CN204493866U - 数字液压压力调节器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数字液压压力调节器(2，4)，其包括至少一个具有数控阀门的阀门组(A-T，P-A，P-B，B-T)和具有流量计(12，14)的故障确定装置。在此故障确定装置被设计为，如果在对流体系统加载供应压力的过程中发出关闭所述阀门组(A-T，P-A，P-B，B-T)的全部阀门的指令，并且在所述流体系统中存在能够通过所述流量计(12，14)测量到的流体的流动，则可以确定存在部分或完全打开的阀门形式的故障。

Description

数字液压压力调节器

技术领域

本实用新型涉及一种数字液压压力调节器。

背景技术

在造纸机中所广泛采用的工作流体(例如液压油、空气、水、不同的气体或乳液或这些流体的混合物)被用作是操纵和控制介质；特别是执行器可以是液压驱动的，通过执行器可以较高的精度来调整和施加较大的力。

停车所使用的工作流体是通过泵来置于压力之下的。特别是近期以来，将处于压力下的工作流体导入到诸如流体气缸或流体电机(例如液压电机)这样的液压执行器中则是借助于数字控制阀来实现控制的，这种数字控制阀构成了压力调节器。

例如在2008年期号为7-8的期刊“Fluid”第12-13页中准确描述了数字压力调节器的工作原理，下面将再次非常简短地加以概括说明：

在简单的情况下，数字控制压力调节器由一排并联连接的数字控制阀门组成，这些阀门仅具有开/关功能，并且在静止状态(关状态)下是密封的。即，它们是简单的通-断开关阀，它们能够允许或中断流动并在本文中被统称为阀门。这些阀门一方面全部与共有的输入管道相连接，另一方面还与共有的输出管道相连接。阀门自身可以是传统的电磁阀，即，具有电磁驱动器的阀门。当然也可以选择另外的驱动方式。

这些阀门例如可以通过连接或安装节流阀而具有不同的流量。优选这些阀门彼此之间的行列比例为1:2:4:8…，在此，行列的长度根据阀门数量来确定。

通过打开和关闭基于数学模型由计算机所确定和选择的各个阀门或阀门组合，可以在输出管道或其上所连接的执行器中实现非常快速、精确的压力调整。这种压力调整可以通过利用数字生成的(近似)控制曲线代替传统的比例控制阀门的模拟控制曲线来实现。由于去除了模拟比例阀门的非线性和/或滞后性，因此该曲线可以是近似阶梯状的直线，这将使得能够快速且(几乎)无过度振动地进入调节点。

这种数字液压调节的另一优点是，阀门或者打开或者关闭，即，为了在封闭的(并且不改变的)系统中保持额定压力，只需要简单地关闭阀门，并且不会出现内部漏流。因此与传统的比例阀相比存在明显的不同，在传统的比例阀中始终有液压油流流动通过。这例如在造纸机中会持续地消耗用于液压泵的能源。

由此可以看出：使用数字液压压力调节器能够使液压泵较少地运行或较短时间地运行，由此可以节省能源。此外，还可以在极短的时间内使压力水平发生变化。

在图1中示例性示出的数字液压执行器具有四个阀门组，这些阀门组各自具有相同数量的阀门和/或节流阀。这种例如可使用在造纸机上的液压系统的示意图在图1中没有示出。阀门组也可称为数字流动控制单元，因此在图1中的缩写为DFCU。

如图1所示的液压系统包括可借助两个执行器1、5移动的滚筒3，该滚筒相对于固定设置的滚筒7行进。执行器1、5具有第一室A和第二室B。如果各个室A中的压力相比于各个室B中的压力成比例地增加，则可运动的滚筒3相对于固定的滚筒7执行进给运动。相反，当各个室B中的压力升高时，则执行返回运动。在此，各个执行器1、5分别配设有结构相同的数字液压调节器2、4。

为了实现进给运动，将两个数字液压调节器2、4中的阀门组P-A的阀门接通，由此在用于在工作流体中产生液压压力的泵P与执行器1、5中的室A之间建立连接。同时，将数字液压调节器中的阀门组B-T的阀门接通，用以为液压流体在各个室B与容器T之间建立连接。通过接通阀门，可以使液压流体产生一定的流量。

