专利名称：摩擦焊机恒压变量液压控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦焊机液压控制系统。
背景技术：
参照图2，现有的摩擦焊机液压控制系统包括两位四通换向阀、减压阀、油缸、三位四 通换向阀、调速阀、电磁溢流阀和泵源装置，通过各个阀门的联动，来控制摩擦焊机的夹具 夹紧与松开、离合与制动，以及滑台运动方向、速度和轴向压力。
这种液压控制系统的泵源装置30采用双联定量泵10为系统提供压力油，其中双联定量 泵10的小泵为夹具夹紧和离合系统提供压力油，压力大小由电磁溢流阀B17控制；双联定 量泵10的大泵为滑台运动提供压力油，压力大小由电磁溢流阀A16控制。移动夹具油缸7 的动作由两位四通换向阀C3控制，压力由减压阀A4控制。旋转夹具油缸8的动作由两位四 通换向阀B2控制，压力由减压阀B5控制。离合制动油缸9的动作由两位四通换向阀Al控 制，压力由减压阀C6控制。推力油缸ll带动滑台运动，实现摩擦焊接过程中快进、工进、 摩擦、顶锻和快退五个阶段。工进和摩擦阶段，两位四通换向阀D14工作，摩擦压力由减压 阀D15控制，工进速度由调速阀13控制。快进和快退时，两位四通换向阀D14失电，三位 四通换向阀12工作，快进和快退速度取决于双联定量泵10的大泵的额定流量。顶锻时，三 位四通换向阀12右侧得电工作，压力大小由电磁溢流阀A16控制。
在夹紧或离合制动过程中，移动夹具油缸7、旋转夹具油缸8和离合制动油缸9的活塞做机 械运动，双联定量泵10的小泵产生的压力油形成有用的机械功。当夹具夹紧或松开到位、离 合制动到位后，移动夹具油缸7、旋转夹具油缸8和离合制动油缸9的活塞停止机械运动，此时 没有有用的机械功消耗，系统处于保压阶段，但双联定量泵10的小泵仍然以恒定流量工作， 大量的高压液压油通过电磁溢流阀B17流回油箱，油泵电机消耗功率几乎全部转化成热量。 在快进和快退过程中，推力油缸ll的活塞做机械运动，双联定量泵10的大泵产生的压力油形 成有用的机械功。在摩擦和顶锻阶段，推力油缸ll的活塞机械运动距离也很小，此时有用的 机械功消耗相应也很小，系统基本处于保压阶段，但双联定量泵10的大泵仍然以恒定流量工 作，大量的高压液压油通过电磁溢流阀A16流回油箱，几乎全部转化成热量。由于在整个焊 接过程中，夹紧或离合制动过程以及快进和快退过程的时间相对很短，不到整个焊接时间的 10%，大部分时间里，系统处于保压状态，双联定量泵10产生的液压油均通过电磁溢流阀A16 和电磁溢流阀B17流回油箱，不产生有用的机械功，全部都转化成热量。导致油温升高过快， 无用功率很大，功率利用率很低。同时，液压油温直接影响液压油粘度，温度越高，粘度越
小，相应的系统泄漏量变化越大，管道的流动阻力变化也越大，由此导致系统的各种参数发 牛变化，引起系统的不稳定，控制精度相应降低。若采用冷却系统控制油温，又需要与产热 量成正比的电力，大量热量排放到大气中，不利于环保。经测定，C450型摩擦焊机采用上述 液压控制系统， 一个摩擦焊接过程循环液压系统的平均功耗约为874 kJ。
发明内容
为了克服现有技术由于无用功率损耗高而导致油温高、系统不稳定的不足，本发明提供 一种摩擦焊机液压控制系统，其泵源装置采用三个恒压变量泵与一个两级恒压变量泵结合的 方式供给系统油压，可以减小功率损耗，稳定油温而最终稳定液压控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案 一种摩擦焊机液压控制系统，包括两位四通 换向阀、减压阀、油缸、三位四通换向阀、调速阀、电磁溢流阀和泵源装置，其特点是所述 的泵源装置由三个恒压变量泵和一个两级恒压变量泵组成，移动夹具油缸、旋转夹具油缸和 离合制动油缸动作所需的压力油分别由三个恒压变量泵提供，推力油缸动作所需的压力油由 一个两级恒压变量泵提供，滑台两级轴向压力由两级恒压变量泵上的恒压阀直接控制，滑台 运动速度由调速阔控制。
