申请/专利权人：河南科技大学

申请日：2017-10-20

公开（公告）日：2024-01-19

公开（公告）号：CN107642511B

主分类号：F15B9/09

分类号：F15B9/09;B21J7/46

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.19#授权;2018.02.27#实质审查的生效;2018.01.30#公开

摘要：一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，包括依次连通并形成闭环的油箱、动力元件、控制元件和液压缸，其中液压缸包括无杆腔和有杆腔，在有杆腔内设置有活塞，活塞与模锻锤的锤头固定连接，所述控制元件包括先导阀系统和方向阀系统，其中方向阀系统包括打击阶段方向阀组和提捶阶段方向阀组，先导阀系统用于控制所述动力元件与打击阶段方向阀组或者提捶阶段方向阀组相连通。本发明提供一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，高能效、打击参数可控且性能稳定，而且液压回路结构简单、易于实现集成化、模块化设计，实现了“无液压管路”连接，降低了故障率，减轻了维护保养的难度，提高了锻锤的可靠性。

主权项：1.一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，包括依次连通并形成闭环的油箱（11）、动力元件、控制元件和液压缸（9），其中液压缸（9）包括无杆腔（901）和有杆腔（902），在有杆腔（902）内设置有活塞（903），活塞（903）与模锻锤的锤头（10）固定连接，其特征在于：所述控制元件包括先导阀系统和方向阀系统，其中方向阀系统包括打击阶段方向阀组和提捶阶段方向阀组，先导阀系统用于控制所述动力元件与打击阶段方向阀组或者提捶阶段方向阀组相连通；所述打击阶段方向阀组包括第一插装阀（501）和第三插装阀（503），第一插装阀（501）和第三插装阀（503）均为二通插装阀，第一插装阀（501）的A1端与所述有杆腔（902）相连通，第一插装阀（501）的B1端与所述油箱（11）相连通，第三插装阀（503）的A3端与所述动力元件的压力端相连通，第三插装阀（503）的B3端与所述无杆腔（901）相连通；所述提捶阶段方向阀组包括第二插装阀（502）和第四插装阀（504），第二插装阀（502）和第四插装阀（504）均为二通插装阀，第二插装阀（502）的A2端与所述动力元件的压力端相连通，第二插装阀（502）的B2端与所述有杆腔（902）相连通，第四插装阀（504）的A4端与所述无杆腔（901）相连通，第四插装阀（504）的B4端与所述油箱（11）相连通；所述油箱（11）还连通有一个液压马达（3），液压马达（3）驱动连接有一个发电机（4），发电机（4）还电连接有蓄能间接转换器（16）；还包括电连接的控制器和采集元件，采集元件包括用于采集所述无杆腔（901）内油压的第一压力传感器（13）、用于采集所述有杆腔（902）内油压的第二压力传感器（14）和用于检测所述活塞（903）移动距离的位移传感器（12），控制器（15）与所述蓄能间接转换器（16）电连接；所述先导阀系统包括第一换向阀（601）、第二换向阀（602）、第三换向阀（603）和第四换向阀（604），第一换向阀（601）、第二换向阀（602）、第三换向阀（603）和第四换向阀（604）均为两位三通电磁换向阀，第一换向阀（601）、第二换向阀（602）、第三换向阀（603）和第四换向阀（604）的进油口均与动力元件的压力端相连通，第一换向阀（601）的控制油口与第一插装阀（501）的C1端连通，第一换向阀（601）的回油口与所述油箱（11）相连通，第二换向阀（602）的控制油口与第二插装阀（502）的C2端连通，第二换向阀（602）的回油口与油箱（11）相连通，第三换向阀（603）的控制油口与第三插装阀（503）的C3端连通，第三换向阀（603）的回油口与油箱（11）相连通，第四换向阀（604）的控制油口与第四插装阀（504）的C4端连通，第四换向阀（604）的回油口与油箱（11）相连通。

