液压机组驱动系统节能控制方法

摘要

本发明公开了一种液压机组驱动系统节能控制方法，其特征是将装机功率相同的多台液压机进行集中布置，建立集群式液压机组，设置一台泵站作为液压机组的唯一动力源，根据液压系统工艺节拍将一台泵站划分为各不同的动力区，以保证在机组工作循环周期内的任意时刻仅有单台液压机处在压制阶段为前提，调整各液压机其它工况的时间长度以实现多台液压机对动力区各单元的分时共享。本发明可以有效提高液压机组的工作效率，减少电机和液压泵的使用数量，降低液压机组驱动系统的制造与使用成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压系统控制方法，特别涉及一种液压机组驱动系统节能控制方法，用 于实现多台液压机对动力区各单元的分时共享。

背景技术

在全球气候变暖的背景下，以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”已经成为全球关注 的焦点。液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，广泛应用于制品成型生产中的不 同工业领域，相关数据显示全世界约70％以上的金属材料要通过变形加工制成产品，2008 年我国的钢材产量为5.85亿吨，则意味着金属成形行业的钢材加工量为3.9亿吨。液压系统 工作过程具有瞬间高载的特点，工作周期内负载变化差异大，液压系统的驱动单元(包括电 机和泵)也是为了满足工作时最大功率设计的，导致液压系统长期工作在低效率阶段，大量 能量在溢流或节流中耗散殆尽，能量损失严重，如何大幅推进这类产品的低碳化转型成为装 备制造企业迫切面临的问题。

国内外学者在液压机能效提升的相关研究主要集中：提高液压元件效率；减少摩擦和内 漏；能量回收；二次调节负载压力、流量和功率；以及微型计算机对液压系统进行自适应控 制等。

上述各种节能技术虽然在一定程度上提高了系统的能量效率，但却难以解决由于高比例 时间段的待机和小流量需求所导致的电机泵组空运行问题，液压机装机功率与实际功率需求 难以很好匹配的问题。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种液压机组驱动系统节能控制 方法，以实现多台液压机对单个动力区驱动单元的分时共享，提高液压机组的工作效率，减 少电机和液压泵的使用数量，降低液压机组驱动系统的制造与使用成本。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明液压机组驱动系统节能控制方法的特点在于：

将装机功率相同的多台液压机进行集中布置，建立集群式液压机组，设置唯一一台泵站 作为所述液压机组的动力源，根据液压系统工艺节拍将所述一台泵站划分为各不同的动力区， 所述各不同的动力区分别是：下降区、压制区、保压区、回程区和辅助区；所述下降区用于 提供完成液压机下行所需流量与压力；所述压制区用于提供液压机成形压制功能所需流量与 压力；所述保压区用于提供液压机保压所需流量与压力；所述回程区用于提供实现液压机回 程所需流量与压力；所述辅助区用于提供实现液压机辅助功能所需流量与压力；

设置所述液压机组的机组工作循环周期为T，以保证在所述机组工作循环周期T以内的任 意时刻仅有单台液压机处在压制阶段为前提，调整各液压机其它工况的时间长度，以使得各 单台液压机的单机工作循环周期T₁与液压机组的机组工作循环周期T为相等，即有：T＝T₁；

在所述液压机组开始运行前，首先进行系统初始化，所述系统初始化是利用泵站相应的 功能区逐台对所述液压机组内各液压机按设定的初始状态进行位置初始化，并保持在初始状 态下；

对于处在初始状态的液压机组，以所述液压机组中任意一台液压机A的下降起点作为液 压机组工作循环的时间起点t₀，所述液压机A在所述时间起点t₀投入工作；其它各液压机随后 分别在各自的下降起点时刻投入工作。

本发明液压机组驱动系统节能控制方法的特点也在于：在所述液压机组的机组工作循环 周期T内的任意时刻，处在相同工况下的液压机不多于两台；针对出现有两台液压机在某一 时刻处在相同工况的情况，由泵站中相应动力区中的两组不同驱动单元分别为所述两台液压 机独立提供动力。

本发明液压机组驱动系统节能控制方法的特点还在于：设置压制区驱动单元数为一组； 并设置下降区、保压区、回程区和辅助区的驱动单元数各为两组，所述下降区、保压区、回 程区和辅助区的驱动单元可以根据需要开启其中的一组或两组。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明实现了多台液压机对动力区各单元的分时共享，提高了单个驱动单元的时间利 用率，减少了电机和液压泵的使用数量，降低了液压系统的制造成本；

2、本发明通过多台液压机的协调工作，缩短甚至消除了液压系统高比例的待机时间；解 决了低效率运行时间段内系统输入与输出不匹配的问题，提高了液压机组系统的工作效率；

3、本发明通过为每个动力区设置两组驱动单元，可提高整个液压机组的协调能力和实施 灵活性。

附图说明

图1为本发明液压机组工作循环示意图；

具体实施方式

本实施例中液压机组驱动系统节能控制方法是：将装机功率相同的多台液压机进行集中 布置，建立集群式液压机组，设置唯一一台泵站作为液压机组的动力源，根据液压系统工艺 节拍将一台泵站划分为各不同的动力区，各不同的动力区分别是：下降区、压制区、保压区、 回程区和辅助区；下降区用于提供完成液压机下行所需流量与压力；压制区用于提供液压机 成形压制功能所需流量与压力；保压区用于提供液压机保压所需流量与压力；回程区用于提 供实现液压机回程所需流量与压力；辅助区用于提供实现液压机辅助功能所需流量与压力。 如工作台移动与夹紧、液压垫的移动等。也就是说，泵站由多个动力区组成，动力区由多个 驱动单元组成，驱动单元由多个电机泵组构成，在泵站和各液压机之间通过液压管路连接。

