專利名稱：采用伺服控制液壓活塞的伺服控制整體制動的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用第一(工作)和第二(制動)伺服控制水壓活塞的裝置及其中所使用的方法，其中第二活塞作為第一活塞的受控機械制動。有利的是，該裝置可控制在非常短的時間和非常短的距離內制動以相對高的速度移動的第一活塞，同時有利的是，在該裝置中誘生非常小的彈性應變。
背景技術：
金屬材料作為許多不同的產品中的必要部件起到不可缺少的作用。這些材料通常被制成大的鑄塊并通過如滾軋、鍛造或模壓變形成為后續(xù)的機械加工或成形中易于使用的和常規(guī)的薄片、金屬板、盤條或線材形式。這些變形通?；谥貜驮黾佣l(fā)生，比如通過多機架滾軋機(multi-stand rolling mill)，其中材料重復通過連續(xù)的軋輥對。每通過一次就進一步擠壓，即變形，材料成為更薄的料。典型地，每對軋輥與下一對間隔相等但具有比下一對更小的輥間間隔(“輥距”)。因此，隨著該材料變得更薄，它將更快地通過連續(xù)的軋輥對并縮短每次擠壓之間的時間。模壓、鍛造和壓彎成形操作也通常涉及逐漸增加的變形直到材料達到適當?shù)某叽纭?br> 在生產條件下，小的增量變形通常以較高的速率產生。然而，正確地配置軋機、鍛壓機或壓彎成形機以適當?shù)刈冃紊a原料并賦予該材料所需要的應變及其它物理的/冶金學的特性可能是繁重的、耗時且代價高昂的過程，特別是由于這種機器在生產應用中需要長時間來適當調整其操作參數(shù)。結果，為了避免高成本的停工期，熱力學材料測試系統(tǒng)被用來在相對小的金屬樣本上模擬滾軋、模壓，壓彎成形和鍛造過程。所得到的模擬數(shù)據(jù)用于適當?shù)卦O置生產設備的各種操作參數(shù)，并如此縮短非生產的停工期。這種模擬器的例子包括目前的受讓人(“Gleeble”和“Hydrawedge”是DSI的專用注冊商標)紐約，Poestenkill動態(tài)系統(tǒng)公司(DSI)制造的“Gleeble”和“Hydrawedge”系統(tǒng)。
使金屬材料變形的系統(tǒng)，特別包括材料測試系統(tǒng)，通常利用由伺服控制的液壓系統(tǒng)所產生的活塞/砧組合的線性運動，特別是以較高的速度加速和制動活塞的。這種運動對于以希望的應變率和經過盡可能多的得到的變形賦予如被置于兩砧之間的材料所需的變形量是必要的。在這此情況中，運動速度達到10米每秒的線性活塞系統(tǒng)被經常使用，以每秒1或2米的速度移動的線性活塞系統(tǒng)是很常見的。
特別是，在這樣的測試系統(tǒng)中，根本的問題在于以如此高的速度運行的活塞通常必須以基本上立即停止的方式被制動，其間即使在很短的距離上其速度也不降低，否則給予該樣本的應變率將在活塞的制動距離上降低。另外，這些系統(tǒng)通常還利用一種或另一種機械裝置來制動活塞，在活塞被制動時，一些應變被不利地引入到系統(tǒng)的各種結構組件。通過有效地擠壓系統(tǒng)的框架所增加的應變，傾向于輕微地延長制動距離從而對測試樣本的最終變形產生不利影響。
高速變形正變得更為重要的另一領域是金屬薄板加工。其中，降低生產成本的需要要求用于使金屬材料變形，即，彎曲金屬薄片，的彎板機以愈加高速進行操作。傳統(tǒng)的彎板機具有一套控制材料并使其成形或彎曲的異形模。這些壓模被安裝在相當大、重的梁結構中。通常，一個梁固定安裝，而另一個則以線性滑動方式安裝。傳統(tǒng)的制動裝置依靠通過大的飛輪和安裝在一個梁與飛輪之間的合適的連接臂/樞桿為這種線性滑動方式產生線性運動。相對現(xiàn)代的壓彎成形機利用液壓伺服控制活塞/油缸系統(tǒng)控制壓模/梁運動。材料可被彎曲的精確取決于壓模在其沖程(行程)的底部可以多快被制動。隨著壓模的速度增加，其制動距離變得愈加不定。在這種情況下，沖程通常必須不利地以降低的速度進行從而一致地在精確的位置制動壓模。另外，被變形的金屬通常提供變化的負載給壓模。這些變化的負載導致控制系統(tǒng)進行補償盡管壓模被制動在所希望的位置，而通常又必要降低的速度用于得到隨后被處理的塊的精確的彎曲。如此降低的速度不利地減小了物料通過量。因此，為了以較高的速度一致地使材料變形并增加物料通過量，沖程必須在其整個沖程長度中的速度和其制動距離兩個方面進行精確控制。
