制器（10）输入设定挤压速度V设定；
S2：实时检测挤压机工作缸（8）实际压力P，并传送给控制器（10）；
S3：控制器（10）根据设定挤压速度V设定与挤压机工作缸（8）实际压力P，计算并控制变量泵（2）输出流量Q输出；
S4：位移速度传感器（9）检测挤压机工作缸（8）主柱塞的实际速度，即实际挤压速度V实际，并传送给控制器（10）；
S5：控制器（10）根据实际挤压速度V实际与设定挤压速度V设定的关系，实时调整高频响比例阀（7）开口大小，以控制其分流流量Q分流的大小，若V实际>V设定，则高频响比例阀（7）开口变大，增加分流流量Q分流；若V实际< V设定，则高频响比例阀（7）开口变小，减少分流流量Q分流。
7.根据权利要求6所述一种节能型挤压速度电液控制方法，其特征在于：所述步骤S3中变量泵（2）输出流量Q输出为：
Q输出=（1+Pk/C）*V设定*S+ n *Q泵误差
式中，P为挤压机工作缸（8）实际压力，K、C为油缸系数，通过实际检测获得；S为油缸截面积；Q泵误差为变量泵（2）输出流量的误差，为泵本身的特性，可通过查阅泵的技术资料获得，n的范围为2~3。
8.根据权利要求7所述一种节能型挤压速度电液控制方法，其特征在于：所述步骤S5中分流流量Q分流为：
Q分流=（1+Pk/C）*（V设定-V实际）*S
式中，P为挤压机工作缸（8）实际压力，K、C为油缸系数，通过实际检测获得；S为油缸截面积。
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