一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統及方法
2023-06-07 15:08:06 1
一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統及方法
【專利摘要】本發明屬於鍛造液壓機活動橫梁速度控制【技術領域】，公開了一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統及方法。該鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，包括液壓缸、油箱、可編程邏輯控制器、比例流量泵、比例放大器、至少一個比例流量閥、功率放大器、PID控制器、位移傳感器，比例流量泵的入口連接油箱，出口分別連接所有比例流量閥的入口；液壓缸的工質入口分別連接所有比例流量閥的出口；可編程邏輯控制器的信號輸入端電連接位移傳感器，信號輸出端分別電連接比例放大器的、所有PID控制器，比例放大器的輸出端電連接比例流量泵；每個PID控制器的輸出端電連接對應的功率放大器的輸入端，每個功率放大器的輸出端電連接對應的比例流量閥。
【專利說明】一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於鍛造液壓機活動橫梁速度控制【技術領域】，特別涉及一種鍛造液壓機活 動橫梁的速度控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 鍛造液壓機在進行恆應變速率等溫鍛造時，其活動橫梁的速度按指數規律下降， 即需要實現無級調速。但是，一些鍛造液壓機的活動橫梁速度只有有限的幾種，不能滿足恆 應變速率等溫鍛造的工藝需求。為了實現活動橫梁的無級調速，通常採用閥控（節流控制） 和泵控（容積控制）兩種方式。閥控方式控制精度較高，可以滿足等溫鍛造工藝對活動橫 梁工作速度的要求；但由於節流調速迴路不可避免地存在著溢流損失和節流損失，致使其 效率很低，油溫上升快。泵控方式主要採用比例流量泵實現活動橫梁的無級調速。既沒有 溢流損失，又沒有節流損失，其工作效率決定於泵和油缸的效率，效率較高，發熱少，廣泛應 用於功率較大的液壓系統中。但比例流量泵慣性大，動態性能不及比例流量閥，低速穩定性 差，且控制精度比閥控方式要低。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於提出一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統及方法。本發明 能在滿足活動橫梁速度控制精度的前提下，大大減少能耗和液壓系統發熱量。
[0004] 為實現上述技術目的，本發明採用如下技術方案予以實現。
[0005] 技術方案一：
[0006] -種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，包括液壓缸、管路和用於提供工質的 油箱、可編程邏輯控制器、比例流量泵、在比例流量泵控制端設置的比例放大器、至少一個 比例流量閥、在每個比例流量閥控制端設置的對應的功率放大器、在每個功率放大器輸入 端設置的對應的PID控制器、以及用於測量活動橫梁位移的位移傳感器，所述比例流量泵 的入口通過管路連接油箱；所述每個比例流量閥的入口對應設置有一個電液換向閥，每個 比例流量閥通過管路、以及對應的電液換向閥連接比例流量泵的出口；液壓缸的工質入口 通過管路分別連接所有比例流量閥的出口；
[0007] 所述可編程邏輯控制器的信號輸入端電連接位移傳感器，所述可編程邏輯控制器 的信號輸出端分別電連接比例放大器的輸入端以及所有電液換向閥的控制端，所述可編程 邏輯控制器的模擬量輸出模塊分別電連接所有PID控制器的輸入端；所述比例放大器的輸 出端電連接比例流量泵的控制端；每個PID控制器的輸出端電連接對應的功率放大器的輸 入端，所述每個功率放大器的輸出端電連接對應的比例流量閥的控制端。
