專利名稱：冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種冷床液壓控制裝置，尤其涉及一種在鋼鐵冶金中長(zhǎng)材冷床液壓
步進(jìn)和踏步控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置是采用液壓機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)冷床的前進(jìn)和原地踏步功能 的控制裝置。 步進(jìn)冷床是熱軋無縫鋼管、長(zhǎng)材生產(chǎn)線上的一個(gè)重要設(shè)備，其功能是實(shí)現(xiàn)鋼材的 冷卻與矯直。對(duì)于無縫鋼管生產(chǎn)，要求步進(jìn)冷床具有步進(jìn)和踏步兩種運(yùn)動(dòng)模式。而實(shí)現(xiàn)這 一要求通常有兩種技術(shù)方案，一種是電動(dòng)步進(jìn)機(jī)構(gòu)，由電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)通過曲柄連桿機(jī)構(gòu) 將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)后，再經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)和踏步，該電動(dòng)步進(jìn)機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng) 重量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、系統(tǒng)慣性大、行程無法調(diào)整；另一種是液壓步進(jìn)機(jī)構(gòu)，通過液壓 缸直接推動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)和踏步，其中，步進(jìn)和踏步動(dòng)作分別由步進(jìn)液壓缸和踏步液 壓缸來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)液壓缸呈串連布置，該液壓步進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕慣性小，但需配備 液壓系統(tǒng)，液壓成本較高。隨著液壓比例技術(shù)的發(fā)展，液壓比例閥已廣泛應(yīng)用于冷床步進(jìn)和 踏步液壓系統(tǒng)中，由此，越來越多的步進(jìn)冷床采用了液壓步進(jìn)機(jī)構(gòu)。 如圖5所示，為現(xiàn)有冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置900，該控制裝置900中步進(jìn)液 壓缸91和踏步液壓缸92分別各由一個(gè)控制回路控制，每個(gè)控制回路中各設(shè)置一個(gè)電液比 例閥，電液比例閥93和94用來分別控制步進(jìn)液壓缸91和踏步液壓缸92。該液壓系統(tǒng)看起 來比較簡(jiǎn)單，但每個(gè)油缸均需配備一個(gè)比例閥，使比例閥數(shù)量較多，由于比例閥價(jià)格較高， 因此使現(xiàn)有液壓系統(tǒng)的投資較大；另一方面，冷床的步進(jìn)動(dòng)作和踏步動(dòng)作是完全互斥的，即 步進(jìn)動(dòng)作時(shí)，踏步缸92處于關(guān)閉狀態(tài)，踏步動(dòng)作時(shí)，步進(jìn)缸91則處于關(guān)閉狀態(tài)，也就是說有 一半數(shù)量的比例閥是處于閑置狀態(tài)。此外，冷床的步進(jìn)動(dòng)作為常規(guī)動(dòng)作，即控制步進(jìn)缸91 的比例閥93使用率比較高，而控制踏步缸92的比例閥94使用率比較低，因此，現(xiàn)有技術(shù)中 采用的分別配置控制步進(jìn)缸和踏步缸動(dòng)作的比例閥的方式是不經(jīng)濟(jì)、不實(shí)用的；此外，現(xiàn)有 技術(shù)中采用多個(gè)比例閥分別控制步進(jìn)液壓缸和踏步液壓缸，電氣控制過程復(fù)雜和繁瑣，致 使?jié)撛诘墓收下侍岣摺?有鑒于上述現(xiàn)有冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置存在的缺陷，本發(fā)明人憑借多年的 相關(guān)設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，提出一種更具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置及 其控制方法，以解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的缺陷和不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置及其控制方法，該控制 裝置具有液壓控制元件少、電氣控制簡(jiǎn)單和成本低的特點(diǎn)，由此，以克服現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的缺 陷。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的， 一種冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，至少包括一套
