專利名稱：鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電液比例提升系統(tǒng)，具體涉及一種鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制 提升系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自由鍛鍛造操作機(jī)用于抓取鍛造工件并進(jìn)行一定的動(dòng)作，與壓機(jī)配合使用，以提 高鍛造效率。一般來說，操作機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)鍛造工件的垂直、水平、前后、俯仰、側(cè)擺等幾種 運(yùn)動(dòng)，其中，對(duì)于前后提升系統(tǒng)分別獨(dú)立控制的操作機(jī)，其提升系統(tǒng)控制鍛造工件的垂直 升降，后提升系統(tǒng)或俯仰系統(tǒng)控制鍛造工件的俯仰運(yùn)動(dòng)(參見申請(qǐng)?zhí)枮?00810037835. 9、 201010133714. 1的中國發(fā)明專利)。壓機(jī)鍛造工件時(shí)，由于塑性形變，工件重心下降，提升 系統(tǒng)會(huì)直接承受壓機(jī)的下壓力，若提升系統(tǒng)的力順應(yīng)性不夠，會(huì)導(dǎo)致操作機(jī)的提升系統(tǒng)及 機(jī)構(gòu)承受很大的載荷。目前生產(chǎn)的操作機(jī)，其提升系統(tǒng)只具備位移控制功能，無法實(shí)現(xiàn)提升 力的控制，而采用位移直接跟蹤壓機(jī)控制會(huì)因?yàn)殄懠巫兊牟灰?guī)則性產(chǎn)生額外抗力，因此 力順應(yīng)性對(duì)操作機(jī)提升系統(tǒng)非常重要。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?00810M6965. 3的中國發(fā)明專利公開了 一種大型鍛造操作機(jī)液壓缸定位的位置-壓力控制方法，它通過比例壓力閥實(shí)現(xiàn)操作機(jī)提 升系統(tǒng)的位移-力復(fù)合控制，該方式的位移控制通過力閉環(huán)實(shí)現(xiàn)，適合工作在壓機(jī)鍛壓工 件的工況下，但不適合在非鍛打工況下，進(jìn)行工件垂直方向位移的精確控制。且比例壓力閥 頻響較低，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)慢，不能滿足操作機(jī)高效工作的需求。因此，需設(shè)計(jì)出更好的操作 機(jī)提升系統(tǒng)及控制方法，以提高其可靠性和快速性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能提高其響應(yīng)速度及垂直方向的順應(yīng)性。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的比例伺服閥P 口接油源供油口 ；比例伺服閥A 口與安全閥入口、單向閥 出口、截止閥入口、壓力傳感器、左提升缸下腔、右提升缸下腔連接；油源回油口與比例伺服 閥T 口、安全閥出口、單向閥入口、截止閥出口、左提升缸上腔、右提升缸上腔連接；左提升 缸活塞桿與右提升缸活塞桿驅(qū)動(dòng)端機(jī)構(gòu)固結(jié)(其運(yùn)動(dòng)為機(jī)械同步)；位移傳感器內(nèi)置于左 提升缸活塞桿上；位移傳感器的信號(hào)輸出端、壓力傳感器的信號(hào)輸出端和比例伺服閥信號(hào) 輸入端與位移-力復(fù)合控制器連接。本發(fā)明所述的位移-力復(fù)合控制器，包括位移信號(hào)輸出裝置、位移加法器、位移 PID控制器、信號(hào)放大器、力信號(hào)輸出裝置、力加法器、死區(qū)設(shè)定器、力PID控制器、信號(hào)切換 器和切換信號(hào)輸出裝置；位移信號(hào)輸出裝置產(chǎn)生的信號(hào)與位移傳感器檢測(cè)位移信號(hào)通過位 移加法器做差，其差值信號(hào)經(jīng)位移PID控制器后，輸出至信號(hào)切換器；壓力傳感器輸出壓力 信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器，轉(zhuǎn)換為力信號(hào)，力信號(hào)輸出裝置產(chǎn)生的信號(hào)與此力信號(hào)通過力加法