在這種情形下，如果是在材料被高速變形的材料測試系統(tǒng)或生產設備中，通常采用機械制動以使高速的砧、錘或壓模停止在精確的位置。遺憾地是，每次所需的行程的量發(fā)生變化，這種機械制動的位置也必須改變。
因此，為了提供始終一致的結果，需要即使在非常高的速度下在準確的位置使得如砧、錘或壓模停止運動的裝置。這樣的制動應該在該裝置中產生非常小，如果有的話，的應變以使得制動位置保持相同而不管隨后被變形的負載的變化。這需要高速沖程的末端必須被精確地控制及可方便和快速地進行改變。
美國專利5,092,179(在1992年3月3日授權給H.S Ferguson)描述了一種這樣的熱力學的材料測試系統(tǒng)。如其圖5所示，活塞509以及軸540和545的沖程通過制動盤543停止。被變形的樣本材料570的位置被液壓油缸590、活塞592、楔組件585/582、軸575、負載單元574，盤568、砧座565以及砧560’推進。每次樣本570被楔組件向左推進，砧560縮回，然后再快速推進到右側，從而使樣本570變形直到制動盤543撞擊橫的制動器(cross-stop)550。該系統(tǒng)固有的缺陷是在每次撞擊過程中，在樣本的右側(負載單元側)支撐負載的整個楔組件彈性地發(fā)生一定量的應變。這種彈性應變使得砧560沿變形的方向移動，從而在每次變形之后減小樣本變形的量并慢慢損害到樣本的最終厚度。一旦系統(tǒng)被用于以特定的溫度使特殊材料變形，控制該系統(tǒng)的計算機控制的變形工藝流程(變形程序)可被改變以適應由彈性應變產生的變形的預期損耗(增加的材料厚度)。然而，這樣做是一種被動的修正且決不可能精確。對于涉及3次或更多次撞擊材料的復合變形，適當?shù)匦薷某绦驅⒆兊煤苜M時且確定起來很麻煩。另外，隨著撞擊次數(shù)的增加，每次撞擊變得更不精確。因此，很需要用于熱力學測試系統(tǒng)的制動機械裝置，在每次撞擊時對該系統(tǒng)本身的結構組件產生非常小的，如果有的話，應變。
因而，在伺服控制的液壓系統(tǒng)的制動機構的技術中仍存在這種需要，如用于材料測試系統(tǒng)中，其中活塞可以從高速被制動在精確的位置而不會行進過頭且在正好達到停止時速度沒有實質的減小。不管活塞的速度如何，該系統(tǒng)能夠反復地撞擊而每次停止在預定的位置。這種制動系統(tǒng)應該產生非常小的，如果有的話，應變。
另一個需要這種制動裝置的依據(jù)可從下面得出。現(xiàn)代的高速伺服閥可從其最大開口的80％，通常在0.003秒內關閉。若該閥控制的活塞以每秒1米的速度移動，這在生產設備和材料測試系統(tǒng)中是經常發(fā)生的，那么活塞將在制動期間行進大約1.5mm。這個距離在需要將該距離控制在0.005mm以內的測試系統(tǒng)和高速彎板機中是明顯不能被接受的?，F(xiàn)有制動裝置的聯(lián)動部件、軸以及楔在預期的負載時可能具有0.3mm或0.4mm的應變。盡管這些減小的應變顯著優(yōu)于完全未采用制動裝置的結果，但在裝置本身中產生更小的應變的制動機械裝置仍然是需要的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的優(yōu)點在于克服了現(xiàn)有技術中與高速使用伺服控制液壓系統(tǒng)相關的缺陷，其中需要以制動機械裝置中相當小的，如果有的話，應變實現(xiàn)非常快速的制動。通過本發(fā)明，第一高速(工作)活塞被與該工作活塞同軸的第二(制動)活塞形成的可調機械制動停止。