4驅(qū)動(dòng)冷床動(dòng)齒條梁前后移動(dòng)的液壓缸組，該液壓缸組由一個(gè)步進(jìn)缸和一個(gè)與該步進(jìn)缸串接 的踏步缸構(gòu)成，所述液壓缸組中的步進(jìn)缸兩腔和踏步缸兩腔分別與一個(gè)插裝閥閥組的對(duì)應(yīng) 出口導(dǎo)通，所述插裝閥閥組的進(jìn)口導(dǎo)通于一個(gè)電液比例方向閥，由此，通過同一個(gè)電液比例 方向閥實(shí)現(xiàn)對(duì)該液壓缸組的步進(jìn)缸和踏步缸的控制。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述插裝閥閥組包括四個(gè)插裝閥，其中，第一插裝 閥和第二插裝閥的進(jìn)油口與所述電液比例方向閥的第一出油口連接，第三插裝閥和第四插 裝閥的進(jìn)油口與所述電液比例方向閥的第二出油口連接；第一插裝閥和第三插裝閥的出油 口分別導(dǎo)通于步進(jìn)缸的無桿腔和有桿腔，第四插裝閥和第二插裝閥的出油口分別導(dǎo)通于踏 步缸的無桿腔和有桿腔；所述插裝閥閥組還包括兩個(gè)電磁換向閥，所述第一插裝閥和第三 插裝閥的控制油口由第一電磁換向閥切換導(dǎo)通于一恒壓油源或油箱；所述第二插裝閥和第 四插裝閥的控制油口由第二電磁換向閥切換導(dǎo)通于恒壓油源或油箱。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述電液比例方向閥的進(jìn)油口導(dǎo)通于一恒壓油
源，電液比例方向閥的回油口導(dǎo)通于油箱；所述電液比例方向閥還連接有一個(gè)進(jìn)口壓力補(bǔ)
償器，該進(jìn)口壓力補(bǔ)償器包括設(shè)置于比例方向閥進(jìn)油口的外控減壓閥，和設(shè)置于比例方向
閥兩個(gè)出油口之間的梭閥，所述梭閥和外控減壓閥的控制油口相互導(dǎo)通。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述步進(jìn)缸和踏步缸上分別設(shè)置有控制其精確位
置的位移傳感器。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，該控制裝置包括兩套以上同步運(yùn)動(dòng)的液壓缸組， 各個(gè)液壓缸組通過杠桿連接并驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒條梁。 —種控制上述冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法，該方法包括以下步驟
a :根據(jù)冷床的運(yùn)動(dòng)要求，使兩個(gè)電磁換向閥其中之一通電，以選擇步進(jìn)缸處于工 作狀態(tài)或踏步缸處于工作狀態(tài)； b :由冷床的電控裝置向電液比例方向閥發(fā)出動(dòng)作指令，使電液比例方向閥進(jìn)入工 作狀態(tài)，同時(shí)電控裝置給出一控制比例方向閥閥芯開口的電信號(hào)，以使冷床的步進(jìn)缸或踏 步缸完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，在步驟a中 當(dāng)選擇第一電磁換向閥通電時(shí)，第一插裝閥和第三插裝閥的閥口打開，步進(jìn)缸的 兩腔通過第一插裝閥和第三插裝閥開啟的閥口分別與電液比例方向閥的兩個(gè)出油口導(dǎo)通， 此時(shí)，步進(jìn)缸處于工作狀態(tài)； 當(dāng)選擇第二電磁換向閥通電時(shí)，第二插裝閥和第四插裝閥的閥口打開，踏步缸的 兩腔通過第二插裝閥和第四插裝閥開啟的閥口分別與電液比例方向閥的兩個(gè)出油口導(dǎo)通， 此時(shí)，踏步缸處于工作狀態(tài)。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，步驟b中包括 (1)首先根據(jù)電控裝置發(fā)出的指令，使電液比例方向閥左位處于工作位置，此時(shí)， 所述電液比例方向閥的進(jìn)油口與其第二出油口導(dǎo)通，該電液比例方向閥的回油口與其第一 出油口導(dǎo)通；左位閥芯開口的大小由電信號(hào)決定。 (2)根據(jù)電控裝置發(fā)出的指令，使電液比例方向閥右位處于工作位置，此時(shí)，所述 電液比例方向閥的進(jìn)油口與其第一出油口導(dǎo)通，該電液比例方向閥的回油口與其第二出油 口導(dǎo)通；右位閥芯開口的大小由電信號(hào)決定。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述電信號(hào)為時(shí)間_電流信號(hào)或?yàn)闀r(shí)間_電壓信號(hào)。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，冷床的電控裝置同時(shí)向多個(gè)液壓缸組的電液比例 方向閥和電磁換向閥發(fā)出同步指令，使多個(gè)液壓缸組中的步進(jìn)缸同步運(yùn)動(dòng)，或使多個(gè)液壓 缸組中的踏步缸同步運(yùn)動(dòng)。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述步進(jìn)缸和踏步缸上分別設(shè)置有位移傳感器， 通過設(shè)置于步進(jìn)缸和踏步缸上的位移傳感器全行程位置反饋，依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格大小，調(diào)整、設(shè) 定步進(jìn)缸與踏步缸的工作行程，對(duì)冷床進(jìn)行變步距控制。 