專利名稱：碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統及控制方法
技術領域：
本發明屬于液壓技術領域，具體的為ー種碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ油路系統及控制方法。
背景技術：
把碳素制品直接串接起來施加恒定接觸壓力，通入電流，利用制品本身電阻的發熱使電能轉為熱能，從而將制品石墨化的過程，我們稱為串接石墨化。在制品上施加機械壓力可促進碳素制品石墨化，提高制品的石墨化程度，同時施壓也有利于材料的體積收縮，在外壓作用下，材料發生蠕變，其結果使受壓層的質點產生具有擇優取向的相對滑動，這種相對滑動促進了微孔等結構缺陷的消除，為具備石墨化特征的碳網層面的三維有序堆砌創造了有利的條件。所以，在串接石墨化過程中，要求將排列成組的碳素制品相互壓緊，保證制品接觸面之間的接觸電阻最低，同時要求調節和穩定碳素制品在通電過程中產生的熱脹冷縮。為滿足上述要求，通常是依靠液壓缸的活塞桿給排列成組的碳素制品加壓使之保持緊密接觸，液壓缸活塞桿的輸出力根據碳素制品的材料、規格、石墨化工藝確定后，由液壓系統的壓カ控制閥調定的。由于碳素制品在石墨化過程中，制品有一定的變形(膨脹或收縮)，會引起液壓缸內的油壓カ發生瞬時變化，這種壓力的突變會影響甚至破壞石墨化過程中的制品或成品質量。如何通過壓カ控制閥的控制使該油壓力在極短的時間內回到已經調定的數值并保持恒定直接影響到碳素制品的質量。如果該壓力控制過程中，壓カ控制閥的反應速度不夠快，精度不夠高，使得碳素制品之間的接觸不夠緊密，會導致通電效果不好，從而浪費能源；碳素制品之間的接觸不夠緊密，還會使碳素制品接觸面間的電阻較高，導致制品橫截面通過的電流值不均勻，接觸面的加熱升溫超過制品本身，制品受熱不均勻會出現裂紋甚至斷裂等現象，嚴重影響產品質量。由此可知，在碳素制品的石墨化過程中保持制品間的接觸壓カ恒定，是碳素制品石墨化過程中節能控制和質量控制的ー個重要環節。這就對控制液壓缸的油路系統及控制系統提出了較高要求，傳統的油路設計是采用定量泵與溢流閥聯合控制壓力恒定的方案，定量泵連續工作，溢流閥為達到控制壓力的目的，必須長期保持溢流狀態。該方案簡單可靠，但發熱量大，控制精度不夠高，不能跟隨エ藝優化進行適時調整，不利于提高產品質量。有鑒于此，本發明g在探索一種碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統及控制方法，該恒定壓カ油路系統不僅能夠精確控制液壓缸輸出的接觸壓力，而且還具有壓カ穩定和快速響應的優點；該恒定壓カ控制方法能夠根據預設的負載特性曲線實時調整油路系統保持恒定的輸出壓力，并在壓力出現變化的過程中做出調整油路系統重回負載特性曲線的恒定輸出或做出停機的應急處理。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提出一種碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系、統及控制方法，該恒定壓カ油路系統不僅能夠精確控制液壓缸輸出的接觸壓力，而且還具有壓カ穩定和快速響應的優點；該恒定壓カ控制方法能夠根據預設的負載特性曲線實時調整油路系統保持恒定的輸出壓力，并在壓力出現變化的過程中做出調整油路系統重回負載特性曲線的恒定輸出或做出緊急停機的應急處理。要實現上述技術目的，本發明首先提出了一種碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，包括油泵、三位換向閥、液壓缸和比例減壓閥；所述三位換向閥的一個出油端通過液控單向閥和節流閥與液壓缸后腔相連，另ー個出油端通過節流閥與液壓缸前腔相連，三位換向閥的一個進油端與油泵相連，另ー個進油端與 比例減壓閥的回油ロ相連；所述比例減壓閥的一端與液壓缸后腔相連，另一端通過換向閥與油泵相連；所述比例減壓閥和ニ位換向閥之間設有蓄能旁路，所述蓄能旁路上設有蓄能器、壓カ繼電器和安全閥，所述安全閥與回油槽相通。進ー步，還包括并聯設置在油泵輸出管路上的卸荷閥；