如图1所示，设置液压机组的机组工作循环周期为T，以保证在机组工作循环周期T以内 的任意时刻仅有单台液压机处在压制阶段为前提，调整各液压机其它工况的时间长度，以使 得各单台液压机的单机工作循环周期T₁与液压机组的机组工作循环周期T为相等，即有： T＝T₁。以压制阶段为基准，是因为压制区的额定功率一般与单台液压的装机功率基本相同， 但比其它动力区的额定功率高出数倍。所以，压制区的节能需进行优先考虑，若存在重叠， 则达不到节能目的。

在液压机组开始运行前，首先进行系统初始化，系统初始化是利用泵站相应的功能区逐 台对液压机组内各液压机按设定的初始状态进行位置初始化，并保持在初始状态下。

对于处在初始状态的液压机组，以液压机组中任意一台液压机A的下降起点作为液压机 组工作循环的时间起点t₀，液压机A在时间起点t₀投入工作；其它各液压机随后分别在各自的 下降起点时刻投入工作。

具体实施中，在液压机组的机组工作循环周期T内的任意时刻，处在相同工况下的液压 机不多于两台；针对出现有两台液压机在某一时刻处在相同工况的情况，由泵站中相应动力 区中的两组不同驱动单元分别为所述两台液压机独立提供动力。处于节能考虑，在调整各液 压机各工况的时间长度时，应尽量减少动力区两组驱动单元同时工作的情况发生。

具体实施中，设置压制区驱动单元数为一组；并设置下降区、保压区、回程区和辅助区 的驱动单元数各为两组，根据需要开启其中的一组或两组。其它动力区因为额定功率需求小， 耗能影响小，设置两组驱动单元可应对工艺改变时发生有两台液压机在某一时刻处在相同工 况的情况，但若设置量过多，则会导致该动力区过于庞大，使制造成本增加。

图1为本发明液压机组工作循环示意图，以六台液压机为例，图中示出的各个圆环，自 最内圈向外分别是第一台液压机到第六台液压机的工作循环周期示意，以第一台液压机开始 下降的时刻t₀作为液压机组工作循环的起点，第一台液压机、第二台液压机、第三台液压机、 第四台液压机、第五台液压机、第六台液压机分别在t₀、t₁、t₂、t₃、t₄、t₅时刻开始下降进 入各自的工作循环。以图1设置的各阶段的工作时间长度为例加以说明，由图上各阶段间的 协调关系知：下降区、保压区、回程区只需要开启其中一个驱动单元，辅助功能区两个驱动 单元都需开启。

t₀时刻第一台液压机在下降区驱动单元的驱动下开始下降，随后依次经过压制、保压、 回退、待机，再进入下降。

t₁时刻第一台液压机完成下降阶段，在压制区驱动单元的驱动下开始压制；第二台液压 机在下降区驱动单元的驱动下开始下降，随后依次经过压制、保压、回退、待机，再进入下 降。

t₂时刻第一台液压机完成压制阶段，在保压区的驱动单元驱动下开始保压；第二台液压 机完成下降阶段，在压制区驱动单元的驱动下开始压制；第三台液压机在下降区驱动单元的 驱动下开始下降，随后依次经过压制、保压、回退、待机，再进入下降。

t₃时刻第一台液压机处在回退阶段，在回程区驱动单元的驱动下开始回程；第二台液压 机完成压制阶段，在保压区的驱动单元驱动下开始保压；第三台液压机完成下降阶段，在压 制区驱动单元的驱动下开始压制；第四台液压机在下降区的驱动单元驱动下开始下降，随后 依次经过压制、保压、回退、待机，再进入下降。

t₄时刻第一台液压机处在等待阶段，在第一辅助区驱动单元的驱动下完成辅助功能；第 二台液压机处在回退阶段，在回程区驱动单元的驱动下开始回程；第三台液压机完成压制阶 段，在保压区驱动单元的驱动下开始保压；第四台液压机完成下降阶段，在压制区驱动单元 的驱动下开始压制；第五台液压机在下降区的一个驱动单元驱动下开始下降，随后依次经过 压制、保压、回退、待机，再进入下降。

t₅时刻第一台液压机依然处在等待阶段，在第一辅助区驱动单元的驱动下完成辅助功 能；第二台液压机处在等待阶段，在第二辅助区驱动单元的驱动下完成辅助功能；第三台液 压机处在回退阶段，在回程区驱动单元的驱动下开始回程；第四台液压机完成压制阶段，在 保压区驱动单元的驱动下开始保压；第五台液压机完成下降阶段，在压制区驱动单元的驱动 下开始压制；第六台液压机在下降区驱动单元的驱动下开始下降，随后依次经过压制、保压、 回退、待机，再进入下降。

一个循环以后，六台液压机都进入工作状态，按照设定的工作方式继续循环工作，停止 过程与开始过程同理。