一种尤其用于机械装置的液压驱动器及其控制方法

本发明涉及一种液压驱动器，尤其是指用于机械装置的液压驱动，例如用于压力机、冲压机、步冲轮廓机和类似权利要求1所述的机械装置以及根据权利要求12所述的控制液压驱动器的方法。

液压驱动的机械装置已经被本技术领域的技术人员所熟知。图1、2和4是现有技术所采用的构造。

图1展示了传统的冲压机的液压驱动器的主要装置结构。如图1所示的传统的构造，一个压力供应装置包括一个用于产生和操作压力的活塞泵1.1和第一压力控制阀1.2，所述的压力控制阀能够调整期望输出的压力范围。第一液压蓄油箱1.3切换到供应网络。通过使用液压蓄油箱1.3暂时增加了供应网络中的流量。

这种液压驱动器的运作泵体1.5中的第一压力室1.8经由第一管道B连接着压力源，但是运作泵体1.5中的第二压力室1.7由可选择的三通阀门装置连接着压力源或油箱1.9。这两个压力室1.7、1.8是由运作泵体1.5中的活塞1.6隔离开的，由于活塞1.6的表面受到第一压力室1.8的压力比第二压力室1.7的压力小，因此只有一边有活塞杆。

活塞1.6或同样连接着的活塞杆的伸缩是通过将第二压力室1.7与压力源连接来实现的，最大输出力由所述的活塞1.6两面的表面比决定，所述的表面比受压力室1.7、1.8限制并且相互对立。由于活塞1.6的伸缩，冲压工具(没有标示)向着工件(没有标示)移动并且做更进一步的移动。

由于工件使得活塞移动时产生的阻力，首先阻碍了活塞1.6，并且压力所必须的切削力积累在第二压力室1.7内。根据第二压力室1.7内的液压油的弹力系数，弹力能量被存储在第二压力室1.7内的油柱中，也就是说油柱是受到预张力的。

当工件间歇时，有一个来自于活塞1.6的突然释放的力量并且因此在朝着它伸缩的方向上有激增的加速度。由于活塞1.6的作用，第一压力室1.8内的油从第一压力室1.8朝着活塞1.6伸缩的方向喷出并通过管道B朝着蓄油箱1.4的方向流动，同时随着第二压力室1.7内油柱的扩张，增加了活塞1.6移动的速度。在这个时候，三通阀门1.4必须尽可能快的调换活塞1.6的回路，因此导致中断了连接着第二压力室1.7的第二管道A内的油的供应。当中断的速度与活塞1.6增加的伸缩速度一样时，就产生了所谓的切削力，第二管道A内产生负压力会导致产生讨厌的噪音以及会在控制边缘或三通阀门1.4的外壳产生气穴。

图2展示了与图1相似的更进一步的液压驱动器的主要装置结构，但是用4/3通阀门2.1代替了图1的三通阀门1.4(3/3通阀门)。这个4/3通阀门也能够装上连续的活动阀或开关阀。如图1所示的实施例可看出，压力源对第一管道B以及从而的第一压力室1.8并不施加一个恒定的压力，但是当第二压力室1.7连接着油箱1.9的时候第一压力室1.8总是连接着压力源，以及当第二压力室1.7连接着压力源的时第一压力室1.8连接着油箱1.9。在4/3通阀门2.1的中间位置，两个压力室1.7、1.8与压力源和油箱1.9分开，但是根据图1，在三通阀门1.4的中间位置只有第二压力室1.7是与压力源和油箱1.9都分开的。

图2所示的实施例存在的问题与图1的所示的实施例中所描述的问题相同。

图4是图1所示的传统的液压驱动器的活塞1.6的路径时间的示意图。TOS(“顶表面”)指的是工件顶面。相应的，BOS(“底表面”)指的是工件的底面。一开始活塞处在TDC(“上死点”)的位置。平衡压强p0充满在第二压力室1.7内。压强在活塞1.6以预行程速度4.3伸缩的期间充入，所述的预行程速度4.3略微大于平衡压强。

一旦活塞1.6接触到工件，就像之前所描述的那样，活塞1.6受到阻碍，并且由于第二压力室1.7内油柱的预张力，在工件中断期间，活塞1.6的速度越来越快，这样就暂时获得一个切削速度4.4，这是多个预行程速度4.3或回路速度4.5(切削作用)。当油的补给由于重设三通阀门通路被中断，第二管道A中的压力下降形成气穴，这点就是如斜线4.1所示的压强为0巴的点4.2。

欧洲专利申请EP 0 676 547 A1提到一种流量控制装置和带有通过测量膜片保持预先设定的压力差值从而减少阻碍的阀门，因此液压缸的调节速度保持着一个恒定的值。一旦压力差值偏离了预先设定的值，控制液压液体流量的控制阀门被改变的液压液体流量移开一段时间，直到测量膜片的压力差值再次接近它的预先设定值。