進ー步，還包括分別用于測量液壓缸后腔壓カ和液壓缸活塞位移的壓カ傳感器和位移傳感器；
進ー步，所述油泵的輸出管路上設有單向閥。本發明還提出了一種碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ控制方法，包括如下步驟
1)將液壓缸的負載特性曲線輸入控制系統內；
2)啟動油泵，通過三位換向閥向液壓缸注入液壓油，在液壓缸達到特性曲線的初始恒定壓カエ況后，通過三位換向閥切斷液壓缸與油泵之間的油路通道；操作二位換向閥，使蓄能旁路與油泵接通，油泵向蓄能器注入液壓油，蓄能器蓄能完成后，操作二位換向閥切斷蓄能旁路與油泵的油路通道；
3)控制系統根據壓カ傳感器和位移傳感器的數據反饋與預設的負載特性曲線進行比較，井根據對比結果調整如上所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統的工況
a.液壓缸后腔的壓カ以及液壓缸活塞的位移落在負載特性曲線上，控制系統根據負載特性曲線運行趨勢，預先調整比例減壓閥的輸出壓力，使液壓缸エ況按當前的運行趨勢預先向負載特性曲線靠近，實現液壓缸沿著負載特性曲線的エ況運行；
b.液壓缸后腔的壓カ以及液壓缸活塞的位移偏離負載特性曲線，且液壓缸后腔的壓力偏離負載特性曲線エ況的壓カ差ΛP小于等于所述恒定壓カ油路系統自適應壓カ調整范圍吋，比例減壓閥調整輸出壓力，使液壓缸エ況回到負載特性曲線上；
c.液壓缸后腔的壓カ以及液壓缸活塞的位移偏離負載特性曲線，且液壓缸后腔的壓力偏離負載特性曲線エ況的壓カ差ΛP大于所述恒定壓カ油路系統自適應壓カ調整范圍時，控制系統控制比例減壓閥的輸出壓力，使液壓缸回到負載特性曲線上；
d.液壓缸后腔的壓カ以及液壓缸活塞的位移偏離負載特性曲線，液壓缸后腔的壓カ偏離負載特性曲線エ況的壓カ差Λ P超出了控制系統壓カ調整的范圍時，控制系統控制液壓系統供緊急停機。進ー步，所述第2)步驟中，蓄能器蓄能完成并與油泵切斷后，通過卸荷閥對油泵卸荷；
進ー步，所述控制系統包括控制器和比例閥放大器，所述控制器與壓カ傳感器和位移傳感器電連接，所述比例閥放大器與比例減壓閥電連接。本發明的有益效果為
本發明的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，通過設置蓄能旁路，在工作過程初始階段，油泵為液壓缸提供工作所需的壓力油，并向蓄能器注入壓カ油；然后切斷油泵與液壓缸之間的油路通道，利用蓄能器為液壓缸提供壓カ油，通過調節比例減壓閥的輸出壓カ能夠使液壓缸輸出恒定的壓力，并且保證壓カ穩定、響應快速；
通過設置蓄能旁路，在給蓄能器充油達到設定壓力后，可以通過蓄能旁路為系統提供壓カ油源，而讓油泵在每個工作周期內有相當多的時間處于卸荷狀態，從而減少發熱，節約能源，為提聞壓カ控制精度創造了有利條件；
通過采用比例減壓閥進行恒定壓カ的精確控制，相比傳統溢流閥的壓カ控制，不僅提 高了控制精度，而且可以根據エ藝需要實時調整施加的壓力，在蓄能器參與工作后，更是極大地改善了液壓系統的工作性能，使液壓系統工作平穩并且反應快速，完全能滿足調節和穩定輸出壓カ的要求，不僅能提高產品質量，而且能夠控制設備的制造成本。本發明的碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ控制方法，通過預設的負載特性曲線，能夠根據壓カ傳感器和位移傳感器的數據反饋精確控制液壓缸輸出的壓力，但是，由于液壓缸在工作過程中，可能出現エ況偏離負載特性曲線的情況，本發明的恒定壓力控制方法通過對比例減壓閥的控制，能夠使液壓缸運行エ況回到負載特性曲線上，當出現意外情況時，還可控制系統停止工作，保護系統。