由上所述，本發(fā)明的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，采用了比例方向閥加插裝閥 的結(jié)構(gòu)，既滿足快速控制速度要求，又滿足平穩(wěn)要求，且速度可調(diào)，只用一個(gè)比例方向閥就 實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)缸和踏步缸的控制，打破了冷床液壓步進(jìn)控制與液壓踏步控制的界限，將液 壓步進(jìn)控制與液壓踏步控制合為一體；本發(fā)明的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置具有元件 少、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、電氣控制和維修方便、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中， 圖1 :為本發(fā)明的冷床結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2 :為本發(fā)明中步進(jìn)缸工作時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3 :為本發(fā)明中踏步缸工作時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4 :為本發(fā)明中的冷床液壓步進(jìn)及踏步控制裝置的示意圖。 圖5 :為現(xiàn)有冷床液壓步進(jìn)及踏步控制裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照

本發(fā) 明的具體實(shí)施方式
。 如圖1、圖2和圖3所示，所述冷床包括有冷床動(dòng)齒條梁8、冷床升降裝置7和冷床 液壓步進(jìn)和踏步控制裝置100 ;冷床的動(dòng)作由升降動(dòng)作和橫移動(dòng)作兩部分組成；冷床的升 降動(dòng)作是由冷床升降裝置7的曲柄軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連桿升降使擺動(dòng)軸抬起或放下動(dòng)齒條梁8來 實(shí)現(xiàn)的；冷床的橫移動(dòng)作是通過冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置100中頭尾相連的兩個(gè)液壓 缸驅(qū)動(dòng)杠桿101擺動(dòng)以帶動(dòng)連桿102使動(dòng)齒條梁8前進(jìn)或后退的。 在本發(fā)明的冷床中，該控制裝置100至少包括一套驅(qū)動(dòng)冷床動(dòng)齒條梁8前后移動(dòng) 的液壓缸組l，當(dāng)然，也可以根據(jù)需要設(shè)置兩套或兩套以上同步運(yùn)動(dòng)的液壓缸組l，例如當(dāng) 冷床動(dòng)齒條梁8的橫梁寬度小于鋼管的長(zhǎng)度時(shí)，需要用兩個(gè)以上并排設(shè)置的動(dòng)齒條梁8同 步動(dòng)作輸送所述鋼管，此時(shí)，就需要設(shè)置多個(gè)液壓缸組1分別同步驅(qū)動(dòng)各動(dòng)齒條梁8動(dòng)作。 所述每套液壓缸組1由一個(gè)步進(jìn)缸11和一個(gè)與該步進(jìn)缸11串接的踏步缸12構(gòu)成，所述踏 步缸12安裝在前方，步進(jìn)缸11安裝在踏步缸12的后方；如圖2、圖3所示，踏步缸12的活 塞桿頭部直接與杠桿101樞接，踏步缸12的缸體尾部與步進(jìn)缸11的活塞桿頭部連接，步進(jìn) 缸ll的缸體尾部與底座相連接(橫移動(dòng)作處于零位時(shí)，踏步缸12活塞桿處于縮回狀態(tài)，而 步進(jìn)缸11活塞桿處于伸出狀態(tài))。如圖4所示，為液壓缸組1的液壓控制回路示意圖，在本發(fā)明中，所述液壓缸組1中的步進(jìn)缸11兩腔和踏步缸12兩腔分別與一個(gè)插裝閥閥組2的 對(duì)應(yīng)出口導(dǎo)通，所述插裝閥閥組2的進(jìn)口導(dǎo)通于一個(gè)電液比例方向閥3，此外，該液壓控制 回路還設(shè)有電控裝置5和蓄能器、壓力表、油箱等構(gòu)件，由此，本發(fā)明可以通過同一個(gè)電液 比例方向閥3實(shí)現(xiàn)對(duì)該液壓缸組1的步進(jìn)缸11和踏步缸12的控制。 由上所述，本發(fā)明的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，采用了比例方向閥加插裝閥 的結(jié)構(gòu)，既滿足快速控制速度要求，又滿足平穩(wěn)要求，且速度可調(diào)，只用一個(gè)比例方向閥就 實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)缸和踏步缸的控制，打破了冷床液壓步進(jìn)控制與液壓踏步控制的界限，將液 壓步進(jìn)控制與液壓踏步控制合為一體；本發(fā)明的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置具有元件 少、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、電氣控制和維修方便、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。 如圖4所示，在本實(shí)施方式中，所述插裝閥閥組2包括四個(gè)插裝閥，其中，第一插裝 閥21和第二插裝閥22的進(jìn)油口與所述電液比例方向閥3的第一出油口 A連接，第三插裝 閥23和第四插裝閥24的進(jìn)油口與所述電液比例方向閥3的第二出油口 B連接；第一插裝 閥21和第三插裝閥23的出油口分別導(dǎo)通于步進(jìn)缸11的無桿腔111和有桿腔112，第四插 裝閥24和第二插裝閥22的出油口分別導(dǎo)通于踏步缸12的無桿腔121和有桿腔122 ;所述 插裝閥閥組2還包括兩個(gè)電磁換向閥25和26 ;所述插裝閥與控制蓋板和兩個(gè)電磁換向閥 組合成一體，形成一套控制油路方向、油壓力及流量的元件。所述第一插裝閥21和第三插 裝閥23的控制油口由第一電磁換向閥25切換導(dǎo)通于一恒壓油源或油箱；所述第二插裝閥 22和第四插裝閥24的控制油口由第二電磁換向閥26切換導(dǎo)通于恒壓油源或油箱。