因此，EP 0 676 547 A1提到的流量控制装置由于处理过程为了将流量恢复到预期的值，从而对液压油的流量作出反应。

DE 196 08 582 B4的专利说明书中提到一种用于缓解液压系统的回路管道中激流的液压补偿装置。回路或油箱管道内装有相互对应开关的止回阀和喷嘴。顶着尾端的压力弹簧压在靠近止回阀主体位置上。压力弹簧施加在靠近止回阀主体位置的压力与方向控制阀门和止回阀之间油箱管道部分内的特定压力相等。所述的喷嘴确保提到的油箱管道部分内的压力在一段时件后减小至大气压。油箱管道内的缓冲器再次对油箱管道内压力的变化做出反应。

欧洲专利申请EP 1 484 209 A1中提到一种液压启动装置，尤其是一种敞篷车的可收缩的顶棚。所述的液压启动装置包括一个双动的气缸和一种可以随意转变节流状态和非节流状态的节流装置。只要气缸的活塞由于气缸室内压力的增加而伸缩移动，节流装置就保持在非节流状态。当可收缩的顶棚由于重力而逆向拉动活塞时，可能会碰撞到挡风玻璃，活塞的速度预设为大于压力增加的速度，导致了气缸室内压力的损耗。控制活塞检测出压力的损耗，并且为了对应这种情况调整节流装置至节流状态。活塞的伸缩移动就是这样被制止的。

根据EP 1 484 209 A1所描述的解决方案中，液压驱动器对已经发生的在双动作用气缸室内气压减小的情况而做出反应，这就意味着活塞已经开始非预期的增速。也就是说当机械设备使用所述的液压驱动器时还是会发生所描述的令人讨厌的噪音和气穴现象。

本发明是基于以提供一种液压驱动器为目的，尤其是一种诸如冲压机、步冲轮廓机和压力机的液压驱动的机械装置，这种装置能够消除或减少令人讨厌的噪音和气穴现象。

本发明的目的通过带有权利要求1所描述的技术特征的液压驱动器以及带有权利要求12所描述的技术特征的方法来实现。

所述的液压驱动器，尤其是安装在压力机、冲压机或步冲轮廓机上的液压驱动器，包括一个双动作用气缸，其中的活塞包括影响向内移动的第一作用面和影响向外移动的第 二作用面。这两个作用面各自划分了一个压力室。尤其是，这两个作用面就是活塞上仅有的两个作用面，这就意味着在这种情况下作用气缸恰好有两个压力室。为了使活塞进出作用气缸或逆着活塞的行程倒退，需要通过促动器在一个或两个作用面施加至少两个不同大小的压力。就像最开始提到的图1和2中的实施例，可以看出在图1中，压力源、油箱和作用气缸的第二压力室之间包括一个3/3通阀门；或者在图2中，压力源、油箱和作用气缸的两个压力室之间包括一个4/3通阀门。

根据本发明，液压驱动器上额外提供了一个促动器单元，这个装置能够实现来自第一压力室的液压油的回流节流，所述的第一压力室是由第一作用面围成的。这种驱动器更进一步包括带有促动器单元的控制装置，通过所述的控制装置促动器单元能够在因压力突然释放引起的活塞突然加速之前触发，而这一压力是因为促动器单元引起的节流导致的，这就是活塞运动的液压缓冲。

根据本发明的液压驱动器或其方法通过实施一些预防措施来避免非预期的活塞的突然加速，也就意味着在已经发生活塞突然加速的情况下促动器单元导致来自第一压力室的早于活塞突然加速的液压介质的回流得到节流。这种液压驱动器的优势在于并不会减少由第二作用面围成的第二压力室内的压力，然而改用调节促动器单元，导致来自由第一作用面围成第一压力室的液压介质的回流得到节流，这是依赖于由第二作用面围成的第二压力室的压力上升。由于力量突然的释放，这种压力的增加在非预期的活塞的突然加速发生之前就已经开始了，这就是根据本发明所作出的预防措施或防范方法，与已经发生突然加速的活塞其之后的制动形成对比。

这样，根据本发明就能够在可能导致噪音和气穴现象的情况发生之前避免噪音和气穴。

根据第一个实施例，这种促动器单元能够减少第一压力室的液压介质的流出量，就是说存在一个节流点(恒定的或可控制的横截面流量)，所述的节流点可随意调节流入或流出的路径，或布置一条固定流动路径并且它的横截面流量是可以改变或在节流位置和非节流或基本上非节流位置间随意改变。

