一種用于降低液壓機(jī)裝機(jī)功率的動(dòng)力裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及液壓機(jī)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于降低液壓機(jī)裝機(jī)功率的動(dòng)力裝 置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 液壓機(jī)一般采用油栗直接傳動(dòng)，由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)油栗工作，油栗將機(jī)械能轉(zhuǎn)換 為油液的壓力能，通過液壓缸驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)來完成工作。通常，液壓機(jī)的一個(gè)完整工作循環(huán) 周期由以下四個(gè)階段組成：快下階段（充液裝置充液，滑塊快速空程向下）、工進(jìn)階段（慢 速工作加壓，有時(shí)還存在保壓，在工進(jìn)階段時(shí)，液壓機(jī)的工作壓力隨著工件的變形程度增加 而增加）、回程階段及停止階段。液壓栗上的活塞的移動(dòng)速度由油栗輸出的流量決定，為保 證工作速度，液壓系統(tǒng)中采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)與油栗共同為液壓機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)的總裝機(jī) 功率較高，這在鍛造液壓機(jī)等要求較快工作速度的液壓機(jī)中表現(xiàn)尤為突出。
[0003] 在液壓機(jī)的一個(gè)工作周期內(nèi)，滑塊處于停止時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油栗空轉(zhuǎn)；滑塊快下、回 程等工作階段由于負(fù)載很輕，液壓缸壓力低，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)功率較??； 滑塊在工進(jìn)階段時(shí)對(duì)負(fù)載做功，液壓缸壓力高，液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)功率大。液壓機(jī)在工進(jìn)行程 時(shí)電動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷做功，液壓機(jī)的工進(jìn)階段時(shí)間很短，一般在幾秒鐘之內(nèi)。液壓機(jī)為了保證工 作速度和壓力，驅(qū)動(dòng)油栗的電動(dòng)機(jī)功率一般按系統(tǒng)的最高工作壓力和滑塊的最大工作速度 進(jìn)行配置，多數(shù)時(shí)刻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油栗空轉(zhuǎn)或低壓運(yùn)行，只在工進(jìn)階段時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油栗高 壓運(yùn)行，并通過液壓調(diào)速系統(tǒng)獲得所需工作速度。這種按最高工作壓力和最大速度配置電 動(dòng)機(jī)的方法，多數(shù)時(shí)刻大功率電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油栗空載或低負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)帶來較大的能量損耗 和成本浪費(fèi)。在滿足液壓機(jī)正常工作的前提下，使用小功率的電動(dòng)機(jī)與輔助能量裝置一起 驅(qū)動(dòng)液壓油栗，則可以降低電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，降低能量耗損和節(jié)約成本。目前，機(jī)械壓力 上廣泛使用飛輪來降低電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，依靠高滑差電動(dòng)機(jī)通過皮帶打滑帶動(dòng)飛輪或者 使用離合器與電動(dòng)機(jī)和飛輪聯(lián)接。
[0004] 在液壓機(jī)領(lǐng)域，也出現(xiàn)了下列類似機(jī)械壓力機(jī)的節(jié)能方法：
[0005] (1)利用高滑差電動(dòng)機(jī)直接與飛輪聯(lián)接，但這種方法受到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的限制，另 外如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)不及時(shí)，容易燒毀電動(dòng)機(jī)；
[0006] (2)利用離合器與飛輪和電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，在加壓工作過程，離合器使飛輪和電動(dòng)機(jī)分 開，靠飛輪降速釋放能量，克服工件變形做功，但該方法只適用于公稱壓力較小的小型液壓 機(jī)，在大型液壓機(jī)中，僅靠飛輪提供能量，不足以克服大工件變形做功，滿足不了工藝所需 能量；