本发明的有益效果是由于其泵源装置采用三个恒压变量泵与一个两级恒压变量泵结合 的方式，替代双联定量泵来供给系统油压，减小了整个系统的功率损耗，稳定了油温而最终 液压控制系统稳定工作。经测定，C450型摩擦焊机采用本发明的液压控制系统， 一个摩擦焊
接过程循环液压系统的平均功耗由现有技术的874 kJ下降为436kJ，功耗降低了 50%。同时， 由于移动夹具油缸、旋转夹具油缸和离合制动油缸动作所需的压力油分别由三个恒压变量泵 提供，避免了三个油缸各自动作时对其它两个油缸压力的影响。
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
图1是本发明摩擦焊机液压控制系统示意图。 图2是现有技术摩擦焊机液压控制系统示意图。
图中，l-两位四通换向阀A， 2-两位四通换向阀B， 3-两位四通换向阀C， 4-减压阀A， 5-减压阀B， 6-减压阀C， 7-移动夹具油缸，8-旋转夹具油缸，9-离合制动油缸，10-双联定量 泵，11-推力油缸，12-三位四通换向阀，13-调速阀，14-两位四通换向阀D， 15-减压阀D， 16-电磁溢流阀A， 17-电磁溢流阀B， 18-恒压变量泵A， 19-恒压变量泵B， 20-恒压变量泵C， 21-电磁溢流阀C， 22-电磁溢流阀D， 23-电磁溢流阀E， 24-两级恒压变量泵，25-变量活塞， 26-两位四通换向阀E， 27-恒压阀A， 28-恒压阀B， 30-泵源装置。
具体实施例方式
参照图1，本发明包括两位四通换向阀、减压阀、油缸、三位四通换向阔、调速阀、电 磁溢流阀和泵源装置，其泵源装置30由恒压变量泵A18、恒压变量泵B19、恒压变量泵C20 和两级恒压变量泵24担任，减少了现有技术控制摩擦和工进压力的减压阔D15，减少了控制 移动夹具油缸7、旋转夹具油缸8和离合制动油缸9动作所需压力的减压阔A4、减压阀B5 和减压阀C6，还减少了控制双联定量泵10小泵压力的电磁溢流阀B17。增加了起安全保护 作用的电磁溢流阀C21、电磁溢流阀D22和电磁溢流阔E23。此时，电磁溢流阀A16也只起 安全保护作用。
移动夹具油缸7、旋转夹具油缸8和离合制动油缸9动作所需的压力油分别由恒压变量 泵A18、恒压变量泵B19和恒压变量泵C20提供，其油路压力分别由恒压变量泵A18、恒压 变量泵B19和恒压变量泵C20上各自的恒压阀调定，两位四通换向阀A1、两位四通换向阀 B2、两位四通换向阀C3分别控制三路油路方向。电磁溢流阀C21、电磁溢流阀D22和电磁 溢流阀E23的设定压力要分别大于恒压变量泵A18、恒压变量泵B19和恒压变量泵C20的设 定压力，工作过程中只起安全阀作用。在移动夹具油缸7夹紧与松开动作过程中，当夹紧压 力小于恒压变量泵18设定压力时，恒压变量泵18满流量输出，实现快速夹紧与松开，当夹 紧压力达到恒压变量泵18设定压力后，恒压变量泵18处于保压状态，液压油只需很少流量 即可保持压力恒定，恒压变量泵18输出流量很小，减少了液压油的流动，从而减小了功率的 损耗。同理，在旋转夹具油缸夹紧与松开动作过程中，当夹紧压力小于恒压变量泵19设定压 力时，恒压变量泵19满流量输出，实现快速夹紧与松开，当夹紧压力达到恒压变量泵19设 定压力后，恒压变量泵19处于保压状态，液压油只需很少流量即可保持压力恒定，恒压变量 泵19输出流量很小，减少了液压油的流动，从而减小了功率的损耗。同理，在离合制动袖缸 动作过程中，当离合制动压力小于恒压变量泵20设定压力时，恒压变量泵20满流量输出， 实现快速离合制动，当离合制动压力达到恒压变量泵20设定压力后，恒压变量泵20处于保 压状态，液压油只需很少流量即可保持压力恒定，恒压变量泵20输出流量很小，减少了液压 油的流动，从而减小了功率的损耗。总之，采用恒压变量泵A18、恒压变量泵B19和恒压变 量泵C20分别为移动夹具油缸7、旋转夹具油缸8和离合制动油缸9动作提供所需的压力油 可以减小功率的损耗，有效的防止油温升高，增强系统的稳定性。同时，由于移动夹具油缸、 旋转夹具油缸和离合制动油缸动作所需的压力油分别由三个恒压变量泵提供，避免了三个油 缸各自动作时对其它两个油缸压力的影响。
