一种锂电池极片轧机泵控弯辊液压系统及弯辊装置

技术领域

本发明涉及一种极片辊压成型设备技术领域，特别涉及一种锂电池极片轧机泵控弯辊液压系统及弯辊装置。

背景技术

极片辊压成型厚度一致性是衡量锂电池性能优劣的重要指标之一，液压弯辊是目前使用较为广泛的极片厚度控制方法，通过向轧辊轴承座施加液压弯辊力，使轧辊产生附加弯曲，以补偿辊缝横向间距偏差，提高极片轧制厚度的均匀性。

由于极片在轧制过程中存在轧辊偏心、机架形变、来料波动等非限制性多源扰动问题，为保证极片轧制质量，需要液压弯辊系统对各种干扰进行快速响应和补偿，并以较高的精度趋近弯辊力设定值，因此弯辊力控制系统的动态性能和稳态精度直接影响电池极片的成型质量。

传统液压弯辊采用电液伺服阀控缸技术，电液伺服阀控弯辊由液压油源、管路系统、伺服阀、液压缸、传感器和控制系统组成。虽然阀控弯辊具有良好的控制性能，但由于系统构型复杂，导致设备集成度低、装机成本高，加之液压油源的恒压运转与管路、阀口的节流损失，导致系统能源的浪费；又由于伺服阀抗污染能力差，对油液清洁度等级要求高(NAS3-5)，系统需要设置精密的过滤装置，提高装机成本。为保障系统可靠运行，对设备维护提出了苛刻的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种锂电池极片轧机泵控弯辊液压系统及弯辊装置，能够实现极片的高精度轧制，而且降低了系统的装机、运行及维护成本，提高了功重比和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种锂电池极片轧机泵控弯辊液压系统，包括控制器、伺服电机、高压管路、双向定量泵、低压管路、阀块、第一溢流阀、第二溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、第一压力传感器、第二压力传感器和第一蓄能器；所述阀块中开设有高压孔道、泄油孔道和低压孔道；所述伺服电机的输出轴通过联轴器与双向定量泵的输入轴相连，双向定量泵的油口面与阀块的壁面贴合安装，双向定量泵的第一油口依次通过低压孔道和低压管路与弯辊缸的无杆腔相连，双向定量泵的第二油口依次通过高压孔道和高压管路与弯辊缸的有杆腔相连，双向定量泵的第三油口与泄油孔道连接；所述第一蓄能器与泄油孔道相连；所述第一溢流阀的进油口与高压孔道相连，第二溢流阀的进油口与低压孔道相连，并且第一溢流阀和第二溢流阀的出油口均与泄油孔道相连；所述第一单向阀的出油口与高压孔道相连，第二单向阀的出油口与低压孔道相连，并且第一单向阀和第二单向阀的进油口均与泄油孔道相连；所述第一压力传感器设置在高压孔道上，第二压力传感器设置在低压孔道上；所述第一压力传感器和第二压力传感器与控制器相连，控制器经伺服驱动器与伺服电机相连，对伺服电机进行闭环控制。

进一步的，还包括快换接头和压力继电器，所述快换接头和压力继电器均设置在泄油孔道上，并且压力继电器与控制器相连。

进一步的，还包括温度传感器；所述温度传感器设置在低压孔道上，并且温度传感器与控制器相连。

进一步的，还包括电磁换向阀、第一阻尼螺钉、第二阻尼螺钉和第二蓄能器；所述电磁换向阀跨接在高压孔道与低压孔道之间，第一阻尼螺钉安装在电磁换向阀与高压孔道之间，第二阻尼螺钉安装在电磁换向阀与低压孔道之间，第二蓄能器与高压孔道相连；所述控制器与电磁换向阀相连。

一种锂电池极片轧机弯辊装置，包括底座、固定安装在底座上的牌坊以及上下滑动的安装在牌坊内的上轧辊装置和下轧辊装置；所述上轧辊装置包括上轴承座、通过上轴承配合安装在上轴承座中的上轧辊以及对称设置在上轴承座左右两端上部的两个弯辊缸；所述下轧辊装置包括下轴承座、通过下轴承配合安装在下轴承座中的下轧辊以及对称设置在下轴承座左右两端下部的两个弯辊缸；每个所述弯辊缸的缸杆分别与相应轴承座的对应端相连；每个所述的弯辊缸的外侧均设置有一套所述的泵控弯辊液压系统。

进一步的，所述弯辊缸包括缸筒和缸杆；所述牌坊上固定设置有双耳支撑座，所述缸筒通过缸筒固定销轴设置在双耳支撑座上；所述缸杆通过杠杆固定销轴安装在相应轴承座的端部。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

