CN1461255A - 液压压力机控制装置以及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于一液压压力机的控制装置，该液压压力机具有一压制油缸(1)、一存储容器(2)、一阀组(3)、一液压油存储器(7)以及一液压泵(6)，其中压制油缸(1)、存储容器(2)、阀组(3)、液压油存储器(7)以及液压泵(6)借助于一液压缸管路(4)、一存储器管路(5)和一油箱管路(8)互相连接起来。根据本发明，阀组(3)配置一压力转换器(9)，它可以用作压力倍增器也可用作压力倍减器。该控制装置的特殊功能这样来实现：在阀组(3)中包含一预压阀(11)、一低压腔出口阀(12)、一低压腔入口阀(13)、一主压阀(14)、一截止阀(15)、一卸压阀(16)和一个三通阀(17)，它们通过一特定的控制顺序所操作。本发明可以应用于液压压力机，在压制例如瓷砖类陶瓷件的结构时特别具有优点。

Description

液压压力机控制装置以及其操作方法
本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中所述类型的液压压力机、涉及根据权利要求8的前序部分的该液压压力机的操作方法以及涉及根据权利要求11的应用。
当工件适于成型或者变形时，应用这种液压压力机。对于切割过程也应用液压压力机。该液压压力机所必需的力与该工件有关。在陶瓷工业中使用压力为20000kN或者更大的压力的压力机。为了节约生产，在这里用于一压制过程的行程时间应尽可能地短。每分钟20次的活塞行程效果被视为标准值。通过压力和行程时间来确定待消耗的能量，在液压压力机中也可确定泵和驱动这些泵的电动机的功率。在根据现有技术的液压压力机中也使用存储器，也就是液压油存储器或者惯性轮。
由DE-A1-43 20 213已知一种在权利要求1前序部分中所述类型的液压压力机。这里在该液压压制油缸的进给回路中存在一个液压油存储器，它在压力机的返回行程中装料，并且在冲压工具的进给过程中用于驱动而移近到一起。在主传动装置中因此可以节省能量。
由JP-A-63 256 300中已知一压力机，它用一多级的压力转换器驱动。在一个具有较低压力的第一压制过程之后，液压油流出并进入到油箱中。然后获得一个具有较高压力的第二压制过程。因此在这里不可能进行能量回收。
由US-A-5,852,933和DE-A1-44 36 666已知一种用于一压力机的液压驱动系统。它包括一低压回路和一高压回路。其中存在三个静压机械，它们中的两个机械地连接在一起。为了可以满意地驱动，这些机械的吸入容量或输送容量必须是可调节的，这会附加很高的费用。在这里描述的该系统仅能应用于该压力机具有差动油缸或者同步油缸时。
也已知(DE-A1-43 08 344)，在对一液压压力机的传动的控制中应用第二次控制的原理。该压力机滑块的不同运动如此互相组合：压力网路在一闭合回路中工作，其中最大的系统压力通过该液压油存储器来确定。
在对一液压压力机的控制中，根据DE-A1-43 08 344此事实也起作用，即该液压油是完全可以压缩的。这在一压制行程中不但在压缩过程中、而且也在减压过程中起作用，并且也是损耗的一个根源。在现有技术中尚未深入重视此事实：该压力机的机械件也通过其构件的弹性变形来接收能量。在该压力机的闭合过程中必须消耗该能量。在开启过程中这些能量得不到重新利用。
本发明的任务是，创造一种液压压力机，其液压控制装置如此进行构造，即减少能量需求的总和而不必因此需要提高使用仪器的费用。在这里，在一带有柱塞缸的压力机中也可以使用该控制装置。
所述任务根据本发明通过权利要求1至7的特征来解决。优选的替换方案由从属权利要求给出。
下面借助于附图对于本发明的一个实施例作详细说明。
附图示出：
图1一压制控制装置的液压示意图，
