CN205937322U - 一种压机及其液压闭环控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压机的液压闭环控制系统，包括主控制器、伺服驱动器、伺服电机、用于监测系统压力的压力检测装置及用于监测流量的流量检测装置；还包括压力补偿式的变量柱塞泵，所述变量柱塞泵的补偿阀在系统压力低于预设压力时保持关闭以通过所述伺服电机调节所述变量柱塞泵的流量，所述变量柱塞泵的补偿阀在所述系统压力高于所述预设压力时开启以通过压力控制调节所述变量柱塞泵的流量。采用本实用新型提供的液压闭环控制系统不仅维持了原伺服系统定量泵的优势，同时也优化了原系统中溢流损失、节流损失等缺陷，进而节约了能耗、降低了成本。本实用新型还公开了包括上述液压闭环控制系统的压机。

Description

一种压机及其液压闭环控制系统

技术领域

本实用新型涉及液压技术领域，更具体地说，涉及一种压机的液压闭环控制系统，还涉及一种包括上述液压闭环控制系统的压机。

背景技术

压机是一种利用液体静压力来加工各种材料的机械，它常用于压制工艺和压制成形工艺，如锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等。作为一种典型的周期性工作设备，压机在一个工作周期中，各个阶段均是通过油泵马达泵出液压油到各个油缸推动传动机构完成一系列动作，各个阶段需要不同的压力和流量。

现有技术中常见的压机均为伺服压机，即通过伺服电机驱动主传动油泵，减少控制阀回路，对压机滑块进行控制的一种节能高效压机。伺服驱动的压机具有节能、低噪、高效等优点，具有广泛的市场前景。压机的一个工艺流程一般要求主缸完成以下流程：主缸快速下行——减速压制——排气——保压延时——泄压回程。但目前大部分伺服压机中所使用的油泵为定量泵，由于泵的排量一定，但负载有速度要求，所以一部分流量需要从主溢流阀流回油箱，该过程中就造成了溢流损耗。同时由于比例节流阀做调速回路，因而又存在节流损耗。

综上所述，如何有效地解决压机由于溢流损耗、节流损耗等造成能耗及成本较高等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种压机的液压闭环控制系统，该液压闭环控制系统的结构设计可以有效地解决压机由于溢流损耗、节流损耗等造成能耗及成本较高的问题，本实用新型的第二个目的是提供一种包括上述压机的液压闭环控制系统的压机。

为了达到上述第一个目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种压机的液压闭环控制系统，包括主控制器、伺服驱动器、伺服电机、用于监测系统压力的压力检测装置及用于监测流量的流量检测装置；还包括压力补偿式的变量柱塞泵，所述变量柱塞泵的补偿阀在系统压力低于预设压力时保持关闭以通过所述伺服电机调节所述变量柱塞泵的流量，所述变量柱塞泵的补偿阀在所述系统压力高于所述预设压力时开启以通过压力控制调节所述变量柱塞泵的流量。

优选地，上述液压闭环控制系统中，所述压力检测装置为压力传感器。

优选地，上述液压闭环控制系统中，所述流量检测装置为编码器。

优选地，上述液压闭环控制系统中，所述主控制器包括用于显示所述压力检测装置和所述流量检测装置检测结果的显示装置。

优选地，上述液压闭环控制系统中，所述主控制器包括用于设定所述变量柱塞泵的补偿压力弹簧的所述预设压力的压力设定模块。

本实用新型提供的压机的液压闭环控制系统包括主控制器、伺服驱动器、伺服电机、压力检测装置、流量检测装置和压力补偿式的变量柱塞泵。其中，压力检测装置用于监测系统压力，流量检测装置用于监测系统的流量。变量柱塞泵的补偿阀在系统压力低于预设压力时保持关闭，系统通过调节伺服电机的转速以调节压力补偿式变量柱塞泵的流量；当系统压力高于预设压力时，补偿阀开启通过变量柱塞泵的自身压力补偿调节变量柱塞泵的流量。

