专利名称：采用伺服控制液压活塞的伺服控制整体制动的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用第一(工作)和第二(制动)伺服控制水压活塞的装置及其中所使用的方法，其中第二活塞作为第一活塞的受控机械制动。有利的是，该装置可控制在非常短的时间和非常短的距离内制动以相对高的速度移动的第一活塞，同时有利的是，在该装置中诱生非常小的弹性应变。
背景技术：
金属材料作为许多不同的产品中的必要部件起到不可缺少的作用。这些材料通常被制成大的铸块并通过如滚轧、锻造或模压变形成为后续的机械加工或成形中易于使用的和常规的薄片、金属板、盘条或线材形式。这些变形通常基于重复增加而发生，比如通过多机架滚轧机(multi-stand rolling mill)，其中材料重复通过连续的轧辊对。每通过一次就进一步挤压，即变形，材料成为更薄的料。典型地，每对轧辊与下一对间隔相等但具有比下一对更小的辊间间隔(“辊距”)。因此，随着该材料变得更薄，它将更快地通过连续的轧辊对并缩短每次挤压之间的时间。模压、锻造和压弯成形操作也通常涉及逐渐增加的变形直到材料达到适当的尺寸。
在生产条件下，小的增量变形通常以较高的速率产生。然而，正确地配置轧机、锻压机或压弯成形机以适当地变形生产原料并赋予该材料所需要的应变及其它物理的/冶金学的特性可能是繁重的、耗时且代价高昂的过程，特别是由于这种机器在生产应用中需要长时间来适当调整其操作参数。结果，为了避免高成本的停工期，热力学材料测试系统被用来在相对小的金属样本上模拟滚轧、模压，压弯成形和锻造过程。所得到的模拟数据用于适当地设置生产设备的各种操作参数，并如此缩短非生产的停工期。这种模拟器的例子包括目前的受让人(“Gleeble”和“Hydrawedge”是DSI的专用注册商标)纽约，Poestenkill动态系统公司(DSI)制造的“Gleeble”和“Hydrawedge”系统。
使金属材料变形的系统，特别包括材料测试系统，通常利用由伺服控制的液压系统所产生的活塞/砧组合的线性运动，特别是以较高的速度加速和制动活塞的。这种运动对于以希望的应变率和经过尽可能多的得到的变形赋予如被置于两砧之间的材料所需的变形量是必要的。在这此情况中，运动速度达到10米每秒的线性活塞系统被经常使用，以每秒1或2米的速度移动的线性活塞系统是很常见的。
特别是，在这样的测试系统中，根本的问题在于以如此高的速度运行的活塞通常必须以基本上立即停止的方式被制动，其间即使在很短的距离上其速度也不降低，否则给予该样本的应变率将在活塞的制动距离上降低。另外，这些系统通常还利用一种或另一种机械装置来制动活塞，在活塞被制动时，一些应变被不利地引入到系统的各种结构组件。通过有效地挤压系统的框架所增加的应变，倾向于轻微地延长制动距离从而对测试样本的最终变形产生不利影响。
高速变形正变得更为重要的另一领域是金属薄板加工。其中，降低生产成本的需要要求用于使金属材料变形，即，弯曲金属薄片，的弯板机以愈加高速进行操作。传统的弯板机具有一套控制材料并使其成形或弯曲的异形模。这些压模被安装在相当大、重的梁结构中。通常，一个梁固定安装，而另一个则以线性滑动方式安装。传统的制动装置依靠通过大的飞轮和安装在一个梁与飞轮之间的合适的连接臂/枢杆为这种线性滑动方式产生线性运动。相对现代的压弯成形机利用液压伺服控制活塞/油缸系统控制压模/梁运动。材料可被弯曲的精确取决于压模在其冲程(行程)的底部可以多快被制动。随着压模的速度增加，其制动距离变得愈加不定。在这种情况下，冲程通常必须不利地以降低的速度进行从而一致地在精确的位置制动压模。另外，被变形的金属通常提供变化的负载给压模。这些变化的负载导致控制系统进行补偿尽管压模被制动在所希望的位置，而通常又必要降低的速度用于得到随后被处理的块的精确的弯曲。如此降低的速度不利地减小了物料通过量。因此，为了以较高的速度一致地使材料变形并增加物料通过量，冲程必须在其整个冲程长度中的速度和其制动距离两个方面进行精确控制。
