CN204896022U - 一种片烟预压打包机差动伺服节能液压系统 - Google Patents

Abstract

一种片烟预压打包机差动伺服节能液压系统，它由伺服动力源系统和油缸执行机构部分通过液压管路连接；其中，伺服动力源系统由低压大流量伺服动力源组和高压小流量伺服动力源组并联组成，油缸执行机构部分由主压油缸部组和提升油缸部组并联组成，伺服动力源系统与油缸执行机构部分通过管路串联连接。本实用新型可通过伺服控制器调节永磁交流同步电动机转速实现系统压力和流量控制，可大幅度提高生产效率，避免返工返料现象造成的各种造碎和资源浪费，降低系统的使用功率和能源浪费，实现节能降耗的生产目的，提高液压系统的稳定性。

Description

一种片烟预压打包机差动伺服节能液压系统

技术领域

本实用新型涉及一种片烟预压打包机设备的液压系统改进设计应用，尤其是能提高设备本身的生产效率、降低能耗并改善实际工作环境的液压系统。

背景技术

片烟预压打包机液压系统的执行机构主要通过一组主压油缸和两组提升油缸来完成片烟的导向装料和压实工作，主压油缸垂直安装于上机架上，并在活塞杆端部连接有压头，主要对输送到烟箱内的片烟进行压实；两组提升油缸垂直固定于下机架上并与提升料箱连接，提升料箱上下运行保证装满片烟的实箱和准备装料的空箱顺序出入，同时保护纸箱在压实过程中不变形。设计中主压油缸行程约7～10m，缸筒内径约180～200mm；提升油缸行程约1.2～1.6m，缸筒内径约80～100mm；其主压油缸和提升油缸动作工艺流程如图1所示。

目前，片烟预压打包机的液压系统主要是由三相异步电动机、定量叶片泵、主压油缸、提升油缸及管路、控制阀组、油箱、水循环冷却系统组成。如图2所示，低压系统供油的三相异步电动机(2)功率为30kW,定量叶片泵(3)的额定流量为140L/min，工作压力为6～8MPa；高压系统供油的三相异步电动机(4)功率为30kW,定量叶片泵(5)的额定流量为95L/min，工作压力为8～10MPa；液压油水循环冷却系统三相异步电动机(6)功率为2kW,定量齿轮泵(3)的额定流量为100L/min，工作压力为0.6～1MPa。片烟预压打包机传统型液压系统的工作原理是：主压油缸(12)下行时，电磁阀(13)右移，三相异步电动机(2)(3)带动定量叶片泵(3)(5)向主压油缸(12)上腔同时供油；当主压油缸慢速下行时，三相异步电动机(2)带动定量叶片泵(3)供油时由于出口端单向阀两端产生压差，油液通过安全溢流阀返回油箱(1)，只有三相异步电动机(4)带动的定量叶片泵(5)提供慢速下行油液，多余的油液同样通过安全溢流阀返回油箱(1)；当主压油缸(12)慢速上行时，同样只有定量叶片泵(5)提供油液；当主压油缸(12)快速上行时，定量叶片泵(2)根据单向阀两端的压差情况也可提供部分油液；提升油缸(10)(11)上行或下行时，提供油液的主要动力源为三相异步电动机(4)带动定量叶片泵(5)实现供油要求；为保证油液工作温度尽可能降低，三相异步电动机(6)带动的齿轮泵(7)必须持续运转循环冷却油液，这样可使油温保持在45～55℃之间。此系统运行时，无论主压油缸(12)或提升油缸(10)(11)是否处于动作状态，还是停止等待进料阶段，由于三相异步电动机自身特性的原因不能实现频繁启停和快速变速切换运行，同时转速恒定由于压差影响系统所产生的多余供油流量只能通过安全溢流阀卸荷返回油箱，油缸难以改变动作时间，生产效率也难以改变。三相异步电动机保持持续运行状态时，油液不断通过安全溢流阀卸荷，一方面造成油温快速升温加速老化，为尽量降低系统油温，增加了独立的油液水循环冷却系统，但油液温度降温效果也难以控制在40℃以下；另一方面油液通过安全溢流阀返回油箱，这不仅造成能耗浪费，同时定量叶片泵在随着系统压力增加后泄漏量也随之增加，要保证油缸内部压力持续不变和下一动作的快速切换运行，定量叶片泵也不能停止运转。由于设备工作状态的特殊性要求使得这种传统型的液压系统功率消耗很大，现场环境(半封闭环境)噪音大(约65～80dB),环境温度偏高(约30～40℃)，且对于特殊的下部片烟压制工艺要求更大的系统压力时很难调节满足要求，以致出现同一箱物料的多次返工复压现象，增加了片烟的造碎，降低了整线的生产效率。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种片烟预压打包机的差动伺服节能液压系统，针对现有技术的不足，改变现有片烟预压打包机液压系统的控制局限性，有效解决片烟预压打包机液压系统使用过程中出现的生产效率难以提高、系统压力不足造成的返工返料、能耗过大、油温过高、环境噪音和温度难以改善等问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种片烟预压打包机差动伺服节能液压系统，它由伺服动力源系统和油缸执行机构部分通过液压管路连接；其中，伺服动力源系统由低压大流量伺服动力源组和高压小流量伺服动力源组并联组成，油缸执行机构部分由主压油缸部组和提升油缸部组并联组成，伺服动力源系统与油缸执行机构部分通过管路串联连接。

