专利名称：恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统的制作方法
技术领域：
本发明属液压机械技术领域，尤其涉及一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，用于制造FOP和MCP的熔压设备中。
背景技术：
光学纤维面板FOP(简称光纤面板，Fiber Optic Plate-FOP)是由许许多多根规则排列的光学纤维经过加温熔压而成的一种硬性光纤元件，具有集光性能好、分辨率高、可以无失真地传递图像等特点，广泛应用于各种电子光学器件的输入、输出屏；微通道板MCP(Microchannel Plate-MCP)是一种二维光电子放大成像元件，是由数百万根通道电子倍增器集合在一起的平行列阵，具有高增益、低噪声、高分辨率等优点，广泛应用于像增强器、显示器、光电倍增管等器件中。熔压(有时也称烧结或热压)是FOP和MCP制造过程中的一道关键工序。通过熔压，使数千根光学纤维或构成通道电子倍增器的复丝有序地粘连在一起，形成二维复丝阵列。试验表明，熔压工艺尤其是对起始段的低压控制对FOP和MCP的空间结构和视场清晰度有着极其显著的影响。
传统的熔压工艺多采用机械熔压，国内熔压设备普遍采用这种方式。机械熔压是根据工艺要求用手动泵由操作人员根据压力表的读数分段加压(如前30min内，每隔5min加0.2MPa；后30min内，每隔3min加0.5MPa……)。机械熔压设备存在如下的问题1.无法控制起始段的低压机械熔压设备采用立式结构，随着压头的下降，在压头接触到坯料的瞬间，压头等加压部分的全部重量都加到坯料上，而操作人员手柄压下的程度进一步影响到低压段压力的大小，从而导致压头与坯料接触瞬间压力过大，起始段压力无法控制。2.控制精度和重复精度低机械加压属于重复性劳动，一要求操作人员素质高，能够严格遵守加压时间的要求；二要求操作人员熟练程度高，每次加压时即要求压力表的读数准确，又要求手柄压下的程度可操作很精确。从机械设备的加压原理看，其控制精度不可能高、重复精度低，产品加工质量难以保证。近年来，国外开始采用气熔压工艺。由于气熔压工艺对真空度的要求很高，在现有的真空技术水平下，气熔压工艺的造价很高，因此国内外的气熔压工艺技术没有机械熔压工艺技术成熟。因此，在机械熔压技术的基础上，如何根据加压工艺曲线自动实现压力从零到设定值的跟踪是关系到FOP和MCP产品质量的关键技术问题。
发明内容
为了克服背景技术中熔压设备加压过程中存在的问题，并满足熔压工艺要求，本发明的目的在于提供一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，综合液压、传感器检测和自动控制技术实现熔压工艺中压下力的控制，保证了熔压产品的加工质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括油源部分、安全保护及稳压部分、比例控制部分、动作切换部分、压下装置部分、电气控制部分，油源部分的一个出油口依次通过安全保护及稳压部分、动作切换部分与压下装置部分液压缸的两腔连接，油源部分的另一个出油口依次通过安全保护及稳压部分、比例控制部分、动作切换部分与压下装置部分液压缸的无杆腔相连，各部分中的回油口及泄油口分别与油源部分的油箱相连，电气控制部分分别与油源部分、比例控制部分、动作切换部分及压下装置部分电连接，通过电气控制部分控制整个系统的运行。
本发明的油源部分包括两个液压泵及与其相连的电机、第一单向阀及油箱，两个液压泵的吸油口分别与油箱相连，第一单向阀与第一液压泵相连，第一单向阀的作用是防止油液流回到第一液压泵中，保护液压泵，同时也防止安全保护及稳压部分的蓄能器中的油压卸掉；安全保护及稳压部分包括蓄能器和两个溢流阀，第一溢流阀和蓄能器的进油口相连，蓄能器起到稳定压力、减小压力脉动的作用，可以在长时间的工进加压过程中保持第一电磁换向阀的进油口处具有稳定的压力；两个溢流阀分别用于设定两个液压泵的压力值，起安全保护作用；比例控制部分是带有比例放大器的比例压力阀，也可是比例压力阀和比例放大器，其中比例放大器与比例压力阀的比例电磁铁相连，比例放大器对输入信号进行功率放大后输出给比例压力阀的比例电磁铁，通过调节比例电磁铁电流的大小可以调节比例压力阀输出的压力值；动作切换部分包括两个电磁换向阀、第二单向阀和第三单向阀，第一电磁换向阀的一个出油口和第二电磁换向阀的出油口分别与第二单向阀的进油口和出油口相连，其中保证第一电磁换向阀的这个出油口在该阀断电状态下与回油口相通，第二电磁换向阀的进油口与第三单向阀的出油口相连，第二单向阀的作用是防止第二液压泵给无杆腔提供液压油时无杆腔的油从第一电磁换向阀泄掉，第三单向阀的作用是防止第一液压泵给无杆腔提供液压油时无杆腔的油从比例压力阀泄掉，通过对两个电磁换向阀电磁铁的通电、断电来完成系统动作切换；第一电磁阀采用二位四通电磁换向阀，第二电磁换向阀采用二位四通电磁换向阀、或二位三通电磁换向阀；压下装置部分包括活塞杆下端部带有压头的液压缸、上、下限行程开关、位移传感器和力传感器，液压缸用来输出压下力，上限行程开关和下限行程开关分别安装在液压缸的上极限和下极限位置上，用来提供液压缸的上、下极限位置，上限行程开关的作用是在液压缸缩回到上限时通过电气控制部分实现液压缸停止动作，下限行程开关起安全保护作用，位移传感器安装在活塞杆的导杆上，位于上、下限