图2至6在一行程循环中的单独步骤的示意图，
图7该压制控制装置的一实施变型的示意图。
在图1中1表示一压制油缸，该压制油缸配置有一用于液压介质的存储容器2。用附图标记3表示一包含一系列阀的阀组，这些阀随后提及。通过一液压缸管路4在压制油缸1和阀组3之间输送液压介质。
在阀组3上连接一存储器管路5。由一个电动机驱动的一个液压泵6将液压介质输送到这个存储器管路5中，而该电动机在这里没有示出。这个也在阀组3中延伸的存储器管路5与一压力油存储器7相连接。这也就是说，液压泵6用来该液压介质输送到压力油存储器7中。在液压泵6和存储器管路5之间的一段管路中可以布置一未示出的逆止阀，以便在液压泵6不运转时，使液压泵6从存在于压力油存储器7中的压力下卸载。
一油箱管路8从阀组3引至存储容器2。此外根据本发明，一个压力转换器9连接到阀组3上，而压力转换器9根据本发明的整体构思一方面可以用作压力倍增器，一方面也可用作压力倍减器。为此，压力转换器9具有一个在缸体9Z中可推移的活塞9K，它将一具有较大的有效横截面的低压腔9.1与一具有较小的有效横截面的高压腔9.2互相分开。为了到达这个较小的有效横截面，在高压腔9.2中存在一与活塞9K连接的活塞杆9S。关于压力和体积流量的有效比例通过这两个压力腔9.1和9.2的横截面来确定。对于低压腔9.1，该横截面由缸体9Z的内径根据此公式来确定： A 9.1 = 1 / 4 * d 9 Z 2 * π
而对于高压腔9.2，该横截面通过缸体9Z和活塞杆9S的内径差根据此公式来确定： A 9.2 = 1 / 4 * ( d 9 Z - d 9 S ) 2 * π
在这里，A9.1是低压腔9.1的液压有效横截面，A9.2是高压腔9.2的液压有效横截面，d9Z是缸体9Z的内径，而d9S是活塞杆9S的直径。
压力转换器9的压力比例和相应的体积流量比例也是通过A9.1∶A9.2来确定。该比例A9.1∶A9.2例如为2∶1。活塞9K的位置借助于一个行程传感器9W来获知。
低压腔9.1与阀组3的一个压力转换器低压管路10.1相连接。在这个压力转换器低压管路10.1上有三个开关阀，也就是一个其第二接口与油缸管路4相连接的预压阀11、一个其第二接口通过油箱管路8与存储容器2相连接的低压腔出口阀12、一个其第二接口与存储器管路5相连、并因此也与液压油存储器7相连接的低压腔入口阀13。
高压腔9.2与阀组3的一个压力转换器高压管路10.2相连接。在这个压力转换器高压管路10.2上也有一些分配阀，也就是一个其第二接口与液压缸管路4相连接的主压力阀14、一个其第二接口与存储器管路5相连、并因此也与液压油存储器7相连的截止阀15。一个卸压阀16位于液压缸管路4和油箱管路8之间。除此之外，在压力转换器高压管路10.2上还有一第三阀，也就是一个三通阀17，它与一接在前面的逆止阀18相连接；三通阀17的另一侧与存储器管路5相连、并因此也与液压油存储器7相连接；用此三通阀17的其它接口与油箱管路8相连、并因此与存储容器2相连接。逆止阀18和三通阀17之间的管路部分被称作压力管路，并设置附图标记19。逆止阀18在功能上是一回程截止阀。随后借助于图2至6将不同阀11、12、13、14、15、16和17的功能进行详细地说明。这些阀可进行电控并且由一控制器20进行控制。为清晰起见，从控制器20到阀11、12、13、14、15、16和17的当然存在的连接线路在附图中没有示出。
在该液压示意图中仅仅示出了对本发明重要的元件，除此之外还示出了一个保障压制的沉降和回拉控制机构21，该机构对于安全操作压制油缸1是必要的；但考虑到本发明，其意义并不重要。一压力传感器22也是必要的，它获取在液压缸管路4中的压力。
为了清晰起见，在控制器20、行程传感器9W、压力传感器22、保障压制的沉降和回拉控制机构21以及该压力机上其它与安全关系重大的元件之间的电连接也未示出。