全文数据：一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统技术领域[0001]本发明涉及金属塑性成形锻造液压设备技术领域，具体的说是一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统。背景技术[0002]模锻锤在锻造行业压力加工的发展中一直发挥着不可磨灭的作用，其经历了机械锤、蒸-空气锤、空气锤、电液锤的发展历程。由于锤上锻造的锻件成型速度快、金属流动性好，所以形成的锻件质量较高，在机械行业一直被沿用至今。目前使用较广的是电液锤，传统的电液锤液压系统较复杂，回路连接不方便，且含有打击阀，使系统的发热较高，需要设计独立的降温冷却环节，增加了结构复杂性和制造成本，且系统能量耗损过大，效率较低。此外，传统的液压模锻锤对于系统的控制方面不是很突出，对于落锤与升锤时速度的控制、稳定性的控制仍有可开发研究的空间。[0003]直接驱动容积控制系统也叫直驱式电液伺服系统或电液混合执行装置等。它结合了交流调速的灵活性和液压出力大的双重优点，采用交流变频和液压容积调速组合成的交流变频容积调速回路具有调速范围宽、分辨率高、节能性好、抗污能力强、易于实现计算机控制等一系列优点。将直驱驱动容积控制系统与模锻锤相结合，是实现对模锻锤的高效控制的有效方法。发明内容[0004]为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，高能效、打击参数可控且性能稳定，而且液压回路结构简单、易于实现集成化、模块化设计，实现了“无液压管路”连接，降低了故障率，减轻了维护保养的难度，提高了锻锤的可靠性。[0005]为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，包括依次连通并形成闭环的油箱、动力元件、控制元件和液压缸，其中液压缸包括无杆腔和有杆腔，在有杆腔内设置有活塞，活塞与模锻锤的锤头固定连接，所述控制元件包括先导阀系统和方向阀系统，其中方向阀系统包括打击阶段方向阀组和提捶阶段方向阀组，先导阀系统用于控制所述动力元件与打击阶段方向阀组或者提捶阶段方向阀组相连通。[0006]所述打击阶段方向阀组包括第一插装阀和第三插装阀，第一插装阀和第三插装阀均为二通插装阀，第一插装阀的A1端与所述有杆腔相连通，第一插装阀的B1端与所述油箱相连通，第三插装阀的A3端与所述动力元件的压力端相连通，第三插装阀的B3端与所述无杆腔相连通。[0007]所述提捶阶段方向阀组包括第二插装阀和第四插装阀，第二插装阀和第四插装阀均为二通插装阀，第二插装阀的A2端与所述动力元件的压力端相连通，第二插装阀的B2端与所述有杆腔相连通，第四插装阀的A4端与所述无杆腔相连通，第四插装阀的B4端与所述油箱相连通。[0008]所述先导阀系统包括第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和弟四换问丨伐」，弟了=向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀均为两位三通电磁换向阀，第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀的进油口均与动力元件的压力端相连通，第一换向阀的控制油口与第一插装阀的C1端连通，第一换向阀的回油口与所述油箱相连通，第二换向阀的控制油口与第二插装阀的C2端连通，第二换向阀的回油口与油箱相连通，第三换向阀的控制油口与第三插装阀的C3端连通，第三换向阀的回油口与油箱相连通，第四换向阀的控制油口与第四插装阀的C4端连通，第四换向阀的回油口与油箱相连通。[0009]所述第三插装阀的B3端和所述第四插装阀的A4端与所述无杆腔之间设置有第一先导溢流阀，所述第一插装阀的A1端和第二插装阀的B2端与所述有杆腔之间设置有第二先导溢流阀。[0010]所述油箱还连通有一个液压马达，液压马达驱动连接有一个发电机，发电机还电连接有蓄能间接转换器。[0011]所述蓄能间接转换器包括储能器件，储能器件还电连接有外部供电装置。[0012]所述动力元件包括定量泵和伺服电机，其中定量泵的进油端与所述油箱相连通，定量泵的供油口与所述控制元件相连通，伺服电机与所述蓄能间接转化器电连接。[0013]还包括电连接的控制器和采集元件，采集元件包括用于采集所述无杆腔内油压的第一压力传感器、用于采集所述有杆腔内油压的第二压力传感器和用于检测所述活塞移动距离的位移传感器，控制器与所述蓄能间接转换器电连接。