一种伺服拉伸垫液控系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及压力机技术领域，具体而言，涉及一种伺服拉伸垫液控系统及其控制方法。

背景技术

拉伸垫安装于压力机的底座中，主要作用是在板料拉延过程中为板料提供压边力，避免板料出现起皱等缺陷。对于液压伺服拉伸垫的运行，需要配备相应的液压站和液压系统，传统液压站体积较大，需要通过复杂的管路与控制阀组连通协作，节流及溢流压力控制导致能量过多损耗，产生较多热量，还需要配备大型冷却装置，进一步增加了液压站的体积。

发明内容

本发明所要解决的问题是传统液压站和液压系统整体占地面积较大，使用不方便。

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种伺服拉伸垫液控系统包括液压缸动力子系统，所述液压缸动力子系统包括压力油动力源、压力油开关阀、蓄能器、液压缸和差动电控换向阀，所述压力油动力源的第一工作油口与所述液压缸的杆腔相连，所述压力油动力源的第二工作油口与所述压力油开关阀的输入口相连，所述压力油开关阀的输出口与所述液压缸的活塞腔相连，所述蓄能器连接在所述第一工作油口和所述杆腔之间，所述差动电控换向阀的第一输入口与所述活塞腔相连，所述差动电控换向阀的输出口与所述杆腔相连，所述差动电控换向阀的第二输入口与所述杆腔相连。

可选地，所述液压缸动力子系统还包括安全阀，所述安全阀的一端与所述活塞腔相连，所述安全阀的另一端连接在所述第一工作油口和所述杆腔之间。

可选地，所述压力油动力源包括伺服电机和主泵，所述伺服电机的输出轴与所述主泵的转轴相连，所述主泵的第一工作油口与所述液压缸的杆腔相连，所述主泵的第二工作油口与所述压力油开关阀的输入口相连；所述伺服电机和主泵安装在电机支座上，所述电机支座安装在底部支座上，所述蓄能器安装在所述底部支座上。

可选地，所述液压缸动力子系统还包括压力油电控换向阀和第一单向阀，所述压力油电控换向阀的第一输入端与所述第一单向阀的一端相连，所述压力油电控换向阀的输出端与所述压力油开关阀的控制端相连，所述第一单向阀的另一端连接在所述压力油开关阀的输入口与所述主泵的第二工作油口之间，所述第一单向阀内油液的流向为从所述主泵的第二工作油口所在的一侧流向所述压力油电控换向阀的第一输入端所在的一侧。

可选地，所述液压缸动力子系统还包括第二单向阀，所述第二单向阀的一端连接在所述第一单向阀与所述压力油电控换向阀的第一输入端之间，所述第二单向阀的另一端连接在所述压力油开关阀的输出口与所述安全阀的一端之间，所述第二单向阀内油液的流向为从所述安全阀的一端所在的一侧流向所述压力油电控换向阀的输入端所在的一侧。

可选地，所述伺服拉伸垫液控系统还包括冷却循环子系统，所述冷却循环子系统用于对所述液压缸动力子系统中的压力油进行冷却；

所述冷却循环子系统包括冷却油动力源、冷却油开关阀和冷却器，所述冷却油动力源的输出端与所述冷却油开关阀的输入端相连，所述冷却油开关阀的输出端与所述冷却器的输入端相连，所述冷却器的输出端与所述主泵的冲洗口相连，所述冷却器的输出端还连接在所述主泵的第一工作油口与所述杆腔之间。

可选地，所述冷却油动力源包括冷却电机和冷却泵，所述冷却电机的输出轴与所述冷却泵的转轴相连，所述冷却泵的输出端与所述冷却油开关阀的输入端相连，所述冷却泵的输入端、所述蓄能器的输入端、所述主泵的泄油口和所述压力油电控换向阀的第二输入端之间相互连通；所述冷却电机和所述冷却器均安装在所述底部支座上。