行程开关之间，用于检测液压缸活塞杆压头的位移，提供液压缸由快速压下到工进压下的切换位置和在工进压下时测量工件的压缩量，在液压缸的活塞杆压头处安装有力传感器，用于检测活塞杆压头的实际压下力；油源部分的第一单向阀的出油口分别与安全保护及稳压部分中蓄能器、第一溢流阀及动作切换部分的第一电磁换向阀的进油口相连，第一电磁换向阀的另一个出油口与压下装置部分液压缸的有杆腔相连，第二单向阀和第二电磁换向阀的出油口均与压下装置部分液压缸的无杆腔相连；油源部分的第二液压泵与安全保护及稳压部分中的第二溢流阀的进油口及比例控制部分中比例压力阀的进油口相连，与比例压力阀相接后接于动作切换部分中第三单向阀的进油口，通过第三单向阀及第二电磁换向阀与压下装置部分液压缸的无杆腔相连；动作切换部分中两个电磁换向阀的回油口、安全保护及稳压部分中第一溢流阀和第二溢流阀的出油口、比例控制部分中比例压力阀的泄油口或回油口分别与油箱相连。安全保护及稳压部分两个溢流阀的回油口与油箱之间还可连接有回油过滤器，用来对系统中的油液进行过滤；为减小比例控制部分中比例压力阀的泄油口或回油口的背压，该比例压力阀的泄油口或回油口直接与油箱相连。
本发明的电气控制部分包括不带模拟量模块的PLC、控制力的程序控制仪及无纸记录仪，PLC实现对系统开关量的控制，分别与两个电磁换向阀的电磁铁、上下限行程开关、控制力的程序控制仪上的数字I/O量等电连接，控制力的程序控制仪上的模拟量分别与力传感器、比例放大器相连，控制力的程序控制仪具有编程和自动控制功能，可实现输入信号(即压下力工艺曲线)的设定、对输入信号和反馈信号(即传感器检测到的实际压下力曲线)的比较、运算以及控制信号输出给比例放大器，并实时显示设定值和实测值，无纸记录仪分别与控制力的程序控制仪、位移传感器和PLC相连，无纸记录仪具有在设定值报警的功能，利用无纸记录仪实现了对力信号和位移信号的记录、保存以及在压下设定位置的信号输出。
本发明的电气控制部分还可以增加显示位移的控制仪表，即电气控制部分包括不带模拟量模块的PLC、控制力的程序控制仪、显示位移的控制仪表及无纸记录仪，PLC实现对系统开关量的控制，分别与两个电磁换向阀的电磁铁、上下限行程开关、控制力的程序控制仪和显示位移的控制仪表上的数字I/O量电连接，控制力的程序控制仪上的模拟量分别与力传感器、比例放大器相连，显示位移的控制仪表上的模拟量与位移传感器相连，用来显示位移实测值并在设定值报警，无纸记录仪分别与控制力的程序控制仪、显示位移的控制仪表和PLC相连，实现对力信号和位移信号的记录、保存。
本发明在工进加压过程中采用始终提供恒定背压并结合自动控制技术实现了从零开始对坯料施加压下力当压头与工件之间有较大距离时，第一液压泵的液压油输出给液压缸的无杆腔，液压缸带着压头快速下行，其速度由第一液压泵的流量决定；当液压缸活塞杆带动压头快进到达指定位置(压头与工件间的距离很小)时，位移传感器通过控制仪表或无纸记录仪向PLC发出信号，PLC接到信号后控制动作切换部分的电磁铁断电，第一液压泵转向有杆腔提供足够流量液压油，在液压缸的有杆腔处形成了由第一液压泵、第一溢流阀和蓄能器共同调定的恒定背压，克服了活塞杆、压头等的自重以及由比例压力阀的最小压力调节值产生的压下力，压下由快进转变为工进，此时力传感器的测量值保持为零，为实现对起始段压力的控制提供了先决条件；在系统由快进切换到工进的同时，启动程序控制仪的自动程序，液压系统由开关控制切换到比例控制，电气控制系统由PLC对开关量的顺序动作控制切换到程序控制仪对模拟量的力闭环控制，从而解决了压头在接触到工件的瞬间压力容易过大的缺陷，实现了从零开始对坯料施加压下力。
本发明在工进加压过程中还采用了比例压下控制技术由于FOP或MCP坯料的升温和坯料所处容器内真空度的变化，使得坯料在压力作用下有微小变形，必须保证液压缸12在具有微小位移情况下液压缸12输出的压下力能够精确可靠地跟踪设定工艺曲线。根据熔压设备的工艺要求，加压过程为一随着时间连续变化的曲线，该曲线总是处于水平状态或上升状态，而没有下降状态。当系统进入工进加压过程后，力传感器把检测到的实际压下力信号反馈给程序控制仪，程序控制仪对事先设定的压下力工艺曲线和反馈信号进行比较，并对控制参数进行自整定，整定后输出的电压或电流信号给比例放大器，再由比例放大器去控制比例压力阀，调节比例压力阀对外输出的压力值。当实测压下力值低于目标压下力设定的下限时，增大比例压力阀的输出；若因外界扰动压下力值瞬间略高于设定目标压下力时，减小比例压力阀的输出。故采用比例控制技术，在液压缸的无杆腔形成了由第二液压泵、第二溢流阀和比例压力阀共同调定的可连续变化的压力值，从而调节了液压缸输出的压下力，通过程序控制仪的闭环控制，实现了液压缸输出压下力对设定曲线精确可靠地跟踪，提高了系统控制精度和重复精度。
本发明的工作过程分为四步空行程的快速下行、即将接触坯料时快进到工进的切换、即将接触坯料后的工进加压、压制完毕后的快速上行。