3器做差后，輸出至死區(qū)設(shè)定器；死區(qū)設(shè)定器輸出信號(hào)至力PID控制器；力PID控制器輸出 信號(hào)至信號(hào)切換器；切換信號(hào)輸出裝置連接信號(hào)切換器，控制其連通力信號(hào)或者位移信號(hào)； 信號(hào)切換器把位移或者力控制信號(hào)傳輸至比例伺服閥，行程位移或者力閉環(huán)控制系統(tǒng)。在本發(fā)明中，所有的零部件均能通過市購的方式獲得。本發(fā)明具有的有益效果是(1)具有位移、力兩種控制模式，既能實(shí)現(xiàn)工件垂直位移的精確控制，又能實(shí)現(xiàn)鍛 造過程中的高順應(yīng)性，大大減小工件鍛壓過程中操作機(jī)的抗力。(2)采用頻響較高的比例伺服閥作為控制元件，提高了提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度。(3)安全閥防止過載對(duì)提升缸及操作機(jī)其他機(jī)械機(jī)構(gòu)的損傷，單向閥用于防止油 路吸空。(4)僅通過一個(gè)比例伺服閥實(shí)現(xiàn)了位移、力的控制，其結(jié)構(gòu)及控制策略簡單、工作 可靠，復(fù)合重載操作裝備的設(shè)計(jì)要求。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)工作于位移控制模式的原 理圖；圖2是本發(fā)明的鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)工作于力控制模式的原理 圖。圖中1.油源供油口，2.比例伺服閥，3.安全閥，4.單向閥，5.截止閥，6_1.左提 升缸，6-2.右提升缸，7.油源回油口，8.位移傳感器，9.位移信號(hào)輸出裝置，10.位移加法 器，11.位移PID控制器，12.壓力傳感器，13.信號(hào)放大器，14.力信號(hào)輸出裝置，15.力加 法器，16.死區(qū)設(shè)定器，17.力PID控制器，18.信號(hào)切換器，19.切換信號(hào)輸出裝置，20.位 移-力復(fù)合控制器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、一種鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)，其由油源供油口 1、比例伺 服閥2、安全閥3、單向閥4、截止閥5、左提升缸6-1、右提升缸6-2、油源回油口 7、位移傳感 器8、壓力傳感器12和位移-力復(fù)合控制器20組成。比例伺服閥2的P 口接油源供油口 1 ；比例伺服閥2的B 口封死；比例伺服閥2的 A 口與安全閥3入口、單向閥4出口、截止閥5入口、壓力傳感器12、左提升缸6-1下腔和右 提升缸6-2下腔連接；油源回油口 7與比例伺服閥2的T 口、安全閥3出口、單向閥4入口、 截止閥5出口、左提升缸6-1上腔、右提升缸6-2上腔連接；左提升缸6-1活塞桿與右提升 缸6-2活塞桿驅(qū)動(dòng)端機(jī)構(gòu)固結(jié)，其運(yùn)動(dòng)為機(jī)械同步。位移傳感器8安裝在左提升缸6-1活 塞的活塞桿內(nèi)，用于檢測(cè)活塞的移動(dòng)位移，壓力傳感器12用于檢測(cè)左提升缸6-1和右提升 缸6-2下腔的壓力，位移傳感器8與壓力傳感器12的信號(hào)輸出端、比例伺服閥2信號(hào)輸入 端連接位移-力復(fù)合控制器20。位移-力復(fù)合控制器20由位移信號(hào)輸出裝置9、位移加法器10、位移PID控制器 11、信號(hào)放大器13、力信號(hào)輸出裝置14、力加法器15、死區(qū)設(shè)定器16、力PID控制器17、信號(hào)切換器18、切換信號(hào)輸出裝置19組成。