可选地，所述冷却循环子系统还包括冷却油电控换向阀，所述冷却油电控换向阀的第一输入端与所述冷却泵的输入端相连，所述冷却油电控换向阀的第二输入端连接在所述冷却油开关阀的输入端与所述冷却泵的输出端之间，所述冷却油电控换向阀的输出端与所述冷却油开关阀的控制端相连。

另一方面，本发明还提供了一种伺服拉伸垫液控系统的控制方法，包括：

启动压力油动力源正转，并控制压力油开关阀打开，使得液压缸的伸缩杆回缩；

根据安装在所述伸缩杆上的位移传感器上传的移动距离，得到所述伸缩杆的移动速度；

控制所述伸缩杆的所述移动速度等于设定速度，完成预加速行程；

监测第一压力传感器上传的活塞腔压力，控制所述活塞腔压力等于设定压力，完成建压行程；

按照预设压力曲线，控制所述伸缩杆回缩时的所述活塞腔压力，完成板料拉延行程；

控制所述压力油动力源反转，并控制所述差动电控换向阀切换通路，使得液压缸的伸缩杆伸出，完成返回行程。

可选地，所述伺服拉伸垫液控系统的控制方法，还包括：

控制冷却油电控换向阀切换通路，以使冷却油开关阀打开；

控制冷却电机带动冷却泵工作，将压力油输送至冷却器中；

控制冷却器开始工作，并将冷却后的冷却油分别输送至主泵的冲洗口和所述液压缸的杆腔中，以使所述冷却循环子系统与所述液压缸动力子系统形成闭式循环。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种伺服拉伸垫液控系统及其控制方法，在预加速行程中，压力油动力源将液压缸活塞腔内的油液抽离并输送至杆腔中，液压缸的活塞杆向下做加速运动至设定速度，完成预加速行程；在建压行程中，活塞腔压力逐步增大至设定压力，完成建压行程；在板料拉延行程中，活塞杆继续向下运动，并控制活塞腔内压力依设定压力曲线变化；返回行程中，控制压力油动力源反向启动，将杆腔内的液压油输送至活塞腔中，活塞杆上移，活塞杆依设定运动曲线向上运动至初始位置；另外，为了加速活塞杆的回程速度，将差动电控换向阀切换通道，将活塞腔与所述杆腔连通，一方面液压油经过压力油动力源和压力油开关阀进入活塞腔，另一方面杆腔中的液压油同时经由差动电控换向阀进入活塞腔，使得杆腔中的液压油输出速度增加，使得活塞杆回程速度增大。在整个过程中，压力油动力源具有切换油液方向、压力和流量的作用，能够将液压油在活塞腔、杆腔和管路中来回循环流动，不需要油箱储存油液和先导油泵，缩小了整个液控系统的体积，并且只有油液管路中油液的体积越小，伺服控制越灵敏高效，因此整个输油管路省略了以比例伺服换向阀为核心的液控系统，使得管路变得简单，大幅度提升了能效。由于本实施例中的液控系统简单且高效，仅需要较少的油液，油液泄露等故障发生的概率大幅降低，因此使用本实施例中的液控系统对工作环境非常友好。另外蓄能器会吸收或者提供液压油，蓄能器对于液压油无阻碍，能量损耗很少；增设差动电控换向阀，为液压油在返回进程中提供多一条回流通道，使得液压油能够从杆腔中快速流出，减少快速返回时对杆腔中液压油的剧烈挤压，避免液压油短时剧烈挤压产生大量热量的问题，进一步减少热量的产生，通过油路的设计和阀组的配合控制，将液控系统中产生的热量大大降低，可以省略冷却系统或者降低冷却系统的功率，进一步降低整个液控系统的体积。

