能分步控制的双行程液压缸及其工作方法和应用与流程

1.本发明涉及一种液压缸，具体涉及一种能分步控制的双行程液压缸及其工作方法和应用。


背景技术：

2.液压缸由高压油驱动后驱动力大、响应速度快，因而在冶金等重工业领域得到了广泛的应用。在某些特殊工况下，需要采用两步固定的行程或工位来完成，而且负载惯性大、速度要求，但是受设备安装空间的影响，只能采用短行程的液压缸，为了满足上述要求，液压缸在进行第一步工进或行程控制时，目前的做法有两种：1)采用接近开关和普通电磁液压阀控制，但是液压缸因为速度快且负载惯性大，接近开关来不及捕捉导致检测经常失效，无法满足工况要求；2)采用比例阀、位移传感器的闭环控制方式，这不仅投资大，液压系统抗污染差而且因比例阀的个体差异，使用一段时间后经常失效。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种能分步控制的双行程液压缸及其工作方法和应用，该液压缸能实现第一步工进的可靠、稳定伸出，无需位置检测及控制，经济方便，避免了缩回过快缸体结构的冲击，结构简单，尺寸较小，安装方便。
4.本发明所采用的技术方案是：
5.一种能分步控制的双行程液压缸，包括液压缸本体和液压控制系统；液压缸本体包括一级缸筒、二级缸筒和推杆，二级缸筒的尾端通过活塞结构密封的滑动配合在一级缸筒内、首端密封穿出一级缸筒，推杆的尾端通过活塞结构密封的滑动配合在二级缸筒内、首端密封穿出二级缸筒，一级缸筒的尾部和首部分别设有油口一和油口二，二级缸筒的尾部设有与油口一分隔的油孔、首部设有位于一级缸筒外的油口三；液压控制系统包括二位四通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀，二位四通电磁换向阀的一个工作接口a通过第一管路接入油口一、另一个工作接口b封锁，三位四通电磁换向阀的一个工作接口a通过第二管路接入油口二、另一个工作接口b通过第三管路接入油口三，二位四通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀的进油接口p和出油接口t均分别接入供油管路和回油管路，第二管路上设有叠加式单向节流阀和单向顺序阀，第三管路上设有叠加式单向节流阀。
6.进一步地，一级缸筒首端通过自身的法兰和螺栓、螺母及垫圈密封的安装有密封压盖，二级缸筒穿出密封压盖且与穿出孔处的防尘圈和密封圈密封配合；二级缸筒首端通过自身的法兰和螺栓、螺母及垫圈密封的安装有密封压盖，推杆穿出密封压盖且与穿出孔处的防尘圈和密封圈密封配合。
7.进一步地，二级缸筒尾端活塞结构处设有与一级缸筒配合的密封件；推杆尾端活塞结构处设有与二级缸筒配合的密封件。
8.进一步地，推杆首端设有用于外接的铰接接头。
9.进一步地，一级缸筒上设有用于安装的耳轴。
10.进一步地，供油管路、第一管路、第二管路和第三管路上均设有高压球阀，回油管路上设有单向阀。
11.进一步地，供油管路、回油管路、第一管路、第二管路和第三管路上均设有测压接头，测压接头能通过外接测压软管和压力表测压。
12.上述能分步控制的双行程液压缸的工作方法是：
13.初始位时：二位四通电磁换向阀切换至ta口导通、p口封锁，三位四通电磁换向阀切换至pb口导通、ta口导通，使得油口三通高压液压油、油口一回油、油口二通过单向顺序阀带着背压回油，带动二级缸筒和推杆先后完全缩回，完成初始位到位；
14.第一步工进时：二位四通电磁换向阀切换至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀切换至pb口导通、ta口导通，使得油口一和油口三通高压液压油、油口二回油，二级缸筒外伸、推杆被压在二级缸筒尾端相对二级缸筒不动，直至二级缸筒移动到极限位被一级缸筒首端挡住，完成第一步工进或行程；