相应地，为了实现返回运动，将两个数字液压调节器2、4中的阀门组P-B和A-T接通，从而在泵P与执行器的室B之间建立连接。

尽管在图1中没有示出，但是也可以在第一室A与第二室B之间设置阀门组，以使这两个室A和B直接彼此连接。

然而，为了能够利用数字控制阀精确地调整流体系统中的压力，必须了解阀门的流量率，即，必须对系统进行校准。

对此，专利文献DE 102010042780 A1公开了一种用于生产纤维幅材的机器的流体系统，该流体系统具有数字控制阀，在该系统中可以确定阀门的校准值。此外，该专利文献还公开了一种相应的确定校准值的方法。

由专利文献WO 2010/136071A1可知一种用于控制数字液压控制设备的方法。在顺序测试(Testsequenz)的过程中，通过交替地打开两个阀门，其中一个阀门将输入管道与输出管道相连接，另一个阀门将输出管道与排出管道相连接，并根据在控制设备中所检测到的流量值和压力值来计算和确定各个阀门的校准值，和/或通过状态监测可以实现对各个阀门的校准，在状态监测中，顺序地接通各个阀门，并根据所检测到的作为阀门接通响应的流量值和压力值推导得出各个阀门的阀门打开条件。

此外，当阀门陷于关闭状态时，可以识别出阀门发生故障。这种识别可以根据异常的压力值来实现，即，检测出额定压力与实际压力之间的差异，并由此精确地确定陷于关闭状态的、发生故障的阀门。

但是，当阀门陷于部分打开或完全打开的状态时，根据已知的识别方法不能识别出阀门的这种故障。这可能会导致如下问题：

不能识别出陷于打开或部分打开状态的阀门；

陷于打开或部分打开状态的阀门会干扰上述识别进程，因为这些阀门会导致系统中的当前压力错误；

如果受到陷于打开或部分打开状态的阀门干扰的流体的量相对较高，则在此情况下可能会实现数字液压系统的预设功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种数字液压压力调节器和一种用于数字液压压力调节器的检查方法，利用该方法可以识别出有错误的、处于部分打开或完全打开状态的阀门。

根据本实用新型的数字液压压力调节器包括至少一个具有多个数控阀门的阀门组和具有流量计的故障确定装置。在此，故障确定装置被设计为：在对流体系统加载供应压力的过程中，如果发出关闭阀门组的全部阀门的指令，但在流体系统中却存在可通过流量计测量到的流体流动，则可以确定发生下列形式的故障：有阀门被部分或完全打开(下面也称为错误关闭的阀门)。

为此将发出关闭阀门组的全部阀门的指令。此外还要对液压系统加压。由于处于关闭状态的阀门会阻止阀门组区域中的任何流动，因此一旦检测到有液压流体流动，就可以立即确定错误关闭的阀门。

优选故障确定装置可以具有计算装置，用以根据所测得的流动来计算特征流动系数。

在进行相应的前述校准的过程中，可以根据所测得的流动来确定由错误关闭的阀门所引起的压力上升。因此通过相应地控制在此情况下的其余的阀门，甚至可以对这种意外的压力上升进行平衡。

此外，优选故障确定装置可以通过将特征流动系数与包括待关闭阀门的阀门组的各个阀门的已知的流动系数进行对比，识别出发生故障的一个或多个阀门。

由于阀门组的各个阀门的各个流动系数是已知的，因此当特征流动系数有异常时可以立即识别出错误关闭的阀门。

优选在设有多个阀门组的情况下，为了确定故障而发出下述指令：关闭其中一个阀门组的全部阀门，并向流体系统加载供应压力，同时使其他的阀门组的所有阀门保持打开。这意味着，可以根据另一阀门组对一阀门组就错误关闭的阀门进行检查。