附图说明

图1示出了压力机整体结构示意图；

图2示出了现有拉伸垫液压站的结构示意图；

图3示出了本发明实施例中伺服拉伸垫的液控原理图；

图4示出了本发明实施例中伺服拉伸垫的结构示意图；

图5示出了本发明实施例中动力组件的结构示意图；

图6示出了本发明实施例中动力组件的三维示意图。

附图标记说明：100、压力机主传动系统；200、立柱；300、滑块；400、底座；500、第一顶冠；600、机械伺服拉伸垫；700、传统液压站；1、伺服电机；2、联轴器；3、主泵；4、电机支座；5、蓄能器；6、冷却电机；7、冷却泵；8、冷却器；9、底部支座；10、液压缸；11、液压缸支座；12、第二顶冠；13、压力油开关阀；14、压力油电控换向阀；15、冷却油开关阀；16、冷却油电控换向阀；17、安全阀；18、差动电控换向阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。

图1示出了压力机整体结构示意图，其中压力机分为上下两部分，其中上部分安装在立柱200上，在压力机主传动系统100的驱动下，上部分的滑块300带动上模上下往复运动；下部分的压力机的底座400安装在地坑内，第一顶冠500在机械伺服拉伸垫600及其驱动装置的带动下在底座400内上下移动，第一顶冠500向上运动时，带动顶料杆和压边圈向上移动，压边圈与上模共同作用限制板料的边缘移动，上模下压将板料压入上模与下模之间进行塑形。如图2为现有拉伸垫液压站的结构示意图，传统液压站700包括多组液压单元，每个液压单元包括单作用油泵、以比例伺服换向阀为核心的液控系统以及活塞缸。单作用油泵包括主油泵和先导油泵，两种油泵都需要从油箱中吸取油液。主油泵输出的油液经过比例伺服换向阀通向活塞缸的活塞腔和杆腔，先导油泵输出的油液输送至比例伺服换向阀的控制端，用以控制比例伺服换向阀调节油液的方向、压力和流量等，在工作过程中，单作用油泵不断从油箱中吸取油液，油箱一方面储存油液供单作用油泵吸取，另一方面接收回油，因此油箱是必要的存在，使得液压站体积不能太小。另外，传统方案中，单作用油泵输出的油液要经过以比例伺服换向阀为核心的液控系统才能实现工作需要的油液方向、压力和流量，液控环节的增多必然提升管路的复杂度和对油液压力造成能耗。主油泵和先导油泵相互配合才能实现拉伸垫的运行控制，还需要为两个油泵提供相应的油液输出管路和阀组，使得传统液压站体积进一步增大、结构复杂且能耗较高，需由多个电机和油泵带动复杂的流体系统工作。

图3示出了本发明实施例中伺服拉伸垫的液控原理图，所述伺服拉伸垫液控系统，包括液压缸动力子系统，所述液压缸动力子系统包括：压力油动力源、压力油开关阀13、蓄能器5、液压缸10和差动电控换向阀18，所述压力油动力源的第一工作油口与所述液压缸10的杆腔(即图3中液压缸10中活塞杆所处的上腔)相连，所述压力油动力源的第二工作油口与所述压力油开关阀13的输入口相连，所述压力油开关阀13的输出口与所述液压缸10的活塞腔(即图3中液压缸10的下腔)相连，所述蓄能器5连接在所述第一工作油口和所述杆腔之间，所述差动电控换向阀18的第一输入口与所述活塞腔相连，所述差动电控换向阀18的输出口与所述杆腔相连，所述差动电控换向阀18的第二输入口与所述杆腔相连。所述差动电控换向阀18常态下为常闭状态，当伺服拉伸垫处于返回行程时，所述差动电控换向阀18打开，用于将所述活塞腔和所述杆腔连通。

具体地，如图4所示，伺服拉伸垫下方安装有四个独立的液压缸10，液压缸10安装在液压缸支座11上，每个液压缸都具有一个独立的液控系统，第二顶冠12在液压缸10的带动下在底座400中上下运动，第二顶冠12带动顶料杆和模具配合完成板料的冲压成型。第二顶冠12为箱形焊接件，其底部与液压缸10的活塞杆头部连接，第二顶冠12外部侧面和底座400内部侧面之间设置有导轨，在液压缸10的带动下第二顶冠12可在底座400内上下运动。在板料冲压过程中，每个液压缸10的压力可独立设定，伺服拉伸垫会依次经历四个过程：预加速行程，建压行程，板料拉延行程和返回行程。蓄能器5用于维护液压缸动力子系统内的油液平衡，在液压缸10下行或上行过程中，蓄能器5可吸纳液压缸动力子系统内多余的油液或者向液压缸动力子系统内补充油液。