[0008] 本技術方案的特點和進一步改進在於：
[0009] 所述一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，還包括至少一個定量泵，每個定 量泵的入口通過管路連接油箱，所有定量泵的出口匯成一個總管道，總管道分別連接所有 的電液換向閥；每個定量泵的入口處設置有對應的電磁溢流閥，所述可編程邏輯控制器的 數字量輸出模塊分別電連接所有電磁溢流閥的控制端。
[0010] 所述一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統還包括觸控螢幕，所述可編程邏輯控 制器通過I/O接口電連接觸控螢幕。
[0011] 所述每個PID控制器為帶參數自整定功能的PID控制器。
[0012] 所述位移傳感器採用無接觸式位移傳感器；
[0013] 所述比例流量泵採用A7V117EP1RPF00型斜軸式軸向柱塞比例流量泵，所述比例 放大器採用VT-2000比例放大器；
[0014] 所述比例流量閥的個數為2,其中一個比例流量閥採用EFG-10-500型比例流量 閥，另一個比例流量閥採用2FRE10-40B/60L型比例流量閥。
[0015] 技術方案二：
[0016] 一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制方法，基於上述一種鍛造液壓機活動橫梁的 速度控制系統，包括以下步驟：
[0017] S1 :可編程邏輯控制器控制開啟任意一個電液換向閥，並控制關閉其餘的電液換 向閥；比例流量泵將工質從油箱抽出，並將工質送入處於開啟狀態的電液換向閥中，工質通 過電液換向閥之後被送入至相應的比例流量閥中，工質通過比例流量閥之後，被送入至液 壓缸中，工質的壓力通過液壓缸活塞傳遞至活動橫梁，活動橫梁開始移動加載；鍛造液壓機 對鍛件進行恆應變速率等溫鍛造；位移傳感器實時測量活動橫梁的位置，可編程邏輯控制 器在每個採樣周期獲取一次來自位移傳感器的活動橫梁位置數據；
[0018] S2 :可編程邏輯控制器存儲有鍛件初始高度、以及鍛件應變速率，可編程邏輯控制 器根據鍛件初始高度、鍛件應變速率、以及進行等溫鍛造的時間，計算出進行等溫鍛造時活 動橫梁的速度設定值；可編程邏輯控制器在每個採樣周期計算一次活動橫梁的速度設定 值；可編程邏輯控制器將當前採樣周期計算出的活動橫梁的速度設定值輸出至對應的PID 控制器；
[0019] S3:可編程邏輯控制器根據液壓系統洩漏流量設定值、以及當前採樣周期得出的 活動橫梁的速度設定值，計算得出進行等溫鍛造時比例流量泵排量值；可編程邏輯控制器 根據進行等溫鍛造時比例流量泵的排量值，向比例放大器發送對應的控制信號，從而控制 比例流量泵的排量；
[0020] 可編程邏輯控制器計算出活動橫梁在當前採樣周期內的位移量，所述活動橫梁在 當前採樣周期內的位移量為：當前採樣周期與上一採樣周期活動橫梁的速度設定值的差 值，將活動橫梁在當前採樣周期內的位移量除以採樣周期長度，得出當前採樣周期活動橫 梁的速度過程值；可編程邏輯控制器將當前採樣周期活動橫梁的速度過程值輸出至對應的 PID控制器；
[0021] S4 :對應的PID控制器根據當前採樣周期計算出的活動橫梁的速度設定值與當前 採樣周期活動橫梁的速度過程值的偏差，向對應的功率放大器發送對應的控制信號，功率 放大器對控制信號進行放大，並將放大後的控制信號發送至對應的比例流量閥，以此控制 對應的比例流量閥的流量；
[0022] S5 :重複步驟S1至步驟S4,直至恆應變速率等溫鍛造的過程結束。
[0023] 本技術方案的特點和進一步改進在於：
[0024] 在步驟S1中，當至少一個電磁溢流閥處於打開狀態時，對應的定量泵將工質從油 箱吸出，並將工質泵入至相應的電液換向閥中，工質通過對應的電液換向閥被送入至相應 的比例流量閥中；