本实用新型伺服动力源系统中由两组或两组以上的伺服动力源组并联布置组成，每组伺服动力源由伺服控制器、旋转编码器、永磁交流同步伺服电动机、定量螺杆泵、压力传感器、吸油过滤器、安全溢流阀和单向阀组成；伺服控制器通过通讯电路依序直接连接旋转编码器、永磁交流同步伺服电动机和压力传感器，永磁交流同步伺服电动机尾部旋转轴端安装旋转编码器，永磁交流同步伺服电动机的输出轴端与定量螺杆泵固定连接，定量螺杆泵的吸入口端安装吸油过滤器，定量螺杆泵的输出口端设置压力传感器，每组伺服动力源组的供油管路上接有单向阀和安全溢流阀。

本实用新型油缸执行机构部分的主压油缸部组上腔通过液控单向阀与高位充液油箱连接，上下腔通过管路和电磁换向阀连接形成差动互通，上下腔的旁路增加了节流单向阀，液控单向阀的控制油路连接有单向节流阀和电磁换向阀与伺服液压系统主供油路连接，高位充液油箱最高油位设置回油管路与主油箱连；提升油缸组通过管路并联布置，由电磁换向阀与伺服液压系统主供油路连接。

本实用新型在所属伺服动力源系统的出口端和油缸执行机构部分的入口端设置有安全溢流阀。

本实用新型伺服动力源系统中由2～6组独立的伺服动力源组并联布置组成；永磁交流同步伺服电动机和定量螺杆泵的参数选用根据设计需要差异化进行选择。

本实用新型油缸执行机构部分由1～6组主压油缸部组和提升油缸部组并联布置组成。

本实用新型中液压系统的动力源由永磁交流同步伺服电动机驱动定量螺杆泵提供油液，永磁交流同步伺服电动机轴端分别连接有旋转编码器和定量螺杆泵，定量螺杆泵出口端安装压力传感器，永磁交流同步伺服电动机通过伺服控制器控制其瞬时启停和变速从而间接控制定量螺杆泵的流量、出口压力；主压油缸顶端设置高位充液油箱，主压油缸的上腔进油采用差动控制模式，油液供给来自下腔回油、高位充液油箱的补偿、双泵并联合流供油三部分，这样为主压油缸快速下行提供了充足的油液补给，可大大缩短运行时间，提高系统工作效率；当油缸处于停止运行或保压状态、等待进料的过程中永磁交流同步伺服电动机都可实现瞬时启停或变速运行，并且定量螺杆泵的内泄漏较小，永磁交流同步伺服电动机的停止状态可实现自锁，保证了系统内部压力恒定和执行机构的安全性，对油缸动作快速切换后实现保压保量的快速供油需求；当提升油缸动作时，直接采用小流量高压泵组并可完成设定流量和压力的供油要求，大流量低压泵组停止运行，不造成多余的油液溢流卸荷，避免不必要的能源浪费。

