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CN105673603B - 一种液压机组节能驱动系统及其协调控制方法 - Google Patents

一种液压机组节能驱动系统及其协调控制方法 Download PDF

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CN105673603B CN201610133432.9A CN201610133432A CN105673603B CN 105673603 B CN105673603 B CN 105673603B CN 201610133432 A CN201610133432 A CN 201610133432A CN 105673603 B CN105673603 B CN 105673603B
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Abstract

本发明公开了一种液压机组节能驱动系统及其协调控制方法，其特征是：在多台液压机与共享的驱动系统之间建立阀阵列相连接，通过阀阵列状态的变化，选择相应的驱动区为液压机提供能量，实现液压机组对驱动系统高效有序的共享；在液压机组动作协调的过程中，以压制区连续不间断的为液压机组提供能量为设计条件，采用活动横梁运动的位置和时间混合协调的方式，对超过允许误差范围的部分进行时间误差调整，保证每台液压机成形过程的连续性和精确性。发明可实现液压机组节能驱动系统的有效运行，保证每台液压机动作时间和位置准确性。

Description

一种液压机组节能驱动系统及其协调控制方法
技术领域
本发明涉及一种液压机组节能驱动系统及其协调控制方法，用于实现液压机动作对驱动区不冲突的利用，以及单台液压机成形过程的高精度控制。
背景技术
液压机系统的核心为液压系统，其传动平稳、控制简单、体积较小等优点已被人们广泛认可，但能量效率低下的问题也日益突出。液压系统效率低下不仅增加了系统运行成本和装机容量，还会导致油温过高、工作稳定性降低。而液压机工作频繁造成了大量的能量浪费。
为了解决液压机能量效率低的问题，中国专利CN104175597A中公开了液压机组驱动系统节能控制方法，其在理论上具有良好的节能效果。但是在实际运行中，由于各种偶然因素的误差无法保证每个动作的时间和位置精度，一旦出现微小误差就会导致整个液压机组无法正常运行，导致驱动区长时间的等待或者对驱动区需求的冲突。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种液压机组节能驱动系统及其协调控制方法，以实现驱动区的高效利用，以及单台液压机成形过程的高精度控制。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明液压机组节能驱动系统的特点是：基于液压机组中的多台液压机对驱动系统的共享，将所述驱动系统通过开关阀阵列(Vij)m×(n+1)与所述液压机组相连；
所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)是由m行和n+1列开关阀组成，其中m为所述驱动系统中驱动区Qi的个数，n为所述液压机组中液压机Yj的个数；
在所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，第一列至第n列的开关阀中，处在同一列中的各开关阀的输出端口共同连接至所述液压机组中的同一台液压机，处在不同列中的开关阀对应连接不同的液压机，即当j＝1,2,…,n时，开关阀Vij的输出端口与液压机Yj相连；当j＝n+1列中的各开关阀Vij的输出端口共同与油箱相连，其中i＝1,2,…,m；
在所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，处在同一行中的各开关阀的输入端口共同连接所述驱动系统中的同一个驱动区，处在不同行中的开关阀的输入端口对应连接驱动系统中的不同的驱动区，即开关阀Vij的输入端口与驱动区Qi相连，其中j＝1,2,…,n+1；