空行程快速下行过程的实现当熔压设备具备压下条件时，PLC控制器发出压下准备就绪信号，此时启动第一液压泵1，第二液压泵7处于停止状态，第一电磁换向阀5的电磁铁1DT处于带电状态，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT处于断电状态。液压泵1的压力油从压油口P1流入到第一单向阀2的进油口A2，再从第一单向阀2的出油口B2流入到第一溢流阀3的进油口P3、蓄能器4的进油口P4和第一电磁换向阀5的进油口P5；压力油经第一两位四通电磁换向阀5的出油口B5流出，进入第二单向阀6的进油口A6，从第二单向阀6的出油口B6分别流入液压缸12的无杆腔A12和第二电磁换向阀11的出油口A11。由于第二电磁换向阀11的出油口A11通过进油口P11与第三单向阀10的出油口B10相通，而第三单向阀10从出油口B10到进油口A10无法反向导通(在第二电磁换向阀11内部有极少量内泄漏，但并不影响快速压下动作)，故此时液压油流入液压缸12的无杆腔A12，推动活塞杆伸出。液压缸12的有杆腔B12的液压油流入第一电磁换向阀5中的出油口A5，通过第一电磁换向阀5中的回油口T5从回油过滤器流回油箱，从而实现了液压缸空行程快速下行的过程。
即将接触坯料时快进到工进切换过程的实现在液压缸快速下行时，其活塞杆带动压头逐渐接近坯料，当压头到达指定位置时，位移传感器输出位移信号给控制仪表或无纸记录仪，由控制仪表或无纸记录仪发出信号给PLC，使第一电磁换向阀5的电磁铁1DT断电，液压缸12无杆腔A12的液体被第二单向阀6和第三单向阀10封闭在该腔，此时无论第一液压泵1开启还是关闭，均无法使液压缸12动作，液压缸12的活塞杆固定在设定位置。随之PLC发出信号启动第二液压泵，系统由快进切换到工进；在此同时PLC发出信号启动控制力的程序控制仪中的自动控制程序，同时力传感器输出力信号给控制力的程序控制仪，电气控制系统由PLC对开关量的顺序动作控制切换到程序控制仪对模拟量的力闭环控制。
工进加压过程的实现该过程中第一液压泵1和7一起为系统提供液压油，电磁换向阀的电磁铁1DT和2DT均处于断电状态。加压时，第一液压泵1的压力油从压油口P1流入到第一单向阀2的进油口A2，再从第一单向阀2的出油口B2流入到第一溢流阀3的进油口P3、蓄能器4的进油口P4和第一电磁换向阀5的进油口P5；第一电磁换向阀5进油口P5的压力油经第一电磁换向阀5的出油口A5流出，进入液压缸12的有杆腔B12。第二液压泵7的压力油从压油口P2流出，流入到第二溢流阀8的进油口P8和比例压力阀的进油口P9，与比例压力阀9相接后，流入第三单向阀10的进油口A10，从第三单向阀10的出油口B10流入第二电磁换向阀11的进油口P11。经第二电磁换向阀11的出油口A11流出，进入第二单向阀6的出油口B6和液压缸12的无杆腔A12，由于第二单向阀6从出油口B6到进油口A6不能反向导通的，故此时液压油只能流入液压缸12的无杆腔A12。这样在液压缸12的有杆腔B12处形成了由第一液压泵1、第一溢流阀3和蓄能器4共同调定的恒定背压，在液压缸12的无杆腔A12形成了由第二液压泵7、第二溢流阀8和比例压力阀9共同调定的可连续变化的压下力。由于工进加压过程时间比较长，通过合理设计液压系统的原理，使两个电磁换向阀的电磁铁在工进加压过程中始终处于断电状态，有效地延长了电磁换向阀的使用寿命。当程序控制仪内设定的程序运行结束后，程序控制仪向PLC发出力闭环控制结束的信号，工进加压过程结束，液压系统由比例控制切换回开关控制，电气控制系统切换到PLC的顺序动作控制。
压制完毕后快速上行过程的实现PLC接到程序控制仪发出的力闭环控制结束信号后，由PLC控制液压缸活塞杆带动压头快速上行。快速上行时仅第一液压泵1为系统提供液压油，第二液压泵7处于停止状态，第一电磁换向阀5的电磁铁1DT处于断电状态，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT处于带电状态。压力油经第一电磁换向阀5的出油口A5流出，进入液压缸12的有杆腔B12，推动活塞杆缩回。液压缸12的无杆腔A12中的液压油流入第二单向阀6的出油口B6和第二电磁换向阀11的出油口A11。由于第二单向阀6从出油口B6到进油口A6无法导通，故此时液压油只能流入第二电磁换向阀11的出油口A11，通过第二电磁换向阀11的回油口T11流回油箱，从而实现了液压缸压制完毕后快速上行的动作。液压缸12活塞杆快速上行时，压头逐渐远离坯料。当到达液压缸上限行程开关17处时，电磁铁2DT断电，第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口A11相通，液压缸12的无杆腔A12的液体被第二单向阀6和10封闭在该腔，停止第一液压泵，此时液压缸12的活塞杆固定在设定位置，液压缸12停止动作，整个熔压过程结束。
当油源部分I中第一液压泵1的压力值超过安全保护及稳压部分II中第一溢流阀3设定的压力值时，第一溢流阀3的进油口P3和第一溢流阀3的出油口T3导通，第一液压泵1的压力油从第一溢流阀3流出，流回油箱。当油源部分I中第二液压泵7的压力超过比例控制部分III中第二溢流阀8设定压力值时，第二溢流阀8的进油口P8和第二溢流阀8的出油口T8导通，第二液压泵7的压力油从第二溢流阀8流出，流回油箱。
系统中连接有回油过滤器时，当第二液压泵停止，电磁铁1DT和2DT均处于断电状态，液压缸12的无杆腔A12的液体被第二单向阀6和10封闭在该腔，此时无论第一液压泵1开启还是关闭，均无法使液压缸12动作，液压缸12的活塞杆固定在设定位置。此时将第一溢流阀3的设定压力降至最低，开启第一液压泵1，可利用第一液压泵对油箱内的液压油进行空载下的循环过滤。通过合理设计液压系统的原理，用一个液压泵完成了液压缸的快速动作、工进时提供背压及不工作时的循环过滤，使设备结构紧凑。
