一种步进机构升降液压缸液压控制系统的制作方法

1.本实用新型冶金、锻造设备技术领域，具体涉及一种步进机构升降液压缸液压控制系统。


背景技术：

2.步进机构广泛存在于步进式加热炉、步进式冷床、步进式运输链等机械设备中，是一种靠机构的上升、前进、下降、后退等动作把物料一步一步地移送前进的连续运动机构。
3.步进式加热炉广泛用于冶金、矿山机械等重大成套设备制造，尤其用于一些先进钢铁材料锻件的锻前加热或热轧件的轧前加热。步进式加热炉的步进机构一般由多个液压缸驱动与控制，这些液压缸主要是用于步进提升与运送钢坯等重物，实现步进式加热炉的工艺控制要求，其包括炉底机械的升降液压缸和平移液压缸等。
4.炉底机械升降液压缸，用于伸缩驱动炉底机械步进式的上下往复运动，其运动过程为：
①
伸长顶升炉底机械承接钢件，
②
继续伸长顶升炉底机械承接及钢件，
③
承载炉底机械承接及钢件回缩，
④
卸载钢件后支承炉底机械继续回缩复位。其作为一种典型的步进机构升降液压缸，需要周而复始的提升与放下几十吨甚至上千吨的重量，被提升后的物体在下降过程中具有很大的重力势能可用。但现有的炉底机械的升降液压缸的控制都是基于阀控节流调试的控制原理，具有较大的节流损失。另外一些节能技术采用蓄能器进行能量回收时都是采用单腔控制的技术，未考虑有杆腔的补油等问题，造成了蓄能器容积过大、成本与故障率增高等问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种步进机构升降液压缸液压控制系统，其能够对升降液压缸举升物体的重力势能进行利用，提高升降液压缸液压控制系统的能源利用效率、减少能量、能源浪费。
6.为达上述目的，本实用新型的步进机构升降液压缸液压控制系统用于驱动升降液压缸，其包括：蓄能器组、容积调速泵组单元、阀控单元、换向阀单元、背压补油单元及液压油箱；所述液压油箱用于为所述蓄能器组和所述背压补油单元供给液压油；所述容积调速泵组单元的一油口与所述蓄能器组连接，所述容积调速泵组单元的另一油口经过所述阀控单元与所述升降液压缸的无杆腔连接，所述阀控单元能够控制所述容积调速泵组单元与所述升降液压缸的无杆腔之间油路通闭；所述换向阀单元的进油口与所述蓄能器组连接，所述换向阀单元的出油口与所述升降液压缸的有杆腔连接，所述换向阀单元的回油口与所述背压补油单元连接。
7.在其中一个实施例中，所述换向阀单元包括换向阀和两组单向阀；所述换向阀的进油口与所述蓄能器组连接，所述换向阀的出油口a与所述升降液压缸的有杆腔连接，所述换向阀的回油口与所述背压补油单元连接；一所述单向阀连接所述出油口a与所述换向阀的进油口，使液压油能从所述出油口a向所述蓄能器组单向流动；另一所述单向阀连接所述
出油口a与所述换向阀的回油口，使液压油能从所述背压补油单元向所述出油口a单向流动。
8.在其中一个实施例中，所述容积调速泵组单元包括电机和液压泵，用于对所述升降液压缸进行泵控调试控制，所述阀控单元包括液压阀，所述液压阀与所述液压泵一一对应连通设置，所述液压泵的一个油口与所述蓄能器组连接，所述液压泵的另一油口与所述液压阀连接，并经过所述液压阀与所述升降液压缸的无杆腔连接。
9.在其中一个实施例中，所述液压泵的数量为多个，所述电机同时驱动各所述液压泵，各所述液压泵通过对应所述液压阀共同与所述升降液压缸的无杆腔连接。
10.在其中一个实施例中，所述液压阀为插装式液压锁。
11.在其中一个实施例中，所述插装式液压锁包括插装阀、梭阀和方向控制阀，所述插装阀的两主油口分别连接所述液压泵和所述升降液压缸的无杆腔，所述梭阀的两个进口分别与所述插装阀的两主油口连接，所述梭阀的公共出油口与所述方向控制阀的进油口连接，所述方向控制阀的一出油口与所述插装阀的控制口连接。
12.在其中一个实施例中，所述液压泵与所述液压阀之间的连接油路上还设有溢流阀，所述溢流阀连接所述液压泵和所述液压油箱。