[0014]有益效果：1、本发明利用伺服电机驱动定量泵，通过伺服电机控制定量栗的转速来改变定量输出的流量和压力，实现系统流量调节以达到节能目的；2、当锻锤停止工作时，伺服电机和荥也随之停止，没有原动机主要是电动机运行的效率损失和S运转损失；3、采用四个大流量的插装阀和四个两位三通电磁换向阀之间配合使用，打击阶段方向阀组和提捶阶段方向阀组互不干扰，切换速度快；4、在打击或者提锤过程中，回油箱的液压油始终经过液压马达，驱动液压马达转动，利用发电机将机械能转化为电能，发电机产生的能量不断地向蓄能间接转换器输送，可为伺服电机和控制器供电，为下一个动作准备，这样使得能量得以循环利用，提高了能源利用率；5、取消了传统电液锤中必不可少的液压蓄能器部分，节省了安装空间，使结构更加紧凑；6、在进油路和回油路上分别设有压力传感器，压力传感器反馈信号到控制器，控制器输出控制信号给伺服驱动器控制电机转动，形成对两油路的压力闭环控制;液压缸的活塞杆对应设置位移传感器，位移传感器反馈信号到控制器，控制器输出控制信号给伺服驱动器控制电机转动，形成对活塞杆的位置闭环控制；7、系统集成度高，可以实现模块化设计，大大减少了管路连接，故减少了流量损失，极大地消除管道动态对液压系统的影响；'?8、可以选用价格低廉、可靠性高的定量泵，因此对液压油及过滤要求降低，减少了泵的磨损和系统的噪声，提高了使用寿命和系统的可靠性。附图说明[0015]图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的蓄能间接转化过程的流程图。[0016]附图标记：1、定量泵，2、伺服电机，3、液压马达，4、发电机，501、第一插装阀，502、第二插装阀，503、第三插装阀，504、第四插装阀，6〇1、第一换向阀，6〇2、第二换向阀，6〇3、第三换向阀，604、第四换向阀，701、第一电磁铁，702、第二电磁铁，703、第三电磁铁，704、第四电磁铁，801、第一先导溢流阀，802、第一先导溢流阀，9、液压缸，901、无杆腔，902、有杆腔，9〇3、活塞，10、锤头，11、油箱，12、位移传感器，13、第一压力传感器，14、第二压力传感器，15、控制器，16、蓄能间接转换器。具体实施方式[0017]下面根据附图具体说明本发明的实施方式。[0018]如图1所示，一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，包括依次连通并形成闭环的油箱11、动力元件、控制元件和液压缸9,其中液压缸9包括无杆腔901和有杆腔902,在有杆腔902内设置有活塞903,活塞903与模锻锤的锤头10固定连接，控制元件包括先导阀系统和方向阀系统，其中方向阀系统包括打击阶段方向阀组和提捶阶段方向阀组，先导阀系统用于控制动力元件与打击阶段方向阀组或者提捶阶段方向阀组相连通。[0019]动力元件包括定量泵1和伺服电机2,其中定量泵1的进油端与油箱11相连通，定量泵1的供油口与控制元件相连通，伺服电机2与蓄能间接转化器电连接。利用伺服电机2驱动定量泵1，通过伺服电机2控制定量泵1的转速来改变定量栗输出的压力和流量，实现系统流量调节以达到节能目的。[0020]打击阶段方向阀组包括第一插装阀501和第三插装阀503,第一插装阀501和第三插装阀503均为二通插装阀，第一插装阀501的A1端与有杆腔902相连通，第一插装阀501的B1端与油箱11相连通，第三插装阀5〇3的A3端与动力元件的压力端相连通，第三插装阀503的B3端与无杆腔901相连通。提捶阶段方向阀组包括第二插装阀502和第四插装阀504,第二插装阀502和第四插装阀504均为二通插装阀，第二插装阀5〇2的A2端与动力元件的压力端相连通，第二插装阀502的B2端与有杆腔902相连通，第四插装阀5〇4的A4端与无杆腔9〇1相连通，第四插装阀504的B4端与油箱11相连通。第三插装阀5〇3的B3端和第四插装阀504的A4端与无杆腔901之间设置有第一先导溢流阀801，第一插装阀5〇1的A1端和第二插装阀5〇2的B2端与有杆腔902之间设置有第二先导溢流阀802,第一先导溢流阀8〇1和第二先导溢流阀802均作为油路的安全保护阀。[0021]先导阀系统包括第一换向阀601、第二换向阀602、第三换向阀603和第四换向阀604,第一换向阀601、第二换向阀602、第三换向阀603和第四换向阀6〇4均为两位三通电磁换向阀，第一换向阀601、第二换向阀602、第三换向阀603和第四换向阀6〇4的进油口均与动力元件的压力端相连通，第一换向阀601的控制油口与第一插装阀5〇1的C1端连通，第一换向阀601的回油口与油箱11相连通，第二换向阀6〇2的控制油口与第二插装阀5〇2的C2端连通，第二换向阀6〇2的回油口与油箱11相连通，第三换向阀603的控制油口与第三插装阀503的C3端连通，第三换向阀603的回油口与油箱11相连通，第四换向阀604的控制油口与第四插装阀504的C4端连通，第四换向阀604的回油口与油箱11相连通。