有利的是，本發(fā)明允許工作活塞的停止位置被快速地改變。另外，該發(fā)明通過其制動特性和在制動機械裝置中產生的最小的應變，允許該伺服系統(tǒng)每次以接近于理想的制動位置反復和快速地驅動工作活塞多次而不管該活塞的速度快慢。高速制動發(fā)生在極短的制動距離上并且基本上是即時的。
根據(jù)本發(fā)明的教導，所述工作和制動活塞受分離的伺服控制液壓系統(tǒng)控制且都被同軸設置在公用的工作活塞軸上，這些活塞在該軸上縱向分隔開。兩個活塞在分離的相應活塞油缸內受控地移動。所述制動活塞在活塞軸上滑動，該軸通過制動活塞的縱向中心孔延伸。為了停止工作活塞的進一步移動，制動活塞通過互補表面與在軸上徑向地延伸的圓形的制動部件，如從該軸向外延伸并與該軸同心的凸肩，對接嚙合。優(yōu)選地及為了提供確定的制動動作，所述制動活塞被設計為一定尺寸并以充分的水壓操作以提供比工作活塞更大的力。例如，工作活塞可提供最大40噸的力而制動活塞可提供最大80噸或更大的力。
在操作過程中，所述制動活塞通過對伺服控制水壓系統(tǒng)的適當?shù)挠嬎銠C控制，按程序移動到需要的工作活塞的制動位置。工作活塞收回(在制動活塞移動之前、同時或之后)并且，一旦該制動活塞被適當?shù)囟ㄎ?，則工作活塞高速伸出。只要活塞軸上的制動部件的表面對接嚙合位于制動活塞上側的互補表面，工作活塞停止伸出。為了改變制動位置，該制動活塞再次通過對伺服控制的液壓系統(tǒng)進行適當控制而簡單地移動，對于多重撞擊，重復該步驟。
制動機械裝置僅包括制動活塞和用于定位該活塞的液壓油。在負載變化時不需改變制動連接部件、楔、軸或其它機械部件的尺寸。因此，制動裝置中所產生的應變顯著地減小。
根據(jù)本發(fā)明的特性，兩個制動部件(即，上和下制動部件)可被定位在活塞軸上，使相應的制動部件位于制動活塞兩側中的一側。以這種方式，互補表面在該活塞的上表面和下表面上形成，該制動活塞可在向上或向下(收回和伸出)的方向，而不僅是向下的方向上制動工作活塞的運動。


通過下面結合附圖進行的詳細描述可以很容易地理解本發(fā)明的原理，其中圖1示出了分別表示在較低和較高速行進過程中活塞路徑的典型曲線101和105，比如在彎板機或熱力學材料測試系統(tǒng)中發(fā)生的，在活塞行程的終端時，如圖所示，行進速度降低以獲得正確的行進距離和制動位置；圖2示出了對應于圖1所示曲線101的曲線201，但具有明顯提高的行進速度并適當減小的制動距離，兩者都可通過使用本發(fā)明的機械制動實現(xiàn)；圖3所示為本發(fā)明的第一實施例300的剖視圖，顯示工作活塞301在向下方向(伸出)的制動運動；以及圖4所示為本發(fā)明的第二實施例400的剖視圖，顯示工作活塞401在向上和向下兩個方向(伸出和收回)的制動運動。
具體實施例方式
在仔細閱讀下面的描述后，本領域的技術人員可清楚地理解本發(fā)明的主要技術可易于與基于液壓活塞高速運動的各種應用中的任何一種結合利用，這樣一種活塞須穩(wěn)定可靠地、始終如一且精確地在最小的距離內制動而在制動裝置不需引起過度的應變(并且，通過它，在例如，與其互連的機械裝置的結構組件中產生應變)。這些應用例如包括高速彎板機和模擬如，滾軋機、模壓機和錘鍛機的熱力學材料測試系統(tǒng)。
圖1示出了在彎板機或熱力學材料測試系統(tǒng)中典型產生的，分別表示在相對低和高速的行進過程中活塞(未專門示出)路徑的典型曲線101和105。
如圖所示，曲線101表示伺服控制的液壓活塞的相對較慢的行進路徑(mm)隨時間(ms)變化的曲線。彎曲的部分102和103分別由于啟動活塞運動和制動活塞所需要的時間間隔而產生。伺服系統(tǒng)的啟動和制動時間取決于液壓伺服閥的響應、系統(tǒng)的慣性和包含在系統(tǒng)中的伺服回路的常規(guī)PID(比例的，積分的和微分的)設置的調整。該PID設置通常須隨著活塞的最大速度提高而進行調整。