[0007] (3)利用變頻驅(qū)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)油栗工作，這種方法可以提高液壓機(jī)的回程和 快下速度，節(jié)約液壓機(jī)空載、低負(fù)荷時(shí)的工作時(shí)間，但不能降低電動(dòng)機(jī)的總體裝機(jī)功率，節(jié) 能效果不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以下缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于降低液壓機(jī)裝機(jī)功 率的動(dòng)力裝置及其應(yīng)用，通過采用飛輪與轉(zhuǎn)速傳感器、變頻器和控制器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的 給定轉(zhuǎn)速與飛輪轉(zhuǎn)速同步變化，精確地控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，由此解決了電動(dòng)機(jī)空載和低 負(fù)荷時(shí)液壓機(jī)能量損耗過大且無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的技術(shù)問題。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于降低液壓機(jī)裝機(jī)功率 的動(dòng)力裝置，其特征在于，所述動(dòng)力裝置包括電動(dòng)機(jī)、變頻器、控制器、傳感器、油栗和飛輪； 所述電動(dòng)機(jī)上依次連接所述變頻器、控制器和轉(zhuǎn)速傳感器，所述飛輪和油栗分別安裝在所 述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，其中，
[0010] 所述傳感器用于采集飛輪的轉(zhuǎn)速并傳送給控制器，所述變頻器用于調(diào)整所述電動(dòng) 機(jī)的定子繞組的頻率和每相電壓，進(jìn)而控制所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0011] 所述控制器用于接收所述轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速并根據(jù)此轉(zhuǎn)速信號(hào)控制變頻器的輸 出電壓和輸出頻率，以在液壓機(jī)加壓過程使飛輪轉(zhuǎn)速下降時(shí)調(diào)整所述電動(dòng)機(jī)定子繞組的頻 率和每相電壓，從而使電動(dòng)機(jī)定子繞組的頻率和每相電壓適應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
[0012] 優(yōu)選地，所述飛輪的輪緣上周向均勻分布有多個(gè)圓孔，所述轉(zhuǎn)速傳感器通過測量 相鄰兩個(gè)圓孔經(jīng)過轉(zhuǎn)速傳感器的時(shí)間間隔來測量飛輪的轉(zhuǎn)速。
[0013] 優(yōu)選地，所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上依次連接所述飛輪和油栗。
[0014] 優(yōu)選地，所述電動(dòng)機(jī)機(jī)為雙出軸電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)軸的左右兩端分別連接所述飛輪和 油栗。
[0015] 按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種液壓機(jī)，其特征在于，包括上述任一動(dòng)力 裝置，所述動(dòng)力裝置的油栗依次連接比例控制閥、單向閥和液壓缸，所述動(dòng)力裝置的油栗和 比例控制閥之間設(shè)置有安全閥，所述安全閥與油箱連接。
[0016] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種采用所述液壓機(jī)加工工件的方法，其特征 在于，該方法包括以下步驟：
[0017] 1)啟動(dòng)、快下階段：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并加速到額定轉(zhuǎn)速，飛輪完成儲(chǔ)能過程；
[0018] 2)工進(jìn)階段：隨著液壓缸的活塞桿的推進(jìn)，工件發(fā)生塑性變形，隨著工件變形程 度的增加，飛輪的轉(zhuǎn)速下降，從而使飛輪釋放能量以用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的功率；另外，傳感器 檢測飛輪的轉(zhuǎn)速并將此轉(zhuǎn)速信號(hào)傳送給控制器，控制器控制變頻器調(diào)整輸出電壓和輸出頻 率，從而使電動(dòng)機(jī)定子繞組的頻率和每相電壓適應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；
[0019] 3)回程、停止、快下階段：此階段電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最低，控制器控制變頻器調(diào)整輸出電 壓和輸出頻率，使得電動(dòng)機(jī)回到額定轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)飛輪完成儲(chǔ)能過程。
[0020] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0021] (1)本發(fā)明的動(dòng)力裝置在將電動(dòng)機(jī)與飛輪相連，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)、低負(fù)荷時(shí)的 能量，通過傳感器、變頻器和控制器使飛輪儲(chǔ)存的能量在工進(jìn)階段釋放，從而大大降低了電 動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。