根据本实用新型的用于数字液压压力调节器的检查方法具有以下步骤，其中，该数字液压压力调节器包括至少一个具有数控阀门的阀门组：

关闭阀门组的全部阀门，

向数字液压压力调节器加载供应压力，

测量数字液压压力调节器上的流动，当有流动存在时，确定存在有阀门被部分或完全打开的故障。

附加地，优选可以根据已存在的流动来计算特征流动系数。

此外，优选可以通过将该特征流动系数与具有待关闭阀门的阀门组的各个阀门的已知的流动系数进行对比，来识别出发生故障的一个或多个阀门。

在设有多个阀门组的情况下，通过关闭待检查的阀门组的全部阀门，同时使其余的阀门组的全部阀门保持打开，并向数字液压压力调节器加载供应压力，可以分别依次地检查这些阀门组。

根据该检查方法，优选待检查的阀门组的各个阀门可以被依次地打开并再次关闭。在此，当打开阀门之前的特征流动系数与打开阀门时的特征流动系数之间的差小于所打开阀门的已知的流动系数时，可以确定有故障的阀门。

在此情况下，根据特征流动系数只能得出有条件的结论，即：哪个阀门恰好具有部分或完全打开的阀门的故障。在前述的校准过程中，需要为处于打开状态的各个阀门确定阀门的特征流动系数。

如果无故障的阀门在检查过程中被打开，则液压系统中的压力会相应地变化(升高)，即，液压系统中的流动的特征流动系数本身增加了正被检查的阀门的特征流动系数(值)。但是，如果这种变化没有达到期望的水平，则可以确定正被检查的阀门是被卡住(steckend)的阀门。如果特征流动系数根本没有变化，则所检查的阀门是处于完全打开状态的阀门。

根据本实用新型的检查方法可以与用于检查错误关闭的阀门的方法相组合。这将有利地不仅识别出错误关闭的阀门，而且还可以识别出处于关闭状态并且不能再次打开的阀门。

附图说明

图1示例性示出了根据本实用新型的一种实施方式的液压系统。

具体实施方式

由于如图1所示的液压系统已经在前文中进行了说明，因此在此将不再赘述。

为了检查出被错误关闭的阀门，借助泵P向液压系统加载供应压力，并发出将两个数字液压调节器2、4中的其中一个的四个阀门组A-T、P-A、P-B、B-T的其中之一的全部阀门关闭的指令。

在所述示例中，根据相应发出的指令，首先将数字液压调节器2的阀门组A-T的全部阀门关闭。如果阀门组A-T的阀门没有发生故障，即，阀门组A-T的全部阀门实际上被完全关闭，则液压流体不会再从室A流入容器T中。由此，经过完全打开的阀门组P-A进入室A的流动也被中断。术语“完全打开的阀门组”在此应理解为：该阀门组的全部阀门被完全地打开。

此外，也不会有液压流体通过完全打开的阀门组P-B流入室B，因为除非存在从室A的流出，否则室B的容量不会增大。同样，液压流体也不能通过完全打开的阀门组B-T从室B中流出。

因此，只有在数字液压调节器2的被检查的阀门组的一个或多个阀门没有被完全关闭，而是处于完全打开或部分打开的状态时，在数字液压调节器2的区域中才会出现流动。如果是这种情况的话，设置在数字液压调节器2上的体积流量测量装置12将会检测到流动。在图1中利用符号表示的体积流量测量装置12相应于根据本实用新型的流量计。但是需要说明的是，也可以使用任意合适的流量计(例如电磁流量计、超声流量计或声学流量计)作为流量计。

如果利用体积流量测量装置12没有检测到流动，则可以确定阀门组A-T无故障。然后，以相同的方式检查下一个阀门组P-A。

当体积流量测量装置12检测到流动时，根据所检测到的流动来计算特征流动系数。将该特征流动系数与数字液压调节器2的阀门组的各个阀门的之前所确定的流动系数进行比较，可以精确地确定由一个或多个发生故障的、未完全关闭的阀门所导致的压力损失的数量级。

由此可以确定阀门是否处于完全打开的状态或部分打开的状态。此外，还可以采取相应的对策，例如，根据由一个或多个发生故障的阀门所导致的压力损失来增加系统压力或更换相关的阀门或阀门组。此外，优选该检查结果也可以在检查处于关闭状态的阀门时被考虑进去。

由于体积流量测量装置12设置在数字液压调节器2上，因此，在所检查的阀门组AT中出现未关闭的阀门的情况下，只需要检测在数字液压调节器2的区域中出现的流动。由此使得与在图1中示出的第二数字液压调节器4的阀门组的阀门的打开或关闭毫不相干，因为位于数字液压调节器2上的体积流量测量装置12不能检测到任何情况下出现在数字液压调节器4中的流动。