在所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，Vij为所述开关阀阵列中第i行第j列的开关阀；当j＝1,2,…,n时，Vij开关阀的开启表示液压机Yj在驱动区Qi的驱动下完成动作Di；当j＝n+1时，Vij开关阀的开启表示驱动区Qi处在卸荷状态；控制所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中各开关阀的有序开启实现对所述液压机组中各液压机的协调控制。
本发明液压机组节能驱动系统的协调控制方法的特点是：所述液压机组中各液压机是以快降动作D1、压制动作D2、保压动作Db、卸荷动作Dx、快回动作D3和慢回动作D4为序进行动作；所述压制动作D2和慢回动作D4，是在液压机活动横梁达到设定位置时结束动作；除所述压制动作D2和慢回动作D4之外的其它各动作，是在达到设定动作时长时结束动作；所述驱动系统的各驱动区分别是：快降区Q1、压制区Q2、快回区Q3和慢回区Q4，即m＝4；所述快降动作D1、压制动作D2、快回动作D3和慢回动作D4分别在快降区Q1、压制区Q2、快回区Q3和慢回区Q4的驱动下完成；所述保压动作Db、卸荷动作Dx不需要驱动区的驱动，由对应液压机本身的液压系统完成；
按设定的原则制定液压机组的工作节拍及开关阀阵列的动作逻辑为：
当液压机组尚未开始工作时，所述液压机组中的液压机的活动横梁处在初始位置，所述阀阵列中的开关阀处于关闭状态；
当液压机Yj开始快降动作D1时，开关阀V(1,j)开启，当液压机Yj开始压制动作D2时，开关阀V(1,j)关闭，开关阀V(1,n+1)开启，开关阀V(2,j)开启，在快降等待时长达到设定值Δt(j,j+1)时，开关阀V(1,n+1)关闭，并且开关阀V(1,j+1)开启，液压机Yj+1开始快降动作D1；在快降等待过程中，开关阀V(1,n+1)开启使快降区Q1处于卸荷状态；当液压机Yj的活动横梁到达设定位置时，压制动作D1结束，开关阀V(2,j)关闭、开关阀V(1,j+1)关闭并且开关阀V(2,j+1)开启，使液压机Yj+1开始压制动作D1；所述液压机Yj在完成压制动作D1之后的各后续动作按照设定的动作时长连续运行，直到液压机Yj的活动横梁返回在初始位置；在此过程中，当液压机Yj开始动作Di，开关阀Vij开启；当液压机Yj完成动作Di，开关阀Vij关闭；
所述设定的原则为：
原则一、保持所述驱动系统中压制区Q2的连续工作，即压制区Q2驱动液压机Yj的压制动作D2结束时刻为压制区Q2驱动液压机Yj+1的压制动作D2起始时刻；
原则二、保持液压机组中单台液压机的动作连续；
原则三、以压制区Q2驱动液压机活动横梁达到设定位置为压制区Q2的切换条件；压制区Q2驱动液压机Yj的压制动作D2的起始时刻为快降区Q1驱动液压机Yj+1的等待快降动作D1的计时起点，且等待时长为Δt(j,j+1)。
本发明液压机组节能驱动系统的协调控制方法的特点也在于：
所述液压机Yj在压制动作D1起始时的活动横梁所在的设置高度为Gj，设置高度Gj的允许误差范围为YWj；设置高度Gj的可调误差范围为KWj；且
当实际高度G’j与设置高度Gj的误差在允许误差范围YWj中时，按权利要求2中所述的液压机组的工作节拍及开关阀阵列的动作逻辑进行控制；当实际高度G’j与设置高度Gj之间的误差超出允许误差范围YWj，并处在可调误差范围KWj中时，调整液压机Yj+2的快降等待时长Δt(j+1,j+2)，使液压机Yj+2的压制动作D2起始时的活动横梁所在的实际高度为G’j+2与设定高度Gj的误差值处于允许误差范围YWj+2中；当实际高度G’j与设置高度Gj之间的误差超出可调误差范围KWj时，重新制定液压机组的工作节拍。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过在驱动系统和液压机组之间设置开关阀阵的方式，从结构上实现将液压驱动系统的驱动区分时共享给液压机组中的每台液压机，实现了驱动区的高效利用。
2、本发明通过采用时间和位置联合控制的方式，以液压机压制动作的开始时刻作为下一台液压机开始动作的计时起点，当前液压机压制动作的结束时刻作为下一台液压机快降动作的结束时刻和压制动作的开始时刻，其他动作按照设定的时间长度运行，直至液压机活动横梁回至初始位置，完成整个成形过程。在保证成形精度的前提下，确保了压制区不间断的为液压机提供能量，单台液压机工作的连续。