所述插裝閥閥組2中各個(gè)插裝閥的控制油口通常情況下是與恒壓油源接通，壓力 油和彈簧一起作用壓下插裝閥閥芯，使各個(gè)插裝閥的進(jìn)油口與其出油口關(guān)閉；當(dāng)電磁換向 閥的電磁鐵通電時(shí)，各插裝閥的控制油口與恒壓油源斷開，并與油箱回油管路接通，控制油 口的壓力降低，由插裝閥主油路的壓力油抬起閥芯，使插裝閥的進(jìn)油口與其出油口導(dǎo)通。由 此，所述插裝閥閥組2在系統(tǒng)失電情況下，可以自動(dòng)切斷步進(jìn)缸11或踏步缸12與液壓比例 方向閥3之間的壓力油，液壓缸活塞桿可以安全地停在任意位置。 所述電液比例方向閥3的進(jìn)油口 P導(dǎo)通于一恒壓油源，電液比例方向閥3的回油
口 T導(dǎo)通于油箱。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，如圖4所示，為了使電液比例方向閥3的流量
不受負(fù)載的影響，所述電液比例方向閥3還連接有一個(gè)進(jìn)口壓力補(bǔ)償器4，該進(jìn)口壓力補(bǔ)償
器4包括設(shè)置于比例方向閥3進(jìn)油口 P的外控減壓閥41，和設(shè)置于比例方向閥3兩個(gè)出油
口 A、 B之間的梭閥42，所述梭閥42和外控減壓閥41的控制油口相互導(dǎo)通。 進(jìn)一步，如圖2、圖4所示，在本實(shí)施方式中，所述步進(jìn)缸11和踏步缸12上分別設(shè)
置有能控制其準(zhǔn)確停位的位移傳感器113和123。 在本發(fā)明中控制冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法包括以下步驟 a :根據(jù)冷床的運(yùn)動(dòng)要求，使兩個(gè)電磁換向閥其中之一通電，以選擇步進(jìn)缸處于工
作狀態(tài)或踏步缸處于工作狀態(tài)； 其中當(dāng)選擇第一電磁換向閥25通電時(shí)，第一插裝閥21和第三插裝閥23的閥口 打開，步進(jìn)缸11的兩腔通過第一插裝閥21和第三插裝閥23開啟的閥口分別與電液比例方 向閥3的兩個(gè)出油口 A和B導(dǎo)通，此時(shí)，步進(jìn)缸11處于工作狀態(tài)； 當(dāng)選擇第二電磁換向閥26通電時(shí)，第二插裝閥22和第四插裝閥24的閥口打開， 踏步缸12的兩腔通過第二插裝閥22和第四插裝閥24開啟的閥口分別與電液比例方向閥3的兩個(gè)出油口 A和B導(dǎo)通，此時(shí)，踏步缸12處于工作狀態(tài)。 b :由冷床的電控裝置5向電液比例方向閥3發(fā)出動(dòng)作指令，使電液比例方向閥3 進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)電控裝置5給出一控制比例方向閥3閥芯開口的電信號(hào)，以使冷床的步 進(jìn)缸11或踏步缸12完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作。
步進(jìn)缸11的一個(gè)循環(huán)動(dòng)作如下 由于步進(jìn)缸11在初始位置時(shí)其活塞桿處于伸出狀態(tài)，因此，當(dāng)步進(jìn)缸11工作時(shí)其 一個(gè)循環(huán)動(dòng)作應(yīng)為活塞桿縮回和活塞桿再伸出。由此，首先根據(jù)電控裝置5發(fā)出的指令，使 電液比例方向閥3左位處于工作位置，此時(shí)，所述電液比例方向閥3的進(jìn)油口 P與其第二出 油口 B導(dǎo)通，該電液比例方向閥3的回油口 T與其第一出油口 A導(dǎo)通，壓力油液由第二出油 口 B流出，經(jīng)過第三插裝閥23開啟的閥口進(jìn)入步進(jìn)缸11的有桿腔112，步進(jìn)缸11無桿腔 111中的油液，經(jīng)過第一插裝閥21開啟的閥口流向電液比例方向閥3的第一出油口 A并由 回油口 T流回油箱，由此，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)缸11活塞桿縮回動(dòng)作。在此過程中，電液比例方向閥3 左位閥芯開口的大小由電信號(hào)決定，所述電信號(hào)為時(shí)間-電流信號(hào)，也可為時(shí)間-電壓信 號(hào)；該電信號(hào)可對(duì)應(yīng)一條液壓缸的速度(時(shí)間-位移)曲線，該電信號(hào)控制電液比例方向閥 3的比例電磁鐵帶動(dòng)閥芯的開口度比例，開口度比例隨著電信號(hào)大小的改變而變化，以到達(dá) 控制該電液比例方向閥3的流量比例變化，實(shí)現(xiàn)速度變化和速度調(diào)節(jié)，由此，可對(duì)步進(jìn)缸11 活塞桿的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行變速率控制(其運(yùn)動(dòng)過程可包括勻加速、勻速和勻減速階段)。