本实用新型的有益效果是，与现有技术相比可通过伺服控制器调节永磁交流同步电动机转速实现系统压力和流量控制，便于多组压力参数的存储及多规格产品的压实要求，通过压力传感器的反馈与伺服控制器所设定的参数对比实现片烟预压打包机液压系统的压力闭环控制，动力源的独立运行、并联合流操作、差动补偿、高位自吸充液、瞬时启停和变速控制满足了打叶复烤生产线的弹性化多规格生产要求，可大幅度提高了生产效率，避免返工返料现象造成的各种造碎和资源浪费，降低了系统的使用功率和能源浪费，实现了节能降耗的生产目的，提高了液压系统的稳定性，取消了油液水循环冷却系统，降低油液运行温度增加使用周期，降低系统运行噪音改善现场环境。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1是片烟预压打包机的工艺流程图。

图2是片烟预压打包机现有液压系统原理图。

图2中标号：1.油箱；2.三相异步电动机；3.定量叶片泵；4.三相异步电动机；5.定量叶片泵；6.三相异步电动机；7.定量齿轮泵；8.水循环冷却器；9.电磁换向阀；10.提升油缸；11.提升油缸；12.主压油缸；13.电磁换向阀。

图3是片烟预压打包机本实用新型液压系统原理图。

图3中标号：100.主油箱；101.伺服控制器；102.旋转编码器；103.永磁交流同步伺服电动机(22kW)；104.定量螺杆泵(130L/min,工作最高压力为12MPa)；105.压力传感器；106.伺服控制器；107.旋转编码器；108.永磁交流同步伺服电动机(28kW)；109.定量螺杆泵(108L/min,工作最高压力为16MPa)；110.压力传感器；111.电磁换向阀；112.提升油缸；113.提升油缸；114.电磁换向阀；115.单向节流阀；116.高位充液油箱；117.液控单向阀；118.主压油缸；119.单向节流阀；120.单向节流阀；121.电磁换向阀；122.电磁换向阀；123.吸油过滤器；124.吸油过滤器；125.安全溢流阀；126.安全溢流阀；127.单向阀；128.单向阀；129.安全溢流阀；130.单向节流阀。

具体实施方式

如图3中所示，结合图1工艺流程图，一种片烟预压打包机差动伺服节能液压系统，本实用新型特征在于：它由伺服动力源系统和油缸执行机构系统两大部分部分通过液压管路连接；其中，伺服动力源主供油路包括低压大流量伺服动力源组和高压小流量伺服动力源组，油缸执行机构系统包括带高位充液油箱的主压油缸执行机构系统和提升油缸执行机构系统。本实用新型液压系统通过伺服动力源主供油路驱动模式与带高位充液油箱主压油缸执行机构管路系统、提升油缸执行机构管路系统组合形成主压油缸快速下行时多路汇流补充供油或设备工艺要求中实现执行机构不同动作的选择性独立供油系统。