在这种情形下，如果是在材料被高速变形的材料测试系统或生产设备中，通常采用机械制动以使高速的砧、锤或压模停止在精确的位置。遗憾地是，每次所需的行程的量发生变化，这种机械制动的位置也必须改变。
因此，为了提供始终一致的结果，需要即使在非常高的速度下在准确的位置使得如砧、锤或压模停止运动的装置。这样的制动应该在该装置中产生非常小，如果有的话，的应变以使得制动位置保持相同而不管随后被变形的负载的变化。这需要高速冲程的末端必须被精确地控制及可方便和快速地进行改变。
美国专利5,092,179(在1992年3月3日授权给H.S Ferguson)描述了一种这样的热力学的材料测试系统。如其图5所示，活塞509以及轴540和545的冲程通过制动盘543停止。被变形的样本材料570的位置被液压油缸590、活塞592、楔组件585/582、轴575、负载单元574，盘568、砧座565以及砧560’推进。每次样本570被楔组件向左推进，砧560缩回，然后再快速推进到右侧，从而使样本570变形直到制动盘543撞击横的制动器(cross-stop)550。该系统固有的缺陷是在每次撞击过程中，在样本的右侧(负载单元侧)支撑负载的整个楔组件弹性地发生一定量的应变。这种弹性应变使得砧560沿变形的方向移动，从而在每次变形之后减小样本变形的量并慢慢损害到样本的最终厚度。一旦系统被用于以特定的温度使特殊材料变形，控制该系统的计算机控制的变形工艺流程(变形程序)可被改变以适应由弹性应变产生的变形的预期损耗(增加的材料厚度)。然而，这样做是一种被动的修正且决不可能精确。对于涉及3次或更多次撞击材料的复合变形，适当地修改程序将变得很费时且确定起来很麻烦。另外，随着撞击次数的增加，每次撞击变得更不精确。因此，很需要用于热力学测试系统的制动机械装置，在每次撞击时对该系统本身的结构组件产生非常小的，如果有的话，应变。
因而，在伺服控制的液压系统的制动机构的技术中仍存在这种需要，如用于材料测试系统中，其中活塞可以从高速被制动在精确的位置而不会行进过头且在正好达到停止时速度没有实质的减小。不管活塞的速度如何，该系统能够反复地撞击而每次停止在预定的位置。这种制动系统应该产生非常小的，如果有的话，应变。
另一个需要这种制动装置的依据可从下面得出。现代的高速伺服阀可从其最大开口的80％，通常在0.003秒内关闭。若该阀控制的活塞以每秒1米的速度移动，这在生产设备和材料测试系统中是经常发生的，那么活塞将在制动期间行进大约1.5mm。这个距离在需要将该距离控制在0.005mm以内的测试系统和高速弯板机中是明显不能被接受的。现有制动装置的联动部件、轴以及楔在预期的负载时可能具有0.3mm或0.4mm的应变。尽管这些减小的应变显著优于完全未采用制动装置的结果，但在装置本身中产生更小的应变的制动机械装置仍然是需要的。

发明内容
本发明的优点在于克服了现有技术中与高速使用伺服控制液压系统相关的缺陷，其中需要以制动机械装置中相当小的，如果有的话，应变实现非常快速的制动。通过本发明，第一高速(工作)活塞被与该工作活塞同轴的第二(制动)活塞形成的可调机械制动停止。
有利的是，本发明允许工作活塞的停止位置被快速地改变。另外，该发明通过其制动特性和在制动机械装置中产生的最小的应变，允许该伺服系统每次以接近于理想的制动位置反复和快速地驱动工作活塞多次而不管该活塞的速度快慢。高速制动发生在极短的制动距离上并且基本上是即时的。
