本發(fā)明涉及重型液壓機柱塞缸控制技術領域，更具體地，涉及一種重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

隨著我國科技的不斷進步，重型機械的需求量越來越大，大噸位液壓機的應用也越來越多，尤其是在模鍛和黑色金屬垂直擠壓機方面，噸位已經由以前的幾千噸上升到數萬噸。

在模鍛加工中，動梁的運動速度低，但是需要嚴格控制動梁的運動速度精度，因而需要對進入柱塞缸的高壓油液流量進行精確控制；而在垂直擠壓加工中，特別是在黑色金屬垂直擠壓中，由于黑色金屬導熱系數高，散熱快，為避免因坯料溫度降低過多而致使變形抗力急劇增加或造成悶車事故，需要快速完成擠壓加工，因而需要為柱塞缸提供高壓大流量油液。

然而，目前重型液壓機多為單一功能壓機，如單獨用于模鍛加工的模鍛液壓機和單獨用于黑色金屬垂直擠壓加工的黑色金屬垂直液壓機。模鍛液壓機多采用充液油箱、變量泵、比例閥組成的柱塞缸供油回路，當柱塞缸需要快下時由充液油箱為柱塞缸補油，當柱塞缸工進時由變量泵經比例閥為柱塞缸供油，這種回路無法滿足垂直擠壓時柱塞缸對高壓大流量油液的需求；黑色金屬垂直擠壓機多采用變量泵為柱塞缸供油的回路，垂直擠壓時直接由變量泵根據速度要求為柱塞缸供油，這種供油回路速度控制精度低，無法滿足模鍛加工過程中對柱塞缸速度精確控制的需求。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)及使用其控制柱塞缸速度的方法，以解決現有重型液壓機單一功能、僅能實現模鍛或垂直擠壓其種一種功能的技術問題。

根據本發(fā)明的一個方面，提供一種重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)，其包括：油箱、與油箱連通的供油回路、旁路排油回路、卸荷回路及柱塞缸；所述供油回路包括三個并聯的大流量供油泵、小流量供油泵和變量供油泵，所述供油回路的輸出端分別與所述旁路排油回路和柱塞缸相連；所述大流量供油泵、小流量供油泵和變量供油泵分別通過單向控制閥與所述旁路排油回路和柱塞缸相連，且所述單向閥的輸入端還連接有二位二通電液換向閥。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述供油回路的輸出端進一步還連接有供油壓力感應器和用于限定最大供油壓力的先導型溢流閥，且所述先導型溢流閥與所述油箱相連通。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述供油回路與所述柱塞缸之間設有兩個并聯的大通徑主油路控制支路和小通徑主油路控制支路。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述大通徑主油路控制支路和小通徑主油路控制支路均包括插裝閥、三位四通比例閥，所述插裝閥的兩個主油口分別與所述供油回路的輸出端和所述柱塞缸相連，并將所述插裝閥的控制口與所述三位四通比例閥相連接。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述大通徑主油路控制支路和小通徑主油路控制支路的輸出端通過單向閥與所述柱塞缸相連接，并在所述單向閥輸出端接有用于測量進入所述柱塞缸內油壓的壓力傳感器。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述大流量供油泵的最大供油量為Q_b、小流量供油泵的最大供油量為Q_s和變量供油泵的最大供油量Q_v，Q_b＞Q_v＞Q_s，且Q_v＞Q_b-Q_s。

本發(fā)明還提供了一種使用如上所述重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)控制柱塞缸速度的方法，其包括以下步驟：

S1.基于柱塞缸的最大速度，獲取柱塞缸的最大進油量Q_m；

S2.基于柱塞缸的最大進油量Q_m獲取供油回路中的大流量供油泵、小流量供油泵和變量供油泵的開啟狀態(tài)；

S3.基于柱塞缸在不同加工階段的速度，獲取柱塞缸的進油量Q₁，以調節(jié)供油回路瞬時的供油量Q₂，且Q₂>Q₁，以確定二位二通電液換向閥的導通狀態(tài)；

S4.基于柱塞缸速度設定值v確定調速回路，并確定柱塞缸運動到位，停止供油回路供油；

S5.基于供油回路的油壓及卸荷時間，獲取卸荷回路的開度。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述步驟S2進一步包括:

當0＜Q_m＜Q_v時，僅啟動變量供油泵；

當Q_v≤Q_m<Q_v+Q_s時，關閉大流量供油泵，啟動小流量供油泵和變量供油泵；

當Q_v+Q_s≤Q_m<Q_v+Q_b時，關閉小流量供油泵，啟動大流量供油泵和變量供油泵；

當Q_v+Q_b≤Q_m<Q_v+Q_b+Q_s時，啟動小流量供油泵、大流量供油泵和變量供油泵。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述步驟S3進一步詳細包括：