推力油缸11动作所需的压力油由两级恒压变量泵24提供，滑台轴向压力由两级恒压变 量泵24上的恒压阀A27和恒压阀B28直接控制，滑台运动方向由三位四通换向阀12控制， 滑台工进运动速度由调速阀13控制，滑台快进运动速度由两级恒压变量泵24的空载流量控
制。可预先设定两级恒压变量泵24上的恒压阀A27和恒压阀B28分别对应摩擦和顶锻压力。 电磁溢流阀A16的设定压力要大于两级恒压变量泵24的最大设定压力，丁:作过程中只起安 全阀作用。
快进时，两级恒压变量泵24上的两位四通换向阀E26不动作，恒压阀A27起作用。三 位四通换向阀12右侧电磁铁得电，液压油通入推力油缸11右腔，左腔油液直接由三位四通 换向阀12回油，由于只用克服导轨运动阻尼，负载较轻，系统压力小于恒压阀A27的设定 压力，恒压阀A27阀芯处于左侧，油路开启，将两级恒压变量泵24上的变量活塞25右腔与 回油相接，压力很低，而左腔为系统压力，变量活塞25在系统压力作用下克服弹簧力向右运 动至极限位置，双级恒压变量泵24的流量增至最大。在推力油缸ll带动下，滑台快速运动。 若负载突然加大，如两个焊接工件接触，滑台运动受阻，系统压力加大，作用在恒压阀A27 左侧的压力大于右侧的弹簧力，恒压阀A27的阀芯向右侧运动，恒压阀A27形成的节流作用 加大，变量活塞25右腔压力加大，推动变量活塞向左运动，两级恒压变量泵24的流量减小， 直到变量活塞25两侧的推力处于平衡状态。在平衡状态下，变量活塞25两侧的推力相等， 左腔为系统压力，右腔压力由系统压力、变量活塞25上的节流孔以及恒压阀A27阀芯形成 的节流孔共同决定。恒压阀A27弹簧力越大，维持变量活塞25平衡吋所需的系统压力就越 大，平衡时系统压力越大。快退时，三位四通换向阀12右侧电磁铁得电，两级恒压变量泵 24的工作和调节过程同上。
工进时，两级恒压变量泵24上的两位四通换向阀E26动作，恒压阀B28起作用。三位 四通换向阀12不得电，两位四通换向阀D14得电，调速阀13起作用，使滑台运动速度降低。 此时，由于调速阀13的节流作用，两级恒压变量泵24后、调速阀13之前的管路压力提高， 达到两级恒压变量泵24上恒压阀B28设定压力后，作用在恒压阀B28左侧的压力大于恒压 阀B28右侧的弹簧力，恒压阀B28的阀芯向右侧运动，恒压阀B28形成的节流作用加大，变 量活塞25右腔压力加大，推动变量活塞25向左运动，两级恒压变量泵24输出流量降低，最 终与调速阀控制流量相同。
摩擦和顶锻时，压力高低分别由两级恒压变量泵24上的恒压阀B28和恒压阀A27控制。 滑台运动速度主要取决于摩擦和顶锻过程中焊接工件的缩短速度。当系统压力小于恒压阀设 定压力，两级恒压变量泵24大流量输出，保证压力的快速响应.，当系统压力大于设定压力， 作用在恒压阀左侧的压力大于恒压阀右侧的弹簧力，恒压阀的阀芯向右侧运动，恒压阀形成 的节流作用加大，变量活塞25右腔压力加大，推动变量活塞25向左运动，两级恒压变量泵 24的流量减小，直到变量活塞25两侧的推力处于平衡状态。两级恒压变量泵24自动调节输 出流量，以维持系统压力恒定。由于摩擦和顶锻过程中焊接工件的縮短速度不会很大，故压
力达到设定值后的维持流量很小，两级恒压变量泵24输出功率小，所需电机功率小，减少了 液压油的流动摩擦，有效的防止了油温升高，增强了系统的稳定性。