圖I為本發明碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統實施例的液壓系統示意 圖2為本發明碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ控制方法的控制原理 圖3為本發明碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ控制方法的控制流程圖。附圖標記說明
I-油泵；2_三位換向閥；3_液壓缸；3a-前腔；3b-后腔；4_比例減壓閥；5_液控單向閥；6_節流閥；7_節流閥；9_單向閥；10_ 二位換向閥；11_蓄能器；12_壓カ繼電器；13_安全閥；14_卸荷閥；15_壓カ傳感器；16_位移傳感器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。如圖I所示，為本發明碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統實施例的液壓系統示意圖。本實施例的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，包括油泵I、三位換向閥2、液壓缸3和比例減壓閥4。三位換向閥2的一個出油端通過液控單向閥5和節流閥6與液壓缸3后腔3a相連，另ー個出油端通過節流閥7與液壓缸3前腔3b相連，三位換向閥2的一個進油端與油泵I相連，另ー個進油端與比例減壓閥4的回油ロ相連。如圖I所示，本實施例的三位換向閥2的出油端A通過液控單向閥5和節流閥6與液壓缸3后腔3a相連，出油端B通過節流閥7與液壓缸3前腔3b相連，進油端P與油泵I相連，進油端T與比例減壓閥4的回油ロ相連。優選的，油泵I的輸出管路上設有單向閥9，防止壓カ油回流。比例減壓閥4的一端與液壓缸3后腔3a相連，另一端通過二位換向閥10與油泵I相連。比例減壓閥4和二位換向閥10之間設有蓄能旁路，蓄能旁路上設有蓄能器11、壓カ繼電器12和安全閥13，安全閥13與回油槽相通。本實施例的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，通過設置蓄能旁路，在工作過程初始階段，油泵I為液壓缸3提供工作所需的壓力油，并向蓄能器11注入壓カ油；然后切斷油泵I與液壓缸3之間的油路通道，利用蓄能器11為液壓缸3提供壓カ油，并通過調節比例減壓閥4的輸出壓力能夠使液壓缸3輸出恒定的壓力，并且保證壓カ穩定、響應快速。通過設置蓄能旁路，在給蓄能器11充油達到設定壓力后，可以通過蓄能旁路為系統提供壓カ油源，而讓油泵I在每個工作周期內有相當多的時間處于卸荷狀態，從而減少發熱，節約能源，為提高壓カ控制精度創造了有利條件。
通過采用比例減壓閥4進行恒定壓カ的精確控制，相比傳統溢流閥的壓カ控制，不僅提高了控制精度，而且可以根據エ藝需要實時調整施加的壓力，在蓄能器參與工作后，更是極大地改善了液壓系統的工作性能，使液壓系統工作平穩并且反應快速，完全能滿足調節和穩定輸出壓カ的要求，不僅能提高產品質量，而且能夠控制設備的制造成本。優選的，本實施例的碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ油路系統還包括并聯設置在油泵I輸出管路上的卸荷閥14，通過設置卸荷閥14，能夠方便油泵I卸荷，節約能源。優選的，本實施例的碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ油路系統還包括分別用于測量液壓缸3后腔壓カ和液壓缸活塞位移的壓カ傳感器15和位移傳感器16。通過壓カ傳感器15和位移傳感器16測量液壓缸后腔壓カ和液壓缸活塞位移，能夠精確監控液壓缸3的エ況，便于控制。下面結合上述實施例的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統對本發明的碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ控制方法進行詳細說明。本實施例的碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ控制方法，包括如下步驟