根据本发明的教导，所述工作和制动活塞受分离的伺服控制液压系统控制且都被同轴设置在公用的工作活塞轴上，这些活塞在该轴上纵向分隔开。两个活塞在分离的相应活塞油缸内受控地移动。所述制动活塞在活塞轴上滑动，该轴通过制动活塞的纵向中心孔延伸。为了停止工作活塞的进一步移动，制动活塞通过互补表面与在轴上径向地延伸的圆形的制动部件，如从该轴向外延伸并与该轴同心的凸肩，对接啮合。优选地及为了提供确定的制动动作，所述制动活塞被设计为一定尺寸并以充分的水压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吨的力而制动活塞可提供最大80吨或更大的力。
在操作过程中，所述制动活塞通过对伺服控制水压系统的适当的计算机控制，按程序移动到需要的工作活塞的制动位置。工作活塞收回(在制动活塞移动之前、同时或之后)并且，一旦该制动活塞被适当地定位，则工作活塞高速伸出。只要活塞轴上的制动部件的表面对接啮合位于制动活塞上侧的互补表面，工作活塞停止伸出。为了改变制动位置，该制动活塞再次通过对伺服控制的液压系统进行适当控制而简单地移动，对于多重撞击，重复该步骤。
制动机械装置仅包括制动活塞和用于定位该活塞的液压油。在负载变化时不需改变制动连接部件、楔、轴或其它机械部件的尺寸。因此，制动装置中所产生的应变显著地减小。
根据本发明的特性，两个制动部件(即，上和下制动部件)可被定位在活塞轴上，使相应的制动部件位于制动活塞两侧中的一侧。以这种方式，互补表面在该活塞的上表面和下表面上形成，该制动活塞可在向上或向下(收回和伸出)的方向，而不仅是向下的方向上制动工作活塞的运动。


通过下面结合附图进行的详细描述可以很容易地理解本发明的原理，其中图1示出了分别表示在较低和较高速行进过程中活塞路径的典型曲线101和105，比如在弯板机或热力学材料测试系统中发生的，在活塞行程的终端时，如图所示，行进速度降低以获得正确的行进距离和制动位置；图2示出了对应于图1所示曲线101的曲线201，但具有明显提高的行进速度并适当减小的制动距离，两者都可通过使用本发明的机械制动实现；图3所示为本发明的第一实施例300的剖视图，显示工作活塞301在向下方向(伸出)的制动运动；以及图4所示为本发明的第二实施例400的剖视图，显示工作活塞401在向上和向下两个方向(伸出和收回)的制动运动。
具体实施例方式
在仔细阅读下面的描述后，本领域的技术人员可清楚地理解本发明的主要技术可易于与基于液压活塞高速运动的各种应用中的任何一种结合利用，这样一种活塞须稳定可靠地、始终如一且精确地在最小的距离内制动而在制动装置不需引起过度的应变(并且，通过它，在例如，与其互连的机械装置的结构组件中产生应变)。这些应用例如包括高速弯板机和模拟如，滚轧机、模压机和锤锻机的热力学材料测试系统。
图1示出了在弯板机或热力学材料测试系统中典型产生的，分别表示在相对低和高速的行进过程中活塞(未专门示出)路径的典型曲线101和105。
如图所示，曲线101表示伺服控制的液压活塞的相对较慢的行进路径(mm)随时间(ms)变化的曲线。弯曲的部分102和103分别由于启动活塞运动和制动活塞所需要的时间间隔而产生。伺服系统的启动和制动时间取决于液压伺服阀的响应、系统的惯性和包含在系统中的伺服回路的常规PID(比例的，积分的和微分的)设置的调整。该PID设置通常须随着活塞的最大速度提高而进行调整。