虛線104和104a表示該活塞的制動位置預期的可能初始位置偏差。具體地說，虛線104表示該活塞的可能的位置不足量(under-shoot)，而虛線104a表示該活塞的可能的位置過沖量(over-shoot)。明顯地，只要該活塞實際修正其位置到所希望的值，位置不足對變形處理具有很小的影響?；钊_到所希望的準確位置的精度度取決于PID項的P(比例的或系統(tǒng)增益)設置。通常，隨著P項的值的增加，活塞的最終位置更靠近所希望的值。然而，隨著P值的增加，伺服系統(tǒng)擺動的可能性也增加。結果，P項的最終設定通常是一折衷。如此一方面，在相對低速的行進過程中，活塞的最終位置在其程序化的行程結束時可非?？拷Ｍ闹?。另一方面，在相對高速的行進過程中，活塞的最終位置可能非?？拷渥詈蟪绦蛟O定值，但很少，若有，精確等于該值。在這方面，在高速行進時，活塞需要較短的時間和距離達到所希望的位置，但是，由于液壓伺服系統(tǒng)的機械延遲以及其它的機械響應特性，通?；钊麑⒊鱿Ｍ淖詈笪恢?如虛線104a所示)。
曲線105表示隨時間變化的伺服控制活塞的相對高速行進路徑。位置不足量106和位置過沖量106a大于曲線所示的較低速度行進路徑，并且位置過沖可能包括一些擺動(也未示出，但是公知的)。若該活塞用于移動撞錘或砧，以壓縮變形樣本，如在熱力學材料測試系統(tǒng)中的情況，則位置過沖將使得樣本發(fā)生不希望的變形并在樣本中產生過度的應變。如果活塞移動，如，錘壓彎成形機上的壓模，則在彎折金屬薄片過程中，過沖將使金屬過度彎曲。
圖2示出了曲線201，對應于圖1中所示曲線101，但具有明顯提高的行進速度和適當減小的制動距離，兩者都可通過利用本發(fā)明的機械制動獲得。
在此，圖2表示活塞的隨時間(ms)變化的相對高速的行進路徑201(mm)以及快速制動的位置202，其中根據(jù)本發(fā)明的教導，高速(第一)活塞撞擊由第二(制動)活塞實現(xiàn)的機械制動器。在達到位置202之后不需要第一活塞的伺服控制，這是因為第二活塞防止第一活塞繼續(xù)行進?？刂频谝换钊苿拥乃欧到y(tǒng)的PID設置重要性小得多，因為一旦該活塞撞擊第二活塞，伺服系統(tǒng)不再控制該活塞。第二活塞克服，并且實際上，立即停止第一活塞的繼續(xù)移動，因為第二活塞提供了比第一活塞大得多的力。
通過有效提供即時的而突然的制動(線202所示)，本發(fā)明允許第一活塞有利地以比圖1中的曲線101向上傾斜的中間部分相應的速度明顯提高的行進速度(如曲線201的接近垂直的部分所示)運行。
圖3所示為本發(fā)明的第一實施例300，為清楚起見采用剖視圖，顯示工作活塞301的制動運動在向下方向(伸出)。
機箱340包含串聯(lián)配置的兩個液壓缸308和317。為簡單起見，盡管圖3和圖4所示的實施例的各機箱由數(shù)個結構塊構成，與所有適當?shù)姆饪谝黄鹩糜趯⑦@些塊固定在一起的緊固件(這對本領域技術人員是顯而易見的)為簡要起見在此特意省略。
第一(工作)活塞301在油缸308內按照箭頭330所指示的方向(伸出和收回)受控地雙向移動。這個活塞與從末端位置302延伸到末端位置303的活塞軸312形成一個整體。軸312由兩塊(未特別標明)易于裝配的組件構成。這兩塊是通過螺釘和螺絲組裝在一起(具體地說，用螺絲擰緊)使在接縫302a處具有一定位環(huán)(未示出)。從軸312，具體地從末端位置303引出的具有螺紋的螺旋延長部304延伸到適當?shù)?、常?guī)的線性位移傳感器(未示出)以測量活塞301的當前位置。該傳感器與伺服控制器和程序器(常規(guī)的，也未示出)相連接。由于伺服控制器和程序器都是常規(guī)的且在本領域中是公知的，因而在此不進行詳細描述。從傳感器來的位置信號作為位置反饋信號被送到伺服控制器，伺服控制器再控制伺服閥305。