以下根据图2描述该压制操作的第一阶段，也就是建立预压。压制油缸1以通常的方式由存储容器2用液压介质注满，这用一个箭头表示。以此上部的压制工具下沉并且因此造型结束。同时活塞9K处于其上部的终端A附近的一个上部位置中。
现在如此控制三通阀17：该阀将贯穿液流从存储器管路5的接口释放到压力管路19的接口。对于三通阀17的控制，在图2中通过将其电驱动的驱动机构涂黑来作出标记。通过打开三通阀17，液压介质现在可以从压力油存储器7、通过所述三通阀17、经过压力管路19、经过由液压介质的压力而被迫打开的逆止阀18、并经过压力转换器高压管路10.2流入压力转换器9的高压腔9.2中，这在图2中用箭头来说明。同时也控制预压阀11，这再一次通过将其电驱动的驱动机构涂黑来作出标记。以此，液压介质现在可以从低压腔9.1、经过压力转换器低压管路10.1、通过预压阀11和液压缸管路4流入压制油缸1中。由于面积比例A9.2∶A9.1，压力转换器9现在用作压力倍减器，其中液压介质的量相应于面积比例A9.2∶A9.1而增高。如果面积比例A9.2∶A9.1为1∶2，那么通过压力转换器9，压力以1∶2的比例倍减，而该液压介质的量以1∶2的比例提高。通过该液压介质的流动，活塞9K沿B方向运动。
还应注意的是，三通阀17是一可以控制比例的阀；例如三通阀17的驱动机构也是一比例磁铁，这样压力管路9中的压力和压力转换器高压管路10.2中的压力、以及压力转换器低压管路10.1中的压力、液压缸管路4和压制油缸1中的压力是可以控制的，或者是可以调节的。
如果实现了所希望的预压--该预压通过压力传感器22来探测、并由这个压力传感器传输给控制器20、并由控制器20来确定--那么控制器20促使三通阀17和预压阀11关闭。
随后控制卸压阀16，并且因此使其打开。以此，在压制油缸1中并在液压缸管路4中进行卸压，此卸压过程由压力传感器22来探测。因此液压介质从压制油缸1和液压缸管路4中流出，经过卸压阀16并通过油箱管道8流到存储容器2中。如果压力传感器22获知压制油缸1和液压缸管路4已无压力，那么卸压阀16又被关闭。
具有优点的是，接下来进行建立预压的另一个阶段。这按照前述方式发生，但是现在具有一较高的预压，这通过相应地更改三通阀17的控制而实现。当未示出的上部工具位于也未示出的挤压制品之上时，这个阶段可以结束。但轻微地举起上部的工具，也是具有优点的。
在建立这个预压或者这些预压的阶段之后，活塞9K处于缸体9Z内部靠近下部终端B的位置上，这通过行程传感器9W来获知。这个位置是必要的，以便随后可以产生所需要的主液压压力。
现在接下来进行压制操作的下一阶段：建立主液压压力。这将在下面借助于图3和图4进行说明。在图3中示出这个阶段的第一步骤。在这张图中再一次通过涂黑电驱动机构使该受控阀作出标记，并且该液压介质的流动在管路旁用箭头示出。如从图3可以看出，现在截止阀15和主压力阀14受到控制。然后截止阀15和主压力阀14打开。这两个阀14、15最好是可电控的开关阀(AUF-ZU-Venti1)。预压阀11、低压腔入口阀13、低压腔出口阀12以及卸压阀16最好都是这种结构形式。
通过对于截止阀15和主压力阀14的控制，液压介质可以从压力油存储器7流出，经过存储器管路5、通过截止阀15、主压力阀14、并通过液压缸管路4到达压制油缸1。在压制油缸1中也可以建立一压力，该压力是可预选的，最大为相应于在压力油存储器7中的压力。