虚线104和104a表示该活塞的制动位置预期的可能初始位置偏差。具体地说，虚线104表示该活塞的可能的位置不足量(under-shoot)，而虚线104a表示该活塞的可能的位置过冲量(over-shoot)。明显地，只要该活塞实际修正其位置到所希望的值，位置不足对变形处理具有很小的影响。活塞达到所希望的准确位置的精度度取决于PID项的P(比例的或系统增益)设置。通常，随着P项的值的增加，活塞的最终位置更靠近所希望的值。然而，随着P值的增加，伺服系统摆动的可能性也增加。结果，P项的最终设定通常是一折衷。如此一方面，在相对低速的行进过程中，活塞的最终位置在其程序化的行程结束时可非常靠近所希望的值。另一方面，在相对高速的行进过程中，活塞的最终位置可能非常靠近其最后程序设定值，但很少，若有，精确等于该值。在这方面，在高速行进时，活塞需要较短的时间和距离达到所希望的位置，但是，由于液压伺服系统的机械延迟以及其它的机械响应特性，通常活塞将超出希望的最后位置(如虚线104a所示)。
曲线105表示随时间变化的伺服控制活塞的相对高速行进路径。位置不足量106和位置过冲量106a大于曲线所示的较低速度行进路径，并且位置过冲可能包括一些摆动(也未示出，但是公知的)。若该活塞用于移动撞锤或砧，以压缩变形样本，如在热力学材料测试系统中的情况，则位置过冲将使得样本发生不希望的变形并在样本中产生过度的应变。如果活塞移动，如，锤压弯成形机上的压模，则在弯折金属薄片过程中，过冲将使金属过度弯曲。
图2示出了曲线201，对应于图1中所示曲线101，但具有明显提高的行进速度和适当减小的制动距离，两者都可通过利用本发明的机械制动获得。
在此，图2表示活塞的随时间(ms)变化的相对高速的行进路径201(mm)以及快速制动的位置202，其中根据本发明的教导，高速(第一)活塞撞击由第二(制动)活塞实现的机械制动器。在达到位置202之后不需要第一活塞的伺服控制，这是因为第二活塞防止第一活塞继续行进。控制第一活塞移动的伺服系统的PID设置重要性小得多，因为一旦该活塞撞击第二活塞，伺服系统不再控制该活塞。第二活塞克服，并且实际上，立即停止第一活塞的继续移动，因为第二活塞提供了比第一活塞大得多的力。
通过有效提供即时的而突然的制动(线202所示)，本发明允许第一活塞有利地以比图1中的曲线101向上倾斜的中间部分相应的速度明显提高的行进速度(如曲线201的接近垂直的部分所示)运行。
图3所示为本发明的第一实施例300，为清楚起见采用剖视图，显示工作活塞301的制动运动在向下方向(伸出)。
机箱340包含串联配置的两个液压缸308和317。为简单起见，尽管图3和图4所示的实施例的各机箱由数个结构块构成，与所有适当的封口一起用于将这些块固定在一起的紧固件(这对本领域技术人员是显而易见的)为简要起见在此特意省略。
第一(工作)活塞301在油缸308内按照箭头330所指示的方向(伸出和收回)受控地双向移动。这个活塞与从末端位置302延伸到末端位置303的活塞轴312形成一个整体。轴312由两块(未特别标明)易于装配的组件构成。这两块是通过螺钉和螺丝组装在一起(具体地说，用螺丝拧紧)使在接缝302a处具有一定位环(未示出)。从轴312，具体地从末端位置303引出的具有螺纹的螺旋延长部304延伸到适当的、常规的线性位移传感器(未示出)以测量活塞301的当前位置。该传感器与伺服控制器和程序器(常规的，也未示出)相连接。由于伺服控制器和程序器都是常规的且在本领域中是公知的，因而在此不进行详细描述。从传感器来的位置信号作为位置反馈信号被送到伺服控制器，伺服控制器再控制伺服阀305。