閥305指引通過導管306和307由適當?shù)某Ｒ?guī)液壓泵(未示出)提供的加壓液流(液壓油)進入到油缸區(qū)域308a和308b中的一個并流出另一個。如圖所示在油缸308內，區(qū)域308a位于工作活塞301之上；而油缸區(qū)域308b位于工作活塞301之下。將接收液體的特定區(qū)域(以及相關地將失去液體的區(qū)域)，及因此液體通過導管流動的方向由伺服控制器根據(jù)工作活塞301是否將伸出(向上移動)或收回(向下移動)來確定。閥門的開啟確定液體流入一油缸區(qū)域和流出另一油缸區(qū)域的速率，并因此確定工作活塞301的移動速度。閥門保持開啟的時間與閥門開啟的大小結合確定活塞在油缸內的最終位置。油缸308在兩端用適當?shù)拿芊庋b置和軸承309和310予以密封(相同的密封裝置和軸承也被用于油缸317的遠端，未特別標明)?；钊?01具有適當?shù)拿芊庋b置311以使油缸區(qū)域308a和308b相互隔離。
第二(制動)活塞313具有縱向中心孔305，通過該孔該活塞被同軸安裝在活塞軸312上并按箭頭332所指方向沿活塞軸312受控地移動(具體地說，滑行)。該活塞在包括油缸區(qū)域317a和317b的油缸317中移動。如圖所示，區(qū)域317a和317b分別位于制動活塞313的上面和下面。軸承314以及密封裝置315和315a將油缸區(qū)域307a和307b相互分開。
油缸區(qū)域307a和307b通過導管319和318分別與伺服閥320相連接。伺服閥320還與適當?shù)囊簤罕靡约暗诙?制動位置)伺服控制器(未示出)相連接。和油缸單元308a和308b的情況一樣，將接收液體的特定區(qū)域317a或317b(以及相應地將失去液體的區(qū)域)，及因此液體通過導管流動的方向由制動位置伺服控制器根據(jù)制動活塞313是否伸出(向上移動)或收回(向下移動)來確定。閥門320的開啟確定液體流入一油缸區(qū)域以及流出另一油缸區(qū)域的速率和因此確定制動活塞313的移動速度。閥門保持開啟的時間與閥門開啟的大小結合確定活塞在油缸內的最終位置。
與制動活塞313相連接的桿件324本身通過帶螺紋的螺旋延長部325連接到提供表示制動活塞313當前位置的反饋信號的適當?shù)?第二)線性位移傳感器(未示出)。該位置信息輸入到第二(制動位置)伺服控制器/程序器以控制制動活塞313的當前位置。
用于壓縮工件的負載，如撞錘或砧，在末端302被連接到軸32上。制動活塞313不與任何外部工件連接而僅用于在預期的位置制動活塞軸312，因此不向如撞錘、砧或壓模等類似裝置產生輸出作用力。該制動活塞基本上是“漂浮”在油缸317中。
具有下支撐面322的圓形同軸、徑向擴展的部分(部件)321(這里形成凸肩)被剛性地、牢固地和整體地在軸312上形成作為制動部件。該部件有意地制成大的形狀以致于不能通過制動活塞313的中心孔350，因此只要部件321的凸肩322(在此為下支撐面)緊靠制動活塞313的上支撐面323，該部件必然停止。下支撐面322和上支撐面323形成為彼此互補的形式。制動活塞313的尺寸通常大于活塞301以克服并精確地限制工作活塞301和軸312的行進。例如，當油缸308和317同樣以液壓油加壓時，工作活塞301可產生最大40噸的力，而制動工作活塞301的行進的制動活塞313可產生最大80噸或更大的力。更適宜地，制動活塞313的可達到的力越大，制動將越強烈而因此工作活塞301的制動位置將更精確。另外，由于油的壓縮，支持制動活塞313的液壓油的量也對制動誤差有影響。因此，油的量應該最小化。但是從下面可看出，制動機械裝置可很容易地設定以補償該誤差。