(1)本发明省去庞大的液压站、复杂管路系统以及昂贵的伺服阀，降低了装机成本；采用伺服驱动节能技术，有效避免了传统阀控AGC的溢流节流损失，降低了运行成本；还具有良好的抗污染能力，无需频繁更换系统滤芯，降低了维护成本；(2)泵控弯辊液压系统集成度高，方便在极片轧机机械本体安装，提高了功重比；有效避免复杂管路系统中油液跑冒滴漏以及油液杂质污染引起的伺服阀故障问题，提高了可靠性；(3)采用逻辑控制、经典PID与压力前馈补偿相结合的压力闭环控制，使系统响应速度更快，控制精度更高。

附图说明

图1是本发明锂电池极片轧机弯辊装置整体结构示意图；

图2是本发明液压原理图；

图3是本发明逻辑控制流程图；

图4是本发明压力闭环控制框图；

图中：1-底座，2-牌坊，3-下轧辊装置，4-下轴承座，5-下轧辊，6-上轧辊，7-上轴承座，8-高压管路，9-伺服电机，10-联轴器，11-双向定量泵，11.1-第一油口，11.2-第二油口，11.3-第三油口，12-低压管路，13-双耳支撑座，14-缸筒固定销轴，15-弯辊缸，16-缸筒，17-缸杆，18-缸杆固定销轴，19-上轴承，20-上轧辊装置，21-下轴承，22-压力继电器，23-快换接头，24-第一蓄能器，25-第一单向阀，26-第二单向阀，27-阀块，28-高压孔道，29-泄油孔道，30-低压孔道，31-第一溢流阀，32-第二溢流阀，33-温度传感器，34-第一压力传感器，35-第一阻尼螺钉，36-电磁换向阀，37-第二阻尼螺钉，38-第二压力传感器，39-第二蓄能器。

具体实施方式

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，下面通过附图及实施案例对本发明进行进一步阐述。

实施例一：

如图1、2所示，一种锂电池极片轧机泵控弯辊液压系统，包括控制器、伺服电机9、高压管路8、双向定量泵11、低压管路12、阀块27、第一溢流阀31、第二溢流阀32、第一单向阀25、第二单向阀26、第一压力传感器34、第二压力传感器38和第一蓄能器24；阀块27中开设有高压孔道28、泄油孔道29和低压孔道30；所述伺服电机9的输出轴通过联轴器10与双向定量泵11的输入轴相连，双向定量泵11的油口面与阀块27的壁面贴合安装，双向定量泵11的第一油口11.1依次通过低压孔道30和低压管路12与弯辊缸15的无杆腔相连，双向定量泵11的第二油口11.2依次通过高压孔道28和高压管路8与弯辊缸15的有杆腔相连，双向定量泵11的第三油口11.3与泄油孔道29连接；第一蓄能器24与泄油孔道29相连；第一溢流阀31的进油口与高压孔道28相连，第二溢流阀32的进油口与低压孔道30相连，并且第一溢流阀31和第二溢流阀32的出油口均与泄油孔道29相连；第一单向阀25的出油口与高压孔道28相连，第二单向阀26的出油口与低压孔道30相连，并且第一单向阀25和第二单向阀26的进油口均与泄油孔道29相连；第一压力传感器34设置在高压孔道28上，第二压力传感器38设置在低压孔道30上；第一压力传感器34和第二压力传感器38与控制器相连，控制器经伺服驱动器与伺服电机9相连，对伺服电机9进行闭环控制。

本发明采用伺服电机9带双向定量泵11直接驱动控制弯辊缸15的一体化容积控制方案，依据电池极片轧制成型质量设定弯辊液压压力值，控制器接收到压力指令向伺服驱动器发出转速信号，伺服驱动器进而控制伺服电机9驱动双向定量泵11旋转建压，双向定量泵11的第一油口11.1从弯辊缸15的无杆腔吸油，第二油口11.2向弯辊缸15的有杆腔压油，双向定量泵11内泄漏油液依次通过第三油口11.3和泄油孔道29储存在第一蓄能器24中；第一压力传感器34和第二压力传感器38分别用于监测高低压孔道28、30的压力，并实时反馈到控制器中，当高低压孔道28、30的压力超过安全设定值时，第一溢流阀31、第二溢流阀32通过泄油孔道29将多余的油液溢流到第一蓄能器24中，使高低压孔道28、30的压力稳定在安全范围内；第一蓄能器24作为系统的补油单元通过泄油孔道29与第一单向阀25、第二单向阀26向系统的高低压孔道28、30补充油液，用于补偿系统工作过程中产生的内外泄漏。

泵控弯辊液压系统还包括快换接头23和压力继电器22；快换接头23和压力继电器22均设置在泄油孔道29上，并且压力继电器22与控制器相连。当压力继电器22监测到补油腔即泄油孔道29的压力低于最低允许值时，系统发出报警，设备停机，此时需通过快换接头23向第一蓄能器24补油。