阀305指引通过导管306和307由适当的常规液压泵(未示出)提供的加压液流(液压油)进入到油缸区域308a和308b中的一个并流出另一个。如图所示在油缸308内，区域308a位于工作活塞301之上；而油缸区域308b位于工作活塞301之下。将接收液体的特定区域(以及相关地将失去液体的区域)，及因此液体通过导管流动的方向由伺服控制器根据工作活塞301是否将伸出(向上移动)或收回(向下移动)来确定。阀门的开启确定液体流入一油缸区域和流出另一油缸区域的速率，并因此确定工作活塞301的移动速度。阀门保持开启的时间与阀门开启的大小结合确定活塞在油缸内的最终位置。油缸308在两端用适当的密封装置和轴承309和310予以密封(相同的密封装置和轴承也被用于油缸317的远端，未特别标明)。活塞301具有适当的密封装置311以使油缸区域308a和308b相互隔离。
第二(制动)活塞313具有纵向中心孔305，通过该孔该活塞被同轴安装在活塞轴312上并按箭头332所指方向沿活塞轴312受控地移动(具体地说，滑行)。该活塞在包括油缸区域317a和317b的油缸317中移动。如图所示，区域317a和317b分别位于制动活塞313的上面和下面。轴承314以及密封装置315和315a将油缸区域307a和307b相互分开。
油缸区域307a和307b通过导管319和318分别与伺服阀320相连接。伺服阀320还与适当的液压泵以及第二(制动位置)伺服控制器(未示出)相连接。和油缸单元308a和308b的情况一样，将接收液体的特定区域317a或317b(以及相应地将失去液体的区域)，及因此液体通过导管流动的方向由制动位置伺服控制器根据制动活塞313是否伸出(向上移动)或收回(向下移动)来确定。阀门320的开启确定液体流入一油缸区域以及流出另一油缸区域的速率和因此确定制动活塞313的移动速度。阀门保持开启的时间与阀门开启的大小结合确定活塞在油缸内的最终位置。
与制动活塞313相连接的杆件324本身通过带螺纹的螺旋延长部325连接到提供表示制动活塞313当前位置的反馈信号的适当的(第二)线性位移传感器(未示出)。该位置信息输入到第二(制动位置)伺服控制器/程序器以控制制动活塞313的当前位置。
用于压缩工件的负载，如撞锤或砧，在末端302被连接到轴32上。制动活塞313不与任何外部工件连接而仅用于在预期的位置制动活塞轴312，因此不向如撞锤、砧或压模等类似装置产生输出作用力。该制动活塞基本上是“漂浮”在油缸317中。
具有下支撑面322的圆形同轴、径向扩展的部分(部件)321(这里形成凸肩)被刚性地、牢固地和整体地在轴312上形成作为制动部件。该部件有意地制成大的形状以致于不能通过制动活塞313的中心孔350，因此只要部件321的凸肩322(在此为下支撑面)紧靠制动活塞313的上支撑面323，该部件必然停止。下支撑面322和上支撑面323形成为彼此互补的形式。制动活塞313的尺寸通常大于活塞301以克服并精确地限制工作活塞301和轴312的行进。例如，当油缸308和317同样以液压油加压时，工作活塞301可产生最大40吨的力，而制动工作活塞301的行进的制动活塞313可产生最大80吨或更大的力。更适宜地，制动活塞313的可达到的力越大，制动将越强烈而因此工作活塞301的制动位置将更精确。另外，由于油的压缩，支持制动活塞313的液压油的量也对制动误差有影响。因此，油的量应该最小化。但是从下面可看出，制动机械装置可很容易地设定以补偿该误差。
由于活塞301和313的位置是各自独立控制的，制动活塞313的位置可随时改变。若工作活塞301收回(沿活塞313的远端方向向上移动)，制动活塞313可独立于工作活塞移动。若工作活塞301沿面322和323与制动活塞对接接触，则向上移动制动活塞313也将以同样的方式使工作活塞301移动相同的量。相反，当制动活塞此时处于当前的位置，试图使工作活塞301向下移动是不可能的，因为大于工作活塞并相应地产生更大的力的制动活塞不可能被工作活塞压倒。在正常操作中，在制动活塞被重新定位之前，工作活塞301收回离开制动活塞313。然后，工作活塞301被可扩展地驱动向下直到制动部件321直接撞上制动活塞313，且面322和323啮合并相互紧靠，此时工作活塞301和轴312继续向下移动实际上立即停止。