在图4中示出建立主液压压力的阶段的第二步骤。现在低压腔入口阀13和主压力阀14受到控制，也就是说被打开，这如同在前面附图中如此进行标记：阀13、14的电控制机构涂黑而被示出。这样来调节的液压介质的液流又用箭头在管路旁边标出。现在液压介质也从压力油存储器7中流出，经过存储器管路5与打开的低压腔入口阀13，并经过压力转换器低压管路10.1，流入压力转换器9的低压腔9.1中。在压力油存储器7中的压力以及在低压腔9.1中的压力因此形成。由于A9.2与A9.1的面积比例，在高压腔9.2中同时形成一较高压力，此较高压力因为A9.2与A9.1已提到的面积比例为1∶2而比压力油存储器7中的压力增高一倍。因为现在主压力阀14也被打开，所以在压制油缸1中也建立一同样高的压力。在此压制操作阶段结束时，压制油缸1中的压力在所述条件下，也比压力油存储器7中的压力增高一倍。
压制油缸1的压力的建立由压力传感器22跟踪。只要达到希望的压力，低压腔入口阀13和主压力阀14就又闭合。可以理解，这个压力的建立与液压介质从压力油存储器7流动到低压腔9.1、并且从高压腔9.2经过油缸管路4流动到达压制油缸1联系起来，由此活塞9K沿A方向移动。由于A9.2与A9.1的面积比例，在这里从高压腔9.2中流出的液压介质的量在所给出的条件下一面积比例A9.2与A9.1为1∶2--仅为从压力油存储器7中流出来到低压腔9.1中的液压介质的量的一半。
该压力机到达其最大压力并进行压制。在这个压力的作用下，压力机中的构件的应力也上升至最大值。因为这些构件是弹性变形，所以在这些构件中储存能量。在压制油缸1中、液压管路4中、压力转换器高压管路10.2中、以及在压力转换器9的高压腔9.2中的可压缩的液压介质容积显示出另一种势能。
在此之后进行一带有应力降低和减压的卸载阶段。这个阶段分三步进行，其中前两步在图5和图6中示出。第一步骤由图5示出。现在主压力阀14和截止阀15打开，这类似于以前的附图：通过将阀14、15的驱动机构涂黑来作标记而示出。现在液压介质可以从液压缸1流到压力油存储器7，此时液压介质取道通过液压缸管路4、主压力阀14、截止阀15和存储器管路5。如前所述，压制油缸1中的压力大于压力油存储器7中的压力，以此液流达到上述状态。该第一步骤一直延续到压制油缸1中的压力与压力油存储器7中的压力大小相等之时。这也就是说，通过提高压力油存储器7中的压力，重新利用储存在该压力机的构件中的能量的特别巨大的一部分。这是按照本发明的控制装置和其操作方法的一个决定性的优点。
借助于图6描述该卸压阶段的第二步骤，其中再一次涂黑地示出受控阀的驱动机构，并且液压介质的流动用箭头在管路旁标出。这个第二步骤用于准备下一压制行程。对于这个步骤，压力转换器9必须占据终端B的一个确定的位置方向。在压力转换器的低压腔9.1中剩下的容积特别大，以至于用于下一个工作行程的预压力可以用这个容积而得以实现。用行程传感器9W可以确定是否是这种情况。如果不是这种情况，那么通过打开主压力阀14和低压腔出口阀12，使得在压制油缸1中的剩余压力、在液压缸管路4中的剩余压力以及在压力转换器高压管路10.2中的剩余压力将压力转换器9的活塞9K带到所希望的位置。这个所希望的位置在图6中示出。在这里，高压腔9.2又用具有压力的液压介质注满，这样对于该填注就不必完全取自压力存储器7中的液压介质。这说明另一种能源节省。在活塞9K运动时，从低压腔9.1挤出的液压介质经过低压腔出口阀12、通过油箱管路8到达存储容器2中。如果活塞9K到达所希望的位置，并如同所述通过行程传感器9W将其获知，那么又将低压腔出口阀12和主压力阀14关闭。
接下来在第三步骤中，压制油缸1和液压缸管路4中的剩余压力完全降低，这可以如此来实现：现在打开卸压阀16。此时在剩余压力的作用下，液压介质从压制油缸1通过液压缸管路4、卸压阀16和油箱管路8流到存储容器2中。只要压制油缸1中的剩余压力完全降低，该流动就被取消。然后卸压阀16又被关闭。
但同时在高压腔9.2中的压力和在压力转换器高压管路10.2中的压力仍然得到保持。这个压力在下一压制行程中应用，这又节省能量，因为该压力不需重新建立。