壓力傳感器12的輸出端與信號(hào)放大器13的輸入端信號(hào)相連，信號(hào)放大器13的輸 出端與力加法器15的減法輸入端相連，力信號(hào)輸出裝置14的輸出端與力加法器15的加法 輸入端相連，力加法器15的輸出端、死區(qū)設(shè)定器16、力PID控制器17和信號(hào)切換器18的輸 入端依次信號(hào)相連；位移傳感器8的輸出端與位移加法器10的減法輸入端相連，位移信號(hào) 輸出裝置9輸出端與位移加法器10的加法輸入端相連，位移加法器10的輸出端、位移PID 控制器11和信號(hào)切換器18的輸入端依次信號(hào)相連；切換信號(hào)輸出裝置19和信號(hào)切換器18 的輸入端信號(hào)相連，信號(hào)切換器18的輸出端與比例伺服閥2的輸入端信號(hào)相連。S卩，位移信號(hào)輸出裝置9產(chǎn)生的信號(hào)與位移傳感器8檢測(cè)的位移信號(hào)通過位移加 法器10做差，其差值信號(hào)經(jīng)位移PID控制器11后，輸出至信號(hào)切換器18 ；壓力傳感器12 輸出壓力信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器13轉(zhuǎn)換為力信號(hào)，力信號(hào)輸出裝置14產(chǎn)生的信號(hào)與此力信 號(hào)通過力加法器15做差后輸出至死區(qū)設(shè)定器16 ；死區(qū)設(shè)定器16輸出信號(hào)至力PID控制器 17 ’力PID控制器17輸出信號(hào)至信號(hào)切換器18 ；切換信號(hào)輸出裝置19連接信號(hào)切換器18， 控制其連通力信號(hào)或者位移信號(hào)；信號(hào)切換器18把位移或者力控制信號(hào)傳輸至比例伺服 閥2，形成位移或者力閉環(huán)控制。實(shí)際使用時(shí)，本發(fā)明的左提升缸6-1活塞桿、右提升缸6-2活塞桿連接鍛造操作機(jī) 提升臂的左右兩端，提升臂通過左右兩個(gè)懸掛桿連接在夾鉗上；液壓系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)左提升 缸6-1活塞桿、右提升缸6-2活塞桿的上升與下降，實(shí)現(xiàn)夾鉗及工件的上升與下降。本發(fā)明所述的提升系統(tǒng)，按照運(yùn)動(dòng)方向，可以分為兩種工況1、提升系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)夾鉗及工件上升。此時(shí)，比例伺服閥2工作于右位，其P 口與A 口 連通，B 口與T 口連通；油源供油口 1輸出的高壓油液流經(jīng)比例伺服閥2的P 口、A 口，到達(dá) 左提升缸6-1下腔和右提升缸6-2下腔，驅(qū)動(dòng)左提升缸6-1活塞桿和右提升缸6-2活塞桿 上升，實(shí)現(xiàn)了夾鉗及工件的上升；左提升缸6-1上腔和右提升缸6-2上腔的油液流出至油源 回油口 7。2、提升系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)夾鉗及工件下降。此時(shí)比例伺服閥2工作于左位，其P 口與B 口 連通，A 口與T 口連通；在夾鉗及工件的重力作用下，左提升缸6-1下腔和右提升缸6-2下 腔的油液經(jīng)過比例伺服閥2的A 口、T 口，流出至油源回油口 7 ；實(shí)現(xiàn)了夾鉗及工件的下降； 油源回油口 7的部分油液供給至左提升缸6-1上腔和右提升缸6-2上腔。安全閥3保證夾鉗舉升過程中，左提升缸6-1下腔和右提升缸6-2下腔油液的壓 力值在安全的范圍內(nèi)；當(dāng)左提升缸6-1下腔和右提升缸6-2下腔油液壓力值低于油源回油 口 7的壓力值時(shí)，單向閥4打開，油液從油源回油口 7經(jīng)過單向閥4流入左提升缸6-1下腔 和右提升缸6-2下腔，避免出現(xiàn)負(fù)壓吸空現(xiàn)象。在鍛造操作機(jī)故障檢修時(shí)，系統(tǒng)處于停機(jī)狀 態(tài)，逐漸打開截止閥5，油液從左提升缸6-1下腔和右提升缸6-2下腔經(jīng)過截止閥5流入油 源回油口 7，左提升缸6-1活塞桿和右提升缸6-2活塞桿緩緩下降，能夠控制夾鉗及工件至 安全位置；在鍛造操作機(jī)正常工作下，截止閥5處于截止?fàn)顟B(tài)，不通油。本發(fā)明所述的提升系統(tǒng)，按照控制方式，可以分為以下兩種工況1、在壓機(jī)處于非鍛造工況時(shí)，如圖1所述，本發(fā)明的鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制 提升系統(tǒng)工作于位移控制模式；在位移控制模式下，工件的實(shí)際垂直位移精確跟蹤位移信 號(hào)輸出裝置9的位移信號(hào)設(shè)定值。