本实用新型伺服动力源主供油路由两组或两组以上的伺服动力源组并联布置组成安装于主油箱100上构成设备液压系统的液压站。每组伺服动力源组由伺服控制器101、旋转编码器102、永磁交流同步伺服电动机103、定量螺杆泵104、压力传感器105、吸油过滤器123、安全溢流阀125和单向阀127，伺服控制器101通过通讯电路直接连接旋转编码器102、永磁交流同步伺服电动机103和压力传感器105，伺服控制器101通过输出端压力传感器105对出口压力实施检测并调整永磁交流同步伺服电动机103的转速以达到定量螺杆泵104出口端流量和压力的精确控制；永磁交流同步伺服电动机103尾部旋转轴端安装旋转编码器102，永磁交流同步伺服电动机103的输出轴端与定量螺杆泵104固定连接，定量螺杆泵104的吸入口端安装吸油过滤器123，定量螺杆泵104的输出口端设置压力传感器105，为保证系统的安全运行在定量螺杆泵104的输出端设置旁路增加安全溢流阀125并直接返回主油箱100，为保证系统互补干扰的独立性在出口端的主供油路上增加单向阀127防止油液倒流；高压小流量伺服动力源组包括组成部件和连接方式、控制供油方式与低压大流量伺服动力源组相同，其差别主要是永磁交流同步伺服电动108额定功率更大，定量螺杆泵109的额定流量更小(工作压力更大)。伺服动力源主供油系统中通过压力传感器105、110的反馈与伺服控制器101、106所设定的参数比对实现片烟预压打包液压系统的压力闭环控制，形成了伺服控制器101、106对液压系统供油压力和流量的即时按需调节模式。

本实用新型油缸执行机构系统的带高位充液油箱主压油缸执行机构系统中主压油缸118垂直固定安装于设备的上机架上，上机架的顶端固定安装高位充液油箱116[位置高于主压油缸118的最顶部]，主压油缸118下腔油口设有直接和缓冲两路油液出入口，缓冲油液出入口连接有单向节流阀119、120；主压油缸118上腔设有直接、缓冲和高位充液三路油液出入口，缓冲油液出入口连接有单向节流阀120，高位充液出入口通过液控单向阀117与高位充液油箱116以管路连接，液控单向阀117通过单向节流阀115、电磁换向阀114与伺服动力源主供油路连接实现液控单向阀117的双向导通，主压油缸118的上、下腔管路通过电磁换向阀121实现差动连接控制，通过主供油路电磁换向阀122与伺服动力源主供油路连接。其中主油箱100和高位充液油箱116在主压油缸118下行时采用两路伺服动力源并联合流、上下腔差动补偿、高位充液油箱压差自吸补充的多路汇流补给供油模式快速充液进油；主压油缸118上行时采用按需供给的独立性选择供油方式；主压油缸118处于保压或不动作期间时伺服动力源主供油路的永磁交流同步伺服电动机、定量螺杆泵处于关闭停止状态的节能模式；设置的高位充液油箱116由液控单向阀117实现双向对流控制，主压油缸118下行时通过压差自吸打开液控单向阀117实现自吸补充供油，上行时通过电磁换向阀114、单向节流阀115的先导油液打开液控单向阀117实现对高位充液油箱116的反向补充添加油液，高位充液油箱116设有最高油液位，超过最高油液位置的充填液压油由回油管直接回流主油箱100。

本实用新型油缸执行机构系统的提升油缸系统中提升油缸112、113固定于片烟预压打包机的下机架上，提升油缸112、113的活塞杆与提升套箱固定连接，通过提升油缸112、113的上下运行间接控制提升套箱的升降，提升油缸112、113的上下运行通过电磁换向阀111与伺服动力源主供油路连接实现上、下腔的供排油要求，排油口增加单向节流阀130，防止油缸快速下行产生自吸现象，保证系统平稳运行，提升油缸112、113上下动作时由伺服动力源主供油路中的低压大流量伺服动力源组或高压小流量伺服动力源任意一组供油即可满足要求，实现了按需供给的选择性独立供油模式。

本实用新型在所属伺服动力源系统的出口端和油缸执行机构部分的入口端设置有安全溢流阀129。

本实用新型所定义的低压大流量伺服动力源组和高压小流量伺服动力源组的额定压力和流量是相对自身设计差别化要求而言，没有特指具体参数，可根据设计需要，同时由2～6组相同或不同参数的伺服动力源组并联布置组成。