在本实施例中，压力油动力源启动，将压力油开关阀13打开，在预加速行程中，压力油动力源将液压缸10活塞腔内的油液抽离并输送至杆腔中，液压缸10的活塞杆向下做加速运动至设定速度，完成预加速行程；在建压行程中，活塞杆继续向下运动且液压缸10的活塞腔压力逐步增大至设定压力，当活塞杆下降到一定距离之后，活塞腔中的压力值仍没达到设定压力，可以暂时将压力油开关阀13关闭，上模持续下降，不断挤压活塞杆，使得活塞腔压力持续增加，直到达到设定压力，再将压力油开关阀13打开，完成建压行程；在板料拉延行程中，持续将活塞腔中的液压油输送至杆腔中，使得活塞杆继续向下运动，并控制活塞腔内压力依设定压力曲线变化；在活塞杆到达指定位置之后，进入返回行程，此时控制压力油动力源反向启动，将杆腔内的液压油输送至活塞腔中，活塞杆能够上移，活塞杆依设定运动曲线向上运动至初始位置；另外，为了加速活塞杆的回程速度，将差动电控换向阀18切换通道，将活塞腔与所述杆腔连通，此时一方面在压力油动力源作用下，液压油经过压力油动力源和压力油开关阀13进入活塞腔，此时液压油挤压活塞杆上移，另一方面由于活塞杆的上移，杆腔中的液压油同时经由差动电控换向阀18进入活塞腔，使得杆腔中的液压油输出速度增加，而进入活塞腔中的液压油的速度增加，使得活塞杆回程速度增大。在整个过程中，压力油动力源具有切换油液方向、压力和流量的作用，能够将液压油在活塞腔、杆腔和管路中来回循环流动，不需要油箱储存油液和先导油泵，缩小了整个液控系统的体积，并且只有油液管路中油液的体积越小，伺服控制越灵敏高效，因此整个输油管路省略了以比例伺服换向阀为核心的液控系统，使得管路变得简单，大幅度提升了能效。由于本实施例中的液控系统简单且高效，仅需要较少的油液，油液泄露等故障发生的概率大幅降低，因此使用本实施例中的液控系统对工作环境非常友好。另外在压力油动力源的作用下油路中产生液压油溢流或者节流等情况时，蓄能器5会吸收或者提供这部分液压油，而蓄能器5对于液压油无阻碍，能量损耗很少；增设差动电控换向阀18，为液压油在返回进程中提供多一条回流通道，使得液压油能够从杆腔中快速流出，减少快速返回时对杆腔中液压油的剧烈挤压，避免液压油短时剧烈挤压产生大量热量的问题，进一步减少热量的产生，通过油路的设计和阀组的配合控制，将液控系统中产生的热量大大降低，可以省略冷却系统或者降低冷却系统的功率，进一步降低整个液控系统的体积。

在本发明的一种实施例中，如图3，所述液压缸动力子系统还包括安全阀17，所述安全阀17的一端与所述活塞腔相连，所述安全阀17的另一端连接在所述第一工作油口和所述杆腔之间。为安全阀17设定一个安全压力值，在拉延行程中，当活塞腔中的压力值超过预设的安全压力值时，安全阀17被迫打开，此时活塞腔与杆腔连通，活塞腔中的压力得以释放，避免活塞腔受压过大，导致液压缸10受损。

在本发明的一种实施例中，如图5和图6，所述压力油动力源包括伺服电机1和主泵3，所述伺服电机1的输出轴与所述主泵3的转轴相连，所述主泵3的第一工作油口与所述液压缸10的杆腔相连，所述主泵3的第二工作油口与所述压力油开关阀13的输入口相连；所述伺服电机1和主泵3安装在电机支座4上，所述电机支座4安装在底部支座9上，所述蓄能器5安装在所述底部支座9上。