根据第二个实施例，促动器单元间接地引起节流，就是说这种调节类似于液压介质流量的节流(恒定的或可控制的横截面流量)和随意释放或阻碍(局部的或整体的)在分流管道内的横截面流量来实现节流。

来自第一压力室的液压油的流出量能以可选的节流方式直接或间接发生，就是说由伸缩活塞引起的排出量发生在施加压力的方向上引起了流动，例如利用泵和/或蓄压器，其中优选的是第一压力室是固定连接着的，就如图1或图2中描述的。

这种促动器单元基本上可以安置在任何适合的位置。例如，促动器单元包括一个流量控制阀(也叫流量阀或节流阀)，所述阀门被安置在第一管道或平行于第一管道的分流管道内，这样液压介质就能够从第一压力室排出。

流量控制阀涉及一种控制阀、方向控制阀或保持恒定的横截面流量的节流点。需要注意的是也能够使用其他合适流量控制阀。

例如，促动器单元涉及一种2/2通阀门，当所述的阀门安装在第一管道内节留点附近的所述的分流管道内时，就能够使液压介质通过第一调节位置并在第二位置阻碍其流动。

作为另一个可选的实施例，所述的2/2通阀门能够直接安装在提到的第一管道内，这样液压介质能够从第一压力室排出并且具有两个调节位置，其中在第一调节位置内由所述的2/2通阀门所产生的流动阻力小于第二调节位置的流动阻力。

根据本发明的一个实施例，促动器单元(在第一管道内或平行于第一管道内的节留点)根据供应压力与在由第二作用面围成的第二压力室内的压强pA之间的比，将其配置在能够被带到通过位置或阻碍位置或非节流位置或节流位置中。在一个实施例中，压力在作用气缸中的两个压力室内以交互的方式被调节，所述的作用气缸如图2所示，促动器单元的调节也是由两个压力室的压力之间的比来触发的。

根据本发明的一个实施例，促动器单元的第一控制表面受到供应压力或来自第一压力室的压力作用，但是促动器单元的第二控制表面受到第二压力室的压强pA作用，促动器单元被用于通过位置或阻碍位置或非节流位置或节流位置中的哪个位置，是由施加在第一控制表面的压力与施加在第二控制表面的压力之间的比来决定的。

例如，作用气缸可以是其他不同的气缸，就是说活塞只有一边装有活塞杆，这样活塞就有了两个不同大小的受力面，受到来自各自压力室的压力。

根据本发明的一个实施例，第二压力室通过促动器任选地受到供应压力或油箱压力，用于推动或收回活塞，但是第一压力室始终只受到供应压力。

根据另一个可选的实施例，第二压力室能够连接低压源、高压源或油箱，然而第一压力室一直连接着低压源。

根据另一个实施例，第一压力室和第二压力室能够各自任选地连接压力源或油箱，并且尤其是能够分成两种情况，在装有4/3通阀门的实施例中(如图2所示)，当第二压力室连接油箱时，第一压力室一直连接着压力源，以及当第二压力室连接压力源时，第一压力室一直连接着油箱。

促动器涉及一种连续的调节阀、电动的伺服阀或线性放大器或机械的仿形阀，用于复原作用气缸中的活塞的位置。

作为本发明的结果，在冲压过程中或类似的工件(受切削影响)的噪音被减少到一个可观的范围内。并且，也相当程度上地去除了气穴现象的风险。

本发明的实施例将通过参考附图被更详细地说明，其中：

图1展示了根据本技术领域的液压驱动器的主要装置结构；

图2展示了另一个传统的液压驱动器的主要装置结构；

图3展示了根据本发明的液压驱动器的主要装置结构；

图4展示了图1中传统的液压驱动器的活塞路径时间示意图，和

图5展示了图3中根据本发明的液压驱动器的活塞路径时间示意图。

图3中所基本且图示性地展示了根据本发明的液压驱动器，其包括一个定量泵3.1，所述的泵如图1和2的实施例所示的那样用于产生工作压力，还包括压力控制阀3.2，所述的压力控制阀是用来调节最初预期压力范围的。液压蓄油箱3.3切换到一个供应网络，这样供应网络中的容积流量可短暂地增加。压力供应可通过储存器来代替了压力控制阀3.2。并且，可控制泵送力的控制泵或除此以外的泵能够替换定量泵3.1。

所述的工作压力通过第一管道B作用于活塞3.6的环形的第一作用面3.15上并且随着时间推移在末端施加一个恒定的压力，这个力是向内作用的。由于方向控制阀3.4 各自的触发，尤其是连续动作阀，活塞3.6上与第一作用面3.15相对的第二作用面3.16切换连接到油箱，这样导致产生了作用在活塞上的向内的力，并从而使活塞3.6开始往回移动。当连接头P通过第二压力室3.7将压力源的供应压力切换至第二作用面3.16上，活塞3.6开始向外移动。最大力是由第二作用面3.16与第一作用面3.15的比来决定的。