本发明与背景技术相比，有益效果是(1)采用液压泵给液压缸有杆腔提供一定流量液压油的方式在有杆腔建立起恒定的背压，克服了活塞杆、压头等的自重以及由比例压力阀的最小压力调节值产生的压下力，结合自动控制技术实现了可以从零开始对坯料施加压下力，解决了起始段压头与坯料接触瞬间压力过大的问题。
(2)采用比例控制技术，通过程序控制仪实现了液压缸输出压下力对设定曲线实时精确可靠地跟踪，提高了系统控制精度和重复精度。
(3)通过合理设计液压系统的原理，有效地延长了两个电磁换向阀的使用寿命。
(4)通过合理设计液压系统的原理，用一个液压泵完成了液压缸的快速动作、工进时提供背压及不工作时的循环过滤，使设备结构紧凑。
(5)本发明能够使熔压设备适应各种加压工艺曲线的要求，系统可靠性、控制精度、重复精度、自动化程度高，操作简便。
图1是本发明的液压系统原理图，图2是本发明中实施例2的液压系统原理图，图3是本发明的电气控制原理框图，图4是本发明的电气控制部分带有显示位移的控制仪表的电气控制原理框图；图中1.第一液压泵，2.第一单向阀，3.第一溢流阀，4.蓄能器，5.第一电磁换向阀，6.第二单向阀，7.第二液压泵，8.第二溢流阀，9.比例压力阀，10.第三单向阀，11.第二电磁换向阀，12.液压缸，13.力传感器，14.油箱，15.位移传感器，16.下限行程开关，17.上限行程开关，18.回油过滤器，19.第一电机，20.第二电机，T1-第一液压泵1的吸油口，P1-第一液压泵1的压油口，T7-第二液压泵7的吸油口，P7-第二液压泵7的压油口，A2-第一单向阀2的进油口，B2一第一单向阀2的出油口，A6-第二单向阀6的进油口，B6-第二单向阀6的出油口，A10-第三单向阀10的进油口，B10-第三单向阀10的出油口，P3-第一溢流阀3的进油口，T3-第一溢流阀3的出油口，P8-第二溢流阀8的进油口，T8-第二溢流阀8的出油口，P4-蓄能器4的进油口，P9-比例压力阀9的进油口，T9-比例压力阀9的回油口，T9’-比例压力阀9的泄油口，B9-比例压力阀9的出油口，P5-第一电磁换向阀5的进油口，T5-第一电磁换向阀5的回油口，A5、B5-第一电磁换向阀5的出油口，P11-第一电磁换向阀5的进油口，T11-第一电磁换向阀5的回油口，A11、B11-第二电磁换向阀11的出油口，A12-液压缸的无杆腔，B12-液压缸的有杆腔，A18-回油过滤器18的进油口，B18-回油过滤器18的出油口，1DT-第一电磁换向阀5的电磁铁，2DT-第二电磁换向阀11的电磁铁，I.油源部分，II.安全保护及稳压部分，III.比例控制部分，IV.动作切换部分，V.压下装置部分，VI.电气控制部分。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1液压系统中电磁阀均采用二位四通电磁换向阀，比例压力阀采用比例减压阀。如图1和图3所示，其结构包括油源部分I、安全保护及稳压部分II、比例控制部分III、动作切换部分IV、压下装置部分V、电气控制部分VI，油源部分I的一个出油口依次通过安全保护及稳压部分II、动作切换部分VI与压下装置部分V液压缸的两腔连接，油源部分I的另一个出油口依次通过安全保护及稳压部分II、比例控制部分III、动作切换部分IV与压下装置部分V液压缸的无杆腔A12相连，各部分中的回油口及泄油口分别与油源部分的油箱相连，电气控制部分VI分别与油源部分I、比例控制部分III、动作切换部分IV及压下装置部分V电连接，通过电气控制部分VI控制整个系统的运行。
其连接关系，如图1所示油源部分I包括第一液压泵1及与其相连的电机、第二液压泵7及与其相连的电机、第一单向阀2和油箱14，两液压泵的吸油口T1和T7分别与油箱14相连，第一单向阀2的进油口与第一液压泵1的出油口P1相连；安全保护及稳压部分II包括蓄能器4、第一溢流阀3和第二溢流阀8，第一溢流阀3的进油口P3和蓄能器4的进油口P4相连；比例控制部分III的比例压力阀9为比例减压阀；动作切换部分IV包括第一电磁换向阀5和第二电磁换向阀11、第二单向阀6和第三单向阀10，第一电磁换向阀5的出油口B5和第二电磁换向阀11的出油口A11分别与第二单向阀6的进油口A6和出油口B6相连，第二电磁换向阀11的出油口与第三单向阀10的出油口B10相连，第二电磁换向阀11的出油口B11封闭；压下装置部分V包括液压缸12活塞杆下端部带有压头的液压缸12、上限行程开关17、下限行程开关16、位移传感器15和力传感器13，液压缸12用来输出压下力，在液压缸12的上极限和下极限位置分别安装上限行程开关17和下限行程开关16，上限行程开关17和下限行程开关16分别安装在液压缸12的上极限和下极限位置上，在液压缸12的上极限和下极限位置分别安装上限行程开关17和下限行程开关16，位移传感器15安装在液压缸12活塞杆的导杆上，位于上限行程开关17和下限行程开关16之间，在液压缸12的活塞杆下端安装有力传感器13；油源部分I第一单向阀2的出油口分别与安全保护及稳压部分II中蓄能器4的进油口P4、第一溢流阀3的进油口P3、动作切换部分IV第一电磁换向阀5的进油口P5相连，第一电磁换向阀5的出油口A5与压下装置部分V中液压缸12的有杆腔B12相连，第二单向阀6的出油口B6和第二电磁换向阀11的出油口A11均与压下装置部分液压缸12的无杆腔A12相连；油源部分I的第二液压泵7的出油口P7分别与安全保护及稳压部分II中的第二溢流阀8的进油口P8、比例控制部分III中比例减压阀的进油口P9相连，通过比例控制部分III中比例减压阀的出油口B9进入动作切换部分IV中第三单向阀10的进油口A10，第三单向阀10的出油口B10与第二电磁换向阀11的进油口P11相连，第二电磁换向阀11的出油口A11与压下装置部分V中液压缸12的无杆腔A12相连，第二电磁换向阀11的出油口B11封闭；动作切换部分IV中两个电磁换向阀的回油口T5、T11、安全保护及稳压部分II中第一溢流阀3的出油口T3和第二溢流阀8的出油口T8、比例控制部分III中比例减压阀的泄油口T9’与油箱14相连。