當0＜Q₁＜Q_v時，與大流量供油泵和小流量供油泵連接的兩個二位二通電液換向閥關閉，與變流量供油泵連接的二位二通電液換向閥導通；

Q_v≤Q_m＜Q_v+Q_s時，與大流量供油泵連接的二位二通電液換向閥關閉，與變流量供油泵和小流量供油泵連接的兩個二位二通電液換向閥導通；

Q_v+Q_s≤Q_m＜Q_v+Q_b時，與小流量供油泵連接的二位二通電液換向閥關閉，與大流量供油泵和變流量供油泵連接的兩個二位二通電液換向閥導通；

Q_v+Q_b≤Q_m＜Q_v+Q_b+Q_s，時，與大流量供油泵、小流量供油泵和變流量供油泵連接的三個二位二通電液換向閥均導通。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)還包括兩個并聯的大通徑主油路控制支路和小通徑主油路控制支路，所述大通徑主油路控制支路和小通徑主油路控制支路的輸出端與所述柱塞缸相連接，所述步驟S4進一步包括：

當0＜v≤v₀時，采用小通徑主油路控制支路與旁路排油回路的組合對柱塞缸速度進行調節(jié)；

當v₀＜v≤v_max時，采用大通徑主油路控制支路與旁路排油回路的組合對柱塞缸速度進行調節(jié)；

其中，v₀為切換小通徑主油路控制支路和大通徑主油路控制支路的柱塞缸速度設定值；v_max為柱塞缸最高速度值。

本發(fā)明提供了一種重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)，采用三個并聯的大流量供油泵、小流量供油泵和變量供油泵，并配合將大流量供油泵、小流量供油泵和變量供油泵分別通過單向控制閥與所述旁路排油回路和柱塞缸相連，并在每一個單向閥的輸入端還接有一個二位二通電液換向閥，使用時，根據柱塞缸的速度選擇三個供油泵中任意一個或兩個或三個供油泵，可實現其快速供油提供垂直擠壓時柱塞缸對高壓大流量油液的需求；并利用供油回路與柱塞缸之間的小通徑主油路控制支路和大通徑主油路控制支路，配合旁路排油回路和卸荷回路，可實現柱塞缸速度的精準調控，以滿足模鍛對進入柱塞缸的高壓油液流量精確控制需要，從而為在一臺重型液壓機上實現模鍛和垂直擠壓兩種功能提供基礎，縮減了加工制造成本，提高了單臺壓機的使用效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)的原理圖；

圖2為本發(fā)明的使用重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)控制柱塞缸速度的方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

請參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)，包括：油箱1、與油箱1連通的供油回路100、旁路排油回路200、卸荷回路300及柱塞缸400。

供油回路100包括三個并聯的大流量供油泵5、小流量供油泵4和變量供油泵28，且大流量供油泵5、小流量供油泵4和變量供油泵28分別通過一個濾油器2、3、29與油箱1相連通，其另一端分別接有一個單向控制閥7、6、25和一個二位二通電液換向閥8、26、24，三個單向控制閥7、6、25的出油口接通后與旁路排油回路200和柱塞缸400相連。

旁路排油回路200包括小通徑旁路排油控制插裝閥10、與小通徑旁路排油控制插裝閥10的控油口連接的三位四通比例閥11，三位四通比例閥11的控油進油口與控制油P1相連，小通徑旁路排油控制插裝閥10出油口連接油箱1，以對進入柱塞缸400的油量進行精確控制，優(yōu)選的，控制油P1經由帶自保持功能的二位四通電磁換向閥13連接到液控單向閥18的控制油口，可在換向閥13導通的情況下將液控單向閥18開啟以便于主缸快速回油，為主缸回程做準備。

使用時，大流量供油泵5、小流量供油泵4可以為系統(tǒng)提供基礎流量，以實現其快速供油提供垂直擠壓時柱塞缸400對高壓大流量油液的需求，而變量供油泵28可使系統(tǒng)供油量近似無級可調，根據柱塞缸400不同運動速度對流量的需求可以確定各個液壓泵的啟閉狀態(tài)，可實現柱塞缸400速度的精準調控，以滿足模鍛對柱塞缸400速度調節(jié)精度要求，從而實現其一缸多用的功能。

作為本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，在以上實施例的基礎上，本發(fā)明的供油回路100的輸出端進一步還連接有供油壓力感應器23和用于限定最大供油壓力的先導型溢流閥27，且先導型溢流閥27與油箱1相連通。

