一種泵閥復(fù)合控制全液壓矯直機(jī)液壓系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于全液壓矯直機(jī)電液伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種栗閥復(fù)合控制全 液壓矯直機(jī)液壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 全液壓矯直機(jī)是中厚板生產(chǎn)線上重要精整設(shè)備之一，主要通過液壓系統(tǒng)控制四個(gè) 主壓下液壓缸來調(diào)整上輥盒的升降，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在板材的矯直過程中輥縫大小的在線動(dòng)態(tài)調(diào) 整。傳統(tǒng)的全液壓矯直機(jī)液壓系統(tǒng)采用閥控系統(tǒng)，具有精度高，響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，但是效率低， 主要采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量液壓栗，為定壓力定流量輸出。四個(gè)壓下油缸在鋼板的 矯直過程屬于高壓、重載、大流量，在回程和待機(jī)的過程屬于低壓小流量，系統(tǒng)的壓力和流 量按液壓缸的最大功率設(shè)定，且被控對象上輥盒的負(fù)載力和速度實(shí)時(shí)在變，導(dǎo)致系統(tǒng)存在 大量的節(jié)流損失和溢流損失，系統(tǒng)傳動(dòng)效率較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高壓節(jié)流損失造成的能量損失高 達(dá)36%-一68%。該發(fā)明基于變頻電子技術(shù)，以變頻電機(jī)和變量液壓栗取代普通三相異步電 動(dòng)機(jī)和和定量液壓栗，融合栗控和閥控各自的優(yōu)點(diǎn)并結(jié)合蓄能器單元提出了栗閥復(fù)合控制 的新型液壓系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)速與排量雙參數(shù)在線調(diào)節(jié)使得液壓系統(tǒng)在綜合指標(biāo)方面有了很大 的提尚，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)最大程度的降噪、尚效、節(jié)能，可節(jié)能20% 60%，效率提尚5% 30%，通過對壓力轉(zhuǎn)換增益和位置轉(zhuǎn)換增益的嵌入，實(shí)現(xiàn)了對位置、流量和壓力的三重控制， 提高了液壓伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和智能化程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種全液壓矯直機(jī)的新型液壓系統(tǒng)一一栗閥復(fù)合控制液壓 系統(tǒng)，該發(fā)明基于變頻電子技術(shù)，以變頻電機(jī)和變量液壓栗取代普通三相異步電動(dòng)機(jī)和和 定量液壓栗，融合栗控和閥控各自的優(yōu)點(diǎn)并結(jié)合蓄能器單元提出了栗閥復(fù)合控制的新型液 壓系統(tǒng)，通過對壓力轉(zhuǎn)換增益和位置轉(zhuǎn)換增益的嵌入，實(shí)現(xiàn)了對全液壓矯直機(jī)的位置、流量 和壓力的三重控制，提高了全液壓矯直機(jī)的矯直能力、控制精度和響應(yīng)速度。
[0004] 本發(fā)明為解決傳統(tǒng)全液壓矯直機(jī)液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)所提出的技術(shù)方案是： 如圖（1)所示：基于變頻調(diào)節(jié)的全液壓矯直機(jī)液壓系統(tǒng)可以分為兩個(gè)區(qū)，閥控缸區(qū)和 栗頭區(qū)。閥控缸區(qū)由SL型液壓單向閥7. 1/7. 2/7. 3、高壓過濾器9、比例伺服閥10、電器球閥 6/18、電磁溢流閥11、壓下油缸12、蓄能器組16、等組成。栗頭區(qū)由D/A轉(zhuǎn)換器、控制器、變 頻器、變頻電機(jī)2、變量液壓栗3、電磁溢流閥4、蓄能器組13等組成。變頻電機(jī)2通過變頻 調(diào)速與變量栗3組成液壓動(dòng)力源，由于液壓栗都規(guī)定了最低轉(zhuǎn)速（n>2 Q Q r / mi n)， 采用該發(fā)明控制流量時(shí)，當(dāng)流量較小時(shí)通過改變栗的排量進(jìn)行控制；而當(dāng)流量大于最小值 后，通過改變變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，當(dāng)控制壓力時(shí)則通過改變栗排量進(jìn)行。矯直的過程 是重載、大流量、高響應(yīng)的過程，為了防止液壓栗的流量瞬時(shí)不能滿足系統(tǒng)的響應(yīng)要求，在 液壓栗的出口旁接蓄能器組13,蓄能器作為儲能元件，具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，能根據(jù)實(shí)際 需要通過充放液來實(shí)現(xiàn)流量的合理匹配。
[0005] 控制思路如圖（1)、（2)所示，電磁溢流閥YVHl、電磁球閥YVH2、比例伺服閥YB2 得電，伺服缸12無桿腔進(jìn)油，有桿腔回油，伺服缸壓下，比例伺服閥10開口度的大小則是由 內(nèi)置磁致伸縮位移傳感器反饋得到的信號不斷調(diào)整，通過比較操作臺工控機(jī)給定的位移指 令值％與實(shí)際位移傳感器反饋得到的位移信號辭:，形成位移偏差信號&，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換， 輸入給位置閉環(huán)PID控制器，經(jīng)過比例伺服放大器轉(zhuǎn)化為電流信號，進(jìn)而通過控制比例伺 服方向閥的開口度來控制液壓缸活塞桿的伸出，從而實(shí)現(xiàn)對矯直機(jī)輥縫的動(dòng)態(tài)在線調(diào)整。