本实用新型油缸执行机构系统中的主压油缸118系统和提升油缸112、113在系统原理图中各采用一组进行表示，实际设计中根据需要可任意设置1～6组相同或相近参数的执行油缸系统组并联布置组成。

本实用新型工作过程为：

当空箱输入到位后，提升油缸112、113同步慢速下行，此时只需要启动永磁交流同步伺服电动机108带动定量螺杆泵109运转提供液压油，电磁换向阀111右移，提升油缸112、113驱动的提升套箱到位后，交流同步伺服电动机108带动定量螺杆泵109同时停止运转并处于自锁状态，等待空箱进料，等待进料期间所有设备处于关闭状态，无溢流或保压等能耗浪费状态；因永磁交流同步伺服电动机108、103本身特性可实现瞬时的启停或变速运行，所以根据电机转速的变化定量螺杆泵109、104可在额定流量以上或以下运行，根据实际需要调整，这就保证了油缸运行速度的可变调节，间接改变提高生产效率。

空箱进料完成后，进料装置停止进料，为减小主压油缸118上行或下行到位的冲击，油缸上下入口处增加了单向节流阀120、119实现了上下到位启停的缓冲油路，此时主压油缸118开始快速下行，电磁换向阀121、122右移，永磁交流同步伺服电动机103、108带动定量螺杆泵104、109同时向主压油缸118上腔实现双泵合流供油，同时主压油缸118快速下行过程中，下腔的回油由于产生压差(下腔压力小于上腔压力)通过管路差动方式直接补充流入上腔，同时设置在设备顶部的高位充液油箱116自身的油液压力和主压油缸118下行时对液控单向阀117产生的自吸现象实现了高位充液油箱116对上腔的同步供油，四路油液的同时供油加快了上腔油液的补充速度，同时缩短了主压油缸118快速下行的时间。当主压油缸118快速下行接触到膨松片烟后，主压油缸118进入慢速下行阶段；此时由于上腔内压力不断增加，液控单向阀117关闭，永磁交流同步伺服电动机103带动的定量螺杆泵104也关闭，此时直接由永磁交流同步伺服电动机108带动的定量螺杆泵109和下腔的部分油液差动补充两路供油，随着压实尺寸的加深，压力逐步增大，永磁交流同步伺服电动机108转速也随之缓慢下降；主压油缸118下行到位后，进入保压阶段，此时永磁交流同步伺服电动机108关闭自锁，定量螺杆泵109停止供油，电磁换向阀121、122关闭，无油液卸荷溢流；保压时间完成后，提升油缸112、113需要同时慢速上行，此时电磁换向阀111左移，开启永磁交流同步伺服电动机108带动定量螺杆泵109供油，供油液压流量由永磁交流同步伺服电动机108的转速确定，先慢后快，间接控制了提升油缸112、113先慢后快的上行速度，上行到位后电磁换向阀114、122左移打开，提升油缸112、113电磁换向阀111关闭，此时提升油缸112、113停止动作，主压油缸118开始缓慢上行，液控单向阀117通过单向节流阀115的先导油液打开，上腔油液由液控单向阀117直接回流至高位充液油箱116，主压油缸118上行过程中，高位充液油箱116多余的油液直接通过回油管回流至主油箱100，主压油缸118慢速上行到位后进入快速上行阶段，此时永磁交流同步伺服电动机103开启并带动定量螺杆泵104同时先下腔供油，通过调整永磁交流同步伺服电动机103、108的转速提高下腔的供油速度，增加主压油缸118的上行速度，缩短运行时间，间接提高生产效率。

主压油缸118上行到位后，电磁换向阀114、122关闭，同时永磁交流同步伺服电动机103、108关闭自锁，定量螺杆泵104、109停止供油。装满片烟压实好的实箱通过输送机送至下一工序，等待空箱的输入进入下一循环周期。