13.在其中一个实施例中，所述液压泵与所述液压阀之间的连接油路上设有补油油路，所述补油油路连接所述液压泵与所述液压阀之间的油管和所述蓄能器组，所述补油油路上设有减压阀和补油单向阀，使所述蓄能器组内的液压油能够经所述减压阀减压后吸入所述液压泵。
14.上述实施方式中的步进机构升降液压缸液压控制系统至少具有以下优点：
15.(1)当升降液压缸顶升步进机构承接外载时，换向阀单元能够使升降液压缸有杆腔与蓄能器组连通，容积调速泵组单元向无杆腔加压驱动升降液压缸伸长，仅需要克服步进机构的相关重力和运动阻力，蓄能器组的能量保持不变；步进机构承接外载后上升时，换向阀单元能够使升降液压缸有杆腔与背压补油单元连通，有杆腔压力减小，容积调速泵组单元和蓄能器组配合共同驱动升降液压缸伸长；步进机构承载外载下降时，容积调速泵组单元改变液压油流向，升降液压缸在步进机构自重和外载重力作用下收缩下降，背压补油单元向有杆腔补充液压油。外载卸载后，换向阀单元能够使升降液压缸有杆腔与蓄能器组连通，有杆腔内压增大，在步进机构的自重的共同作用下，升降液压缸继续收缩下降。实现对升降液压缸举升物体的重力势能进行利用，提高升降液压缸液压控制系统的能源利用效率、减少能量、能源浪费。
16.(2)换向阀出油口a与有杆腔和背压补油单元之间设置单向阀，能够在换向阀换向过程中出现短暂封闭状时，使液压油通过单向阀流入有杆腔或补油，降低换向过程对升降液压缸缸内压力的影响，避免造成伸缩速度不稳。
17.(3)容积调速泵组单元能够兼顾多个液压缸的同步控制需求，减少控制阀的使用，简化控制结构；电机同时驱动各液压泵，便于同时控制各液压泵的工况，简化液压泵控制结构。
18.(4)插装式液压锁通过插装阀、梭阀和方向控制阀，在升降液压缸在伸长或回缩时都能够利用升降液压缸的驱动油进行锁定，简化控制油路。溢流阀控制容积调速泵组单元对升降液压缸的控制油的压力，避免造成伸缩速度不稳。补油油路通过减压阀和补油单向
阀，使液压泵与有杆腔的连接油口始终保持有一个补油压力，液压泵不吸空。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
20.图1为本实用新型一实施例提供的步进机构升降液压缸液压控制系统的原理图；
21.附图标记：
22.1-升降液压缸，2-蓄能器组，3-背压补油单元，4-液压油箱，5-容积调速泵组单元，51-电机，52-液压泵，6-阀控单元，61-液压阀，611-插装阀，612-梭阀，613-方向控制阀，62-溢流阀，63-补油油路，631-减压阀，632-补油单向阀，7-换向阀单元，71-换向阀，711-出油口a，72-单向阀。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
24.在本技术的描述中，需要理解的是，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.请参阅图1，一实施方式中的步进机构升降液压缸液压控制系统包括蓄能器组2、容积调速泵组单元5、阀控单元6、换向阀单元7、背压补油单元3及液压油箱4，其用于驱动升降液压缸1，能够对升降液压缸1举升物体的重力势能进行利用，提高升降液压缸液压控制系统的能源利用效率、减少能量、能源浪费。
26.具体的，液压油箱4用于为蓄能器组2和背压补油单元3供给液压油。液压油箱4为可用普通的液压油油箱。液压油箱4在附图中以t管简化表示。蓄能器组2由多个蓄能器并联组成。蓄能器组2在附图中以p管简化表示。液压油箱4可以通过补油泵等方式为蓄能器组2供油、补给液压油。具体方式可参考现有技术。背压补油单元3可以为带背压的冷却循环油，通过现有技术的液压油循环冷却设备连接液压油箱4可实现。背压补油单元3在附图中以m管简化表示。可以理解的是，背压补油单元3作为补油设备，背压补油单元3的补油压力小于蓄能器的工作压力。
27.容积调速泵组单元5的一油口与蓄能器组2连接，容积调速泵组单元5的另一油口经过阀控单元6与升降液压缸1的无杆腔连接。阀控单元6能够控制容积调速泵组单元5与升降液压缸1的无杆腔之间油路通闭。换向阀单元7的进油口与蓄能器组2连接，换向阀单元7出油口与升降液压缸1的有杆腔连接，换向阀单元7的回油口与背压补油单元3连接。具体的，容积调速泵组单元5包括电机51和液压泵52。用于对升降液压缸1进行泵控调试控制。阀