目前的壓機(jī)與操作機(jī)多采用聯(lián)動(dòng)控制，若壓機(jī)的向下鍛壓信號(hào)沒有給出，則工件 處于非鍛造工況，工控機(jī)指定切換信號(hào)輸出裝置19的輸出信號(hào)值為0，信號(hào)切換器18隔斷 力控制信號(hào)，使位移控制信號(hào)連通比例伺服閥2 ( S卩，位移PID控制器11的輸出端通過信號(hào) 切換器18與比例伺服閥2的輸入端信號(hào)相連)。此時(shí)操作工人根據(jù)鍛件當(dāng)前位移，指定其下一步位移，位移信號(hào)輸出裝置9根據(jù) 當(dāng)前位移與下一步的位移差值情況，生成“加速-勻速-減速”或者“加速-減速”的位移 信號(hào)；位移加法器10的輸出信號(hào)等于位移信號(hào)輸出裝置9輸出信號(hào)減去位移傳感器8輸 出信號(hào)的差值；該差值信號(hào)輸出至位移PID控制器11，位移PID控制器11對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放 大、微分、積分等處理后，輸出至比例伺服閥2，實(shí)現(xiàn)提升缸(包括左提升缸6-1和右提升缸 6-2)位移閉環(huán)精確控制。位移閉環(huán)控制的信號(hào)計(jì)算公式Ed = Ds-DduD = KpdEd + Kid \EDdt + Kdd 警其中Ds——位移信號(hào)輸出裝置9的輸出信號(hào)；Dd——位移傳感器8檢測(cè)的實(shí)時(shí)位移信號(hào)；Ed——位移加法器10的輸出信號(hào)；uD——位移PID控制器11的輸出信號(hào)；KPD、KID、Kdd—位移PID控制器11的PID控制參數(shù)(操作機(jī)出廠前實(shí)驗(yàn)調(diào)定)。
2、在壓機(jī)處于鍛造工況時(shí)，如圖2所示，本發(fā)明的鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提 升系統(tǒng)工作于力控制模式；力控制模式下，提升系統(tǒng)跟隨壓機(jī)順應(yīng)性動(dòng)作，其位移由壓機(jī)鍛 造工件壓縮量決定。若壓機(jī)的控制系統(tǒng)向壓機(jī)發(fā)出鍛壓指令，則工件處于鍛造工況，工控機(jī)指定切換 信號(hào)輸出裝置19的輸出信號(hào)值為1，控制信號(hào)切換器18隔斷位移控制信號(hào)，使力控制信號(hào) 連通比例伺服閥2 (即，力PID控制器17的輸出端通過信號(hào)切換器18與比例伺服閥2的輸 入端信號(hào)相連)。力信號(hào)輸出裝置14設(shè)定為工件及夾鉗作用在兩支提升缸上的等效負(fù)載，其計(jì)算 方法操作機(jī)夾持工件后、壓機(jī)鍛造工件之前的壓力傳感器12的壓力信號(hào)與兩支提升缸活 塞面積(左提升缸6-1活塞面積與右提升缸6-2活塞面積和)相乘得出；此時(shí)力傳感器12 的輸出信號(hào)是其所檢測(cè)到的是左提升缸6-1和右提升缸6-2下腔壓力；力傳感器12輸出壓 力信號(hào)通過信號(hào)放大器13，放大2A (2A為左提升缸6-1和右提升缸6_2活塞面積和)倍后， 轉(zhuǎn)化為力信號(hào)；力加法器15的輸出結(jié)果為力信號(hào)輸出裝置14輸出信號(hào)減去信號(hào)放大器13 輸出信號(hào)的差值；該差值信號(hào)輸出至死區(qū)設(shè)定器16，死區(qū)設(shè)定器16對(duì)該差值進(jìn)行力信號(hào)輸 出裝置14的士 10%的死區(qū)設(shè)定，之后輸出至力PID控制器17，力PID控制器17對(duì)該信號(hào) 進(jìn)行放大、微分、積分等處理后，輸出至比例伺服閥2，實(shí)現(xiàn)提升缸的力閉環(huán)控制。力閉環(huán)控制的信號(hào)計(jì)算公式Fs = P0X (2A)Fd = PdX (2A)