采用差动伺服液压系统的片烟预压打包机整个周期运行过程中，主压油缸118和提升油缸112、113的上行、下行时，所有的供油措施可通过永磁交流同步伺服电动机103、108和系统的差动连接实现按需所供，实现了多泵合流、双差动合流或选择性单泵供油的任意组合模式，同时永磁交流同步伺服电动机103、108的可瞬时启停或任意变速运行为多样性选择提供了可靠保证，在主压油缸118和提升油缸112、113不动作时不需要启动永磁交流同步伺服电动机103、108，避免能源的浪费。通过压力传感器105、110与伺服控制器101、106的交互模式可以设定系统指定的供油压力，为不同等级片烟的压实提供可存储调用的数据储备；对于永磁交流同步伺服电机所设置的旋转编码器，由于定量螺杆泵泄漏小，可在油缸、管路设计定型后根据计算和试验获得供给油量的多少从而间接确定实现油缸的行程控制，增加系统的可靠性。

本实用新型的差动伺服节能液压系统在片烟预压打包机上的应用后，取消了液压油的水循环系统，油液温度略高压环境稳定约2～5℃，最高油液温度不超过40℃，由于没有等待卸荷溢流或分流卸荷溢流等状态，系统实现了按需供给的方式，能耗的损失浪费大大降低；定量螺杆泵的压力升高时内泄漏减小，系统压力可基本保持恒定，避免了片烟返工返料的成本和造碎影响。

Claims (6)

1.一种片烟预压打包机差动伺服节能液压系统，其特征在于：它由伺服动力源系统和油缸执行机构部分通过液压管路连接；其中，伺服动力源系统由低压大流量伺服动力源组和高压小流量伺服动力源组并联组成，油缸执行机构部分由主压油缸部组和提升油缸部组并联组成，伺服动力源系统与油缸执行机构部分通过管路串联连接。

2.根据权利要求1所述的一种片烟预压打包机的差动伺服节能液压系统，其特征在于：伺服动力源系统中由两组或两组以上的伺服动力源组并联布置组成，每组伺服动力源组由伺服控制器(101)、旋转编码器(102)、永磁交流同步伺服电动机(103)、定量螺杆泵(104)、压力传感器(105)、吸油过滤器(123)、安全溢流阀(125)和单向阀(127)组成，伺服控制器(101)通过通讯电路依序直接连接旋转编码器(102)、永磁交流同步伺服电动机(103)和压力传感器(105)，永磁交流同步伺服电动机(103)尾部旋转轴端安装旋转编码器(102)，永磁交流同步伺服电动机(103)的输出轴端与定量螺杆泵(104)固定连接，定量螺杆泵(104)的吸入口端安装吸油过滤器(123)，定量螺杆泵(104)的输出口端设置压力传感器(105)，每组伺服动力源组的供油管路上接有单向阀(127)和安全溢流阀(125)。

3.根据权利要求1或2所述的一种片烟预压打包机的差动伺服节能液压系统，其特征在于：油缸执行机构部分的主压油缸部组上腔通过液控单向阀(117)与高位充液油箱(116)连接，上下腔通过管路和电磁换向阀(121)连接形成差动互通，上下腔的旁路增加了节流单向阀(119、120)，液控单向阀(117)的控制油路连接有单向节流阀(115)和电磁换向阀(114)与伺服液压系统主供油路连接，高位充液油箱(116)最高油位设置回油管路与主油箱(100)连；提升油缸组(112、113)通过管路并联布置，由电磁换向阀(111)与伺服液压系统主供油路连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种片烟预压打包机的差动伺服节能液压系统，其特征在于：在所述伺服动力源系统的出口端和油缸执行机构部分的入口端设置有安全溢流阀(129)。

5.根据权利要求1或2所述的一种片烟预压打包机的差动伺服节能液压系统，其特征在于：伺服动力源系统中由2～6组独立的伺服动力源组并联布置组成。

6.根据权利要求1所述的一种片烟预压打包机的差动伺服节能液压系统，其特征在于：油缸执行机构部分由1～6组主压油缸部组和提升油缸部组并联布置组成。