3、在动作协调控制的基础上，对产生的偶然误差进行调整，设置压制动作开始时活动横梁所处的高度误差范围，对超出误差范围以后的动作进行调整，保证后来液压机动作依然可以正常的运行。
附图说明
图1为本发明中驱动系统与液压机组的阀阵连接结构示意图；
图2为本发明中液压机组的动作节拍示意图；
图3为本发明中液压机压制动作延时的误差补偿示意图；
图4为本发明中液压机压制动作出现提前的误差补偿示意图。
具体实施方式
参见图1，本实施例中液压机组节能驱动系统的结构设置为：基于液压机组中的多台液压机对驱动系统的共享，将驱动系统通过开关阀阵列(Vij)m×(n+1)与液压机组相连；
开关阀阵列(Vij)m×(n+1)是由m行和n+1列开关阀组成，其中m为驱动系统中驱动区Qi的个数，n为液压机组中液压机Yj的个数；
在开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，第一列至第n列的开关阀中，处在同一列中的各开关阀的输出端口共同连接至液压机组中的同一台液压机，处在不同列中的开关阀对应连接不同的液压机，即当j＝1,2,…,n时，开关阀Vij的输出端口与液压机Yj相连；当j＝n+1列中的各开关阀Vij的输出端口共同与油箱相连，其中i＝1,2,…,m；
在开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，处在同一行中的各开关阀的输入端口共同连接驱动系统中的同一个驱动区，处在不同行中的开关阀的输入端口对应连接驱动系统中的不同的驱动区，即开关阀Vij的输入端口与驱动区Qi相连，其中j＝1,2,…,n+1；
在开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，Vij为开关阀阵列中第i行第j列的开关阀；当j＝1,2,…,n时，Vij开关阀的开启表示液压机Yj在驱动区Qi的驱动下完成动作Di；当j＝n+1时，Vij开关阀的开启表示驱动区Qi处在卸荷状态；控制开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中各开关阀的有序开启实现对液压机组中各液压机的协调控制。
本实施例中由快降区Q1、压制区Q2、快回区Q3和慢回区Q4组成的驱动系统驱动液压机Y1、Y2、Y3和Y4共四台液压机的开关阀阵的连接结构如图1所示，其中每台液压机的动作包括快降动作D1、压制动作D2、卸荷动作Dx、快回动作D3和慢回动作D4，卸荷动作Dx不需要能量的提供。
图中所示的开关阀阵由四行五列组成，第一行开关阀的进口与快降区Q1的输出口连接，第二行开关阀的进口与压制区Q2的输出口连接，第三行开关阀的进口与快回区Q3的输出口连接，第四行开关阀的进口与慢回区Q4的输出口连接；第一列开关阀的出口与液压机Y1的动力源输入口连接，第二列开关阀的出口与液压机Y2的动力源输入口连接，第三列开关阀的出口与液压机Y3的动力源输入口连接，第四列开关阀的出口与液压机Y4的动力源输入口连接，第五列开关阀的出口与油箱相连。
本实施例中液压机组中各液压机是以快降动作D1、压制动作D2、保压动作Db、卸荷动作Dx、快回动作D3和慢回动作D4为序进行动作；压制动作D2和慢回动作D4，是在液压机活动横梁达到设定位置时结束动作；除压制动作D2和慢回动作D4之外的其它各动作，是在达到设定动作时长时结束动作；驱动系统的各驱动区分别是：快降区Q1、压制区Q2、快回区Q3和慢回区Q4，即m＝4；快降动作D1、压制动作D2、快回动作D3和慢回动作D4分别在快降区Q1、压制区Q2、快回区Q3和慢回区Q4的驱动下完成；保压动作Db、卸荷动作Dx不需要驱动区的驱动，由对应液压机本身的液压系统完成。
按设定的原则制定液压机组的工作节拍及开关阀阵列的动作逻辑为：
当液压机组尚未开始工作时，液压机组中的液压机的活动横梁处在初始位置，阀阵列中的开关阀处于关闭状态；
当液压机Yj开始快降动作D1时，开关阀V(1,j)开启，当液压机Yj开始压制动作D2时，开关阀V(1,j)关闭，开关阀V(1,n+1)开启，开关阀V(2,j)开启，在快降等待时长达到设定值Δt(j,j+1)时，开关阀V(1,n+1)关闭，并且开关阀V(1,j+1)开启，液压机Yj+1开始快降动作D1；在快降等待过程中，开关阀V(1,n+1)开启使快降区Q1处于卸荷状态；当液压机Yj的活动横梁到达设定位置时，压制动作D1结束，开关阀V(2,j)关闭、开关阀V(1,j+1)关闭并且开关阀V(2,j+1)开启，使液压机Yj+1开始压制动作D1；液压机Yj在完成压制动作D1之后的各后续动作按照设定的动作时长连续运行，直到液压机Yj的活动横梁返回在初始位置；在此过程中，当液压机Yj开始动作Di，开关阀Vij开启；当液压机Yj完成动作Di，开关阀Vij关闭；