具体地，如图3、图5和图6，主泵3为双作用柱塞泵，其上有两个工作油口、一个冲洗口和一个泄油口，伺服电机1通过联轴器2与主泵3连接，伺服电机1与主泵3构成了液压缸10的动力源。液压缸10的速度控制和压力控制由伺服电机1实现。在伺服电机1带动主泵3转动，当伺服电机1正转时，将液压油从活塞腔泵入杆腔；当伺服电机1反转时，将液压油从杆腔泵入活塞腔，伺服电机1和主泵3的组合具有切换油液方向、压力和流量的作用，能够控制液压油在活塞腔、杆腔和管路中来回循环流动。

在本发明的一种实施例中，如图3，所述液压缸动力子系统还包括压力油电控换向阀14和第一单向阀，所述压力油电控换向阀14的第一输入端与所述第一单向阀的一端相连，所述压力油电控换向阀14的输出端与所述压力油开关阀13的控制端相连，所述第一单向阀的另一端连接在所述压力油开关阀13的输入口与所述主泵3的第二工作油口之间，所述第一单向阀内油液的流向为从所述主泵3的第二工作油口所在的一侧流向所述压力油电控换向阀14的第一输入端所在的一侧。

在本实施例中，压力油开关阀13的开闭由压力油电控换向阀14控制，如图3，当压力油电控换向阀14置于下面一个工位时，压力油开关阀13和主泵3之间油路上的液压油经由第一单向阀和压力油电控换向阀14流入压力油开关阀13的控制端，此时压力油开关阀13被闭合，电控换向阀14置于图3中上面另一个工作位时，压力油开关阀13的控制端卸荷，压力油开关阀13才能处于通路状态。

在本发明的一种实施例中，如图3，所述液压缸动力子系统还包括第二单向阀，所述第二单向阀的一端连接在所述第一单向阀与所述压力油电控换向阀14的第一输入端之间，所述第二单向阀的另一端连接在所述压力油开关阀13的输出口与所述安全阀17的一端之间，所述第二单向阀内油液的流向为从所述安全阀17的一端所在的一侧流向所述压力油电控换向阀14的输入端所在的一侧。

具体地，当压力油电控换向阀14置于图3中下面一个工位时，压力油开关阀13的控制端有油压，除了压力油开关阀13和主泵3之间油路上的液压油流入压力油开关阀13的控制端，另外活塞腔和压力油开关阀13之间油路上的液压油经由第二单向阀和压力油电控换向阀14也会流入压力油开关阀13的控制端，进一步增加压力油开关阀13控制端的液压油量和控制端压力，使得压力油开关阀13快速关闭。

在本发明的一种实施例中，如图3和图6，所述伺服拉伸垫液控系统还包括冷却循环子系统，所述冷却循环子系统用于对所述液压缸动力子系统中的压力油进行冷却；

所述冷却循环子系统包括：冷却油动力源、冷却油开关阀15和冷却器8，所述冷却油动力源的输出端与所述冷却油开关阀15的输入端相连，所述冷却油开关阀15的输出端与所述冷却器8的输入端相连，所述冷却器8的输出端与所述主泵3的冲洗口相连，所述冷却器8的输出端还连接在所述主泵3的第一工作油口与所述杆腔之间。

具体地，冷却油动力源经由冷却油开关阀15将油液送入冷却器8进行冷却，冷却后的油液一方面加入到液压缸10的压力油中，另一方面直接通过主泵3的冲洗口对其进行冷却。

在本发明的一种实施例中，如图5，所述冷却油动力源包括冷却电机6和冷却泵7，所述冷却电机6的输出轴与所述冷却泵7的转轴相连，所述冷却泵7的输出端与所述冷却油开关阀15的输入端相连，所述冷却泵7的输入端、所述蓄能器5的输入端、所述主泵3的泄油口和所述压力油电控换向阀14的第二输入端之间相互连通；所述冷却电机6和所述冷却器8均安装在所述底部支座9上。