[0006] 當(dāng)矯直輥系與中厚板有了接觸后，壓力傳感器采集液壓缸大小腔的工作壓力，以 液壓缸的大小腔壓力差為控制目標(biāo)值，通過比較操作臺工控機(jī)給定的壓力指令值1與與實(shí) 際壓力傳感器反饋得到的壓力信號每，形成壓力偏差信號馬，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，通過壓力轉(zhuǎn)換 增益&輸入給壓力閉環(huán)PID控制器，通過比例積分等運(yùn)算后調(diào)節(jié)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)液壓 系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)的同時(shí)由于變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變也實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的 流量無級改變，同時(shí)壓力轉(zhuǎn)換增益&薛以位置轉(zhuǎn)換增益^，壓力閉環(huán)作為補(bǔ)償環(huán)嵌入到 位置閉環(huán)的調(diào)整過程中，調(diào)高了位置控制的精度，栗口旁路的電磁溢流閥4的設(shè)定壓力值 比蓄能器的出口壓力值高0. 5MPA-1MPA左右，不存在溢流損失，大大降低了系統(tǒng)的能耗損 失。
[0007] 在該發(fā)明中，分別給出了壓力轉(zhuǎn)換增益和位置轉(zhuǎn)換增益計(jì)算方法，公式如下：
其中，X#為壓力轉(zhuǎn)換增益；為位置轉(zhuǎn)換增益； 么控為在線實(shí)時(shí)測得變頻電機(jī)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的轉(zhuǎn)速信號差； 備Is為在線實(shí)時(shí)測得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的壓力信號差； Ar為在線實(shí)時(shí)測得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的位移信號差； 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： (1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)最大程度的降噪、高效、節(jié)能，可節(jié)能20%-一60%，效率提高 5%一一30%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對位置、壓力和流量的三重控制，提高了液壓伺服系統(tǒng)的自動(dòng)化程 度和控制性能。
[0008] (2)本發(fā)明通過對變頻電機(jī)的引入，可以實(shí)現(xiàn)在線無級改變液壓系統(tǒng)的流量，避免 了多余的溢流損失和節(jié)流損失。
[0009] (3)該液壓系統(tǒng)響應(yīng)速度快、原理簡單、造價(jià)較低、易于實(shí)現(xiàn)。
[0010] (4)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)為全液壓矯直機(jī)的控制方法提供了一種新思路，對現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn) 具有指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明基于變頻調(diào)節(jié)的栗閥復(fù)合控制液壓系統(tǒng)原理圖； 圖2為本發(fā)明基于變頻調(diào)節(jié)的栗閥復(fù)合控制液壓系統(tǒng)控制框圖。
[0012] 圖中 I--油箱 2--變頻電機(jī) 3--變量液壓栗 4--電磁溢流閥 5--高壓球閥 6--電磁球閥 7. 1、7. 2、7. 3--SL型液壓單向閥 8--SV型液控單向閥9--高壓過濾器 10--比例伺服閥 11一一安全閥 12-一伺服缸 13-一蓄能器組 14一一溢流閥 15一一三通減壓閥 16-一高壓蓄能器17-一SL型液壓單向閥 18--電磁球閥 P一一高壓油管路 T一一回油管路 L一一泄油管路。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 如圖（1)所示：變頻電機(jī)2通過變頻調(diào)速與變量液壓栗3組成液壓動(dòng)力源，由于液 壓栗都規(guī)定了最低轉(zhuǎn)速（n > 2 0 0 r / m i n)，采用該發(fā)明控制流量時(shí)，當(dāng)流量較小時(shí) 通過改變栗的排量進(jìn)行控制；而當(dāng)流量大于最小值后，通過改變電頻電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制， 當(dāng)控制壓力時(shí)則通過改變栗排量進(jìn)行。矯直的過程是重載、大流量、高響應(yīng)的過程，變頻電 機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，為了防止液壓栗的流量瞬時(shí)不能滿足系統(tǒng)的響應(yīng)要求，在液壓栗的 出口旁接蓄能器組13,蓄能器作為儲能元件，具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，能根據(jù)實(shí)際需要通過 充放液來實(shí)現(xiàn)流量的合理匹配。
[0014] 控制思路如圖（1)、（2)所示，電磁溢流閥YVHl、電磁球閥YVH2、比例伺服閥YB2 得電，伺服缸無桿腔進(jìn)油，有桿腔回油，伺服缸向下壓下，比例伺服閥開口度的大小則是由 內(nèi)置磁致伸縮位移傳感器反饋得到的信號不斷調(diào)整，通過比較操作臺工控機(jī)給定的位移指 令值％與實(shí)際位移傳感器反饋得到的位移信號M .形成位移偏差信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換， 輸入給位置閉環(huán)PID控制器，經(jīng)過比例伺服放大器轉(zhuǎn)化為電流信號，進(jìn)而通過控制比例伺 服方向閥的開口度來控制液壓缸的伸出，從而實(shí)現(xiàn)對矯直機(jī)輥縫的動(dòng)態(tài)在線調(diào)整。