设定的原则为：
原则一、保持驱动系统中压制区Q2的连续工作，即压制区Q2驱动液压机Yj的压制动作D2结束时刻为压制区Q2驱动液压机Yj+1的压制动作D2起始时刻；
原则二、保持液压机组中单台液压机的动作连续；
原则三、以压制区Q2驱动液压机活动横梁达到设定位置为压制区Q2的切换条件；压制区Q2驱动液压机Yj的压制动作D2的起始时刻为快降区Q1驱动液压机Yj+1的等待快降动作D1的计时起点，且等待时长为Δt(j,j+1)。
根据液压机组中每台液压机的动作，制定的液压机组协作图如图2所示。一般液压机各个动作中，压制动作D2的持续时间较长，快降动作D1持续的时间较短，因此每台液压机开始动作相对于上台液压机转入压制的时间点存在滞后的时间差，液压机处于等待状态。确定由每台液压机开始动作相对于上台液压机转入压制的时间点的等待时间，Δt(1,2)、Δt(2,3)、Δt(3,4)和Δt(4,1)。当液压机Y1开始第一次动作时，开关阀V(1,1)开启。当液压机Y1活动横梁到达快降动作D1转入压制动作D2的位置时，开关阀V(1,1)关闭，开关阀V(2,1)和开关阀V(1,5)开启，液压机Y1进入压制动作D2，快降驱动区Q1进入等待过程。
在Δt(1,2)时间后，开关阀V(1,5)关闭，开关阀V(1,2)开启，液压机Y2进入快降动作D1。当液压机Y1的压制动作D2结束后，开关阀V(2,1)和开关阀V(1,2)关闭，开关阀V(2,2)和开关阀V(1,5)开启，液压机Y1进入无驱动区驱动的卸荷动作Dx，液压机Y2进入压制动作D2，快降区Q1进入等待过程。此后，通过对应阀的开启和关闭，液压机Y1在对应动作的驱动区驱动下按照设定的时长完成动作，直至活动横梁回到初始的位置等待下一个循环。其中，开关阀V(3,1)开启，液压机Y1完成快回动作D3；开关阀V(4,1)开启，液压机Y1完成慢回动作D4；动作完成后，通过开关阀V(3,5)和开关阀V(4,5)的开启实现对应驱动区卸荷。
在Δt(2,3)时间后，开关阀V(1,5)关闭且开关阀V(1,3)开启，液压机Y3进入快降动作D1。当液压机Y2的压制动作D2结束后，开关阀V(2,2)和开关阀V(1,3)关闭，开关阀V(2,3)和开关阀V(1,5)开启，液压机Y2进入无驱动区驱动的卸荷动作Dx，液压机Y3进入压制动作D2，快降区Q1进入等待过程。此后，通过对应阀的开启和关闭，液压机Y2在对应动作的驱动区驱动下按照设定的时长完成动作，直至活动横梁回到初始的位置等待下一个循环。其中，开关阀V(3,2)开启，液压机Y2完成快回动作D3；开关阀V(4,2)开启，液压机Y2完成慢回动作D4；动作完成后，通过开关阀V(3,5)和开关阀V(4,5)的开启实现对应驱动区卸荷。
在Δt(3,4)时间后，开关阀V(1,5)关闭且开关阀V(1,4)开启，液压机Y4进入快降动作D1。当液压机Y3的压制动作D2结束后，开关阀V(2,3)和开关阀V(1,4)关闭，开关阀V(2,4)和开关阀V(1,5)开启，液压机Y3进入无驱动区驱动的卸荷动作Dx，液压机Y4进入压制动作D2，快降区Q1进入等待过程。此后，通过对应阀的开启和关闭，液压机Y3在对应动作的驱动区驱动下按照设定的时长完成动作，直至活动横梁回到初始的位置等待下一个循环。其中，开关阀V(3,3)开启，液压机Y3完成快回动作D3；开关阀V(4,3)开启，液压机Y3完成慢回动作D4；动作完成后，通过开关阀V(3,5)和开关阀V(4,5)的开启实现对应驱动区卸荷。
在Δt(4,1)时间后，开关阀V(1,5)关闭，开关阀V(1,1)开启，液压机Y1进入快降动作D1，进入新的循环。当液压机Y4完成压制动作D2后，开关阀V(2,4)和开关阀V(1,1)关闭，开关阀V(2,1)和开关阀V(1,5)开启，液压机Y4进入无驱动区驱动的卸荷动作Dx，液压机Y1进入压制动作D2，快降区Q1进入等待过程。此后，通过对应阀的开启和关闭，液压机Y4在对应动作的驱动区驱动下按照设定的时长完成动作，直至活动横梁回到初始的位置等待下一个循环。其中，开关阀V(3,4)开启，液压机Y4完成快回动作D3；开关阀V(4,4)开启，液压机Y4完成慢回动作D4；动作完成后，通过开关阀V(3,5)和开关阀V(4,5)的开启实现对应的驱动区卸荷。此后按上述的循环进行每个成形过程。