移动夹具油缸7、旋转夹具油缸8和离合制动油缸9动作所需的压力油分别由恒压变量 泵A18、恒压变量泵B19和恒压变量泵C20提供，施力油缸11动作所需的压力油由两级恒 压变量泵24提供。
摩擦焊接准备阶段，两位四通换向阀A1、两位四通换向阀B2、两位四通换向阀C3、两 位四通换向阔7和三位四通换向阀12均处于失电状态，电磁溢流阀A16、电磁溢流阀C21、 电磁溢流阀D22和电磁溢流阀E23上的电磁铁也均处于失电状态，整个装置处于卸荷状态， 根据需要调定恒压变量泵A18、恒压变量泵B19和恒压变量泵C20上的恒压阀压力值，将两 级恒压变量泵24上恒压阀B28和恒压阀A27的压力值分别设定为摩擦压力和顶锻压力。启 动恒压变量荥A18、恒压变量泵B19和恒压变量泵C20和两级恒压变量泵24，准备工作完成。
电磁溢流阀C21上的电磁铁得电，移动夹具油路建压。两位四通换向阀C3的电磁铁得 电，移动夹具系统夹紧。夹紧过程中，当压力小于恒压变量泵A18的设定压力时，恒压变量 泵A18满流量输出，实现快速夹紧，当夹具夹紧压力达到恒压变量泵A18的设定压力后，恒 压变量泵A18处于保压状态，恒压变量泵A18流量自动减小。
电磁溢流阀D22上的电磁铁得电，旋转夹具油路建压。两位四通换向阀B2的电磁铁得 电，旋转夹具系统夹紧。夹紧过程中，当压力小于恒压变量泵B19的设定压力时，恒压变量 泵B19满流量输出，实现快速夹紧，当夹具夹紧压力达到恒压变量泵B19的设定压力后，恒 压变量泵B19处于保压状态，恒压变量泵B19流量自动减小。
电磁溢流阀16的电磁铁得电，滑台运动系统开始建压。给三位四通换向阀12右端加电， 推力油缸n活塞推动滑台向左运动。滑台快进时只用克服滑台运动阻力，负载很轻，两级恒 压变量泵24上变量活塞25处于最右端，两级恒压变量泵24以最大空载流量输出，使滑台向 左侧快速运动。
当滑台进入工进位置时，三位四通换向阀12失电，两位四通换向阀14得电，调速阀13 起作用，使滑台运动速度降低。此时，由于调速阀]3的节流作用，两级恒压变量泵24后、 调速阀13之前的管路压力提高，作用在恒压阀B28左侧的压力大于恒压阔B28右侧的弹簧 力，恒压阀B28的阀芯向右侧运动，恒压阀B28形成的节流作用加大，变量活塞25右腔压 力加大，推动变量活塞25向左运动，两级恒压变量泵24输出流量降低，最终与调速阀控制 流量相同。工进后，两位四通换向阀C3加电，主轴开始转动。
当摩擦焊接的两侧工件接触后，进入摩擦状态，滑台运动速度减慢。滑台运动速度主要 取决于焊接件摩擦縮短速度。滑台运动速度小于工进速度，两级恒压变量泵24后、调速阀
13之前的管路压力进一步提高，作用在恒压阀B28左侧的压力克服恒压阀B28右侧的弹簧力， 推动恒压阀B28的阀芯进一步向右侧运动，恒压阀B28形成的节流作用更大，变量活塞25 右腔压力加大，推动变量活塞25向左运动，两级恒压变量泵24输出流量进一步降低。当流 量过小，不足以补充焊接件摩擦缩短引起的活塞运动所需的流量时，系统压力就会降低。此 时作用在恒压阀B28右侧的弹簧力大于左侧的推力，推动恒压阀B28的阀芯向左侧运动，恒 压阀B28形成的节流作用变小，变量活塞25右腔压力降低，变量活塞25向右运动，两级恒 压变量泵24输出流量提高。自动调节的结果最终使得两级恒压变量泵24输出流量与焊接件 摩擦縮短引起的活塞运动所需的流量适应，以维持恒压阀B28所设定的压力，即摩擦压力。