[0025] 在步驟S3中，可編程邏輯控制器根據當前採樣周期得出的活動橫梁的速度設定 值，以及液壓缸活塞的直徑，計算得出當前採樣周期液壓系統理論流量值；根據當前採樣周 期液壓系統理論流量值、液壓系統洩漏流量設定值、以及定量泵的排量，得出當前採樣周期 需要處於打開狀態的電磁溢流閥的個數η，η為自然數；然後根據當前採樣周期需要處於打 開狀態的電磁溢流閥的個數η，控制每個電磁溢流閥的工作狀態。
[0026] 本發明的有益效果為：能在滿足活動橫梁速度控制精度的前提下，大大減少能耗 和液壓系統發熱量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明的一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統的結構示意圖；
[0028] 圖2為本發明的A7V117EP1RPF00型斜軸式軸向柱塞比例流量泵的電路一排量曲 線示意圖；
[0029] 圖3為本發明的EFG-10-500型比例流量閥的工作特性曲線示意圖；
[0030] 圖4為2FRE10-40B/60L比例流量閥的工作特性曲線示意圖；
[0031] 圖5為本發明在等溫鍛造恆應變速率工作模式下，泵及比例流量閥的實用方案示 意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖對本發明作進一步說明：
[0033] 鍛造液壓機在進行恆應變速率等溫鍛造時，其活動橫梁的速度按指數規律下降， 即需要實現無級調速。但是，一些鍛造液壓機的活動橫梁速度只有有限的幾種，不能滿足恆 應變速率等溫鍛造的工藝需求。例如，現有技術中，31. 5ΜΝ鍛造液壓機的活動橫梁速度只有 表1中的六種，不能滿足等溫鍛造的工藝要求。
[0034] 表1 31. 5ΜΝ鍛造液壓機的活動橫梁速度
[0035]
【權利要求】
1. 一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，包括液壓缸、管路和用於提供工質的油 箱，其特徵在於，包括：可編程邏輯控制器、比例流量泵、在比例流量泵控制端設置的比例放 大器、至少一個比例流量閥、在每個比例流量閥控制端設置的對應的功率放大器、在每個功 率放大器輸入端設置的對應的PID控制器、以及用於測量活動橫梁位移的位移傳感器，所 述比例流量泵的入口通過管路連接油箱；所述每個比例流量閥的入口對應設置有一個電液 換向閥，每個比例流量閥通過管路、以及對應的電液換向閥連接比例流量泵的出口；液壓缸 的工質入口通過管路分別連接所有比例流量閥的出口； 所述可編程邏輯控制器的信號輸入端電連接位移傳感器，所述可編程邏輯控制器的信 號輸出端分別電連接比例放大器的輸入端以及所有電液換向閥的控制端，所述可編程邏輯 控制器的模擬量輸出模塊分別電連接所有PID控制器的輸入端；所述比例放大器的輸出端 電連接比例流量泵的控制端；每個PID控制器的輸出端電連接對應的功率放大器的輸入 端，所述每個功率放大器的輸出端電連接對應的比例流量閥的控制端。
2. 如權利要求1所述的一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，其特徵在於，還包 括至少一個定量泵，每個定量泵的入口通過管路連接油箱，所有定量泵的出口匯成一個總 管道，總管道分別連接所有的電液換向閥；每個定量泵的入口處設置有對應的電磁溢流閥， 所述可編程邏輯控制器的數字量輸出模塊分別電連接所有電磁溢流閥的控制端。
3. 如權利要求1所述的一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，其特徵在於，還包 括觸控螢幕，所述可編程邏輯控制器通過I/O接口電連接觸控螢幕。
4. 如權利要求1所述的一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，其特徵在於，所述 每個PID控制器為帶參數自整定功能的PID控制器。