由于活塞301和313的位置是各自獨立控制的，制動活塞313的位置可隨時改變。若工作活塞301收回(沿活塞313的遠端方向向上移動)，制動活塞313可獨立于工作活塞移動。若工作活塞301沿面322和323與制動活塞對接接觸，則向上移動制動活塞313也將以同樣的方式使工作活塞301移動相同的量。相反，當制動活塞此時處于當前的位置，試圖使工作活塞301向下移動是不可能的，因為大于工作活塞并相應地產生更大的力的制動活塞不可能被工作活塞壓倒。在正常操作中，在制動活塞被重新定位之前，工作活塞301收回離開制動活塞313。然后，工作活塞301被可擴展地驅動向下直到制動部件321直接撞上制動活塞313，且面322和323嚙合并相互緊靠，此時工作活塞301和軸312繼續(xù)向下移動實際上立即停止。
如圖所示，制動部件321的面(制動表面)322更適宜具有斜面作為其制動表面。該斜面增加與面(制動表面)323接觸的表面面積(超過與活塞軸312縱軸線垂直的表面)，面323具有相同的斜度以匹配面322的斜面。這些制動表面的實際的斜度，即傾斜角是預先確定的，但并不是關鍵的，在給定的沖擊力下，只要它足夠大以提供足夠的接觸面積從而在制動過程中充分減小產生的接觸壓到不會損傷任一表面而仍然起到有效的制動作用的水平。
如上所述，由于沒有活塞軸，制動活塞313沒有力輸出。制動活塞因而可認為是“漂浮”的，因為它只是在控制下在油缸區(qū)域317a和317b中移動，而不輸出任何力。通過螺紋325與線性位置傳感器(未示出)結合的桿件324僅用于提供相應的位置反饋信號并因此提供可測量制動活塞313當前位置的特性。
在操作中，伺服閥320被相應的伺服控制器以程序化方式控制以定位制動活塞313從而在精確的預期位置制動活塞軸312。然后在相應的伺服控制器控制下運轉的伺服閥305將按程序使工作活塞301和活塞桿312以所需的速度向下行進直到面322和323相互緊靠。若工作活塞301受控以較高速度，如每秒1米或以上的速度移動，面322和323上的沖擊力可能很大。
目前，已商用的高速伺服閥可以在3至6ms內操作(即，改變80％的位置，開啟或關閉)。若活塞軸312以每秒1米的速度行進，則僅在3毫秒內將行進3毫米。有些應用要求工作活塞，如工作活塞301，當以每秒1米或更快的速度行進時，在1毫米的一小段內停止(經常0.1mm或更短)。與在極短的距離內精確地制動以如此高速行進的活塞的要求相比，這種高速伺服閥的相對慢的操作顯示了對本發(fā)明的可調整的制動的需要。本發(fā)明的制動機械裝置可有利地滿足這個要求。而且，該制動的位置，即制動活塞313的位置，完全可利用相應的制動位置伺服控制器調整。利用適當?shù)母咚偎欧刂葡到y(tǒng)，調整可快速完成，以允許活塞301和313高速運轉，特別是在相對短的時間內工作活塞301的多重制動的收回-伸出循環(huán)(為了使在熱力學材料測試系統(tǒng)中通過連接到活塞軸312的末端302的，如撞錘或砧施加一系列快速撞擊給需變形的樣本)。
圖4所示為本發(fā)明的第二實施例400的剖視圖，顯示工作活塞401在向上和向下方向(收回和伸出)的制動動作。
為了便于理解，在圖3和圖4中采用極其相似的附圖標記標示相似(如果不是完全相同)的相應部件，僅第一位數(shù)字有所變化。如果所示的結構之間具有共同之處，只對其區(qū)別部分進行具體描述。為了實現(xiàn)雙向制動，在活塞軸412上設置兩個分離的制動部件部件421位于制動活塞413上方而部件426位于制動活塞413下方。兩部件分別形成為活塞軸412的徑向擴展部分，具有大于穿過制動活塞413的中心孔450的軸部分的半徑的足夠擴大的半徑，并具有斜面422和428。當工作活塞401向下或向上移動時，這些面分別與制動活塞413的具有互補形狀的傾斜的上表面423和下表面427對接嚙合。與軸312類似，軸412制成多個段，并且利用螺紋段適當?shù)財Q在一起。