当摩擦时间达到后，两位四通换向阀C3失电，主轴制动停转。两位四通换向阀14失电， 同时三位四通换向阀12右端得电，调速阀不起作用。两级恒压变量泵24上两位四通换向阀 26得电，将恒压阀A27与变量活塞25右腔接通，恒压阀A27的设定压力为顶锻压力，高于 摩擦压力。因此此时作用在恒压阀A27右侧的弹簧力大于左侧的推力，推动恒压阀A27的阀 芯向左侧运动，恒压阀A27形成的节流作用变小，变量活塞25右腔压力降低，变量活塞25 向右运动，两级恒压变量泵24输出流量提高，实现顶锻过程。当系统压力提高，作用在恒压 阀A27左侧的推力大于恒压阀A27右侧的设定的弹簧力时，推动恒j玉阀A27的阀芯向右侧 运动，恒压阀A27形成的节流作用变大，变量活塞25右腔压力加大，推动变量活塞25向左 运动，两级恒压变量泵24输出流量降低。此时进入保压状态，所需压力恒定，焊接工件几乎 不再縮短，两级恒压变量泵24进入保压补给状态，液压油只需少量的补给满足液压系统泄漏 即可保持压力恒定，两级恒压变量泵24实现高压力、小流量供油。
当设定的保压时间达到后，三位四通换向阀12失电，滑台运动截止。两位四通换向阀 B2失电，旋转夹具松开。三位四通换向阀12左侧得电，油路换向，滑台向右侧运动。此时， 由于负载较轻，系统压力降低，作用在恒压陶A27右侧的弹簧力大于左侧的推力，推动恒压 阀A27的阀芯向左侧运动，恒压阔A27形成的节流作用变小，变量活塞25右腔压力降低， 变量活塞25向右运动，两级恒压变量泵24输出流量提卨，实现滑台运动快退。到原位后， 三位四通换向阀12左侧失电，两位四通换向阀Al失电，移动夹具释放，完成一个焊接循环。
夹具松开过程中，当压力小于恒压变量泵A18、恒压变量泵B19的设定压力吋，恒压变 量泵A18和恒压变量泵B19满流量输出，实现快速松开，当夹具松开压力达到恒压变量泵 A18和恒压变量泵B19的设定压力后，恒压变量泵A18和恒压变量泵B9处于保压状态，恒 压变量泵A18和恒压变量泵B19流量自动减小。
滑台运动到原位后，电磁溢流阀A16失电卸荷，两级恒压变量泵24后的系统压力几乎 为零。变量活塞25左腔压力为零，变量活塞25在弹簧力作用下向左运动，两级恒压变量泵
24输出流量降低，实现两级恒压变量泵24低压、小流量输出，所需电机驱动功率很小。
经测定，C450型摩擦悍机采用上述液压控制系统， 一个摩擦焊接过程循环液压系统的平 均功耗降为436kJ，与现有技术相比功耗降低了 50%。
权利要求
1、一种摩擦焊机液压控制系统，包括两位四通换向阀、油缸、三位四通换向阀、调速阀、电磁溢流阀和泵源装置，其特征在于所述的泵源装置由三个恒压变量泵和一个两级恒压变量泵组成，移动夹具油缸、旋转夹具油缸和离合制动油缸动作所需的压力油分别由一个恒压变量泵提供，推力油缸动作所需的压力油由两级恒压变量泵提供。
2、 根据权利要求l所述的摩擦焊机液压控制系统，其特征在于所述的两级恒压变量泵， 由其恒压阀设定摩擦压力和顶锻压力，由其两级恒压变量泵的空载流量设定滑台快进速度， 由由其调速阀设定工进速度。
3、 根据权利要求l所述的摩擦焊机液压控制系统，其特征在于所述的三个恒压变量泵， 其压力的设定分别对应移动夹具油缸、旋转夹具油缸和离合制动油缸所需的工作压力。
全文摘要
本发明公开了一种摩擦焊机液压控制系统，包括两位四通换向阀、减压阀、油缸、三位四通换向阀、调速阀、电磁溢流阀和泵源装置，其特点是所述泵源装置由三个恒压变量泵和一个两级恒压变量泵组成，移动夹具油缸、旋转夹具油缸和离合制动油缸动作所需的压力油分别由三个恒压变量泵提供，推力油缸动作所需的压力油由一个两级恒压变量泵提供。由于其泵源装置采用三个恒压变量泵与一个两级恒压变量泵相结合，替代双联定量泵来供给系统油压，减小了系统的功耗，稳定了油温而最终使液压控制系统稳定工作。经测定，C450型摩擦焊机采用本液压控制系统，一个摩擦焊接过程循环液压系统的平均功耗由现有技术的874kJ下降为436kJ，降低了50％。
文档编号B23K20/12GK101168215SQ20071018845
公开日2008年4月30日 申请日期2007年12月3日 优先权日2007年12月3日
发明者杜随更 申请人:西北工业大学