如图所示，制动部件321的面(制动表面)322更适宜具有斜面作为其制动表面。该斜面增加与面(制动表面)323接触的表面面积(超过与活塞轴312纵轴线垂直的表面)，面323具有相同的斜度以匹配面322的斜面。这些制动表面的实际的斜度，即倾斜角是预先确定的，但并不是关键的，在给定的冲击力下，只要它足够大以提供足够的接触面积从而在制动过程中充分减小产生的接触压到不会损伤任一表面而仍然起到有效的制动作用的水平。
如上所述，由于没有活塞轴，制动活塞313没有力输出。制动活塞因而可认为是“漂浮”的，因为它只是在控制下在油缸区域317a和317b中移动，而不输出任何力。通过螺纹325与线性位置传感器(未示出)结合的杆件324仅用于提供相应的位置反馈信号并因此提供可测量制动活塞313当前位置的特性。
在操作中，伺服阀320被相应的伺服控制器以程序化方式控制以定位制动活塞313从而在精确的预期位置制动活塞轴312。然后在相应的伺服控制器控制下运转的伺服阀305将按程序使工作活塞301和活塞杆312以所需的速度向下行进直到面322和323相互紧靠。若工作活塞301受控以较高速度，如每秒1米或以上的速度移动，面322和323上的冲击力可能很大。
目前，已商用的高速伺服阀可以在3至6ms内操作(即，改变80％的位置，开启或关闭)。若活塞轴312以每秒1米的速度行进，则仅在3毫秒内将行进3毫米。有些应用要求工作活塞，如工作活塞301，当以每秒1米或更快的速度行进时，在1毫米的一小段内停止(经常0.1mm或更短)。与在极短的距离内精确地制动以如此高速行进的活塞的要求相比，这种高速伺服阀的相对慢的操作显示了对本发明的可调整的制动的需要。本发明的制动机械装置可有利地满足这个要求。而且，该制动的位置，即制动活塞313的位置，完全可利用相应的制动位置伺服控制器调整。利用适当的高速伺服控制系统，调整可快速完成，以允许活塞301和313高速运转，特别是在相对短的时间内工作活塞301的多重制动的收回-伸出循环(为了使在热力学材料测试系统中通过连接到活塞轴312的末端302的，如撞锤或砧施加一系列快速撞击给需变形的样本)。
图4所示为本发明的第二实施例400的剖视图，显示工作活塞401在向上和向下方向(收回和伸出)的制动动作。
为了便于理解，在图3和图4中采用极其相似的附图标记标示相似(如果不是完全相同)的相应部件，仅第一位数字有所变化。如果所示的结构之间具有共同之处，只对其区别部分进行具体描述。为了实现双向制动，在活塞轴412上设置两个分离的制动部件部件421位于制动活塞413上方而部件426位于制动活塞413下方。两部件分别形成为活塞轴412的径向扩展部分，具有大于穿过制动活塞413的中心孔450的轴部分的半径的足够扩大的半径，并具有斜面422和428。当工作活塞401向下或向上移动时，这些面分别与制动活塞413的具有互补形状的倾斜的上表面423和下表面427对接啮合。与轴312类似，轴412制成多个段，并且利用螺纹段适当地拧在一起。
因此，制动活塞413通过沿面422和423或面427和428的紧密接触可制动工作活塞401和活塞轴412。这使得工作活塞401和轴412的高速制动发生在任一行进方向。
在高速制动期间，当工作活塞401的力被突然传递到制动活塞413时在油缸区域417a和417b(取决于力和工作活塞401行进的方向)中液压油将发生一些压缩。