应用本实用新型提供的压机的液压闭环控制系统时，当系统压力F<补偿压力弹簧设定压力Ps，即预设压力时，补偿阀保持关闭，变量柱塞泵继续做最大排量V_max运转，即补偿压力弹簧设定压力没有到达之前，流量的变化是通过伺服电机的转速变化而调节的。即根据Q＝V*n(n为泵的转速，V＝V_max)，通过伺服系统调节伺服电机的转速，进而调节泵的流量。当F≥Ps时，补偿阀芯将克服弹簧力开始移动，液压油将按比例流进控制活塞腔。由于控制活塞面积比斜盘活塞面积大，所以控制活塞推动斜盘向减少变量柱塞泵排量的方向移动。补偿控制系统继续按比例给控制活塞供油，并且调节液压泵的排量直到系统压力恒定。此时，变量柱塞泵仅提供载荷需要的液压油流量。该压力补偿变量泵通过变量机构控制斜盘活塞，使斜盘保持一定的开口，当变量柱塞泵输出压力达到预设压力时，切换至压力控制状态，所以闭环变量泵既无溢流损失，也无节流损失。因而采用上述液压闭环控制系统不仅维持了原伺服系统定量泵的优势，同时也优化了原系统中溢流损失、节流损失等缺陷，进而节约了能耗、降低了成本。

为了达到上述第二个目的，本实用新型还提供了一种压机，该压机包括液压缸，还包括上述任一种液压闭环控制系统。由于上述的液压闭环控制系统有上述技术效果，具有该液压闭环控制系统的压机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的液压闭环控制系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2为压力补偿式的变量柱塞泵的控制原理结构示意图；

图3为压机的工艺流程示意图；

图4为压力补偿变量特性曲线图；

图5为本实用新型提供的液压闭环控制系统工作过程的流程示意图。

附图中标记如下：

主控制器101，伺服驱动器102，伺服电机103，流量检测装置104，压力检测装置105，变量柱塞泵106，液压缸107，斜盘1，补偿阀2。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种压机的液压闭环控制系统，以避免溢流损耗、节流损耗，节约能耗及成本。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图5，图1为本实用新型提供的液压闭环控制系统一种具体实施方式的结构示意图；图2为压力补偿式的变量柱塞泵的控制原理结构示意图；图3为压机的工艺流程示意图；图4为压力补偿变量特性曲线图；图5为本实用新型提供的液压闭环控制系统工作过程的流程示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型提供的压机的液压闭环控制系统包括主控制器101、伺服驱动器102、伺服电机103、流量检测装置104、压力检测装置105和压力补偿式的变量柱塞泵106。

其中，主控制器101及伺服驱动器102、伺服电机103的结构及工作原理等请参考现有技术，此处不再赘述。压力检测装置105用于监测系统压力，具体的可以采用压力传感器，压力传感器与主控制电性连接，通过压力传感器采集系统的压力并将压力信息传递至主控制器101，进而主控制器101可以根据压力信息进行控制判断。当然，根据需要压力检测装置105也可以采用其他常规的用于检测压力的设备或结构。流量检测装置104用于监测系统的流量，一般的流量检测装置104可以采用编码器，编码器与主控制器101电性连接，将检测获得的流量信息发送至主控制器101，进而为主控制器101的控制判断提供依据。当然，根据需要，流量检测装置104也可以采用其他常规的用于检测流量的设备或结构。

采用压力补偿式的变量柱塞泵106，变量柱塞泵106的补偿阀2在系统压力低于预设压力时保持关闭，系统通过调节伺服电机103的转速以调节压力补偿式变量柱塞泵106的流量；当系统压力高于预设压力时，补偿阀2开启通过变量柱塞泵106的自身压力补偿调节变量柱塞泵106的流量。