能够通过将整体的功效维持在一较高的状态来增加最大伸长力，例如提供一种额外的供应压力(高压“HD”)，所述的额外的供应压力大于受到的主要的供应压力(低压“ND”)。这种高压能够通过多种方式来增加，例如依靠负载。增加高压的方法可以从专利文献DE 10 2004 024 126 A1和EP 1 138958 B1中得知。

一个可控制的节流阀或像这里的恒定节流阀3.13安装在第一管道B内，这样将由于活塞3.6的伸缩而导致移位的液压介质从第一压力室3.8内排除，并且是由第一作用面3.15限定的。节流阀3.13被分流管道3.14分流，所述的分流管道位于节流阀3.13的两边通向第一管道B。一个2/2通阀门3.10作为之前提到的促动器单元被安装在分流管道3.14内，这样就能够选择通过或阻碍流经分流管道3.14的液压介质流量。

这样的话，2/2通阀门3.10是液压驱动的。因此，2/2通阀门3.10上的第一控制表面3.12受到供应压强p的作用以及2/2通阀门3.10上的第二控制表面3.11受到第二压力室3.7内或方向控制阀3.4后的第二管道A内的压强pA的作用。在低负载力的作用下，根据两个作用表面3.15和3.16之间表面比，第二管道A或第二压力室3.7内的压力总是小于第一管道B和第一压力室3.8内的压力或小于节流阀3.13前的促动器单元(2/2通阀门3.10)的控制压力管道上的连接点内的供应压力。因此2/2通阀门的通过位置受到低负载力，这样第一压力室3.8的流量与通过总截面(节流阀3.13和2/2通阀门3.10的截面总和)的压力源(供应压力p)有关。

当活塞3.6或链接在活塞上的冲孔工具接触工件并被该工件阻碍时，如图1所示的由第二作用面3.16围成的第二压力室3.7内的压力上升。2/2通阀门3.10的第二控制表面3.11与第一控制表面3.12之间的比是由用于阻碍位置的2/2通阀门上的超过第二压力室3.7内的压力的最大值界定，其中由活塞3.6伸长而发生位移的液压介质通过节流阀3.13从第一压力室3.8内排出。在切削影响因节流阀3.13的节流而减弱期间活塞3.6产生加速度，这样就减小了活塞可达到的最大伸长速度。这样，方向控制阀3.4就能够不产生第二管道A内负压力而改变活塞移动的方向。一旦作用在活塞上的反作用力在工件中断后下降，第二压力室3.7和连接着2/2通阀门的控制压力管道的第二管道A内的压力减少，这样使得2/2通阀门3.10再次自动调整至通过位置。

作为促动器单元的控制表面3.11和3.12的表面比的构造选择的结果，节流位置与非节流位置的转变阈值是由压力管道A和B内任何的预期压力和活塞的预期作用力决定的。就带有多个工作压力(尤其是高压和低压)的系统而言，转变阈值能设置成一个略微低于第一压力阶段(ND)内的作用压力的最大值的值。

可控制的节流阀可以代替恒定节流阀3.13安装在第一管道B上。或者节流阀3.13能够被方向控制阀替换，尤其是2/2通阀门，所述的2/2通阀门具有位于第一调节位置的非节流通道和位于第二调节位置的节流通道。根据本发明，为了能够选择实现，液压介质从由第一作用面3.15围成的第一压力室3.8的回流节流是在活塞3.6因突然释放的压力而引起突然加速的过程中或加速之前发生的，所述的2/2通阀门(没有标示)能够像图3所示的 2/2通阀门3.10那样触发。在其他运行阶段中，液压介质的相对非节流回流能够被排出第一压力室3.8或进入第一压力室3.8，后者导致了活塞3.6往回移动，尤其是当第二压力室3.7或第二管道A内的压力超过供应压力p时，第二压力室3.7或第二管道A的压力小于第一压力室3.9或第一管道B或已经说明过的位于节流阀3.13前的连接着2/2通阀门3.10的控制表面3.12的控制压力管道的连接点(可以看作是压力源)，这时自动调节或保持如图3所示的2/2通阀门3.10或代替节流阀3.13的带有节流的通过位置的2/2通阀门。

在图5中，涉及了根据本发明的如图3所示的液压驱动器中，活塞3.6随时间推移的移动路径图和第二压力室3.7内的压力pA的变化图。由于第二压力室3.7内压力上升，导致2/2通阀门3.10转换为阻碍位置。在工件中断之后，由于节流的作用，活塞3.6只能达到一个非常低速度5.4。参照图4，其中压力斜线5.1是相当平滑的并且残留的压力pA也在气穴现象发生的范围内。