在图3和图4中所示的实施例300和400，在已知力的条件下，液压油被压缩的量以及产生的引入到负载的系统的各部件的应变可通过在与工作活塞301或401行进方向相反的方向上分别程序设置补偿量到制动活塞313或413的位置得到修正，以弥补或消除这种影响。
尽管本发明以利用单个制动活塞双向制动工作活塞的方式进行描述，本发明的制动机械装置不限于此。在这一点上，两个可分别控制的上和下制动活塞(各在其自己的油缸内移动)并再串联排列(且各具有各自的位置反馈传感器)可代替图4中所示的单制动活塞413(以及其油缸417)。在此，上制动部件可位于上制动活塞的上方，即向外(类似于分别在图3或图4中所示的制动部件321或421相对于制动活塞313或413的位置)，而下制动部件位于下制动活塞的下方(也向外)(类似于图4中所示的制动部件426相对于制动活塞413的位置)。两个制动活塞位于工作活塞的同一活塞轴并可沿该活塞轴移动。如此设置允许两个工作活塞收回和伸出的制动被相互分开设置。或者，该制动部件可被适当地定位在活塞轴上两制动活塞的内侧(夹入其间)，而不是向外。根据具体的应用，不同于所示的和所描述的制动和工作活塞的油缸的其它方向，比如不邻接的，也可使用。
另外，对于如图3所示的实施例，为了仅在其向上(收回)时使工作活塞停止移动，单制动部件可定位在活塞轴上制动活塞的下方，而不是上方。
再者，尽管为简便起见，所述两实施例采用工作和制动活塞，共同的轴不是必须的。可用其它设置，实际上从工作活塞向制动活塞延伸的轴可不同于从工作活塞向上延伸的轴。另外，从工作活塞向制动活塞延伸的轴不须是通过制动活塞的中心孔的单轴，而可以是由一个或多个轴形成，这些轴每个通过制动活塞的不同的孔，只要这些轴中的一个或多个具有适当的制动部件设置在其上。
虽然在此对包括本发明的教导的各种优选实施例分别示出并进行了详细描述，本领域的技术人员很容易作出其它许多包括本发明的教导的不同的实施例。
权利要求
1.提供停止第一液压活塞(301；401)的继续移动的受控机械制动的装置(300；400)，该装置包括可在第一活塞油缸(308；408)中受控地移动的第一液压活塞，该第一液压活塞具有连接到第一活塞并由此向外伸展的活塞轴(312；412)；可在第二活塞油缸(307；407)中受控地定位在所需制动位置的第二液压活塞(313；413)，所述第二油缸与第一活塞油缸分隔而所述第二活塞产生比第一活塞更大的力；纵向伸展穿过第二活塞的孔(350；450)的轴以使得该轴可穿过第二活塞平滑移动；以及位于所述轴上的制动部件(321；421)以使得在第一活塞和该轴沿预定方向移动的过程中，制动部件与在制动位置的第二活塞对接啮合，如此第二活塞将克服并停止轴和第一活塞沿预定方向的继续移动。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一活塞给予位于该轴末端(302；402)的器件输出作用力。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述轴是第一和第二活塞公用的并延伸穿过第二活塞的纵向中心孔。
4.如权利要求3所述的装置，其中第一和第二活塞同轴设置在轴上并相互分隔开。
5.如权利要求4所述的装置，其中第一油缸和第二油缸串联设置在轴上，第一油缸在第二油缸上方，而制动部件位于第一和第二活塞之间或第二活塞下方的轴上。
6.如权利要求5所述的装置，其中制动部件具有带有预定取向的第一制动表面(323；423，427)，且第二活塞包含具有与第一制动表面的预定取向互补的取向的第二制动表面(322；422，428)，其中第一和第二制动表面在制动位置相互对接啮合。