[0022] (2)本發(fā)明的動(dòng)力裝置中采用傳感器、控制器、變頻器與飛輪、電動(dòng)機(jī)結(jié)合的方式， 可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的的定子繞組中的頻率和每相電壓調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的給定轉(zhuǎn)速，可 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的給定轉(zhuǎn)速與飛輪轉(zhuǎn)速同步變化，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定，壓力、速度變化平穩(wěn)。
[0023] (3)本發(fā)明中飛輪輪緣上均勻分布一圈圓孔，可以實(shí)現(xiàn)飛輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的測定，同時(shí) 在飛輪釋放能量時(shí)，電動(dòng)機(jī)隨飛輪同步降速，降低了燒毀電動(dòng)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0024] (4)利用本發(fā)明的動(dòng)力裝置組合可以通過使用較小功率的電動(dòng)機(jī)和飛輪組合可以 實(shí)現(xiàn)大功率輸出能量的效果，降低了電動(dòng)機(jī)能量損耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0025] 圖1為傳統(tǒng)油栗直接傳動(dòng)的液壓機(jī)工作示意圖；
[0026] 圖2為使用本發(fā)明的動(dòng)力裝置的液壓機(jī)的示意圖；
[0027] 圖3(a)為本發(fā)明的動(dòng)力裝置的一種組成形式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3(b)為本發(fā)明動(dòng)力裝置的另一種組成形式的結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0030] 參照?qǐng)D2、圖3 (a)~圖3(b)，本發(fā)明的動(dòng)力裝置包括電動(dòng)機(jī)1、油栗7、飛輪5、傳感 器4、變頻器2和控制器3 ;其中，所述飛輪5與電動(dòng)機(jī)1相連，其能儲(chǔ)存電動(dòng)機(jī)1空轉(zhuǎn)或低 負(fù)荷時(shí)的能量；所述傳感器4用于采集飛輪5轉(zhuǎn)速；所述控制器3可以根據(jù)所述的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) 來確定變頻器2的輸出電壓和輸出頻率，以調(diào)整電動(dòng)機(jī)1的定子繞組的頻率和每相電壓，以 適應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速，從而使液壓機(jī)穩(wěn)定工作。
[0031] 在動(dòng)力裝置中，油栗7的動(dòng)力來源是電動(dòng)機(jī)1，電動(dòng)機(jī)1的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為油栗7的 液壓勢能，油栗7再將液壓勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
[0032] 所述電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與所述油栗7相連，所述飛輪5安裝在所述聯(lián)軸 器上。或者，所述飛輪5與所述油栗7分別通過聯(lián)軸器安裝在所述電動(dòng)機(jī)1的兩端。
[0033] 在飛輪5輪緣上加工一周均勻分布的圓孔，利用轉(zhuǎn)速傳感器4測量兩個(gè)圓孔通過 的時(shí)間間隔來測量飛輪5的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明采用控制器3可獲得飛輪5的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、電 動(dòng)機(jī)1的定子繞組的頻率和每相電壓以及油栗7的輸出壓力，并根據(jù)飛輪5的瞬時(shí)的轉(zhuǎn)速 來控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1的變頻器2輸出電壓，在工進(jìn)階段使電動(dòng)機(jī)1給定轉(zhuǎn)速跟隨飛輪5降 速，此時(shí)飛輪5釋放能量；在其它工況，電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)飛輪5加速，完成儲(chǔ)能過程。
[0034] 所述液壓機(jī)系統(tǒng)的裝機(jī)功率降低10%~40%。
[0035] 本發(fā)明通過降低液壓機(jī)的裝機(jī)功能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法，液壓機(jī)工作示意圖如附圖2 所示，具體而言，是在電動(dòng)機(jī)1與驅(qū)動(dòng)油栗7的轉(zhuǎn)軸上