控单元6包括液压阀61，液压阀61与液压泵52一一对应连通设置。液压泵52的一个油口与蓄能器组2连接，液压泵52的另一油口与液压阀61连接，并经过液压阀61与升降液压缸1的无杆腔连接。请参阅图1，液压泵52的油口a与液压阀61连接，液压泵52的油口b用于与蓄能器组2连接(连接管理图未示)。容积调速泵组单元5通过电机51的转速、液压泵52的排量大小控制液压油流量和压力；通过电机51的转向或者液压泵52排量换向控制液压油的流向。当升降液压缸1顶升步进机构承接外载时，换向阀单元7能够使升降液压缸1有杆腔与蓄能器组2连通，容积调速泵组单元5向无杆腔加压驱动升降液压缸1伸长。容积调速泵组单元5仅需要克服步进机构的相关重力和运动阻力，蓄能器组2的液压油量理论上保持不变，蓄能能量保持不变。步进机构承接外载后上升时，换向阀单元7能够使升降液压缸1有杆腔与背压补油单元3连通，有杆腔压力减小，容积调速泵组单元5和蓄能器组2配合共同驱动升降液压缸1伸长。步进机构承载外载下降时，容积调速泵组单元5改变液压油流向，升降液压缸1在步进机构自重和外载重力作用下收缩下降，有杆腔内压降低，背压补油单元3向有杆腔补充液压油。外载卸载后，换向阀单元7能够使升降液压缸1有杆腔与蓄能器组2连通，有杆腔内压增大，在步进机构的自重的共同作用下，升降液压缸1继续收缩下降。实现对升降液压缸1举升物体的重力势能进行利用，利用对应重力势能对控制油路进行补油，提高升降液压缸1液压控制系统的能源利用效率、减少能量、能源浪费。当升降液压缸1在接料过程中需要减速时，可以降低电机51的转速或者是减少液压泵52的排量来实现速度的控制，让整个步进机构实现想要的提升位置与速度控制。
28.一实施方式中，液压泵52与液压阀61之间的连接油路上还设有溢流阀62，溢流阀62连接液压泵52和液压油箱4。溢流阀62控制容积调速泵组单元5对升降液压缸1的控制油的压力，避免造成伸缩速度不稳。一实施方式中，液压泵52与液压阀61之间的连接油路上设有补油油路63。补油油路63连接液压泵52与液压阀61之间的油管和蓄能器组2。补油油路63上设有减压阀631和补油单向阀632，使蓄能器组2内的液压油能够经减压阀631减压后吸入液压泵52。补油油路63通过减压阀631和补油单向阀632，使液压泵52与有杆腔的连接油口始终保持有一个补油压力，液压泵52不吸空。
29.一实施方式中，换向阀单元7包括换向阀71和两组单向阀72。换向阀71的进油口与蓄能器组2连接，换向阀71的出油口a711与升降液压缸1的有杆腔连接，换向阀71的回油口与背压补油单元3连接。一单向阀72连接出油口a711与换向阀71的进油口，使液压油能从出油口a711向蓄能器组2单向流动。另一单向阀72连接出油口a711与换向阀71的回油口，使液压油能从背压补油单元3向出油口a711单向流动。换向阀71可以为两位三通换向阀或两位四通换向阀等，其能够可选择的使升降液压缸1的有杆腔与蓄能器组2或背压补油单元3连通。换向阀71的出油口a711与有杆腔和背压补油单元3之间设置单向阀72，能够在换向阀71换向过程中出现短暂封闭状时，使液压油通过单向阀72流入有杆腔或补油，降低换向过程对升降液压缸1缸内压力的影响，避免造成伸缩速度不稳。一是实施方式中，液压泵52的数量为多个，电机51同时驱动各液压泵52，各液压泵52通过对应液压阀61共同与升降液压缸1的无杆腔连接。容积调速泵组单元5能够兼顾多个液压缸的同步控制需求，减少控制阀的使用，简化控制结构。电机51同时驱动各液压泵52，便于同时控制各液压泵52的工况，简化液压泵52控制结构。
30.一实施方式中，液压阀61为插装式液压锁。当升降液压缸1提升到位之后，插装式