5. 如權利要求1所述的一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統，其特徵在於，所述 位移傳感器採用無接觸式位移傳感器； 所述比例流量泵採用A7V117EP1RPF00型斜軸式軸向柱塞比例流量泵，所述比例放大 器採用VT-2000比例放大器； 所述比例流量閥的個數為2,其中一個比例流量閥採用EFG-10-500型比例流量閥，另 一個比例流量閥採用2FRE10-40B/60L型比例流量閥。
6. -種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制方法，基於權利要求1所述的一種鍛造液壓機 活動橫梁的速度控制系統，其特徵在於，包括以下步驟： 51 :可編程邏輯控制器控制開啟任意一個電液換向閥，並控制關閉其餘的電液換向閥； 比例流量泵將工質從油箱抽出，並將工質送入處於開啟狀態的電液換向閥中，工質通過電 液換向閥之後被送入至相應的比例流量閥中，工質通過比例流量閥之後，被送入至液壓缸 中，工質的壓力通過液壓缸活塞傳遞至活動橫梁，活動橫梁開始移動加載；鍛造液壓機對鍛 件進行恆應變速率等溫鍛造；位移傳感器實時測量活動橫梁的位置，可編程邏輯控制器在 每個採樣周期獲取一次來自位移傳感器的活動橫梁位置數據； 52 :可編程邏輯控制器存儲有鍛件初始高度、以及鍛件應變速率，可編程邏輯控制器根 據鍛件初始高度、鍛件應變速率、以及進行等溫鍛造的時間，計算出進行等溫鍛造時活動橫 梁的速度設定值；可編程邏輯控制器在每個採樣周期計算一次活動橫梁的速度設定值；可 編程邏輯控制器將當前採樣周期計算出的活動橫梁的速度設定值輸出至對應的PID控制 器； 53 :可編程邏輯控制器根據液壓系統洩漏流量設定值、以及當前採樣周期得出的活動 橫梁的速度設定值，計算得出進行等溫鍛造時比例流量泵排量值；可編程邏輯控制器根據 進行等溫鍛造時比例流量泵的排量值，向比例放大器發送對應的控制信號，從而控制比例 流量泵的排量； 可編程邏輯控制器計算出活動橫梁在當前採樣周期內的位移量，所述活動橫梁在當前 採樣周期內的位移量為：當前採樣周期與上一採樣周期活動橫梁的速度設定值的差值，將 活動橫梁在當前採樣周期內的位移量除以採樣周期長度，得出當前採樣周期活動橫梁的速 度過程值；可編程邏輯控制器將當前採樣周期活動橫梁的速度過程值輸出至對應的PID控 制器； 54 :對應的PID控制器根據當前採樣周期計算出的活動橫梁的速度設定值與當前採樣 周期活動橫梁的速度過程值的偏差，向對應的功率放大器發送對應的控制信號，功率放大 器對控制信號進行放大，並將放大後的控制信號發送至對應的比例流量閥，以此控制對應 的比例流量閥的流量； 55 :重複步驟S1至步驟S4,直至恆應變速率等溫鍛造的過程結束。
7.如權利要求6所述的一種鍛造液壓機活動橫梁的速度控制方法，其特徵在於，所述 鍛造液壓機活動橫梁的速度控制系統還包括至少一個定量泵，每個定量泵的入口通過管路 連接油箱，所有定量泵的出口匯成一個總管道，總管道分別連接所有的電液換向閥；每個定 量泵的入口處設置有對應的電磁溢流閥，所述可編程邏輯控制器的數字量輸出模塊分別電 連接所有電磁溢流閥的控制端； 在步驟S1中，當至少一個電磁溢流閥處於打開狀態時，對應的定量泵將工質從油箱吸 出，並將工質泵入至相應的電液換向閥中，工質通過對應的電液換向閥被送入至相應的比 例流量閥中； 在步驟S3中，可編程邏輯控制器根據當前採樣周期得出的活動橫梁的速度設定值，以 及液壓缸活塞的直徑，計算得出當前採樣周期液壓系統理論流量值；根據當前採樣周期液 壓系統理論流量值、液壓系統洩漏流量設定值、以及定量泵的排量，得出當前採樣周期需要 處於打開狀態的電磁溢流閥的個數η，η為自然數；然後根據當前採樣周期需要處於打開狀 態的電磁溢流閥的個數η，控制每個電磁溢流閥的工作狀態。
【文檔編號】F15B11/04GK104100584SQ201410305040
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】魯勇 申請人:陝西宏遠航空鍛造有限責任公司