因此，制動活塞413通過沿面422和423或面427和428的緊密接觸可制動工作活塞401和活塞軸412。這使得工作活塞401和軸412的高速制動發(fā)生在任一行進方向。
在高速制動期間，當工作活塞401的力被突然傳遞到制動活塞413時在油缸區(qū)域417a和417b(取決于力和工作活塞401行進的方向)中液壓油將發(fā)生一些壓縮。
在圖3和圖4中所示的實施例300和400，在已知力的條件下，液壓油被壓縮的量以及產生的引入到負載的系統(tǒng)的各部件的應變可通過在與工作活塞301或401行進方向相反的方向上分別程序設置補償量到制動活塞313或413的位置得到修正，以彌補或消除這種影響。
盡管本發(fā)明以利用單個制動活塞雙向制動工作活塞的方式進行描述，本發(fā)明的制動機械裝置不限于此。在這一點上，兩個可分別控制的上和下制動活塞(各在其自己的油缸內移動)并再串聯(lián)排列(且各具有各自的位置反饋傳感器)可代替圖4中所示的單制動活塞413(以及其油缸417)。在此，上制動部件可位于上制動活塞的上方，即向外(類似于分別在圖3或圖4中所示的制動部件321或421相對于制動活塞313或413的位置)，而下制動部件位于下制動活塞的下方(也向外)(類似于圖4中所示的制動部件426相對于制動活塞413的位置)。兩個制動活塞位于工作活塞的同一活塞軸并可沿該活塞軸移動。如此設置允許兩個工作活塞收回和伸出的制動被相互分開設置。或者，該制動部件可被適當?shù)囟ㄎ辉诨钊S上兩制動活塞的內側(夾入其間)，而不是向外。根據(jù)具體的應用，不同于所示的和所描述的制動和工作活塞的油缸的其它方向，比如不鄰接的，也可使用。
另外，對于如圖3所示的實施例，為了僅在其向上(收回)時使工作活塞停止移動，單制動部件可定位在活塞軸上制動活塞的下方，而不是上方。
再者，盡管為簡便起見，所述兩實施例采用工作和制動活塞，共同的軸不是必須的。可用其它設置，實際上從工作活塞向制動活塞延伸的軸可不同于從工作活塞向上延伸的軸。另外，從工作活塞向制動活塞延伸的軸不須是通過制動活塞的中心孔的單軸，而可以是由一個或多個軸形成，這些軸每個通過制動活塞的不同的孔，只要這些軸中的一個或多個具有適當?shù)闹苿硬考O置在其上。
雖然在此對包括本發(fā)明的教導的各種優(yōu)選實施例分別示出并進行了詳細描述，本領域的技術人員很容易作出其它許多包括本發(fā)明的教導的不同的實施例。
權利要求
1.提供停止第一液壓活塞(301；401)的繼續(xù)移動的受控機械制動的裝置(300；400)，該裝置包括可在第一活塞油缸(308；408)中受控地移動的第一液壓活塞，該第一液壓活塞具有連接到第一活塞并由此向外伸展的活塞軸(312；412)；可在第二活塞油缸(307；407)中受控地定位在所需制動位置的第二液壓活塞(313；413)，所述第二油缸與第一活塞油缸分隔而所述第二活塞產生比第一活塞更大的力；縱向伸展穿過第二活塞的孔(350；450)的軸以使得該軸可穿過第二活塞平滑移動；以及位于所述軸上的制動部件(321；421)以使得在第一活塞和該軸沿預定方向移動的過程中，制動部件與在制動位置的第二活塞對接嚙合，如此第二活塞將克服并停止軸和第一活塞沿預定方向的繼續(xù)移動。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述第一活塞給予位于該軸末端(302；402)的器件輸出作用力。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述軸是第一和第二活塞公用的并延伸穿過第二活塞的縱向中心孔。
4.如權利要求3所述的裝置，其中第一和第二活塞同軸設置在軸上并相互分隔開。
5.如權利要求4所述的裝置，其中第一油缸和第二油缸串聯(lián)設置在軸上，第一油缸在第二油缸上方，而制動部件位于第一和第二活塞之間或第二活塞下方的軸上。