具体地，冷却电机6为交流异步电机，冷却泵7为螺杆泵，冷却电机6和冷却泵7构成了冷却循环系统的动力源；当压力油电控换向阀14置于上面一个工位时，压力油开关阀13导通，在冷却泵7的吸引下，压力油开关阀13的控制端的油液被吸入冷却循环子系统，另外，冷却泵7还通过主泵3的第一工作口和泄油口将液压缸动力子系统内的压力油吸入冷却循环子系统中。

在本发明的一种实施例中，如图3，所述冷却循环子系统还包括冷却油电控换向阀16，所述冷却油电控换向阀16的第一输入端与所述冷却泵7的输入端相连，所述冷却油电控换向阀16的第二输入端连接在所述冷却油开关阀15的输入端与所述冷却泵7的输出端之间，所述冷却油电控换向阀16的输出端与所述冷却油开关阀15的控制端相连。

具体地，冷却油开关阀15的开闭由冷却油电控换向阀16控制，当冷却油电控换向阀16置于图3中的左侧工位时，此时冷却泵7的输出口与冷却油开关阀15的控制端相连，此时冷却油开关阀15控制端被充入油液，冷却油开关阀15被关闭；当冷却油电控换向阀16置于图3中的右侧工位时，此时冷却泵7的输入口与冷却油开关阀15的控制端相连，此时冷却油开关阀15控制端内的油液被吸走，冷却油开关阀15的控制端卸荷，冷却油开关阀15被打开，冷却循环子系统对压力油进行冷却。

在本发明的一种实施例中，如图3，所述伺服拉伸垫液控系统的控制方法包括：

启动压力油动力源正转，并控制压力油开关阀13打开，使得液压缸10的伸缩杆回缩；具体地，控制伺服电机1正转，主泵3被带动转动，将活塞腔中的压力油输送至杆腔中，活塞杆下降。

根据安装在所述伸缩杆上的位移传感器上传的移动距离，得到所述伸缩杆的移动速度；

控制所述伸缩杆的所述移动速度等于设定速度，完成预加速行程；

监测第一压力传感器上传的活塞腔压力，控制所述活塞腔压力等于设定压力，完成建压行程；其中，所述第一压力传感器用于测量所述液压缸10的活塞腔压力；当在规定的移动距离结束时，所述活塞腔压力小于设定压力，控制压力油电控换向阀14切换通路，以使压力油开关阀13关闭，使得液压缸10的活塞腔处于短暂增压过程。同样的，液压缸10上还安装有第二压力传感器，第二压力传感器用于测量杆腔内的压力值。

按照预设压力曲线，控制所述伸缩杆回缩时的所述活塞腔压力，完成板料拉延行程；

控制所述压力油动力源反转，并控制所述差动电控换向阀18切换通路，使得液压缸10的伸缩杆伸出，完成返回行程。具体地，控制伺服电机1反转，主泵3被带动反转，将杆腔中的压力油输送至活塞腔中，活塞杆上升返回。

在本发明的一种实施例中，如图3，所述伺服拉伸垫液控系统的控制方法还包括：

控制冷却油电控换向阀16切换通路，以使冷却油开关阀15打开；

控制冷却电机6带动冷却泵7工作，将压力油输送至冷却器8中；

控制冷却器8开始工作，并将冷却后的冷却油分别输送至主泵3的冲洗口和所述液压缸10的杆腔中，以使所述冷却循环子系统与所述液压缸动力子系统形成闭式循环。

在本发明中，该伺服拉伸垫液控系统无油箱，油液在主泵3和冷却泵7的引领下，在液压缸动力子系统和冷却循环子系统间形成闭式循环，结构紧凑，油路较短，所需动力源规格降低，油液的能耗较少，进而冷却设备的规格也降低，因此整个液控系统和动力组件的体积降低。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。