其电气控制部分，如图3所示，包括不带模拟量模块的PLC、控制力的程序控制仪及无纸记录仪，PLC实现对系统开关量的控制，分别与两个电磁换向阀的电磁铁、上下限行程开关、控制力的程序控制仪上的数字I/O量电连接，控制力的程序控制仪上的模拟量分别与力传感器、比例放大器相连，无纸记录仪分别与控制力的程序控制仪、位移传感器和PLC相连。
其工作过程分为四步空行程的快速下行、即将接触坯料时快进到工进的切换工进加压、压制完毕后的快速上行。
空行程快速下行过程的实现当熔压设备具备压下条件时，PLC发出压下准备就绪信号，此时启动第一液压泵1，第二液压泵7处于停止状态，第一电磁换向阀5的电磁铁1DT处于带电状态，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT处于断电状态，即第一电磁换向阀5的进油口P5与出油口B5相通，出油口A5与回油口T5相通；第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口A11相通，出油口B11与回油口T11相通。液压泵1的压力油从压油口P1流入到第一单向阀2的进油口A2，再从第一单向阀2的出油口B2流入到第一溢流阀3的进油口P3、蓄能器4的进油口P4和第一电磁换向阀5的进油口P5；压力油经第一电磁换向阀5的出油口B5流出，进入第二单向阀6的进油口A6，从第二单向阀6的出油口B6分别流入液压缸12的无杆腔A12和第二电磁换向阀11的出油口A11由于第二电磁换向阀11的出油口A11通过进油口P11与第三单向阀10的出油口B10相通，而第三单向阀10从出油口B10到进油口A10无法反向导通(在第二电磁换向阀11内部有极少量内泄漏，但并不影响快速压下动作)，故此时液压油流入液压缸12的无杆腔A12，推动活塞杆伸出。液压缸12的有杆腔B12的液压油流入第一电磁换向阀5中的出油口A5，通过第一电磁换向阀5中的回油口T5流经回油过滤器18的进油口A18从出油口B18流回油箱，从而实现了液压缸空行程快速下行的过程。
即将接触坯料时快进到工进切换过程的实现在液压缸快速下行时，其活塞杆带动压头逐渐接近坯料，当压头到达指定位置时，位移传感器输出位移信号给控制仪表或无纸记录仪，由控制仪表或无纸记录仪发出信号给PLC，使第一电磁换向阀5的电磁铁1DT断电，其进油口P5与出油口A5相通，出油口B5与回油口T5相通，液压缸12无杆腔A12的液体被第二单向阀6和第三单向阀10封闭在该腔，此时无论第一液压泵1开启还是关闭，均无法使液压缸12动作，液压缸12的活塞杆固定在设定位置。随之PLC发出信号启动第二液压泵，系统由快进切换到工进；在此同时PLC发出信号启动控制力的程序控制仪中的自动控制程序，同时力传感器输出力信号给控制力的程序控制仪，电气控制系统由PLC对开关量的顺序动作控制切换到程序控制仪对模拟量的力闭环控制。
工进加压过程的实现该过程中第一液压泵1和7一起为系统提供液压油，电磁换向阀的电磁铁1DT和2DT均处于断电状态，即第一电磁换向阀5的进油口P5与出油口A5相通，出油口B5与回油口T5相通；第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口A11相通，出油口B11与回油口T11相通。工进加压时，第一液压泵1的压力油从压油口P1流入到第一单向阀2的进油口A2，再从第一单向阀2的出油口B2流入到第一溢流阀3的进油口P3、蓄能器4的进油口P4和第一电磁换向阀5的进油口P5；第一电磁换向阀5进油口P5的压力油经第一电磁换向阀5的出油口A5流出，进入液压缸12的有杆腔B12。第二液压泵7的压力油从压油口P2流出，流入到第二溢流阀8的进油口P8和比例减压阀的进油口P9，再从比例减压阀的出油口B9流入第三单向阀10的进油口A10，从第三单向阀10的出油口B10流入第二电磁换向阀11的进油口P11。第二电磁换向阀11进油口P11的压力油经第二电磁换向阀11的出油口A11流出，进入第二单向阀6的出油口B6和液压缸12的无杆腔A12，由于第二单向阀6从出油口B6到进油口A6不能反向导通的，故此时液压油只能流入液压缸12的无杆腔A12。这样在液压缸12的有杆腔B12处形成了由第一液压泵1、第一溢流阀3和蓄能器4共同调定的恒定背压，在液压缸12的无杆腔A12形成了由第二液压泵7、第二溢流阀8和比例减压阀共同调定的可连续变化的压下力。由于工进加压过程时间比较长，通过合理设计液压系统的原理，使两个电磁换向阀的电磁铁在工进加压过程中始终处于断电状态，有效地延长了电磁换向阀的使用寿命。当程序控制仪内设定的程序运行结束后，程序控制仪向PLC发出力闭环控制结束的信号，工进加压过程结束，液压系统由比例控制切换回开关控制，电气控制系统切换到PLC的顺序动作控制。