作為本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，在以上實施例的基礎上，本發(fā)明的供油回路100與柱塞缸400之間設有兩個并聯的大通徑主油路控制支路500和小通徑主油路控制支路600，其中，大通徑主油路控制支路500和小通徑主油路控制支路600均包括插裝閥14、9和三位四通比例閥12、15，插裝閥14、9的兩個主油口分別與供油回路100的輸出端和柱塞缸400相連，并將插裝閥14、9的控制口與三位四通比例閥12、15相連接，使用時，通過大通徑主油路控制支路500的插裝閥9與小通徑旁路排油控制插裝閥10中間的配合，可實現柱塞缸400在高速運動階段的控制；并利用小通徑旁路排油控制插裝閥10和小通徑主油路控制支路600的插裝閥14的配合，完成實現對柱塞缸400在低速運動階段的控制。

進一步的，本發(fā)明的大通徑主油路控制支路500和小通徑主油路控制支路600的輸出端通過單向閥16與所述柱塞缸400相連接，并在單向閥16輸出端接有用于測量進入所述柱塞缸400內油壓的壓力傳感器17。

且在本發(fā)明的卸荷回路300包括卸荷插裝閥22和一個三位四通比例閥21，其中三位四通比例閥21與卸荷插裝閥22的控制口相連，并將該卸荷插裝閥22的出油口連接油箱1，其進油口通過一個單向控制閥20與柱塞缸400的輸入端相連通。使用時，該卸荷插裝閥22可以根據卸荷時間需要可控地實現對柱塞缸400卸荷。

優(yōu)選的，本發(fā)明的大流量供油泵5的最大供油量為Q_b、小流量供油泵4的最大供油量為Q_s和變量供油泵28的最大供油量Q_v，Q_b＞Q_v＞Q_s，且Q_v＞Q_b-Q_s，且本發(fā)明的卸荷插裝閥22、小通徑旁路排油控制插裝閥10、大通徑主油路控制支路500的插裝閥14和小通徑主油路控制支路600的插裝閥9均為主閥芯尾部帶有節(jié)流槽的插裝閥22、10、14、9，其中，主閥芯開啟大小由三位四通比例閥11進行比例控制以實現對流量的調節(jié)。

請參閱圖2所示，本發(fā)明還提供了一種使用如上所述重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)控制柱塞缸400速度的方法，其包括以下步驟：

S1.基于柱塞缸400的最大速度，獲取柱塞缸400的最大進油量Q_m；

S2.基于柱塞缸400的最大進油量Q_m獲取供油回路100中的大流量供油泵5、小流量供油泵4和變量供油泵28的開啟狀態(tài)；

S3.基于柱塞缸400在不同加工階段的速度，獲取柱塞缸400的進油量Q₁，以調節(jié)供油回路100瞬時的供油量Q₂，且Q₂>Q₁，以確定二位二通電液換向閥8、26、24的導通狀態(tài)；

S4.基于柱塞缸400速度設定值v確定調速回路，并確定柱塞缸400運動到位，停止供油回路100供油；

S5.基于供油回路100的油壓及卸荷時間，獲取卸荷回路300的開度。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述步驟S2進一步包括:

當0＜Q_m＜Q_v時，僅啟動變量供油泵28；

當Q_v≤Q_m<Q_v+Q_s時，關閉大流量供油泵5，啟動小流量供油泵4和變量供油泵28；

當Q_v+Q_s≤Q_m<Q_v+Q_b時，關閉小流量供油泵4，啟動大流量供油泵5和變量供油泵28；

當Q_v+Q_b≤Q_m<Q_v+Q_b+Q_s時，啟動小流量供油泵4、大流量供油泵5和變量供油泵28。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述步驟S3進一步詳細包括：

當0＜Q₁＜Q_v時，與大流量供油泵5和小流量供油泵4連接的兩個二位二通電液換向閥8、26關閉，與變流量供油泵連接的二位二通電液換向閥24導通；

Q_v≤Q_m＜Q_v+Q_s時，與大流量供油泵5連接的二位二通電液換向閥8關閉，與變流量供油泵和小流量供油泵4連接的兩個二位二通電液換向閥26、24導通；

Q_v+Q_s≤Q_m＜Q_v+Q_b時，與小流量供油泵4連接的二位二通電液換向閥26關閉，與大流量供油泵5和變流量供油泵連接的兩個二位二通電液換向閥8、24導通；