15.第二步工进时：二位四通电磁换向阀切换至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀切换至pa口导通、tb口导通，使得油口一和油口二通高压液压油、油口三回油，推杆外伸、二级缸筒被压在一级缸筒首端不动，直至推杆移动到极限位被二级缸筒首端挡住，完成第二步工进或行程。
16.一种上述能分步控制的双行程液压缸的应用，用在棒材生产线的冷床上，多个并联使用，依次通过一根长轴和若干连杆机构驱动制动裙板全长同步升降，当生产小规格棒材采用高速轧制时，通过液压控制系统实现制动裙板依次在低位、中位和高位的切换，当生产大规格棒材采用低速轧制时，取消中位，通过液压控制系统实现制动裙板在低位和高位的切换即可，其中
17.低位动作：二位四通电磁换向阀切换至ta口导通、p口封锁，三位四通电磁换向阀切换至pb口导通、ta口导通，使得油口三通高压液压油、油口一回油、油口二通过单向顺序阀带着背压回油，带动二级缸筒和推杆先后完全缩回，完成缩回初始位；
18.中位动作：二位四通电磁换向阀切换至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀切换至pa口导通、tb口导通，使得油口一和油口二通高压液压油、油口三回油，推杆外伸、二级缸筒被压在一级缸筒首端不动，直至推杆移动到极限位被二级缸筒首端挡住，完成中位停止；
19.高位动作：二位四通电磁换向阀切换至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀切换至pa口导通、tb口导通，使得油口一和油口二通高压液压油、油口三回油，推杆外伸、二级缸筒被压在一级缸筒首端不动，直至推杆移动到极限位被二级缸筒首端挡住，完成高位。
20.本发明的有益效果是：
21.该液压缸可以根据具体的行程需要设计成两段固定的行程，可以通过液压控制系统的控制分两步伸出从而满足两个工进位，再快速缩回；该液压缸能实现第一步工进的可靠、稳定伸出，无需位置检测及控制，经济方便；该液压缸避免了缩回过快缸体结构的冲击；该液压缸结构简单，尺寸较小，安装方便。
附图说明
22.图1是本发明实施例中能分步控制的双行程液压缸的结构示意图。
23.图2是本发明实施例中液压缸本体的结构示意图。
24.图3是本发明实施例应用在棒材生产线的冷床上时制动裙板低位状态示意图。
25.图4是本发明实施例应用在棒材生产线的冷床上时制动裙板中位状态示意图。
26.图5是本发明实施例应用在棒材生产线的冷床上时制动裙板高位状态示意图。
27.图中：1-高压球阀；2-单向阀；3-测压接头；4-二位四通电磁换向阀；5-三位四通电磁换向阀；6-叠加式单向节流阀；7-单向顺序阀；8-压力表；9-测压软管；10-液压缸本体；11-防尘圈；12-密封圈；13-密封压盖；14-二级缸筒；15-螺栓、螺母及垫圈；16-一级缸筒；17-密封件；18-油口一；19-耳轴；20-油孔；21-油口二；22-推杆；23-油口三；24-铰接接头；25-长轴；26-连杆机构；27-辊道驱动电机；28-输入辊道；29-保护罩；30-制动裙板；31-棒材；32-步进式齿条。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