[0015] 當(dāng)矯直輥系與中厚板有了接觸后，壓力傳感器采集液壓缸大小腔的工作壓力，以 液壓缸的大小腔壓力差為控制目標(biāo)值，通過比較操作臺工控機(jī)給定的壓力指令值七與與實(shí) 際壓力傳感器反饋得到的壓力信號t，形成壓力偏差信號馬，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，通過壓力轉(zhuǎn)換 增益&輸入給壓力閉環(huán)PID控制器，通過比例積分等運(yùn)算后調(diào)節(jié)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)液壓 系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)的同時(shí)由于變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變也實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的 流量無級改變，同時(shí)壓力轉(zhuǎn)換增益&乘以位置轉(zhuǎn)換增益壓力閉環(huán)作為補(bǔ)償環(huán)嵌入到 位置閉環(huán)的調(diào)整過程中，調(diào)高了位置控制的精度，栗口旁路的電磁溢流閥4的設(shè)定壓力值 比蓄能器的出口壓力值高0. 5MPA-1MPA左右，不存在溢流損失，大大降低了系統(tǒng)的能耗損 失。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 全液壓矯直機(jī)的一種新型液壓系統(tǒng)一一栗閥復(fù)合控制新型液壓系統(tǒng)，其特征是以變 頻電機(jī)和變量液壓栗取代普通三相異步電動(dòng)機(jī)和定量栗，融合栗控和閥控各自的優(yōu)點(diǎn)并結(jié) 合蓄能器單元實(shí)現(xiàn)對全液壓矯直機(jī)的位置、流量、壓力的三重控制，提高了全液壓矯直機(jī)的 矯直能力和控制精度；變頻電機(jī)通過變頻調(diào)速與變量栗組成液壓動(dòng)力源，當(dāng)流量較小時(shí)通 過改變栗的排量進(jìn)行控制；而當(dāng)流量大于最小值后，通過改變電頻電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，當(dāng) 控制壓力時(shí)則通過改變栗排量進(jìn)行。2. 如權(quán)利要求1所述的全液壓矯直機(jī)新型液壓系統(tǒng)，其特征是：當(dāng)矯直輥系與中厚板 有了接觸后，壓力傳感器采集液壓缸大小腔的工作壓力，以液壓缸的大小腔壓力差為控制 目標(biāo)值，通過比較操作臺工控機(jī)給定的壓力指令值^與與實(shí)際壓力傳感器反饋得到的壓力 信號A，形成壓力偏差信號#，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，通過壓力轉(zhuǎn)換增益%輸入給壓力閉環(huán)PID 控制器，通過比例積分等運(yùn)算后調(diào)節(jié)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)壓 力閉環(huán)的同時(shí)由于變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變也實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的流量無級改變，同時(shí)壓力轉(zhuǎn)換 增益&乘以位置轉(zhuǎn)換增益&，壓力閉環(huán)作為補(bǔ)償環(huán)嵌入到位置閉環(huán)的調(diào)整過程中，調(diào)高 了位置控制的精度。3. 如權(quán)利要求2所述，在該發(fā)明中，分別給出了壓力轉(zhuǎn)換增益和位置轉(zhuǎn)換增益計(jì)算方 法，公式如下：其中，為壓力轉(zhuǎn)換增益；為位置轉(zhuǎn)換增益； ?為在線實(shí)時(shí)測得變頻電機(jī)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的轉(zhuǎn)速信號差； 為在線實(shí)時(shí)測得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的壓力信號差； ΑΓ為在線實(shí)時(shí)測得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的位移信號差。
【專利摘要】一種泵閥復(fù)合控制全液壓矯直機(jī)液壓系統(tǒng)屬于全液壓矯直機(jī)電液伺服技術(shù)領(lǐng)域，其特征是：基于變頻電子技術(shù)，以變頻電機(jī)和變量泵取代普通三相異步電動(dòng)機(jī)和定量泵，融合泵控和閥控各自的優(yōu)點(diǎn)并結(jié)合蓄能器單元提出了泵閥復(fù)合控制的新型液壓系統(tǒng)，這種變轉(zhuǎn)速和變排量的復(fù)合控制使得液壓系統(tǒng)在綜合指標(biāo)方面有了很大的提高，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)最大程度的降噪、高效、節(jié)能，可節(jié)能20%-60%，效率提高5%-30%，通過對壓力轉(zhuǎn)換增益和位置轉(zhuǎn)換增益的嵌入，實(shí)現(xiàn)了對位置、流量和壓力的三重控制，提高了液壓伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和智能化程度。
【IPC分類】F15B11/08, B21D3/00, F15B21/04, F15B1/04
【公開號】CN105156372
【申請?zhí)枴緾N201510687510
【發(fā)明人】黃慶學(xué), 和東平, 韓賀永, 姚艷萍, 宋浩, 韋建春
【申請人】太原科技大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月22日