Q_v+Q_b≤Q_m＜Q_v+Q_b+Q_s，時，與大流量供油泵5、小流量供油泵4和變流量供油泵連接的三個二位二通電液換向閥8、26、24均導通。

在上述方案基礎上優(yōu)選，所述重型雙功能液壓機主缸驅動系統(tǒng)還包括兩個并聯的大通徑主油路控制支路500和小通徑主油路控制支路600，所述供油回路100與所述柱塞缸400通過，所述步驟S4進一步包括：

當0＜v≤v₀時，采用小通徑主油路控制支路600與旁路排油回路200的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)；

當v₀＜v≤v_max時，采用大通徑主油路控制支路500與旁路排油回路200的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)；

其中，v₀為切換小通徑主油路控制支路600和大通徑主油路控制支路500的柱塞缸速度設定值，即當柱塞缸的速度大于v₀自動轉為最低速度；v_max為柱塞缸最高速度值。

為了進一步詳細說明本發(fā)明的使用方法，以下將列舉模鍛加工的具體操作方式予以說明本發(fā)明的詳細技術方案。

第一步，使電磁鐵1YA-10YA、12YA、13YA均失電，11YA得電，此處的1YA表示的是與大流量供油泵5連接的二位二通電液換向閥8的電磁鐵，2YA表示的是與小流量供油泵4連接的二位二通電液換向閥26的電磁鐵，3YA表示的是與變流量供油泵連接的二位二通電液換向閥24的電磁鐵，4YA、5YA表示的是與小通徑旁路排油控制插裝閥10連接的三位四通比例閥11的電磁鐵，6YA、7YA表示的是小通徑主油路控制支路600的三位四通比例閥12的電磁鐵，8YA、9YA表示的是卸荷回路300的三位四通比例閥21的電磁鐵，10YA、11YA表示的是二位四通電磁換向閥13的電磁鐵，12YA、13YA表示的是大通徑主油路控制支路500的三位四通比例閥15的電磁鐵。

此時液控單向閥18先導油回油，液控單向閥18工作在彈簧力作用下關閉，二位二通電液換向閥8、26、24將泵出油口與油箱1連通。然后根據加工工藝模鍛中柱塞缸400速度的最大值設定值v_m計算柱塞缸400進油量最大值Q_m，并據此決定大流量供油泵5、小流量供油泵4和變流量供油泵的開啟狀態(tài)，應該使柱塞缸400供油回路100總的供油量Q_a>Q_m，以降低功率損耗。

第二步，根據柱塞缸400在不同加工階段的速度設定值v計算柱塞缸400進油量Q₁，并據此確定二位二通換向閥8、26、24的導通狀態(tài)，使柱塞缸400供油回路100瞬時的供油量Q₂>Q₁。

第三步，根據柱塞缸400速度設定值v確定調速回路：當0＜v≤v₀時，采用小通徑主油路控制支路600的插裝閥9與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400的速度進行調節(jié)；當v₀＜v≤v_max時，采用大通徑主油路控制支路500的插裝閥14與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)。

第四步，根據柱塞缸400速度的實際測量值v_T與設定值v的差值，以分別獲取大通徑主油路控制支路500的插裝閥14、小通徑主油路控制支路600的插裝閥9、小通徑旁路排油控制插裝閥10的工作狀態(tài)，以采用閉環(huán)控制的方式對柱塞缸400的速度進行調節(jié)。

當采用小通徑主油路控制支路600的插裝閥9與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)時：若|v-v_T|>Δv_x，則首先采用小通徑主油路控制支路600的插裝閥9對柱塞缸400速度進行粗調，當Δv_sx<|v-v_T|≤Δv_x時，則小通徑主油路控制支路600的插裝閥9開口大小維持不變，采用小通徑旁路排油控制插裝閥10對柱塞缸400速度進行精調；當采用大通徑主油路控制支路500的插裝閥14與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)時：若|v-v_T|>Δv_y，則首先采用大通徑主油路控制支路500的插裝閥14對柱塞缸400速度進行粗調，當Δv_sy<|v-v_T|≤Δv_y時，則大通徑主油路控制支路500的插裝閥14開口大小維持不變，采用小通徑旁路排油控制插裝閥10對柱塞缸400速度進行精調，其中，Δv_x、Δv_y為由粗調轉為精調的速度差值閾值,Δv_sx、Δv_sy為速度誤差允許值。