[0022]油箱11还连通有一个液压马达3,液压马达3驱动连接有一个发电机4,发电机4还电连接有蓄能间接转换器16,蓄能间接转换器16包括储能器件，储能器件为超级电容，储能器件还电连接有外部供电装置。[0023]还包括电连接的控制器和采集元件，采集元件包括用于采集无杆腔901内油压的第一压力传感器13、用于采集有杆腔902内油压的第二压力传感器14和用于检测活塞903移动距离的位移传感器12,控制器15与蓄能间接转换器16电连接。[0024]锤头10在工作时，首先由伺服电机2驱动定量栗1，由定量泵1从油箱11中抽取液压油，并输出压力为P、流量为q的液压油，然后将液压油输送至第二插装阀502的A2端、第三插装阀5〇3的A3端，并且通过四个换向阀使第二插装阀502的C2端、第三插装阀503的C3端产生压力P，此时四个换向阀均处于关闭状态。[0025]在锤头10进行打击动作时，首先由先导阀系统使动力元件通过打击阶段方向阀组与液压缸9相连通，具体的调节方式是对第一换向阀601的第一电磁铁701和第三换向阀603的第三电磁铁703供电，使第一换向阀601和第三换向阀603处于左位工作，进而使第一插装阀501的C1端和第三插装阀503的C3端与油箱11连通，第一插装阀501和第三插装阀503打开，液压油从第三插装阀503的A3端通过B3端流入到无杆腔901中，进而对活塞903产生压力，推动活塞903伸出并带动锤头10向下移动，进行打击。与此同时，原本位于有杆腔902内的液压油依次通过第一插装阀501的A1端和B1端向油箱11流动，流动过程中首先进入到液压马达3中驱动液压马达3动作，进而由液压马达3驱动发电机4发电，发电机4发出的电能储存入蓄能间接转换器16中。打击动作完成后，第一电磁铁701和第三电磁铁703断电，第一换向阀601和第三换向阀603关闭。[0026]在锤头10进行提捶动作时，首先由先导阀系统使动力元件通过提捶阶段方向阀组与液压缸9相连通，具体的调节方式是对第二换向阀602的第二电磁铁702和第四换向阀604的第四电磁铁704供电，使第二换向阀602和第四换向阀604处于左位工作，进而使第二插装阀5〇2的C2端和第四插装阀504的C4端与油箱11连通，第二插装阀502和第四插装阀504打开，液压油经过第二插装阀502的A2端和B2端流入到有杆腔902内，推动活塞903复位到液压缸9内，进而带动锤头10复位，完成提捶。与此同时，原本位于无杆腔901内的液压油依次通过第四插装阀504的A4端和B4端向油箱11流动，流动过程中首先进入到液压马达3中驱动液压马达3动作，进而由液压马达3驱动发电机4发电，发电机4发出的电能储存入蓄能间接转换器16中。提捶完毕之后，第二电磁铁702和第四电磁铁704断电，第二换向阀602和第四换向阀604关闭。[0027]本发明采用四个大流量的插装阀和四个两位三通电磁换向阀之间配合使用，打击阶段方向阀组和提捶阶段方向阀组互不干扰，切换速度快。完成锻造之后，锤头10停止，伺服电机2和定量栗1也随之停止工作，没有原动机主要是电动机运行的效率损失和空运转损失。[0028]如图2所示，液压油通过液压马达3带动发电机4发电的具体过程为:首先由发电机4产生交流电，然后对交流电进行整流获得直流电，并经过滤波和稳压后输出稳定的直流电，最后将电能储存到储能器件中，储存的电能用于向控制器和伺服电机2供电，为下一个动作准备，这样使得能量得以循环利用，提高了能源利用率。因为发电效率的限制，发电量很难完全满足控制器和伺服电机2的用电需求，因此增加外部供电设备，外部供电设备持续对储能器件持续进行充电，而不直接对控制器和伺服电机2供电，因此无需额外的在外部供电设备和储能器件之间进行切换的装置，从而降低装置的复杂程度。[0029]本发明系统集成度高，可以实现模块化设计，大大减少了管路连接，故减少了流量损失，极大地消除管道动态对液压系统的影响。还可以选用价格低廉、可靠性高的定量泵，因此对液压油及过滤要求降低，减少了泵的磨损和系统的噪声，提高了使用寿命和系统的可靠性。[0030]还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0031]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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。