在图7中示出了一种根据本发明的压制控制装置的变型。与图1中的实施例相比，其中有一些改动，压力转换器9’与根据从图1到图6的压力转换器9相比具有另一种结构形式。压力转换器9’基本上由一第一泵23所组成，其轴24与一个第二泵25刚性地连接，这样轴24就是这两个泵23、25共同的。第一泵23一方面与压力转换器低压管路10.1相连接，其中泵23这一侧用作低压腔9.1；另一方面与油箱26相连接。第二泵25一方面与压力转换器高压管路10.2相连接，其中泵25这一侧作为高压腔9.2；另一方面也与油箱26相连接。这两个泵23、25不是由一个马达驱动的，而是通过刚性的连接分别用作泵和液压马达的单元。作为压力转换器，这两个泵23、25的联合通过这样来起作用，即单位输送容量--也就是每转的容积--是不同的，这在图7中通过泵23、25的不同的大小以符号示出。这样这个比例例如为2∶1。这以此来完成：即对通过两个泵23、25输送液压介质来说这两个泵中的有效面积相应于根据第一实施例的面积A9.1或A9.2。相应于此，在图2至图6中示出的、并根据这些图所描述的压制操作的不同的阶段中压力转换器9’与压力转换器9的情况完全相同。在此压制操作的前述第一阶段时，压力转换器9’例如用作压力倍减器，其中第二泵25作为液压马达并且驱动第一泵23。在用作压力倍增器时，第一泵23作为液压马达并驱动第二泵25。一个压制行程的这些单独阶段和其步骤相应于前述的说明。
在这里具有优点的是，不需要一个行程传感器9W，并且压力转换器9’为了准备下一个压制行程而不需要占据一定的位置，这简化了该控制方法。
虽然根据本发明的控制装置的结构特别简单，但是可以重新利用单个压制步骤的能量。因此如前所述，在该压力机中的、在压制物品中的并且在可压缩的液压油中的弹性储存的能量都得以重新利用。在这里，该控制装置不用贵重的结构单元例如可调节的泵。
通过试验确定，通过根据本发明的控制装置可以达到与已知现有技术相比、可观的能量节约。由此，该能量节约可以达到将近40％。
原则上本发明以巨大的优点可以应用于不同的应用领域的不同结构类型的液压压力机中。该压力机在这里可以设计为差动油缸、同步油缸或者柱塞缸。当使用根据本发明的控制装置、压制用于例如瓷砖类陶瓷件的结构时，是特别具有优点的。
根据前述结构和同时说明的功能可以得出，不但该装置的结构而且其操作方式以及控制方法是本发明的主题。
附图标记列表
1.压制油缸
2.存储容器
3.阀组
4.液压缸管路
5.存储器管路
6.液压泵
7.压力油存储器
8.油箱管路
9.压力转换器(第一实施变型)
9’压力转换器(第二实施变型)
9.1低压腔
9.2高压腔
9Z缸体
9K活塞
9S活塞杆
9W行程传感器
10.1压力转换器低压管路
10.2压力转换器高压管路
11.预压阀
12.低压腔出口阀
13.低压腔入口阀
14.主压力阀
15.截止阀
16.卸压阀
17.三通阀
18.逆止阀
19.压力管路
20.控制器
21.保障压制的沉降和回拉控制机构
22.压力传感器
23.第一泵
24.轴
25.第二泵
26.油箱

Claims (11)

1.用于一液压压力机的控制装置，该液压压力机具有一压制油缸(1)、一存储容器(2)、一阀组(3)、一液压油存储器(7)以及一液压泵(6)，其中压制油缸(1)、存储容器(2)、阀组(3)、液压油存储器(7)以及液压泵(6)借助于一液压缸管路(4)、一存储器管路(5)和一油箱管路(8)互相连接起来，其特征在于，阀组(3)配置一压力转换器(9；9’)，它可用作压力倍增器和倍力增减器。
2.根据权利要求1的控制装置，其特征在于，压力转换器(9)由一个在一液压缸体(9Z)中可推移的活塞(9K)和一个与活塞(9K)刚性连接的活塞杆(9S)所组成，其中压力转换器(9)具有一低压腔(9.1)和一高压腔(9.2)，它们互相之间通过活塞(9K)分开；低压腔(9.1)具有一个比高压腔(9.2)的截面A9.2大的截面A9.1。