權(quán)利要求
1.一種鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)，其特征是包括油源供油口(1)、比例 伺服閥O)、安全閥(3)、單向閥G)、截止閥(5)、左提升缸(6-1)、右提升缸(6-2)、油源回 油口(7)、位移傳感器(8)和壓力傳感器(12)；所述比例伺服閥口接油源供油口⑴；比例伺服閥⑵k 口分別與安全閥(3)入 口、單向閥出口、截止閥(5)入口、壓力傳感器(12)、左提升缸(6-1)下腔和右提升缸 (6-2)下腔相連接；油源回油口(7)分別與比例伺服閥口、安全閥(3)出口、單向閥⑷ 入口、截止閥(5)出口、左提升缸(6-1)上腔和右提升缸(6-2)上腔連接；左提升缸(6-1) 活塞桿與右提升缸(6-2)活塞桿頂端機(jī)構(gòu)固結(jié)；位移傳感器(8)內(nèi)置于左提升缸(6-1)活 塞桿上；位移傳感器⑶的信號(hào)輸出端、壓力傳感器(12)的信號(hào)輸出端和比例伺服閥(2) 的信號(hào)輸入端與位移-力復(fù)合控制器00)信號(hào)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)，其特征是位移-力 復(fù)合控制器OO)包括位移信號(hào)輸出裝置(9)、位移加法器(10)、位移PID控制器(11)、信號(hào) 放大器(13)、力信號(hào)輸出裝置(14)、力加法器(15)、死區(qū)設(shè)定器(16)、力PID控制器(17)、 信號(hào)切換器(18)和切換信號(hào)輸出裝置(19)；位移信號(hào)輸出裝置(9)產(chǎn)生的信號(hào)與位移傳感器(8)檢測(cè)的位移信號(hào)通過位移加法 器(10)做差，其差值信號(hào)經(jīng)位移PID控制器(11)后，輸出至信號(hào)切換器(18)；壓力傳感器 (12)輸出壓力信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器(13)轉(zhuǎn)換為力信號(hào)，力信號(hào)輸出裝置(14)產(chǎn)生的信號(hào) 上述此力信號(hào)通過力加法器(1 做差后輸出至死區(qū)設(shè)定器(16)；死區(qū)設(shè)定器(16)輸出信 號(hào)至力PID控制器(17)；力PID控制器(17)輸出信號(hào)至信號(hào)切換器(18)；切換信號(hào)輸出裝 置(19)連接信號(hào)切換器(18)，控制其連通力信號(hào)或者位移信號(hào)；信號(hào)切換器(18)把位移 或者力控制信號(hào)傳輸至比例伺服閥(2)，形成位移或者力閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍛造操作機(jī)位移-力復(fù)合控制提升系統(tǒng)，比例伺服閥(2)P口接油源供油口(1)；比例伺服閥(2)A口分別與安全閥(3)入口、單向閥(4)出口、截止閥(5)入口、壓力傳感器(12)、2個(gè)提升缸的下腔相連接；油源回油口(7)分別與比例伺服閥(2)T口、安全閥(3)出口、單向閥(4)入口、截止閥(5)出口、2個(gè)提升缸的上腔連接；2個(gè)提升缸的活塞桿頂端機(jī)構(gòu)固結(jié)；位移傳感器(8)內(nèi)置于活塞桿上；位移傳感器(8)的信號(hào)輸出端、壓力傳感器(12)的信號(hào)輸出端和比例伺服閥(2)的信號(hào)輸入端與位移-力復(fù)合控制器(20)信號(hào)相連。該系統(tǒng)能提高其響應(yīng)速度及垂直方向的順應(yīng)性。
文檔編號(hào)F15B11/22GK102114517SQ20101057329
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者侯交義, 傅新, 周華, 楊華勇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)