压制完毕后快速上行过程的实现PLC接到程序控制仪发出的力闭环控制结束信号后，由PLC控制液压缸活塞杆带动压头快速上行。快速上行时仅第一液压泵1为系统提供液压油，第二液压泵7处于停止状态，第一电磁换向阀5的电磁铁1DT处于断电状态，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT处于带电状态，即第一电磁换向阀5的进油口P5与出油口A5相通，出油口B5与回油口T5相通；第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口B11相通，出油口A11与回油口T11相通。压力油经第一电磁换向阀5的出油口A5流出，进入液压缸12的有杆腔B12，推动活塞杆缩回。液压缸12的无杆腔A12中的液压油流入第二单向阀6的出油口B6和第二电磁换向阀11的出油口A11。由于第二单向阀6从出油口B6到进油口A6无法导通，故此时液压油只能流入第二电磁换向阀11的出油口A11，通过第二电磁换向阀11的回油口T11流回油箱，从而实现了液压缸压制完毕后快速上行的过程。液压缸12活塞杆快速上行时，压头逐渐远离坯料。当到达液压缸上限行程开关17处时，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT断电，第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口A11相通，出油口B11与回油口T11相通，液压缸12的无杆腔A12的液体被第二单向阀6和10封闭在该腔，停止第一液压泵，此时液压缸12的活塞杆固定在设定位置，液压缸12停止动作，整个熔压过程结束。
实施例2液压系统中第一电磁阀采用二位四通电磁换向阀，第二电磁阀采用二位三通电磁换向阀，比例压力阀采用比例溢流阀，安全保护及稳压部分两个溢流阀的回油口与油箱之间连接有回油过滤器。如图2、图4所示，其结构包括油源部分I、安全保护及稳压部分II、比例控制部分III、动作切换部分IV、压下装置部分V、电气控制部分VI，油源部分I的一个出油口依次通过安全保护及稳压部分II、动作切换部分IV与压下装置部分V液压缸的两腔连接，油源部分I的另一个出油口依次通过安全保护及稳压部分II、比例控制部分III、动作切换部分IV与压下装置部分V液压缸的无杆腔相连，比例控制部分中的回油口与油源部分的油箱相连，其余各部分中的回油口分别通过油源部分的回油过滤器与油箱相连，电气控制部分分别与油源部分I、比例控制部分III、动作切换部分IV及压下装置部分V电连接，通过电气控制部分VI控制整个系统的运行。
其连接关系，如图2所示油源部分I包括第一液压泵1及与其相连的电机、第二液压泵7及与其相连的电机、第一单向阀2、回油过滤器18和油箱14，两液压泵的吸油口T1和T7分别与油箱14相连，第一单向阀2的进油口与第一液压泵1的出油口P1相连；安全保护及稳压部分II包括蓄能器4、第一溢流阀3和第二溢流阀8，第一溢流阀3的进油口P3和蓄能器4的进油口P4相连；比例控制部分III的比例压力阀9为比例溢流阀；动作切换部分IV包括第一电磁换向阀5和第二电磁换向阀11、第二单向阀6和第三单向阀10，第一电磁换向阀5的出油口B5和第二电磁换向阀11的出油口A11分别与第二单向阀6的进油口A6和出油口B6相连，第二电磁换向阀11的出油口与第三单向阀10的出油口B10相连；压下装置部分V包括液压缸12，在液压缸12的上极限和下极限位置分别安装上限行程开关17和下限行程开关16，位移传感器15安装在液压缸12活塞杆的导杆上，位于上限行程开关17和下限行程开关16之间，在液压缸12的活塞杆下端安装有力传感器13；油源部分I第一单向阀2的出油口分别与安全保护及稳压部分II中蓄能器4的进油口P4、第一溢流阀3的进油口P3、动作切换部分IV第一电磁换向阀5的进油口P5相连，第一电磁换向阀5的另一个出油口与压下装置部分V中液压缸12的有杆腔B12相连，第二单向阀6的出油口B6和第二电磁换向阀11的出油口A11均与压下装置部分液压缸12的无杆腔A12相连；油源部分I的第二液压泵7的出油口P7分别与安全保护及稳压部分II中的第二溢流阀8的进油口P8、比例控制部分III中比例溢流阀的进油口P9及动作切换部分IV中第三单向阀10的进油口A10相连，第三单向阀10的出油口B10与第二电磁换向阀11的进油口P11相连，第二电磁换向阀11的出油口A11与压下装置部分V中液压缸12的无杆腔A12相连；动作切换部分IV中两个电磁换向阀的回油口T5、T11、安全保护及稳压部分II中第一溢流阀3的出油口T3和第二溢流阀8的出油口T8流经回油过滤器18的进油口A18从出油口B18与油箱14相连，比例控制部分III中比例溢流阀的出油口T9直接与油箱14相连。
其电气控制部分，如图4所示，包括不带模拟量模块的PLC、控制力的程序控制仪、显示位移的控制仪表及无纸记录仪，PLC实现对系统开关量的控制，分别与两个电磁换向阀的电磁铁、上下限行程开关、控制力的程序控制仪和显示位移的控制仪表上的数字I/O量电连接，控制力的程序控制仪上的模拟量分别与力传感器、比例放大器相连，显示位移的控制仪表与位移传感器相连，无纸记录仪分别与控制力的程序控制仪、显示位移的控制仪表和PLC相连。
其工作过程分为四步空行程的快速下行、即将接触坯料时快进到工进的切换工进加压、压制完毕后的快速上行。