當(dāng)要求步進(jìn)缸11活塞桿再伸出時(shí)，電控裝置5發(fā)出的指令，使電液比例方向閥3 右位處于工作位置，此時(shí)，所述電液比例方向閥3的進(jìn)油口 P與其第一出油口 A導(dǎo)通，該電 液比例方向閥3的回油口 T與其第二出油口 B導(dǎo)通，壓力油液由第一出油口 A流出，經(jīng)過第 一插裝閥21開啟的閥口進(jìn)入步進(jìn)缸11的無桿腔111，步進(jìn)缸11有桿腔112中的油液，經(jīng)過 第三插裝閥23開啟的閥口流向電液比例方向閥3的第二出油口B并由回油口T流回油箱， 由此，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)缸11活塞桿再伸出動(dòng)作；電液比例方向閥3右位閥芯開口的大小也由電信 號(hào)決定。 在上述步進(jìn)缸11的活塞桿運(yùn)動(dòng)過程中可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位置控制，由位移傳感器113 檢測(cè)活塞桿行走的位移，位移傳感器113測(cè)出的位置對(duì)應(yīng)一反饋電信號(hào)，再將該反饋電信 號(hào)與根據(jù)工藝給定的電信號(hào)比較，消除給定的電信號(hào)與執(zhí)行結(jié)果之間的誤差來閉環(huán)精確控 制步進(jìn)缸11的位置，從而精確控制運(yùn)動(dòng)過程。
踏步缸12的一個(gè)循環(huán)動(dòng)作如下 由于踏步缸12在初始位置時(shí)其活塞桿處于縮回狀態(tài)，因此，當(dāng)踏步缸12工作時(shí)其 一個(gè)循環(huán)動(dòng)作應(yīng)為活塞桿伸出和活塞桿再縮回。由此，首先根據(jù)電控裝置5發(fā)出的指令，使 電液比例方向閥3左位處于工作位置，此時(shí)，所述電液比例方向閥3的進(jìn)油口 P與其第二出 油口B導(dǎo)通，該電液比例方向閥3的回油口T與其第一出油口 A導(dǎo)通，壓力油液由第二出油 口 B流出，經(jīng)過第四插裝閥24開啟的閥口進(jìn)入踏步缸12的無桿腔121，踏步缸12有桿腔 122中的油液，經(jīng)過第二插裝閥22開啟的閥口流向電液比例方向閥3的第一出油口 A并由 回油口 T流回油箱，由此，實(shí)現(xiàn)踏步缸12活塞桿伸出動(dòng)作。在此過程中，電液比例方向閥3 左位閥芯開口的大小由電信號(hào)決定。 當(dāng)要求踏步缸12活塞桿再縮回時(shí)，電控裝置5發(fā)出的指令，使電液比例方向閥3 右位處于工作位置，此時(shí)，所述電液比例方向閥3的進(jìn)油口 P與其第一出油口 A導(dǎo)通，該電液比例方向閥3的回油口 T與其第二出油口B導(dǎo)通，壓力油液由第一出油口A流出，經(jīng)過第 二插裝閥22開啟的閥口進(jìn)入踏步缸12的有桿腔122，踏步缸12無桿腔121中的油液，經(jīng)過 第四插裝閥24開啟的閥口流向電液比例方向閥3的第二出油口B并由回油口 T流回油箱， 由此，實(shí)現(xiàn)踏步缸12活塞桿再縮回動(dòng)作；電液比例方向閥3右位閥芯開口的大小也由電信 號(hào)決定。 在上述踏步缸12的活塞桿運(yùn)動(dòng)過程中，由位移傳感器123檢測(cè)活塞桿行走的位 移，并給出相對(duì)應(yīng)的反饋電信號(hào)，再將該反饋電信號(hào)與給定的電信號(hào)比較，來精確控制運(yùn)動(dòng) 過程。 在本實(shí)施方式中，所述控制冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置還可以實(shí)現(xiàn)變步距控 制，其方法是根據(jù)產(chǎn)品(鋼管或圓棒)直徑大小，調(diào)整冷床步進(jìn)的步距，以獲得最佳的冷卻 及矯直效果，通過設(shè)定液壓缸(步進(jìn)缸和踏步缸)實(shí)際工作行程，并通過位移傳感器反饋， 實(shí)現(xiàn)精確的變步距控制。 在本實(shí)施方式中，冷床的電控裝置5可以同時(shí)向多個(gè)液壓缸組1的電液比例方向 閥3和電磁換向閥發(fā)出同步指令，使多個(gè)液壓缸組1中的步進(jìn)缸11同步運(yùn)動(dòng)，或使多個(gè)液 壓缸組1中的踏步缸12同步運(yùn)動(dòng)。 以步進(jìn)缸同步運(yùn)動(dòng)為例說明，如圖4所示，在兩個(gè)液壓缸組1和l'的步進(jìn)缸11和 11'同步控制中，步進(jìn)缸11的位移傳感器113檢測(cè)其活塞桿的行走位移，位移傳感器113測(cè) 出的位置對(duì)應(yīng)一反饋電信號(hào)，并將該反饋電信號(hào)作為基準(zhǔn)；步進(jìn)液壓缸11'的位移傳感器 113'測(cè)出的位置對(duì)應(yīng)另一電信號(hào)與基準(zhǔn)給定的電信號(hào)相比較，消除給定的電信號(hào)與執(zhí)行結(jié) 果之間的誤差來閉環(huán)精確控制兩個(gè)(或多個(gè))步進(jìn)缸的位置同步。 在本實(shí)施方式中，當(dāng)系統(tǒng)突然斷電，電磁換向閥和比例方向閥全部失電，所有插裝 閥的控制油口與主油路的恒壓油源接通(如果系統(tǒng)壓力降低，蓄能器的壓力油可將單向閥 關(guān)閉)，壓力油進(jìn)入插裝閥的控制油口并下壓插裝閥閥芯將閥口關(guān)閉，使步進(jìn)缸或踏步缸的 兩腔油口封閉，步進(jìn)動(dòng)作或踏步動(dòng)作停止，設(shè)備保持在停止位置，以起到安全保護(hù)作用。