泵控弯辊液压系统还包括温度传感器33；温度传感器33设置在低压孔道30上，并且温度传感器33与控制器相连。当温度传感器33监测到系统低压孔道30的油液温度过高时，系统发出报警，设备停机，此时需让设备静置一段时间，直至油液温度冷却到允许工作范围内。

泵控弯辊液压系统还包括电磁换向阀36、第一阻尼螺钉35、第二阻尼螺钉37和第二蓄能器39；电磁换向阀36跨接在高压孔道28与低压孔道30之间，第一阻尼螺钉35安装在电磁换向阀36与高压孔道28之间，第二阻尼螺钉37安装在电磁换向阀36与低压孔道30之间，第二蓄能器39与高压孔道28相连；控制器与电磁换向阀36相连。当设备准备停机或遇到紧急情况需要急停卸荷时，电磁换向阀36得电，高低压孔道28、30连通，系统卸荷，缸杆17伸出，第一阻尼螺钉35、第二阻尼螺钉37用于防止卸荷时产生过大的冲击振动；第二蓄能器39用于吸收油液的压力脉动，易于系统压力的精确控制。

如图3所示，本发明泵控弯辊系统的逻辑控制方法为：设备启机后先进行初始化，其次检测系统是否有卸荷与报警指令，若有卸荷指令，则触发卸荷子程序，电磁换向阀36打开，系统卸荷，伺服电机9处于待机模式；若有报警指令，则触发开环子程序，伺服电机9处于待机模式，若无卸荷与报警指令，则系统开始温度与压力自检，当检测的温度、压力在设备正常运行范围外时，伺服电机9同样处于待机模式，若系统温度、压力自检正常，则设备可以开始正常工作，此时给定压力指令，系统调用闭环控制子程序，控制伺服电机9的转速，使系统压力快速响应到给定压力，并使其稳定在所需精度范围内。

如图4所示，本发明泵控弯辊系统的压力闭环控制过程为：上位机通过总线形式将弯辊压力指令给定到控制器中，同时控制器接受第一压力传感器34反馈压力，通过实时对比两种压力，控制器PID闭环控制程序输出期望转速信号至伺服驱动器，由伺服驱动器控制伺服电机9带动双向定量泵11旋转，当有杆腔压力超过给定压力时，控制器发出负转速指令，双向定量泵11的第二油口11.2从有杆腔吸油减压；当有杆腔压力低于给定压力时，控制器发出正转速指令，双向定量泵11的第二油口11.2向有杆腔注油增压，从而实现系统压力的高精度输出，同时系统采用压力前馈补偿控制器，通过对设定压力进行轨迹规划，计算伺服电机转速补偿值，与控制器输出转速信号共同作用在伺服驱动器内，使系统响应速度更快，控制精度更高。

实施例二：

如图1所示，一种锂电池极片轧机弯辊装置，包括底座1、固定安装在底座1上的牌坊2以及上下滑动的安装在牌坊2内的上轧辊装置20和下轧辊装置3；上轧辊装置20包括上轴承座7、通过上轴承19配合安装在上轴承座7中的上轧辊6以及对称设置在上轴承座7左右两端上部的两个弯辊缸15；下轧辊装置3包括下轴承座4、通过下轴承21配合安装在下轴承座4中的下轧辊5以及对称设置在下轴承座4左右两端下部的两个弯辊缸15；每个弯辊缸15的缸杆17分别与相应轴承座4、7的对应端相连；每个弯辊缸15的外侧均设置有一套上述的泵控弯辊液压系统。伺服电机9、双向定量泵11和阀块27等均固定设置在牌坊2上。

弯辊装置中，弯辊缸15包括缸筒16和缸杆17；牌坊2上固定设置有双耳支撑座13，缸筒16通过缸筒固定销轴14设置在双耳支撑座13上；缸杆17通过杠杆固定销轴18安装在相应轴承座的端部。

弯辊装置的四个弯辊缸15分别各自与一套泵控弯辊液压系统相连。每套泵控弯辊液压系统中的双向定量泵11的第一油口11.1通过低压管路12与弯辊缸15的无杆腔连接，双向定量泵11的第二油口11.2通过高压管路8与弯辊缸15的有杆腔连接。将弯辊压力指令给定到控制器中，由控制器输出转速信号控制伺服电机驱动双向定量泵11旋转建压，双向定量泵11的第一油口11.1通过低压孔道、低压管路从弯辊缸15的无杆腔吸油，双向定量泵11的第二油口11.2通过高压孔道、高压管路向弯辊缸15的有杆腔压油，从而让缸杆17产生一个缩回的力。弯辊缸15产生的液压弯辊力使轧辊产生附加弯曲，改变辊缝凸度，以补偿辊缝横向间距偏差，以此控制锂电池极片的成型精度，提高极片轧制厚度的一致性。本发明不仅能实现电池极片的高精度轧制，而且降低了系统的装机、运行及维护成本，提高了功重比和可靠性。