29.如图1和图2所示，一种能分步控制的双行程液压缸，包括液压缸本体10和液压控制系统；如图2所示，液压缸本体10包括一级缸筒16、二级缸筒14和推杆22，二级缸筒14的尾端通过活塞结构密封的滑动配合在一级缸筒16内、首端密封穿出一级缸筒16，推杆22的尾端通过活塞结构密封的滑动配合在二级缸筒14内、首端密封穿出二级缸筒14，一级缸筒16的尾部和首部分别设有油口一18和油口二21，二级缸筒14的尾部设有与油口一18分隔的油孔20、首部设有位于一级缸筒16外的油口三23；如图1所示，液压控制系统包括二位四通电磁换向阀4和三位四通电磁换向阀5，二位四通电磁换向阀4的一个工作接口a通过第一管路接入油口一18、另一个工作接口b封锁，三位四通电磁换向阀5的一个工作接口a通过第二管路接入油口二21、另一个工作接口b通过第三管路接入油口三23，二位四通电磁换向阀4和三位四通电磁换向阀5的进油接口p和出油接口t均分别接入供油管路和回油管路，第二管路上设有叠加式单向节流阀6和单向顺序阀7，第三管路上设有叠加式单向节流阀6。
30.如图2所示，在本实施例中，一级缸筒16首端通过自身的法兰和螺栓、螺母及垫圈15密封的安装有密封压盖13，二级缸筒14穿出密封压盖13且与穿出孔处的防尘圈11和密封圈12密封配合；二级缸筒14首端通过自身的法兰和螺栓、螺母及垫圈15密封的安装有密封压盖13，推杆22穿出密封压盖13且与穿出孔处的防尘圈11和密封圈12密封配合。
31.如图1所示，在本实施例中，供油管路、第一管路、第二管路和第三管路上均设有高压球阀1，回油管路上设有单向阀2，提高了安全性能，便于紧急情况下保护主要设备和精密元件。
32.如图1所示，在本实施例中，供油管路、回油管路、第一管路、第二管路和第三管路上均设有测压接头3，测压接头3能通过外接测压软管9和压力表测压8，提高了安全性能，便于维修和检测系统状态。
33.如图2所示，在本实施例中，二级缸筒14尾端活塞结构处设有与一级缸筒16配合的密封件17；推杆22尾端活塞结构处设有与二级缸筒14配合的密封件17。
34.如图2所示，在本实施例中，推杆22首端设有用于外接的铰接接头24。
35.如图2所示，在本实施例中，一级缸筒16上设有用于安装的耳轴19。
36.上述能分步控制的双行程液压缸的工作方法是：
37.初始位时：二位四通电磁换向阀切换4(电磁铁a位失电)至ta口导通、p口封锁，三位四通电磁换向阀5切换(a位电磁铁得电)至pb口导通、ta口导通，使得油口三23通高压液压油、油口一18回油、油口二21通过单向顺序阀7(压力可设定)带着背压回油，带动二级缸筒14和推杆22先后完全缩回，完成初始位到位；由于单向顺序阀7为油口二21的回油提供背压，因此无背压的二级缸筒14先回缩，完全缩回后推杆22再回缩，避免了缩回过快对一级缸筒16和二级缸筒14产生冲击。
38.第一步工进时：二位四通电磁换向阀4切换(电磁铁a位得电)至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀5切换(a位电磁铁得电)至pb口导通、ta口导通，使得油口一18和油口三23通高压液压油、油口二21回油，二级缸筒14外伸、推杆22被压在二级缸筒14尾端相对二级缸筒14不动，直至二级缸筒14移动到极限位被一级缸筒16首端挡住，完成第一步工进或行程；油口三23通高压液压油，一方面是维持推杆22被压状态，另一方面也可以为二级缸筒14提供一定的背压，提高其外伸时的稳定性，二级缸筒14通过一级缸筒16本身结构限位，第一步的工进位置停止可靠，而且无需位置检测和控制，经济方便。
39.第二步工进时：二位四通电磁换向阀4切换(电磁铁a位得电)至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀5切换(b位电磁铁得电)至pa口导通、tb口导通，使得油口一18和油口二21通高压液压油、油口三23回油，推杆22外伸、二级缸筒14被压在一级缸筒16首端不动，直至推杆22移动到极限位被二级缸筒14首端挡住，完成第二步工进或行程。