第五步，檢查柱塞缸400是否運動到既定位置，若沒有到位則需要重復計算二位二通換向閥8、26、24的導通狀態(tài)等步驟；若柱塞缸400運動到既定位置，則進行下一步，即將通徑主油路控制支路的插裝閥14或小通徑主油路控制支路600的插裝閥9關閉。此時，模鍛加工進入保壓階段，柱塞缸400需要保壓一段時間，由于保壓階段坯料仍存在微小變形，從而使柱塞缸400壓力降低，因而需要對柱塞缸400進行補油，此時可以采用小通徑主油路控制支路600的插裝閥9來為柱塞缸400補油：小通徑主油路控制支路600的插裝閥9開度由該閥進油路壓力傳感器23所測得進油口壓力與該閥出油口壓力傳感器17所測出油口壓力決定；保壓結束時，完全關閉小通徑主油路控制支路600的插裝閥9，根據壓力傳感器17所測油缸中油液壓力值及卸荷時間計算卸荷插裝閥22開度大小，以使柱塞缸400卸荷。

最后，同時使電磁鐵1YA-3YA失電，從而使大流量供油泵5、小流量供油泵4和變流量供油泵28經二位二通換向閥8、26、24卸荷,使電磁鐵10YA得電，從而使二位四通換向閥13導通，先導油經二位四通換向閥13后將液控單向閥18打開，為柱塞缸400回程做準備。

為了進一步詳細說明本發(fā)明的使用方法，以下將列舉垂直擠壓加工的具體操作方式予以說明本發(fā)明的詳細技術方案。

第一步，使電磁鐵1YA-10YA、12YA、13YA均失電，11YA得電，此時液控單向閥18先導油回油，液控單向閥18工作在彈簧力的作用下關閉，二位二通電液換向閥8、26、24將泵出油口與油箱1連通。

第二步，根據加工工藝垂直擠壓中柱塞缸400速度的最大值設定值v_m計算柱塞缸400進油量最大值Q_m，并據此決定大流量供油泵5、小流量供油泵4和變流量供油泵28的開啟狀態(tài)，應該使柱塞缸400供油回路100總的供油量Q_a略大于Q_m，以降低功率損耗。

第三步，根據柱塞缸400在不同加工階段的速度設定值v計算柱塞缸400進油量Q₁，并據此確定二位二通換向閥8、26、24的導通狀態(tài)，使柱塞缸400供油回路100瞬時的供油量Q₂略大于Q₁。

第四步，根據柱塞缸400速度設定值v確定調速回路：當0＜v≤v₀時，采用小通徑主油路控制支路600的插裝閥9與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)；當v₀＜v≤v_max時，采用大通徑主油路控制支路500的插裝閥14與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)。

第五步，根據柱塞缸400速度實際測量值v_T與設定值v的差值計算大通徑主油路控制支路500的插裝閥14、小通徑主油路控制支路600的插裝閥9、小通徑旁路排油控制插裝閥10的工作狀態(tài)，以采用閉環(huán)控制的方式對柱塞缸400速度進行調節(jié)。當采用小通徑主油路控制支路600的插裝閥9與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)時：若|v-v_T|>Δv_x，則首先采用小通徑主油路控制支路600的插裝閥9對柱塞缸400速度進行粗調，當Δv_sx<|v-v_T|≤Δv_x時，則小通徑主油路控制支路600的插裝閥9開口大小維持不變，采用小通徑旁路排油控制插裝閥10對柱塞缸400速度進行精調；當采用大通徑主油路控制支路500的插裝閥14與小通徑旁路排油控制插裝閥10的組合對柱塞缸400速度進行調節(jié)時：若|v-v_T|>Δv_y，則首先采用大通徑主油路控制支路500的插裝閥14對柱塞缸400速度進行粗調，當Δv_sy<|v-v_T|≤Δ_vy時，則大通徑主油路控制支路500的插裝閥14開口大小維持不變，采用小通徑旁路排油控制插裝閥10對柱塞缸400速度進行精調。檢查柱塞缸400是否運動到既定位置，若沒有到位則需要重復計算二位二通換向閥8、26、24的導通狀態(tài)等步驟；若柱塞缸400運動到既定位置，則進行下一步，即將大通徑主油路控制支路500的插裝閥14或小通徑主油路控制支路600的插裝閥9關閉。在黑色金屬垂直擠壓加工過程中，擠壓結束時柱塞缸400不需要保壓，此時，根據壓力傳感器17所測油缸中油液壓力值及卸荷時間計算插裝閥22開度大小，以使柱塞缸400卸荷。

上述Δv_x、Δv_y為由粗調轉為精調的速度差值閾值,Δv_sx、Δv_sy為速度誤差允許值。

最后，同時使電磁鐵1YA-3YA失電，從而使大流量供油泵5、小流量供油泵4和變流量供油泵28經二位二通換向閥8、26、24卸荷。使電磁鐵10YA得電，從而使二位四通換向閥13導通，先導油經二位四通換向閥13后將液控單向閥18打開，為柱塞缸400回程做準備。

最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。