权利要求：1.一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，包括依次连通并形成闭环的油箱（11、动力元件、控制元件和液压缸9，其中液压缸9包括无杆腔901和有杆腔902，在有杆腔902内设置有活塞903，活塞903与模锻锤的锤头（10固定连接，其特征在于:所述控制元件包括先导阀系统和方向阀系统，其中方向阀系统包括打击阶段方向阀组和提捶阶段方向阀组，先导阀系统用于控制所述动力元件与打击阶段方向阀组或者提棰阶段方向阀组相连通。2.如权利要求1所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:所述打击阶段方向阀组包括第一插装阀（501和第三插装阀（503，第一插装阀（501和第三插装阀503均为二通插装阀，第一插装阀（501的A1端与所述有杆腔（9〇2相连通，第一插装阀501的B1端与所述油箱（11相连通，第三插装阀（503的A3端与所述动力元件的压力端相连通，第三插装阀（503的B3端与所述无杆腔901相连通。3.如权利要求2所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:所述提捶阶段方向阀组包括第二插装阀（502和第四插装阀（504，第二插装阀（502和第四插装阀504均为二通插装阀，第二插装阀（5〇2的A2端与所述动力元件的压力端相连通，第二插装阀（502的B2端与所述有杆腔902相连通，第四插装阀（504的A4端与所述无杆腔901相连通，第四插装阀（5〇4的B4端与所述油箱（11相连通。4.如权利要求3所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:所述先导阀系统包括第一换向阀（6〇1、第二换向阀602、第三换向阀603和第四换向阀（604，第一换向阀（601、第二换向阀（602、第三换向阀（603和第四换向阀（604均为两位三通电磁换向阀，第一换向阀（㈤1、第二换向阀（6〇2、第三换向阀（6〇3和第四换向阀（604的进油口均与动力元件的压力端相连通，第一换向阀6〇1的控制油口与第一插装阀5〇1的C1端连通，第一换向阀（601的回油口与所述油箱（11相连通，第二换向阀（6〇2的控制油口与第二插装阀（502的C2端连通，第二换向阀（6〇2的回油口与油箱（11相连通，第三换向阀603的控制油口与第三插装阀（5〇3的C3端连通，第三换向阀（603的回油口与油箱（11相连通，第四换向阀6〇4的控制油口与第四插装阀504的C4端连通，第四换向阀604的回油口与油箱11相连通。5.如权利要求3所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:所述第三插装阀（503的B3端和所述第四插装阀（504的A4端与所述无杆腔901之间设置有第一先导溢流阀（801，所述第一插装阀（501的A1端和第二插装阀（5〇2的B2端与所述有杆腔9〇2之间设置有第二先导溢流阀8〇2。6.如权利要求3所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:所述油箱11还连通有一个液压马达3，液压马达3驱动连接有一个发电机4，发电机4还电连接有蓄能间接转换器16。7.如权利要求6所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:所述蓄能间接转换器16包括储能器件，储能器件还电连接有外部供电装置。_8.如权利要求1所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:所述动力元件包括定量泵1和伺服电机2，其中定量栗1的进油端与所述油箱（1丨）相连通，定量栗1的供油口与所述控制元件相连通，伺服电机⑵与所述蓄能间接转化器电连接。9.如权利要求1所述的一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统，其特征在于:还包括电连接的控制器和采集元件，采集元件包括用于采集所述无杆腔901内油压的第一压力传感器13、用于采集所述有杆腔902内油压的第二压力传感器（丨4和用于检测所述活塞903移动距离的位移传感器12，控制器15与所述蓄能间接转换器16电连接。

百度查询： 河南科技大学 一种直驱式电液伺服模锻锤控制系统

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