I)將液壓缸3的負載特性曲線輸入控制系統內。負載特性曲線根據使用環境不同而不同。對于碳素制品石墨化的正常公開中，由于碳素制品在石墨化過程中存在一定的膨脹和收縮，相應的會驅動液壓缸的活塞移動，改變液壓缸3活塞的位移和液壓缸3前腔和后腔的壓カ，為了保證液壓缸3的輸出壓力恒定，需要調整液壓缸3后腔3a的壓カ，進而改變液壓缸3活塞的位移，即可因此，負載特性曲線即為液壓油缸的后腔3a壓カ與液壓缸3活塞位移的工作特性曲線，獲取液壓缸3的特性曲線須根據油路系統的工作環境的不同而不同，本實施例的液壓缸3工作特性曲線由碳素制品石墨化過程的熱脹冷縮特性推導得出。優選的，本實施例的控制系統包括控制器和比例閥放大器，控制器與壓カ傳感器15和位移傳感器16電連接，比例閥放大器與比例減壓閥4電連接，通過，比例閥放大器能夠精確地控制比例減壓閥4的電信號，進而控制比例減壓閥4的輸出壓力。2)啟動油泵1，通過三位換向閥2向液壓缸3注入液壓油，在液壓缸3達到特性曲線的初始恒定壓カエ況后，通過三位換向閥2切斷液壓缸3與油泵I之間的油路通道；操作二位換向閥10，使蓄能旁路與油泵I接通，油泵I向蓄能器11注入液壓油，蓄能器11蓄能完成后，操作換向閥10切斷蓄能旁路與油泵I之間的油路通道。優選的，蓄能器11蓄能完成并與油泵I切斷后，通過卸荷閥14對油泵I卸荷，讓油泵I在每個工作周期內有相當多的時間處于卸荷狀態，從而減少發熱，節約能源，為提高壓カ控制精度創造了有利條件。
3)控制系統根據壓カ傳感器15和位移傳感器16的數據反饋與預設的負載特性曲線進行比較，井根據對比結果調整上述實施例所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統的エ況，具體如下
a.液壓缸3后腔3a的壓カ以及液壓缸3活塞的位移落在負載特性曲線上，控制系統根據負載特性曲線運行趨勢，預先調整比例減壓閥4的輸出壓力，使液壓缸3エ況按當前的運行趨勢預先向負載特性曲線靠近，實現液壓缸沿著負載特性曲線的エ況運行，具有壓カ穩定和快速響應的優點；
b.液壓缸后腔3a的壓カ以及液壓缸3活塞的位移偏離負載特性曲線，且液壓缸3后腔的壓カ偏離負載特性曲線エ況的壓カ差Λ P小于等于恒定壓力油路系統自適應壓カ調 整范圍吋，即壓カ變化小，比例減壓閥4調整輸出壓力，使液壓缸3エ況回到負載特性曲線上，即當Λ P小于等于比例減壓閥4自適應壓カ調整范圍時，通過比例減壓閥4自身即可將液壓缸3的エ況調整到負載特性曲線上，維持液壓缸3輸出壓力的恒定；
c.液壓缸后腔3a的壓カ以及液壓缸3活塞的位移偏離負載特性曲線，且液壓缸后腔3a的壓カ偏離負載特性曲線エ況的壓カ差Λ P大于恒定壓カ油路系統自適應壓カ調整范圍時，即壓力變化大，控制系統參與控制，通過控制系統控制比例減壓閥4的輸出壓力，使液壓缸回到負載特性曲線上；
d.液壓缸后腔3a的壓カ以及液壓缸3活塞的位移偏離負載特性曲線，液壓缸后腔的壓カ偏離負載特性曲線エ況的壓カ差ΛP超出了控制系統壓カ調整的范圍時，即壓カ陡變，控制系統控制液壓系統供緊急停機。本實施例的碳素制品石墨化過程中的恒定壓カ控制方法，通過預設的負載特性曲線，能夠根據壓カ傳感器15和位移傳感器16的數據反饋精確控制液壓缸3輸出恒定的壓力，但是，由于液壓缸3在工作過程中，可能出現エ況偏離負載特性曲線的情況，本實施例的恒定壓カ控制方法通過對比例減壓閥4的控制，能夠使液壓缸3エ況回到負載特性曲線上，當出現意外情況時，還可控制系統停止工作，保護系統。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗g和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，其特征在于包括油泵、三位換向閥、液壓缸和比例減壓閥；所述三位換向閥的一個出油端通過液控單向閥和節流閥與液壓缸后腔相連，另一個出油端通過節流閥與液壓缸前腔相連，三位換向閥的一個進油端與油泵相連，另一個進油端與比例減壓閥的回油口相連；所述比例減壓閥的一端與液壓缸后腔相連，另一端通過二位換向閥與油泵相連；所述比例減壓閥和二位換向閥之間設有蓄能旁路，所述蓄能旁路上設有蓄能器、壓力繼電器和安全閥，所述安全閥與回油槽相通。