请参阅图2，图2为压力补偿式的变量柱塞泵的控制原理结构示意图。其主要包括变量头(斜盘1)与补偿阀2。在伺服电机103带动变量柱塞泵106对整个液压回路进行适应性调节过程中，系统压力总是作用于斜盘1活塞上，斜盘1活塞总保持液压泵的排量趋于最大。同时，系统压力也为补偿阀2腔提供压力，使补偿阀2腔压力与补偿的弹簧力保持平衡。当液压泵流量大于载荷所需的流量时，系统压力升高，系统压力大于预设压力时，变量柱塞泵106的补偿阀2开启，通过自身压力补偿控制系统减小泵的排量，从而降低系统压力，直至系统压力恒定。

也就是压机工作过程中，当主控制器101接收到压机供压请求时，主控制器101控制液压回路通道打开，液压油在变量柱塞泵106的带动下给液压缸107进行供液。在此过程中，液压闭环控制系统一方面通过压力检测装置105，如压力传感器向伺服驱动器102反馈压力信号，并通过流量检测装置104，如编码器向伺服驱动器102反馈流量信号，根据反馈的信号，由主控制器101计算出控制的电流信号值，并将该电流信号值作为伺服驱动器102的控制信号，伺服驱动器102控制伺服电机103的旋转速度，伺服电机103带动柱塞泵对整个液压回路进行适应性调节，从而完成液压系统的压力和流量的调节。另一方面，变量柱塞泵106根据自身的变量机构，通过该泵压力-排量变量特性曲线并结合变量活塞，转动变量头，从而改变变量头的倾斜角实现泵排量的调节。通过以上两方面的结合实现伺服液压系统的压力调节。

具体的，当F(系统压力)<Ps(补偿压力弹簧设定压力)时，补偿阀2保持关闭，变量柱塞泵106继续做最大排量V_max运转，即补偿压力弹簧设定压力，也就是预设压力没有到达之前，流量的变化是通过伺服电机103的转速变化而变化的。即根据Q＝V*n，式中n为变量柱塞泵106的转速，V＝V_max。通过伺服系统调节伺服电机103的转速，进而调节泵的流量。当F(系统压力)≥Ps时，补偿阀2芯将克服弹簧力开始移动，液压油将按比例流进控制活塞腔。由于控制活塞面积比斜盘1活塞面积大，所以控制活塞就推动斜盘1向减少变量柱塞泵106排量的方向移动。补偿控制系统继续按比例给控制活塞供油，并且调节变量柱塞泵106的排量直到系统压力恒定。此时，变量柱塞泵106仅提供载荷需要的液压油流量。而后，当F(系统压力)<Ps(补偿压力弹簧设定压力)时，补偿阀2芯回复原位，斜盘1回复到使变量柱塞泵106排量为最大的位置。

该压力补偿变量泵通过变量机构控制斜盘1活塞，使斜盘1保持一定的开口，当泵输出压力达到预设压力时，泵切换至压力控制状态，所以闭环变量泵既无溢流损失，也无节流损失。另外在斜盘1设定的变化压力没有到达之前，流量的变化是通过伺服电机103的转速变化而变化的。因而采用上述液压闭环控制系统不仅维持了原系统中伺服系统结合定量泵的优势，同时也优化了原系统中溢流损失、节流损失等缺陷。

请参阅图3，图3为压机的工艺流程示意图。压机根据压制工艺要求主缸完成以下流程：主缸快速下行——减速压制——排气——保压延时——泄压回程——下一循环。在整个压机压制过程中，其中减速压制以及保压延时两个过程处于高压阶段。本实用新型技术方案通过现阶段伺服系统与变量柱塞泵106具备的压力补偿控制方式相结合，降低上述两个高压阶段泵排量，进而调节伺服液压系统的压力，达到高精度、低能耗、低成本等效果。