空行程快速下行过程的实现当熔压设备具备压下条件时，PLC控制器发出压下准备就绪信号，此时启动第一液压泵1，第二液压泵7处于停止状态，第一电磁换向阀5的电磁铁1DT处于带电状态，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT处于断电状态，即第一电磁换向阀5的进油口P5与出油口B5相通，出油口A5与回油口T5相通；第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口A11相通。液压泵1的压力油从压油口P1流入到第一单向阀2的进油口A2，再从第一单向阀2的出油口B2流入到第一溢流阀3的进油口P3、蓄能器4的进油口P4和第一电磁换向阀5的进油口P5；压力油经第一电磁换向阀5的出油口B5流出，进入第二单向阀6的进油口A6，从第二单向阀6的出油口B6分别流入液压缸12的无杆腔A12和第二电磁换向阀11的出油口A11。由于第二电磁换向阀11的出油口A11通过进油口P11与第三单向阀10的出油口B10相通，而第三单向阀10从出油口B10到进油口A10无法反向导通(在第二电磁换向阀11内部有极少量内泄漏，但并不影响快速压下动作)，故此时液压油流入液压缸12的无杆腔A12，推动活塞杆伸出。液压缸12的有杆腔B12的液压油流入第一电磁换向阀5中的出油口A5，通过第一电磁换向阀5中的回油口T5流经回油过滤器18的进油口A18从出油口B18流回油箱，从而实现了液压缸空行程快速下行的过程。
即将接触坯料时快进到工进切换过程的实现在液压缸快速下行时，其活塞杆带动压头逐渐接近坯料，当压头到达指定位置时，位移传感器输出位移信号给控制仪表，由控制仪表发出信号给PLC，使第一电磁换向阀5的电磁铁1DT断电，其进油口P5与出油口A5相通，出油口B5与回油口T5相通，液压缸12无杆腔A12的液体被第二单向阀6和第三单向阀10封闭在该腔，此时无论第一液压泵1开启还是关闭，均无法使液压缸12动作，液压缸12的活塞杆固定在设定位置。随之PLC发出信号启动第二液压泵，系统由快进切换到工进；在此同时PLC发出信号启动控制力的程序控制仪中的自动控制程序，同时力传感器输出力信号给控制力的程序控制仪，电气控制系统由PLC对开关量的顺序动作控制切换到程序控制仪对模拟量的力闭环控制。
工进加压过程的实现该过程中第一液压泵1和7一起为系统提供液压油，电磁换向阀的电磁铁1DT和2DT均处于断电状态，即第一电磁换向阀5的进油口P5与出油口A5相通，出油口B5与回油口T5相通；第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口A11相通。加压时，第一液压泵1的压力油从压油口P1流入到第一单向阀2的进油口A2，再从第一单向阀2的出油口B2流入到第一溢流阀3的进油口P3、蓄能器4的进油口P4和第一电磁换向阀5的进油口P5；第一电磁换向阀5进油口P5的压力油经第一电磁换向阀5的出油口A5流出，进入液压缸12的有杆腔B12。第二液压泵7的压力油从压油口P2流出，分别流入到第二溢流阀8的进油口P8、比例溢流阀的进油口P9、第三单向阀10的进油口A10，从第三单向阀10的出油口B10流入第二电磁换向阀11的进油口P11。第二电磁换向阀11进油口P11的压力油经第二电磁换向阀11的出油口A11流出，进入第二单向阀6的出油口B6和液压缸12的无杆腔A12，由于第二单向阀6从出油口B6到进油口A6不能反向导通的，故此时液压油只能流入液压缸12的无杆腔A12。这样在液压缸12的有杆腔B12处形成了由第一液压泵1、第一溢流阀3和蓄能器4共同调定的恒定背压，在液压缸12的无杆腔A12形成了由第二液压泵7、第二溢流阀8和比例溢流阀共同调定的可连续变化的压下力。由于工进加压过程时间比较长，通过合理设计液压系统的原理，使两个电磁换向阀的电磁铁在工进加压过程中始终处于断电状态，有效地延长了电磁换向阀的使用寿命。当程序控制仪内设定的程序运行结束后，控制力的程序控制仪向PLC发出力闭环控制结束的信号，工进加压过程结束，液压系统由比例控制切换回开关控制，电气控制系统切换到PLC的顺序动作控制。
压制完毕后快速上行过程的实现PLC接到控制力的程序控制仪发出的力闭环控制结束信号后，由PLC控制液压缸活塞杆带动压头快速上行。快速上行时仅第一液压泵1为系统提供液压油，第二液压泵7处于停止状态，第一电磁换向阀5的电磁铁1DT处于断电状态，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT处于带电状态，即第一电磁换向阀5的进油口P5与出油口A5相通，出油口B5与回油口T5相通；第二电磁换向阀11的出油口A11与回油口T11相通。压力油经第一电磁换向阀5的出油口A5流出，进入液压缸12的有杆腔B12，推动活塞杆缩回。液压缸12的无杆腔A12中的液压油流入第二单向阀6的出油口B6和第二电磁换向阀11的出油口A11。由于第二单向阀6从出油口B6到进油口A6无法导通，故此时液压油只能流入第二电磁换向阀11的出油口A11，通过第二电磁换向阀11的回油口T11流回油箱，从而实现了液压缸压制完毕后快速上行的过程。液压缸12活塞杆快速上行时，压头逐渐远离坯料。当到达液压缸上限行程开关17处时，第二电磁换向阀11的电磁铁2DT断电，第二电磁换向阀11的进油口P11与出油口A11相通，出油口B11与回油口T11相通，液压缸12的无杆腔A12的液体被第二单向阀6和10封闭在该腔，停止第一液压泵，此时液压缸12的活塞杆固定在设定位置，液压缸12停止动作，整个熔压过程结束。