6.如權利要求5所述的裝置，其中制動部件具有帶有預定取向的第一制動表面(323；423，427)，且第二活塞包含具有與第一制動表面的預定取向互補的取向的第二制動表面(322；422，428)，其中第一和第二制動表面在制動位置相互對接嚙合。
7.如權利要求6所述的裝置，其中第一和第二制動表面各自以預定的斜度相對于軸的縱向軸線傾斜。
8.如權利要求7所述的裝置，其中所述器件為錘、砧或壓模。
9.如權利要求6所述的裝置，其中第一和第二油缸連接到分離的相應第一和第二伺服液壓閥(305，320；405，420)，使該第一和第二閥與分離的相應第一和第二伺服控制器相連接并受其控制，其中第二伺服控制器驅動第二閥以使第二活塞定位在制動位置并使第二活塞保持在制動位置；以及當?shù)诙钊蝗绱吮３?，第一伺服控制器驅動第一閥以使第一活塞受控以預定的速率伸出或收回直到第一制動表面與第二制動表面對接嚙合，從而第二活塞克服第一活塞的繼續(xù)移動并分別停止其伸出或收回運動。
10.如權利要求9所述的裝置，其中第一和第二制動表面以預定的斜度相對于軸的縱向軸線傾斜。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述器件為錘、砧或壓模。
12.在提供停止第一液壓活塞(301；401)的繼續(xù)移動的受控機械制動的裝置(300；400)中使用的方法，該裝置包括可在第一活塞油缸(308；408)中受控地移動的第一液壓活塞，該第一活塞具有連接到第一活塞并由此向外伸展的活塞軸(312；412)；可在第二活塞油缸(317；417)中受控地定位在其所需制動位置的第二液壓活塞(313；413)，所述第二油缸與第一活塞油缸分離且所述第二活塞產生比第一活塞更大的力；縱向伸展穿過第二活塞的孔(350；450)的軸，以使得該軸可穿過第二活塞平滑移動；以及位于所述軸上的制動部件(321；421)；該方法包括如下步驟移動第二活塞到制動位置并隨后保持第二活塞在所述制動位置；以及再以預定的速率和預定的方向移動第一活塞直到制動部件的第一制動表面與第二活塞對接嚙合，從而第二活塞克服第一活塞的繼續(xù)移動并停止其按預定方向的繼續(xù)移動。
13.如權利要求12所述的方法，其中第一和第二油缸連接到分離的相應第一和第二伺服液壓閥(305，320；405，420)，使該第一和第二閥與分離的相應第一和第二伺服控制器相連接并受其控制，該方法還包括以下步驟第二伺服控制器驅動第二閥以使第二活塞定位在制動位置并使第二活塞保持在制動位置；以及當?shù)诙钊蝗绱吮３謺r，第一伺服控制器驅動第一閥以使第一活塞受控以預定的速率伸出或收回直到第一制動表面與第二制動表面對接嚙合，從而第二活塞克服第一活塞的繼續(xù)移動并分別停止其伸出或收回運動。
14.如權利要求13所述的方法，還包括通過第一活塞的移動給予位于軸末端(302；402)的器件輸出作用力的步驟。
全文摘要
利用第一(工作)和第二(制動)伺服控制的液壓活塞(310，313；401，413)的裝置及其中使用方法，其中制動活塞控制工作活塞的機械制動，兩個活塞同軸設置在共同的軸(312；412)上并相互分開，各活塞在分隔的油缸中移動。工作活塞牢固地附著在該軸上，而該軸穿過制動活塞的縱向中心孔(350；450)上。制動活塞“漂浮”在其油缸內并產生比工作活塞大的力。位于該軸上的徑向擴展的制動部件(321；421)具有與制動活塞的互補表面(323；423)對接嚙合的表面(322；422)，以致于一旦制動活塞適當?shù)囟ㄎ?，將在極短的時間和極短的距離內以該裝置中引起的很小應變可控制地制動工作活塞的連續(xù)移動。
文檔編號G01N3/36GK1650158SQ03809988
公開日2005年8月3日 申請日期2003年5月16日 優(yōu)先權日2002年5月22日
發(fā)明者胡戈·S·弗格森, 衛(wèi)成·陳 申請人:動態(tài)系統(tǒng)公司