在本發(fā)明中，冷床在正常工作時(shí)有兩種工作模式，一種是步進(jìn)模式，在連續(xù)軋鋼連 續(xù)冷卻輸送的情況下，冷床在此模式下工作。另一種模式是踏步模式，如果長(zhǎng)時(shí)間不軋管， 冷床在此原地踏步模式下工作，此時(shí)鋼管雖被動(dòng)齒條梁抬起，但還是放在了原來的定齒位 置。 當(dāng)采用步進(jìn)工作模式時(shí)，踏步缸處于關(guān)閉狀態(tài)(踏步缸的活塞桿處于縮回狀態(tài))， 首先，動(dòng)齒條梁上升到高位，然后，步進(jìn)缸有桿腔進(jìn)油，活塞桿縮回，杠桿從豎直位置順時(shí)針 擺動(dòng)一角度，帶動(dòng)連桿使動(dòng)齒條梁前進(jìn)一個(gè)步進(jìn)行程X (如圖2所示)；之后，動(dòng)齒條梁下降 到低位，最后，步進(jìn)缸無桿腔進(jìn)油，活塞桿伸出，杠桿逆時(shí)針擺動(dòng)一角度，帶動(dòng)連桿使動(dòng)齒條 梁后退一個(gè)步進(jìn)行程X，回到初時(shí)位置，實(shí)現(xiàn)一個(gè)冷床步進(jìn)循環(huán)。 當(dāng)采用踏步工作模式時(shí)，步進(jìn)缸處于關(guān)閉狀態(tài)(步進(jìn)缸的活塞桿處于伸出狀態(tài))， 首先，動(dòng)齒條梁上升到高位，然后踏步缸無桿腔進(jìn)油，活塞桿伸出，杠桿從豎直位置逆時(shí)針 擺動(dòng)一角度，帶動(dòng)連桿使動(dòng)齒條梁后退一個(gè)踏步行程Y (如圖3所示)；之后，動(dòng)齒條梁下降 到低位，最后，踏步缸有桿腔進(jìn)油，活塞桿縮回，杠桿順時(shí)針擺動(dòng)一角度，帶動(dòng)連桿使動(dòng)齒條 梁前進(jìn)一個(gè)踏步行程Y，回到初時(shí)位置，實(shí)現(xiàn)一個(gè)冷床踏步循環(huán)。
下面結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4，對(duì)冷床的橫移運(yùn)動(dòng)作出具體描述。
9
—、當(dāng)采用步進(jìn)工作模式時(shí)，在操作臺(tái)或控制室選擇輸入步進(jìn)模式指令；此時(shí)第一 電磁換向閥25和第二電磁換向閥26的電磁鐵處于斷電狀態(tài)，其控制的四個(gè)插裝閥的閥口 處于關(guān)閉狀態(tài)。生產(chǎn)線上的檢測(cè)裝置檢測(cè)到鋼管信號(hào)后，冷床動(dòng)齒條梁8上升到高位，系統(tǒng) 收到高位信號(hào)后發(fā)出指令，第一電磁換向閥25的電磁鐵得電(第二電磁換向閥26的電磁 鐵仍處于斷電狀態(tài))，第一電磁換向閥25所控制的第一插裝閥21和第三插裝閥23閥口打 開，步進(jìn)缸11的有桿腔112通過第三插裝閥23與比例方向閥3的B 口接通，步進(jìn)缸11的無 桿腔111通過第一插裝閥21與比例方向閥3的A 口接通，步進(jìn)缸ll進(jìn)入工作狀態(tài)；此時(shí)， 第二插裝閥22和第四插裝閥24的閥口仍處于關(guān)閉狀態(tài)，踏步缸12的兩油腔封閉，踏步缸 12處于非工作狀態(tài)。 系統(tǒng)給定一液壓缸的速度值(或一條時(shí)間-位移曲線)，與之相對(duì)應(yīng)的是一電流值 或電壓值(或一條時(shí)間_電壓、時(shí)間_電流曲線)的電信號(hào)，該電信號(hào)控制比例方向閥3的 閥芯開啟一對(duì)應(yīng)的開口量，恒壓油源液壓站提供的清潔、壓力穩(wěn)定的壓力油經(jīng)比例方向閥3 的出油口 B和第三插裝閥23進(jìn)入步進(jìn)缸11的有桿腔112，壓力油推動(dòng)步進(jìn)缸11的活塞桿 縮回，步進(jìn)缸11無桿腔111的油通過第一插裝閥21和比例方向閥3的A 口流入系統(tǒng)回油管 路；杠桿101從豎直位置順時(shí)針擺動(dòng)一角度，動(dòng)齒條梁8前進(jìn)一個(gè)步進(jìn)行程X。當(dāng)系統(tǒng)得到 步進(jìn)缸11上的位移傳感器113檢測(cè)到的活塞桿到位信號(hào)后，冷床動(dòng)齒條梁8下降到低位； 系統(tǒng)收到低位信號(hào)后，改變比例方向閥3的控制信號(hào)(電流或電壓)使得比例方向閥3的P 口和A 口相連通，壓力油經(jīng)過比例方向閥3的A 口和第一插裝閥21進(jìn)入步進(jìn)缸11的無桿 腔lll，壓力油推動(dòng)步進(jìn)缸11活塞桿伸出，步進(jìn)缸11有桿腔112的油通過第三插裝閥23和 比例方向閥3的B 口流入系統(tǒng)回油管路，杠桿101逆時(shí)針擺動(dòng)一角度，動(dòng)齒條梁8后退一個(gè) 步進(jìn)行程X，回到原始位置。系統(tǒng)得到步進(jìn)缸11上的位移傳感器113檢測(cè)到的活塞桿到位 信號(hào)后，第一電磁換向閥25的電磁鐵斷電，第一電磁換向閥25所控制的第一插裝閥21和 第三插裝閥23的閥口關(guān)閉，步進(jìn)缸11兩腔與比例方向閥3之間的油路切斷，步進(jìn)缸11回 到初始關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)冷床步進(jìn)循環(huán)。 冷床步進(jìn)過程中，通過改變比例方向閥的控制電信號(hào)，控制比例電磁鐵帶動(dòng)閥芯 的開口度大小變化，開口度大小隨著電信號(hào)大小的改變而變化，以達(dá)到控制該比例方向閥 的流量變化，實(shí)現(xiàn)速度變化和速度調(diào)節(jié)以及運(yùn)動(dòng)方向改變。 二、當(dāng)采用踏步工作模式時(shí)，在操作臺(tái)或控制室選擇輸入踏步模式指令。