权利要求
1.一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，包括压下装置部分、电气控制部分，其特征在于它还包括油源部分、安全保护及稳压部分、比例控制部分、动作切换部分，油源部分的一个出油口依次通过安全保护及稳压部分、动作切换部分与压下装置部分液压缸的两腔连接，油源部分的另一个出油口依次通过安全保护及稳压部分、比例控制部分、动作切换部分与压下装置部分液压缸的无杆腔相连，各部分中的回油口及泄油口分别与油源部分的油箱相连，电气控制部分分别与油源部分、比例控制部分、动作切换部分，通过电气控制部分控制整个系统的运行。
2.根据权利要求1所述的一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，其特征在于所述的油源部分包括两个液压泵及与其相连的电机、第一单向阀及油箱，两个液压泵的吸油口分别与油箱相连，第一单向阀与第一液压泵相连；安全保护及稳压部分包括蓄能器和两个溢流阀，第一溢流阀的进油口和蓄能器的进油口相连；比例控制部分是带有比例放大器的比例压力阀；动作切换部分包括两个电磁换向阀、第二单向阀和第三单向阀，第一电磁换向阀的一个出油口和第二电磁换向阀的出油口分别与第二单向阀的进油口和出油口相连，其中保证第一电磁换向阀的这个出油口在该阀断电状态下与回油口相通，第二电磁换向阀的进油口与第三单向阀的出油口相连；在压下装置部分液压缸的活塞杆压头处安装有力传感器；油源部分第一单向阀的出油口分别与安全保护及稳压部分中蓄能器、第一溢流阀及动作切换部分的第一电磁换向阀的进油口相连，第一电磁换向阀的另一个出油口与压下装置部分液压缸的有杆腔相连，第二单向阀和第二电磁换向阀的出油口均与压下装置部分液压缸的无杆腔相连；油源部分的第二液压泵分别与安全保护及稳压部分中的第二溢流阀的进油口及比例控制部分中比例压力阀的进油口相连，与比例压力阀相接后接于动作切换部分中第三单向阀的进油口，通过第三单向阀及第二电磁换向阀与压下装置部分液压缸的无杆腔相连；动作切换部分中两个电磁换向阀的回油口、安全保护及稳压部分中第一溢流阀和第二溢流阀的出油口、比例控制部分中比例压力阀的回油口或泄油口与油箱相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，其特征在于所述的安全保护及稳压部分两个溢流阀的回油口与油箱之间还可连接有回油过滤器。
4.根据权利要求1或2所述的一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，其特征在于所述的第一电磁换向阀为二位四通电磁换向阀，第二电磁换向阀为二位四通电磁换向阀、或二位三通电磁换向阀。
5.根据权利要求1或2所述的一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，其特征在于所述的比例控制部分也可为比例压力阀和比例放大器，其中比例放大器与比例压力阀的比例电磁铁相连；所述的比例压力阀为比例减压阀或比例溢流阀。
6.根据权利要求1所述的一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，其特征在于所述的电气控制部分包括不带模拟量模块的PLC、控制力的程序控制仪及无纸记录仪，PLC实现对系统开关量的控制，分别与两个电磁换向阀的电磁铁、上下限行程开关、控制力的程序控制仪上的数字I/O量电连接，控制力的程序控制仪上的模拟量分别与力传感器、比例放大器相连，无纸记录仪分别与控制力的程序控制仪、位移传感器和PLC相连。
7.根据权利要求5所述的一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，其特征在于所述的电气控制部分还可以增加显示位移的控制仪表，即电气控制部分包括不带模拟量模块的PLC、控制力的程序控制仪、显示位移的控制仪表及无纸记录仪，PLC实现对系统开关量的控制，分别与两个电磁换向阀的电磁铁、上下限行程开关、控制力的程序控制仪和显示位移的控制仪表上的数字I/O量电连接，控制力的程序控制仪上的模拟量分别与力传感器、比例放大器相连，显示位移的控制仪表与位移传感器相连，无纸记录仪分别与控制力的程序控制仪、显示位移的控制仪表和PLC相连。
全文摘要
一种恒定背压及比例控制的熔压设备液压压下系统，属于液压机械技术领域。包括压下装置部分、电气控制部分、油源部分、安全保护及稳压部分、比例控制部分、动作切换部分，油源部分的一个出油口依次通过安全保护及稳压部分、动作切换部分与压下装置部分液压缸的两腔连接，油源部分的另一个出油口依次通过安全保护及稳压部分、比例控制部分、动作切换部分与压下装置部分液压缸的无杆腔相连，各部分中的回油口及泄油口分别与油源部分的油箱相连，电气控制部分分别与油源部分、比例控制部分、动作切换部分，通过电气控制部分控制整个系统的运行。本发明可以从零开始对坯料施加压下力，实现液压缸输出压下力对设定曲线实时精确跟踪。
文档编号B30B15/16GK1803448SQ20061004573
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者王艳, 张福波, 宋锦春, 孟祥志, 贾明兴 申请人:东北大学