具体实施中，液压机Yj在压制动作D1起始时的活动横梁所在的设置高度为Gj，设置高度Gj的允许误差范围为YWj；设置高度Gj的可调误差范围为KWj；且
当实际高度G’j与设置高度Gj的误差在允许误差范围YWj中时，按本实施例中液压机组的工作节拍及开关阀阵列的动作逻辑进行控制；当实际高度G’j与设置高度Gj之间的误差超出允许误差范围YWj，并处在可调误差范围KWj中时，调整液压机Yj+2的快降等待时长Δt(j+1,j+2)，使液压机Yj+2的压制动作D2起始时的活动横梁所在的实际高度为G’j+2与设定高度Gj的误差值处于允许误差范围YWj+2中；当实际高度G’j与设置高度Gj之间的误差超出可调误差范围KWj时，重新制定液压机组的工作节拍。
在液压机成形动作的过程中由于某些因素，使得液压机Y1成形动作的时间长度增加液压机Y2由快降转入压制的位置，超出YW2范围。为了减少对液压机Y3由快降转入压制位置的影响，将等待时间Δt(2,3)调整为Δt'(2,3)，
其中：h(1,2)为液压机Y2快降过程活动横梁运动的高度，T(1,2)为液压机Y2快降过程活动横梁运动的时长，h(2,2)为液压机Y2压制过程活动横梁运动的高度，T(2,2)为液压机Y2压制过程活动横梁运动的时间，调整过程如图3所示。其中，A1、A2、A3为液压机Y1、Y2、Y3快降动作D1和压制动作D2的活动横梁的运动过程；A’1、A’2、A’3液压机Y1、Y2、Y3受到干扰及调整后快降动作D1和压制动作D2的活动横梁的运动过程。
在液压机成形动作的过程中由于某些因素，使得液压机Y1成形动作的时间长度缩短液压机Y2由快降转入压制的位置，超出YW2范围。为了减少对液压机Y3由快降转入压制位置的影响，将等待时间Δt(2,3)调整为Δt”(2,3)，调整过程如图4所示。
其中：A1、A2、A3为液压机Y1、Y2、Y3快降动作D1和压制动作D2的活动横梁的运动过程；A”1、A”2、A”3液压机Y1、Y2、Y3受到干扰及调整后快降动作D1和压制动作D2的活动横梁的运动过程。
若在后续的液压机成型中的各动作出现误差，可以按相同方式对后续等待时间进行调整。

Claims (1)

1.一种液压机组节能驱动系统，其特征是：基于液压机组中的多台液压机对驱动系统的共享，将所述驱动系统通过开关阀阵列(Vij)m×(n+1)与所述液压机组相连；
所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)是由m行和n+1列开关阀组成，其中m为所述驱动系统中驱动区Qi的个数，n为所述液压机组中液压机Yj的个数；
在所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，第一列至第n列的开关阀中，处在同一列中的各开关阀的输出端口共同连接至所述液压机组中的同一台液压机，处在不同列中的开关阀对应连接不同的液压机，即当j＝1,2,…,n时，开关阀Vij的输出端口与液压机Yj相连；当j＝n+1列中的各开关阀Vij的输出端口共同与油箱相连，其中i＝1,2,…,m；
在所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，处在同一行中的各开关阀的输入端口共同连接所述驱动系统中的同一个驱动区，处在不同行中的开关阀的输入端口对应连接驱动系统中的不同的驱动区，即开关阀Vij的输入端口与驱动区Qi相连，其中j＝1,2,…,n+1；
在所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中，Vij为所述开关阀阵列中第i行第j列的开关阀；当j＝1,2,…,n时，Vij开关阀的开启表示液压机Yj在驱动区Qi的驱动下完成动作Di；当j＝n+1时，Vij开关阀的开启表示驱动区Qi处在卸荷状态；控制所述开关阀阵列(Vij)m×(n+1)中各开关阀的有序开启实现对所述液压机组中各液压机的协调控制。
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