在检查阀门组A-T之后，以相同的方式依次检查剩余的阀门组P-A、P-B和B-T。

在如图1所示的具有多个数字液压调节器2、4的液压系统中，可以对各个数字液压调节器2、4中的各个阀门组进行检查，甚至可以同时进行这种检查，因为在每个数字液压调节器2、4中都设有体积流量测量装置12、14。

因此，本实用新型可以有利地自动检测未关闭阀门这种形式的故障。通过将本实用新型与用于检查处于关闭状态的阀门的方法相组合，就可以检测数字液压阀门的全部可能的故障。这些故障可以是陷入关闭状态、部分打开的状态或完全打开的状态。

在如图1所示的数字液压系统中，根据线性传感器的测量结果来调节滚筒3的运动，并根据设置在气缸1、5中的室壁上的压力传感器的测量结果来调节气缸1、5的室A、B中的压力。例如，线性传感器用于精确地确定执行器1、5中的活塞的位置。线性传感器也可以设置在其他的合适位置上，只要其能够确定滚筒3的位置。

优选在压力传感器失灵时，可以根据线性传感器的测量结果来计算室压。因此在压力传感器失灵的情况下，替代地可以通过线性传感器来调节室压，而不必为了更换压力传感器而立即关闭系统。

同样，在用于精确确定活塞位置的线性传感器失灵时，可以根据气缸1、5的室A、B中的压力传感器的测量结果来计算活塞位置。

为了能够实现前述的利用压力传感器来代替线性传感器，或反之由线性传感器来替代压力传感器，建立数学模型，利用该数学模型，可以根据线性传感器所输出的活塞位置来计算各个室A、B中的压力。此外，也可以利用该数学模型，根据室A、B中的压力传感器所测得的压力值来计算活塞位置。

因此，即使液压系统中的压力传感器失灵，通过使用线性传感器并利用数学模型，也可以足够的精度确定室A、B中的液压流体的压力。同样，在线性传感器失灵时，通过使用压力传感器并利用数学模型，可以足够精确地确定活塞位置，并由此足够精确地确定滚筒3的运动。

本实用新型已参照基于图1的实施例进行了说明，但并不限于该实施例所描述的方式，而是只通过所附权利要求的范围加以限定。

特别需要注意的是：数字液压调节器的数量是不受限制的。数字液压调节器中的阀门组的数量同也不限于四个。例如，如图所示的实施例还可以通过配属于直接连接两个室A和B的阀门组A-B加以扩展。可以在检查数字液压调节器的过程中如前所述地检查这种阀门组A-B。每个阀门组的阀门的数量也可以任意地选择。

Claims (4)

1.一种数字液压压力调节器(2，4)，其特征在于，包括至少一个具有数控阀门的阀门组(A-T，P-A，P-B，B-T)和具有流量计(12，14)的故障确定装置，其中，所述故障确定装置与所述阀门组相连接，并被设计为，在对流体系统加载供应压力的过程中，当关闭所述阀门组(A-T，P-A，P-B，B-T)的全部阀门，并且在所述流体系统中存在能够通过所述流量计(12，14)测量到的流体流动时，则确定存在部分或完全打开的阀门形式的故障。

2.根据权利要求1所述的数字液压压力调节器，其特征在于，所述故障确定装置具有计算装置，用于根据所测得的流动来计算特征流动系数。

3.根据权利要求2所述的数字液压压力调节器，其特征在于，所述故障确定装置通过将所述特征流动系数与包括待关闭阀门的所述阀门组(A-T，P-A，P-B，B-T)的各个阀门的已知流动系数进行对比来识别发生故障的一个或多个阀门。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的数字液压压力调节器，其特征在于，所述数字液压压力调节器(2，4)具有多个阀门组(A-T，P-A，P-B，B-T)，其中，为了确定故障，关闭其中一个阀门组(A-T)的全部阀门并向所述流体系统加载供应压力，同时使其他的阀门组(P-A，P-B，B-T)的所有阀门保持打开。