进一步地，在上述实施例中，预设压力的设置可以通过手动设置补偿压力弹簧的压力。具体的，将限位螺钉拧至上端，根据所需流量和压力变化范围调节弹簧套，使其流量发生变化时的初始压力，即预设压力符合要求，然后调节限位螺钉，使高压时的流量符合要求，流量从刻度盘上粗略读出，其中间的流量与压力变化关系根据泵P-V变量特性曲线自动调节即可，请参阅图4，图4为压力补偿变量特性曲线图。

为提高控制的自动化程度，预设压力也可以通过电子设定。即所述主控制器101可以包括用于设定所述变量柱塞泵106的补偿压力弹簧的所述预设压力的压力设定模块。进而在压机工作过程中，当主控制器101接收到液压机供压请求时，主控制器101控制阀门打开相应压机的液压回路通道，液压油在变量柱塞泵106的带动下给液压缸107进行供液，一方面在系统压力小于预设压力时通过伺服压力闭环对液压系统的压力和流量进行调节，具体如上述实施例所述。另一方面在系统压力大于预设压力时，具体变量式柱塞泵补偿压力弹簧的预设压力由主控制器101设定，主控制器101将设定好的模拟量发送至变量式柱塞泵，然后通过软体程式并结合该泵压力-排量变量特性曲线，实现泵排量的调节。通过以上两方面的结合实现伺服液压系统的压力调节。

在上述实施例的基础上，为了便于对系统压力及流量的监控，主控制器101可以进一步包括显示装置，以将压力检测装置105的检测数据及流量检测装置104的检测数据进行显示。进而相关人员能够方便的通过显示装置获取系统运行状况。具体的，显示装置可以为显示屏等。

基于上述实施例中提供的液压闭环控制系统，本实用新型还提供了一种压机，该压机包括上述实施例中任意一种液压闭环控制系统。由于该压机采用了上述实施例中的液压闭环控制系统，所以该压机的有益效果请参考上述实施例。

上述实施例提供的压机的液压闭环控制系统，其工作控制过程包括：

设定压力补偿式的变量柱塞泵106的补偿压力弹簧的预设压力；

当系统压力小于所述预设压力时，所述变量柱塞泵106的补偿阀2关闭，所述变量柱塞泵106以最大排量运行，并根据所述系统压力及所述变量柱塞泵106的流量控制伺服电机103的转速；

当所述系统压力大于所述预设压力时，所述变量柱塞泵106的补偿阀2开启，调节所述变量柱塞泵106的排量直至所述系统压力恒定，当系统压力下降至小于所述预设压力时，所述变量柱塞泵106的补偿阀2的阀芯回位，所述变量柱塞泵106以最大排量运行。

该方法在斜盘1设定的变化压力没有到达之前，流量的变化是通过伺服电机103的转速变化而变化；在变量柱塞泵106输出压力达到预设压力时，变量柱塞泵106切换至压力控制状态，所以闭环变量泵既无溢流损失，也无节流损失。另外的。因而采用上述液压闭环控制系统不仅维持了原系统中伺服系统结合定量泵的优势，同时也优化了原系统中溢流损失、节流损失等缺陷。

请参阅图5，图5为本实用新型提供的液压闭环控制系统工作过程的流程示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型提供的液压闭环控制系统的工作控制过程包括以下步骤：

S101：设定压力补偿式的变量柱塞泵106的补偿压力弹簧的预设压力；

S102：判断系统压力是否小于预设压力，若是执行步骤S103，否则执行步骤S104；

S103：补偿阀2关闭，进入伺服压力闭环控制；

也就是在系统压力小于预设压力时，补偿阀2关闭，变量柱塞泵106以最大排量运行，并根据系统压力及变量柱塞泵106的流量控制伺服电机103的转速，以调整变量柱塞泵106的流量。