2.根據權利要求I所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，其特征在于還包括并聯設置在油泵輸出管路上的卸荷閥。
3.根據權利要求2所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，其特征在于還包括分別用于測量液壓缸后腔壓力和液壓缸活塞位移的壓力傳感器和位移傳感器。
4.根據權利要求3所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統，其特征在于所述油泵的輸出管路上設有單向閥。
5.一種碳素制品石墨化過程中的恒定壓力控制方法，其特征在于包括如下步驟 1)將液壓缸的負載特性曲線輸入控制系統內； 2)啟動油泵，通過三位換向閥向液壓缸注入液壓油，在液壓缸內油壓力達到特性曲線的初始恒定壓力后，通過三位換向閥切斷液壓缸與油泵間的油路通道；操作二位換向閥，使蓄能旁路與油泵接通，油泵向蓄能器注入液壓油，蓄能器蓄能完成后，操作換向閥切斷蓄能旁路與油泵之間的油路通道； 3)控制系統根據壓力傳感器和位移傳感器的數據反饋與預設的負載特性曲線進行比較，并根據對比結果調整如權利要求3所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統的工況 a.液壓缸后腔的壓力以及液壓缸活塞的位移落在負載特性曲線上，控制系統根據負載特性曲線運行趨勢，預先調整比例減壓閥的輸出壓力，使液壓缸工況按當前的運行趨勢預先向負載特性曲線靠近，實現液壓缸沿著負載特性曲線的工況運行； b.液壓缸后腔的壓力以及液壓缸活塞的位移偏離負載特性曲線，且液壓缸后腔的壓力偏離負載特性曲線工況的壓力差ΛP小于等于所述恒定壓力油路系統自適應壓力調整范圍時，比例減壓閥調整輸出壓力，使液壓缸工況回到負載特性曲線上； c.液壓缸后腔的壓力以及液壓缸活塞的位移偏離負載特性曲線，且液壓缸后腔的壓力偏離負載特性曲線工況的壓力差ΛP大于所述恒定壓力油路系統自適應壓力調整范圍時，控制系統控制比例減壓閥的輸出壓力，使液壓缸回到負載特性曲線上； d.液壓缸后腔的壓力以及液壓缸活塞的位移偏離負載特性曲線，液壓缸后腔的壓力偏離負載特性曲線工況的壓力差Λ P超出了控制系統壓力調整的范圍時，控制系統控制液壓系統供緊急停機。
6.根據權利要求5所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力控制方法，其特征在于所述第2)步驟中，蓄能器蓄能完成并與油泵切斷后，通過卸荷閥使油泵卸荷。
7.根據權利要求5所述的碳素制品石墨化過程中的恒定壓力控制方法，其特征在于所述控制系統包括控制器和比例閥放大器，所述控制器與壓力傳感器和位移傳感器電連接，所述比例閥放大器與比例減壓閥電連接。
全文摘要
一種碳素制品石墨化過程中的恒定壓力油路系統及其恒定壓力控制方法，包括如下步驟1)將液壓缸的負載特性曲線輸入控制系統內；2)啟動油泵，通過三位換向閥和二位換向閥分別向液壓缸和蓄能器注入液壓油；3)控制系統根據壓力傳感器和位移傳感器的數據反饋與預設負載特性曲線進行比較a.落在負載特性曲線上；b.△P小于等于恒定壓力油路系統自適應壓力調整范圍時，比例減壓閥調整輸出壓力；c.△P大于所述恒定壓力油路系統自適應壓力調整范圍時，控制系統控制比例減壓閥的輸出壓力；d.△P超出了控制系統壓力調整的范圍時，控制系統控制液壓系統供緊急停機。通過恒定壓力油路系統與上述恒定壓力控制方法，能夠精確控制液壓缸輸出的接觸壓力。
文檔編號F15B11/02GK102674338SQ20121018776
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者唐榮聯, 汪華平, 陳曉渝 申請人:機械工業第三設計研究院