7.如权利要求6所述的装置，其中第一和第二制动表面各自以预定的斜度相对于轴的纵向轴线倾斜。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述器件为锤、砧或压模。
9.如权利要求6所述的装置，其中第一和第二油缸连接到分离的相应第一和第二伺服液压阀(305，320；405，420)，使该第一和第二阀与分离的相应第一和第二伺服控制器相连接并受其控制，其中第二伺服控制器驱动第二阀以使第二活塞定位在制动位置并使第二活塞保持在制动位置；以及当第二活塞被如此保持，第一伺服控制器驱动第一阀以使第一活塞受控以预定的速率伸出或收回直到第一制动表面与第二制动表面对接啮合，从而第二活塞克服第一活塞的继续移动并分别停止其伸出或收回运动。
10.如权利要求9所述的装置，其中第一和第二制动表面以预定的斜度相对于轴的纵向轴线倾斜。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述器件为锤、砧或压模。
12.在提供停止第一液压活塞(301；401)的继续移动的受控机械制动的装置(300；400)中使用的方法，该装置包括可在第一活塞油缸(308；408)中受控地移动的第一液压活塞，该第一活塞具有连接到第一活塞并由此向外伸展的活塞轴(312；412)；可在第二活塞油缸(317；417)中受控地定位在其所需制动位置的第二液压活塞(313；413)，所述第二油缸与第一活塞油缸分离且所述第二活塞产生比第一活塞更大的力；纵向伸展穿过第二活塞的孔(350；450)的轴，以使得该轴可穿过第二活塞平滑移动；以及位于所述轴上的制动部件(321；421)；该方法包括如下步骤移动第二活塞到制动位置并随后保持第二活塞在所述制动位置；以及再以预定的速率和预定的方向移动第一活塞直到制动部件的第一制动表面与第二活塞对接啮合，从而第二活塞克服第一活塞的继续移动并停止其按预定方向的继续移动。
13.如权利要求12所述的方法，其中第一和第二油缸连接到分离的相应第一和第二伺服液压阀(305，320；405，420)，使该第一和第二阀与分离的相应第一和第二伺服控制器相连接并受其控制，该方法还包括以下步骤第二伺服控制器驱动第二阀以使第二活塞定位在制动位置并使第二活塞保持在制动位置；以及当第二活塞被如此保持时，第一伺服控制器驱动第一阀以使第一活塞受控以预定的速率伸出或收回直到第一制动表面与第二制动表面对接啮合，从而第二活塞克服第一活塞的继续移动并分别停止其伸出或收回运动。
14.如权利要求13所述的方法，还包括通过第一活塞的移动给予位于轴末端(302；402)的器件输出作用力的步骤。
全文摘要
利用第一(工作)和第二(制动)伺服控制的液压活塞(310，313；401，413)的装置及其中使用方法，其中制动活塞控制工作活塞的机械制动，两个活塞同轴设置在共同的轴(312；412)上并相互分开，各活塞在分隔的油缸中移动。工作活塞牢固地附着在该轴上，而该轴穿过制动活塞的纵向中心孔(350；450)上。制动活塞“漂浮”在其油缸内并产生比工作活塞大的力。位于该轴上的径向扩展的制动部件(321；421)具有与制动活塞的互补表面(323；423)对接啮合的表面(322；422)，以致于一旦制动活塞适当地定位，将在极短的时间和极短的距离内以该装置中引起的很小应变可控制地制动工作活塞的连续移动。
文档编号G01N3/36GK1650158SQ03809988
公开日2005年8月3日 申请日期2003年5月16日 优先权日2002年5月22日
发明者胡戈·S·弗格森, 卫成·陈 申请人:动态系统公司