此時(shí)第一 電磁換向閥25和第二電磁換向閥26的電磁鐵處于斷電狀態(tài)，其控制的四個(gè)插裝閥的閥口 處于關(guān)閉狀態(tài)。生產(chǎn)線上的檢測(cè)裝置檢測(cè)到鋼管信號(hào)后，冷床動(dòng)齒條梁8上升到高位，系統(tǒng) 收到高位信號(hào)后發(fā)出指令，第二電磁換向閥26的電磁鐵得電(第一電磁換向閥25的電磁 鐵仍處于斷電狀態(tài))，第二電磁換向閥26所控制的第二插裝閥22和第四插裝閥24的閥口 打開，踏步缸12有桿腔122通過第二插裝閥22和比例方向閥3的A 口接通，踏步缸12無 桿腔121通過第四插裝閥24和比例方向閥3的B 口接通，踏步缸12進(jìn)入工作狀態(tài)；此時(shí)， 第一插裝閥21和第三插裝閥23的閥口仍處于關(guān)閉狀態(tài)，步進(jìn)缸11兩油腔封閉，步進(jìn)缸11 處于非工作狀態(tài)。 系統(tǒng)給定一液壓缸的速度值(或一條時(shí)間-位移曲線)，與之相對(duì)應(yīng)的是一電流值 或電壓值(或一條時(shí)間_電壓、時(shí)間_電流曲線)的電信號(hào)，該電信號(hào)控制比例方向閥3的 閥芯開啟一對(duì)應(yīng)的開口量，恒壓油源液壓站提供的清潔、壓力穩(wěn)定的壓力油經(jīng)比例方向閥3的出油口 B和第四插裝閥24進(jìn)入踏步缸12的無桿腔121，壓力油推動(dòng)踏步缸12的活塞桿 伸出，踏步缸12有桿腔122的油通過第二插裝閥22和比例方向閥的A 口流入系統(tǒng)回油管 路，杠桿101從豎直位置逆時(shí)針擺動(dòng)一角度，動(dòng)齒條梁8后退一個(gè)踏步行程Y。系統(tǒng)得到踏 步缸12上位移傳感器123檢測(cè)到的活塞桿到位信號(hào)后，冷床動(dòng)齒條梁8下降到低位；系統(tǒng) 收到低位信號(hào)后，改變比例方向閥3的控制信號(hào)(電流或電壓)使得比例方向閥3的P 口 和A 口相連通，壓力油經(jīng)過比例方向閥3的A 口和第二插裝閥22進(jìn)入踏步缸12的有桿腔 122，壓力油推動(dòng)踏步缸12的活塞桿縮回，踏步缸12無桿腔121的油通過第四插裝閥24和 比例方向閥3的B 口流入系統(tǒng)回油管路，杠桿101順時(shí)針擺動(dòng)一角度，動(dòng)齒條梁8前進(jìn)一個(gè) 踏步行程Y，回到原始位置；系統(tǒng)得到踏步缸12上位移傳感器123檢測(cè)到的活塞桿到位信 號(hào)后，第二電磁換向閥26的電磁鐵斷電，第二電磁換向閥26所控制的第二插裝閥22和第 四插裝閥24的閥口關(guān)閉，踏步缸12與比例方向閥3之間的油路切斷，踏步缸12回到初始 關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)冷床踏步循環(huán)。 冷床踏步過程中，通過改變比例方向閥的控制電信號(hào)，控制比例電磁鐵帶動(dòng)閥芯 的開口度比例，開口度比例隨著電信號(hào)大小的改變而變化，以達(dá)到控制該比例方向閥的流 量比例變化，實(shí)現(xiàn)速度變化和速度調(diào)節(jié)以及運(yùn)動(dòng)方向改變。 以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均 應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，至少包括一套驅(qū)動(dòng)冷床動(dòng)齒條梁前后移動(dòng)的液壓缸組，該液壓缸組由一個(gè)步進(jìn)缸和一個(gè)與該步進(jìn)缸串接的踏步缸構(gòu)成，其特征在于所述液壓缸組中的步進(jìn)缸兩腔和踏步缸兩腔分別與一個(gè)插裝閥閥組的對(duì)應(yīng)出口導(dǎo)通，所述插裝閥閥組的進(jìn)口導(dǎo)通于一個(gè)電液比例方向閥，由此，通過同一個(gè)電液比例方向閥實(shí)現(xiàn)對(duì)該液壓缸組的步進(jìn)缸和踏步缸的控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，其特征在于所述插裝閥閥組 包括四個(gè)插裝閥，其中，第一插裝閥和第二插裝閥的進(jìn)油口與所述電液比例方向閥的第一 出油口連接，第三插裝閥和第四插裝閥的進(jìn)油口與所述電液比例方向閥的第二出油口連 接；第一插裝閥和第三插裝閥的出油口分別導(dǎo)通于步進(jìn)缸的無桿腔和有桿腔，第四插裝閥 和第二插裝閥的出油口分別導(dǎo)通于踏步缸的無桿腔和有桿腔；所述插裝閥閥組還包括兩個(gè) 電磁換向閥，所述第一插裝閥和第三插裝閥的控制油口由第一電磁換向閥切換導(dǎo)通于一恒 壓油源或油箱；所述第二插裝閥和第四插裝閥的控制油口由第二電磁換向閥切換導(dǎo)通于恒 壓油源或油箱。
3. 如權(quán)利要求1所述的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，其特征在于所述電液比例方 向閥的進(jìn)油口導(dǎo)通于一恒壓油源，電液比例方向閥的回油口導(dǎo)通于油箱；所述電液比例方 向閥還連接有一個(gè)進(jìn)口壓力補(bǔ)償器，該進(jìn)口壓力補(bǔ)償器包括設(shè)置于比例方向閥進(jìn)油口的外 控減壓閥，和設(shè)置于比例方向閥兩個(gè)出油口之間的梭閥，所述梭閥和外控減壓閥的控制油 口相互導(dǎo)通。
4. 如權(quán)利要求1所述的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，其特征在于所述步進(jìn)缸和踏 步缸上分別設(shè)置有控制其精確位置的位移傳感器。