S104：补偿阀2开启，并执行后续步骤；

S105：推动斜盘1移动以减小变量柱塞泵106的排量；

S106：根据P-V曲线调节变量柱塞泵106的排量；

一种具体实施方式中的P-V曲线请参考图4。

S107：判断系统压力是否恒定，若是，则执行后续步骤，否则返回步骤S106；

S108：变量柱塞泵106以当前排量运行。

也就是在系统压力大于预设压力时，补偿阀2芯将克服弹簧力开始移动，补偿阀2开启，液压油将按比例流进控制活塞腔。由于控制活塞面积比斜盘1活塞面积大，所以控制活塞就推动斜盘1向减少变量柱塞泵106排量的方向移动。补偿控制系统继续按比例给控制活塞供油，并且调节变量柱塞泵106的排量直到系统压力恒定。此时，变量柱塞泵106仅提供载荷需要的液压油流量。而后，当系统压力降低至小于预设压力时，补偿阀2芯回复原位，斜盘1回复到使变量柱塞泵106排量为最大的位置。

具体上述步骤S101中，可以包括：

根据所述压机运行各阶段的压力需求，主控制器101设定所述各阶段对应的预设压力，并将所述预设压力发送至所述变量柱塞泵106。也就是变量式柱塞泵补偿压力弹簧的预设压力由主控制器101设定，主控制器101将设定好的模拟量发送至变量式柱塞泵，然后在系统压力大于预设压力时，通过软体程式并结合该泵压力-排量变量特性曲线，实现泵排量的调节。

应用本实用新型提供的压机的液压闭环控制系统，根据下式：

V＝Q/n

式中，V为变量柱塞泵106的排量，Q为变量柱塞泵106的流量，n为变量柱塞泵106的转速。

当F<P_S时，Q＝Q_max，则V＝V_max，V_max为泵的最大排量；当F_cp≥P_S后，变量柱塞泵106自动按照P-V变量特性曲线变化，降低泵的排量V，同时补偿控制系统继续按比例给控制活塞供油，并且调节变量柱塞泵106的排量直到系统压力恒定。

而在此过程中，当F_cp≥P_S时，根据下式：

T_n＝(F_cp ^*V)/2π

式中，F_cp为实时系统压力值，T_n为电机额定扭矩，由于F_cp最终是恒定的，V减小，则Tn减小，则可推导出配套的电机规格减小。

同时，根据下式：

i_n＝T_n/K_t

式中，K_t为常量，i_n驱动器额定电流，Tn减小，则i_n减小，则可推导出配套的伺服驱动器102规格减小。

根据下式：

N＝F*Q

式中，N为系统功率，由于Q减小，F恒定，则N减小，则可推导出整个系统节能效果提高。

因而采用本实用新型提供的压机的液压闭环控制系统及方法，降低了控制系统中驱动器及电机的规格，提高性价比；同时也使变量柱塞泵106的输出功率下降，提高整个系统的节能效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种压机的液压闭环控制系统，包括主控制器、伺服驱动器、伺服电机、用于监测系统压力的压力检测装置及用于监测流量的流量检测装置；其特征在于，还包括压力补偿式的变量柱塞泵，所述变量柱塞泵的补偿阀在系统压力低于预设压力时保持关闭以通过所述伺服电机调节所述变量柱塞泵的流量，所述变量柱塞泵的补偿阀在所述系统压力高于所述预设压力时开启以通过压力控制调节所述变量柱塞泵的流量。

2.根据权利要求1所述的压机的液压闭环控制系统，其特征在于，所述压力检测装置为压力传感器。

3.根据权利要求1所述的压机的液压闭环控制系统，其特征在于，所述流量检测装置为编码器。

4.根据权利要求1所述的压机的液压闭环控制系统，其特征在于，所述主控制器包括用于显示所述压力检测装置和所述流量检测装置检测结果的显示装置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的压机的液压闭环控制系统，其特征在于，所述主控制器包括用于设定所述变量柱塞泵的补偿压力弹簧的所述预设压力的压力设定模块。

6.一种压机，包括液压缸；其特征在于，还包括如权利要求1-5任一项所述的液压闭环控制系统。