40.由上可知，本发明的液压缸可以根据具体的行程需要设计成两段固定的行程，可以通过液压控制系统的控制分两步伸出从而满足两个工进位，再快速缩回；本发明的液压缸能实现第一步工进的可靠、稳定伸出，无需位置检测及控制，经济方便；本发明的液压缸避免了缩回过快缸体结构的冲击；本发明的液压缸结构简单，尺寸较小，安装方便。本发明的液压缸功能优秀，工作效果好，具备良好的应用前景，以下给出一例应用方案：
41.应用例
42.冷床是棒材生产线必不可少的设备，主要用于将切断后的棒材31输送至步进式齿条32上进行缓慢冷却，使其温度由900℃下降至100～300℃，然后输出给下游设备；冷床一般包括长轴25、连杆机构26、辊道驱动电机27、输入辊道28、保护罩29、制动裙板30和步进式齿条32，其中制动裙板30升降动作节奏快，采用液压缸进行驱动，多个液压缸并联使用，依次通过一根长轴25和若干连杆机构26驱动制动裙板30全长同步升降。
43.目前，制动裙板30的升降控制采用两种工作模式：一种是针对大规格低速轧制，制动裙板30由高位下降至低位，延时后再由低位上升至高位，往复动作一次为一个动作周期：另一种是针对小规格高速轧制，制动裙板30由高位下降至低位，延时后再由低位上升至中位，停在中位延时一段时间，使棒材31在制动板上有充分的时间制动，然后继续上升至高位，完成一次后为一个动作周期。制动裙板30初始位置始终为高位，高位为裙板进钢位和抛钢位，低位为下钢位，中位为快速轧制时的分钢位和制动位。
44.目前，制动裙板30的高位、中位和低位是通过接近开关进行检测，当检测出到位信号后，由plc给出指令信号给液压换向阀，从而控制换向阀的换向，但是液压缸行程短(行程约80～150mm)，负载惯性大、速度要求快(100mm/s～200mm/s)，在高速轧制采用中位停止时，接近开关往往来不及捕捉中间位，液压缸就冲过中间检测位，无法实现中间位的分钢和同时制动，因而无法满足高速轧钢的工况要求，中间位往往被弃之不用，这极大的限制了冷
床的上钢节奏，严重影响产能。
45.为了解决上述问题，可以将本发明的液压缸10用在棒材生产线的冷床上，多个并联使用，依次通过一根长轴25和若干连杆机构26驱动制动裙板30全长同步升降，当生产小规格棒材31采用高速轧制时，通过液压控制系统实现制动裙板30依次在低位、中位和高位的切换，当生产大规格棒材31采用低速轧制时，取消中位，通过液压控制系统实现制动裙板30在低位和高位的切换即可，其中
46.如图3所示，低位(制动位)动作：二位四通电磁换向阀4切换(电磁铁a位失电)至ta口导通、p口封锁，三位四通电磁换向阀5切换(a位电磁铁得电)至pb口导通、ta口导通，使得油口三23通高压液压油、油口一18回油、油口二21通过单向顺序阀7(压力可设定)带着背压回油，带动二级缸筒14和推杆22先后完全缩回，完成缩回初始位；
47.如图4所示，中位(分钢和制动位)动作：二位四通电磁换向阀4切换(电磁铁a位得电)至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀5切换(b位电磁铁得电)至pa口导通、tb口导通，使得油口一18和油口二21通高压液压油、油口三23回油，推杆22外伸、二级缸筒14被压在一级缸筒16首端不动，直至推杆22移动到极限位被二级缸筒14首端挡住，完成中位停止；
48.如图5所示，高位(进钢和抛钢位)动作：二位四通电磁换向阀4切换(电磁铁a位得电)至pa口导通、t口封锁，三位四通电磁换向阀5切换(b位电磁铁得电)至pa口导通、tb口导通，使得油口一18和油口二21通高压液压油、油口三23回油，推杆22外伸、二级缸筒14被压在一级缸筒16首端不动，直至推杆22移动到极限位被二级缸筒16首端挡住，完成高位。
49.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。