3.根据权利要求1的控制装置，其特征在于，压力转换器(9’)由一第一泵(23)和一第二泵(25)所组成，其中第一泵(23)具有较大的单位输送容量，第二泵(25)具有较小的单位输送容量，它们借助于一根轴(24)刚性地连接，其中第一泵(23)一侧用作低压腔(9.1)，第二泵(25)一侧用作高压腔(9.2)。
4.根据权利要求2或3的控制装置，其特征在于，低压腔(9.1)通过一压力转换器低压管路(10.1)连接到阀组(3)上，并且这个压力转换器低压管路(10.1)与这些阀相连接：
--一预压阀(11)，其第二接口位于液压缸管路(4)上，
--一低压腔入口阀(13)，其第二接口位于存储器管路(5)上，
--一低压腔出口阀(12)，其第二接口位于油箱管路(8)上；
并且高压腔(9.2)通过一压力转换器高压管路(10.2)连接到阀组(3)上，并且压力转换器高压管路(10.2)与这些阀相连接：
--一主压阀(14)，其第二接口位于液压缸管路(4)上，
--一截止阀(15)，其第二接口位于存储器管路(5)上，并
--通过一逆止阀(18)和一压力管路(19)与一个三通阀(17)相连，其第二接口位于存储器管路(5)上，并且其第三接口位于油箱管路(8)上。
5.据权利要求4的控制装置，其特征在于，三通阀(17)可以进行比例控制。
6.根据权利要求4或5的控制装置，其特征在于，在液压缸管路(4)和油箱管路(8)之间布置一卸压阀(16)。
7.根据权利要求6的控制装置，其特征在于，预压阀(11)、低压腔入口阀(13)、低压腔出口阀(12)、主压力阀(14)、截止阀(15)以及卸压阀(16)是可电控的开关阀。
8.用于控制一液压压力机的方法，该液压压力机具有一压制油缸(1)、一存储容器(2)、一阀组(3)、一液压油存储器(7)以及一液压泵(6)，其中压制油缸(1)、存储容器(2)、阀组(3)、液压油存储器(7)以及液压泵(6)借助于一液压缸管路(4)、一存储器管路(5)和一油箱管路(8)互相连接起来，其特征在于，一配置给阀组(3)的压力转换器(9；9’)可用作压力倍增器和倍力增减器。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，在阀组(3)中根据权利要求3和5布置的阀以这种方式操作：
--在第一方法步骤中，通过控制三通阀(17)和预压阀(11)，压力转换器(9；9’)用作压力倍减器并且在压制油缸(1)中建立一预压，
--在下一方法步骤中，通过控制截止阀(15)和主压力阀(14)，在压制油缸(1)中建立一压力，它是可预选的，并且最大相应于在液压油存储器(7)中的压力，
--在紧接着的下一方法步骤中，通过控制主压力阀(14)和低压腔进口阀(13)，压力转换器(9；9’)用作压力倍增器，并且在压制油缸(1)中建立一压力，它比在压力油存储器(7)中的压力高，
--在紧接着的下一方法步骤中，通过控制主压力阀(14)和截止阀(15)，将压制油缸(1)中的压力卸载、直到它与在压力油存储器(7)中的压力一样高，
--必要时在紧接着的下一方法步骤中，通过控制主压力阀(14)和低压腔出口阀(12)，压力转换器(9)的活塞(9K)被带到一用于下一压制行程所希望的位置中，并且
--最后通过控制卸压阀(16)，将压制油缸(1)中的剩余压力卸载。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，在第一方法步骤结束时重复这个第一方法步骤，其中通过改变控制该三通阀，建立一个更高的预压。
11.根据权利要求1至7的控制装置以及根据按权利要求8至10的方法在一用于压制例如瓷砖类陶瓷件结构的压力机中的应用。
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