液压锁切断液压回路，把升降液压缸1锁定在高位等待。具体的，插装式液压锁包括插装阀611、梭阀612和方向控制阀613。插装阀611的两主油口分别连接液压泵52和升降液压缸1的无杆腔。梭阀612的两个进口分别与插装阀611的两主油口连接，梭阀612的公共出油口与方向控制阀613的进油口连接。方向控制阀613的一出油口与插装阀611的控制口连接。插装式液压锁通过插装阀611、梭阀612和方向控制阀613，在升降液压缸1在伸长或回缩时都能够利用升降液压缸1的驱动油进行锁定，简化控制油路。可以理解的是，液压阀61也可以是开关阀、板式液控单向阀等能够控制油路开闭的液压阀、电控阀等。
31.根据上述实施方式中的步进机构升降液压缸液压控制系统，当升降液压缸1顶升步进机构承接外载时，换向阀单元7能够使升降液压缸1有杆腔与蓄能器组2连通，容积调速泵组单元5向无杆腔加压驱动升降液压缸1伸长。容积调速泵组单元5仅需要克服步进机构的相关重力和运动阻力，蓄能器组2的液压油量理论上保持不变，蓄能能量保持不变。步进机构承接外载后上升时，换向阀单元7能够使升降液压缸1有杆腔与背压补油单元3连通，有杆腔压力减小，容积调速泵组单元5和蓄能器组2配合共同驱动升降液压缸1伸长。步进机构承载外载下降时，容积调速泵组单元5改变液压油流向，升降液压缸1在步进机构自重和外载重力作用下收缩下降，有杆腔内压降低，背压补油单元3向有杆腔补充液压油。外载卸载后，换向阀单元7能够使升降液压缸1有杆腔与蓄能器组2连通，有杆腔内压增大，在步进机构的自重的共同作用下，升降液压缸1继续收缩下降。实现对升降液压缸1举升物体的重力势能进行利用，利用对应重力势能对控制油路进行补油，提高升降液压缸1液压控制系统的能源利用效率、减少能量、能源浪费。
32.根据上述实施方式中的的步进机构升降液压缸液压控制系统，本实用新型还提供了一种步进机构升降液压缸液压控制方法，一实施方式中的步进机构升降液压缸1液压控制方法包括如下步骤：
33.s1，在升降液压缸1克服步进机构自重上升阶段。控制容积调速泵组单元5使液压油流入升降液压缸1的无杆腔，控制换向阀单元7使升降液压缸1有杆腔与蓄能器组2连通，有杆腔内的液压油流回蓄能器组2。具体的，容积调速泵组单元5通过电机51的转速、液压泵52的排量大小控制液压油流量和压力；通过电机51的转向或者液压泵52排量换向控制液压油的流向。容积调速泵组单元5仅需要做功克服步进机构的相关重力和运动阻力，蓄能器组2的液压油量理论上保持不变，蓄能能量保持不变。
34.s2，在升降液压缸1继续上升承受外加负载后。控制换向阀单元7使升降液压缸1有杆腔内与背压补油单元3连通，有杆腔背压减小。容积调速泵组单元5和蓄能器组2配合共同驱动升降液压缸1伸长，有杆腔内的液压油流向背压补油单元3。升降液压缸1上升到位后，利用阀控单元6断开容积调速泵组单元5和升降液压缸1的无杆腔。有杆腔背压减小降低对容积调速泵组单元5的做功需求，降低系统的能消耗。
35.s3，升降液压缸1在承载外加负载下降阶段。利用阀控单元6重新连通容积调速泵组单元5和升降液压缸1的无杆腔。控制容积调速泵组单元5改变液压油流向，升降液压缸1在负载的重力作用下收缩，将无杆腔内的液压油将送回蓄能器组2。背压补油单元3对有杆腔补充液压油。
36.s4，外加负载卸载后，控制换向阀单元7使升降液压缸1有杆腔与蓄能器组2连通，有杆腔内的压力增大，在步进机构自重作用下，无杆腔内的液压油经过容积调速泵组单元5
流入蓄能器组2，使升降液压缸1继续收缩下降复位。具体的，还包括控制容积调速泵组单元5的电机51的转速和转向、液压泵52的排量大小进行收缩速度控制。
37.上述实施方式中的步进机构升降液压缸液压控制方法通过容积调速泵组单元5控制升降液压缸1无杆腔的液压油，和通过换向阀单元7控制升降液压缸1有杆腔液压油，配合蓄能器组2，实现对升降液压缸1举升物体的重力势能进行利用，提高升降液压缸1液压控制系统的能源利用效率、减少能量、能源浪费。
38.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。