5. 如權(quán)利要求1所述的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，其特征在于該控制裝置包括 兩套以上同步運(yùn)動(dòng)的液壓缸組，各個(gè)液壓缸組通過杠桿連接并驅(qū)動(dòng)動(dòng)齒條梁。
6. —種控制權(quán)利要求l-5所述的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法，該方法包括以 下步驟a :根據(jù)冷床的運(yùn)動(dòng)要求，使兩個(gè)電磁換向閥其中之一通電，以選擇步進(jìn)缸處于工作狀 態(tài)或踏步缸處于工作狀態(tài)；b :由冷床的電控裝置向電液比例方向閥發(fā)出動(dòng)作指令，使電液比例方向閥進(jìn)入工作狀 態(tài)，同時(shí)電控裝置給出一控制比例方向閥閥芯開口的電信號(hào)，以使冷床的步進(jìn)缸或踏步缸 完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法，其特征在于，在步 驟a中當(dāng)選擇第一電磁換向閥通電時(shí)，第一插裝閥和第三插裝閥的閥口打開，步進(jìn)缸的兩腔 通過第一插裝閥和第三插裝閥開啟的閥口分別與電液比例方向閥的兩個(gè)出油口導(dǎo)通，此 時(shí)，步進(jìn)缸處于工作狀態(tài)；當(dāng)選擇第二電磁換向閥通電時(shí)，第二插裝閥和第四插裝閥的閥口打開，踏步缸的兩腔 通過第二插裝閥和第四插裝閥開啟的閥口分別與電液比例方向閥的兩個(gè)出油口導(dǎo)通，此 時(shí)，踏步缸處于工作狀態(tài)。
8. 如權(quán)利要求6所述的控制冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法，其特征在于步驟b 中包括(1) 首先根據(jù)電控裝置發(fā)出的指令，使電液比例方向閥左位處于工作位置，此時(shí)，所述 電液比例方向閥的進(jìn)油口與其第二出油口導(dǎo)通，該電液比例方向閥的回油口與其第一出油 口導(dǎo)通；左位閥芯開口的大小由電信號(hào)決定。(2) 根據(jù)電控裝置發(fā)出的指令，使電液比例方向閥右位處于工作位置，此時(shí)，所述電液 比例方向閥的進(jìn)油口與其第一出油口導(dǎo)通，該電液比例方向閥的回油口與其第二出油口導(dǎo) 通；右位閥芯開口的大小由電信號(hào)決定。
9. 如權(quán)利要求6所述的控制冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法，其特征在于所述 電信號(hào)為時(shí)間_電流信號(hào)或?yàn)闀r(shí)間_電壓信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求6所述的控制冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法，其特征在于冷床 的電控裝置同時(shí)向多個(gè)液壓缸組的電液比例方向閥和電磁換向閥發(fā)出同步指令，使多個(gè)液 壓缸組中的步進(jìn)缸同步運(yùn)動(dòng)，或使多個(gè)液壓缸組中的踏步缸同步運(yùn)動(dòng)。
11. 如權(quán)利要求6所述的控制冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置的方法，其特征在于所述 步進(jìn)缸和踏步缸上分別設(shè)置有位移傳感器，通過設(shè)置于步進(jìn)缸和踏步缸上的位移傳感器全 行程位置反饋，依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格大小，調(diào)整、設(shè)定步進(jìn)缸與踏步缸的工作行程，對(duì)冷床進(jìn)行變 步距控制。
全文摘要
本發(fā)明為一種冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置，至少包括一套驅(qū)動(dòng)冷床動(dòng)齒條梁前后移動(dòng)的液壓缸組，液壓缸組由一個(gè)步進(jìn)缸和一個(gè)踏步缸串接構(gòu)成，步進(jìn)缸兩腔和踏步缸兩腔分別與一個(gè)插裝閥閥組的對(duì)應(yīng)出口導(dǎo)通，插裝閥閥組的進(jìn)口導(dǎo)通于一個(gè)電液比例方向閥，通過該電液比例方向閥實(shí)現(xiàn)對(duì)該液壓缸組的步進(jìn)缸和踏步缸的控制。本發(fā)明采用了比例方向閥加插裝閥的結(jié)構(gòu)，既滿足快速控制速度要求，又滿足平穩(wěn)要求，且速度可調(diào)，只用一個(gè)比例方向閥就實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)缸和踏步缸的控制，將液壓步進(jìn)控制與液壓踏步控制合為一體；本發(fā)明的冷床液壓步進(jìn)和踏步控制裝置具有元件少、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、電氣控制和維修方便、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F15B11/22GK101758088SQ20101000282
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者安宏生, 楊力, 田先濤 申請(qǐng)人:北京京誠(chéng)之星科技開發(fā)有限公司