伺服驱动液压机浅析.pdf

文章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 01 1 0 6 0 0 1 7 0 2 伺 服 驱 动 液 压 机 浅 析 李 贵 闪 合 肥合 锻机 床股 份 有 限公 司 ， 安徽合肥2 3 0 6 0 1 摘 要 文章 介 绍 了伺 服驱 动液 压机 液压 结构 原理 ， 与普通 液压机 比较 ， 伺服 控 制液压 机具 有诸 多优 点 ， 可 以取代 现 有 的大 多数普 通液压 机 ， 具 有广泛 的市场前 景 。 关键 词 机 械制 造 ； 伺服 液压 机 ； 结 构特 点 ； 伺服 电机 中图分 类号 T G3 1 5 ． 4 文献标 识码 B 1‘前 言 伺 服驱 动液 压机 简称 伺服 液压 机 是应 用伺 服 电机 驱 动主传 动 油泵 ， 减少 控制 阀 回路 ， 对 液压 机滑 块进 行控 制 的一 种节 能高 效液 压机 。 适 用 于 冲压 、 模 锻 、 压装 、 校 直等 5 ] 2 艺 。 与 普通 液压 机 比较 ， 伺服 驱动 液压 机具 有节 能 、 噪声 低 、 效率 高 、 柔 性好 、 效 率 高等 优点 ， 可 以取 代现 有 的大 多数普 通 液压机 ， 具 有 广泛 的市 场前 景 。 2伺 服 驱 动 液 压 机 原 理 如 图 1 所 示 ，伺 服驱 动液 压机 的主 油泵 采用 伺 服 电机 驱动 ，液 压机 的 主油缸 上腔 安装 有压 力传 感 器 ， 在液 压机 滑块 处安 装位 移传 感器 。 控制 器根 据压 力反 馈 信 号 、 位 置 反馈 信 号 、 压 力 给 定信 号 、 位置 给 定信 号 、 速度 给定 信号 等计 算 出伺 服 电机 的转速 ， 从 而控 制 液压泵 的输 出 ， 以进 行压 力 、 速度 、 位 置控 制 。 伺服 驱 动液压 机依 靠 调节伺 服 电机 的转 速 ，来 控制 液压 机 的压力 、 速 度 、 位 置等 参 数 ， 取 消 了液 压控 制 图 1 伺服控制液压机原理 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 0 2 作者简介 李贵闪 1 9 7 1 一 ， 男， 高工， 从事液压机及液压系统研发设计 回路 中的压 力控 制 阀 、 流量 控制 阀等元 件 ， 简化 了液 压 控 制 回路 。 伺服 驱动 液压机 在 滑块快 降 、 滑 块静 止 在 上 限位进 行上 下料 时 ， 伺 服 电机转 速为 零 ； 滑块 加 压 和 回程 时伺 服 电机 的转 速 由设 定速 度确 定 ；滑块 在 保 压 时伺 服 电机 的转 速 仅 弥补 泵 和 系统 的泄 漏 。 传 统 液压机 在 整个工 作过 程 中电机始 终处 于恒 定 转 速 。 图 2为在 整个 工作 过程 中 ， 传 统液压 机 与伺 服 控 制 液 压机 电机转 速 的区别 ， 图中①为 滑块 快降 阶段 ， ② 为 滑块加 压工 作 阶段 ， ③ 为保 压 阶段 ， ④ 为 滑块 回 程 阶段 ， ⑤ 为滑 块静止 时 的上下 料 阶段 。 艇 暴 机 时间 图 2 在工作过程中的转速区别 伺 服驱 动液 压机 的压 力和 位置通 过伺 服 电机 的 转 速 闭环控 制 ， 可 以通 过专 用控 制器进 行 控制 ， 也 可 利 用 P L C或 P C编程 进行 控制 ， 一般 采 用 P I D控 制 。 通 过设 定 P I D的参数 ，可 以满 足大 多数 液压机 对精 度 、 响应 速度 的要 求 。 3伺 服驱 动液压 机优 点及 功能 3 ． 1 节 能 伺 服驱 动液 压机 与传统 液压 机 比较 节 能 著 ， 根据 加工 工艺 和生 产节拍 不 同 ， 伺 服驱 动 可 节 电 2 0 ％～ 6 0 ％。 图 3 标 示 了传统 液压 机和 动 液压 机在 整个生 产过 程 中消耗 的 电能情况 阴影部分 为伺 服驱 动液 压机在 一个 工作 循环 静 涎 机 时间 图 3 能耗对 比 较传 统液 压机节 省 的电能 。 以下 对各 工作 阶段 两种 液压 机消耗 电能 情况 进行 分析 1 在 滑块快 降及 滑块 在上 限位静 止 时 ， 伺 服 电 机不转 动 ， 故不 消耗 电能 。 传统 液压 机 电机 仍在 额定 转速下 转 动 ， 仍需 要 消耗额 定功 率 的 2 0 ％～ 3 0 ％的 电 能 包 括 电机 电缆 、 泵 的摩擦 、 液压 通道 阻力 、 阀的压 降 、 机 械传 动 的连接等 消耗 的能量 。 2 在 保压 阶段 ， 伺 服 驱动液 压机 的伺 服 电机 的 转速 仅仅 补充 泵及 系统 的渗 漏 ， 转速 一般 在 1 0 r p m～ 1 5 0 r p m 之 间 ，消 耗 的功 率 只 是 额 定 功 率 的 1 ％～ 1 0 ％。 传 统液 压机 根据保 压方 式不 同 ， 在保 压 阶段实 际消耗 功率 为额 定功 率 的 3 0 ％～ 1 0 0 ％。 3 伺 服 电机 的效 率和 普通 电机相 比较 来看 ， 效 率高 出 1 ％～ 3 ％左 右 ， 这决 定 了伺服 驱 动液压 机更 加 节 能 。 3 ． 2噪声低 伺 服 驱 动液 压 机 油泵 一 般 采用 内啮合 齿 轮 泵 ， 传统 液压 机一般 采用 轴 向柱塞泵 ，在 同样 的流 量和 压力 下 内啮合 齿 轮泵 的噪 声 比轴 向柱 塞泵 低 5 d B～ 1 0 d B。伺 服驱 动液 压机在 压制 和 回程n ,- j - 电机在 额定 转 速 下 运 行 ，其 排 放 噪 声 比传 统 液 压 机 低 5 d B～ 1 0 d B。在 滑 块快 降及 滑 块静 止 时 ， 伺 服 电机 转 速为 0， 所 以伺 服驱动 液压 机基 本没有 噪声 排放 。在 保压 阶段 由于 电机转 速很 低 ，伺 服驱 动液 压机 的 噪声一 般小 于 7 0 d B，而传 统液 压机 的噪 声 为 8 3 d B～ 9 0 d B。 图 4为两 种液压 机在 各工作 阶段 的 噪声对 比。经测 试及 推算 ，在 一般 工 况下 ， 1 0台伺 服液 压机 产 生 的 比一 台 同样 规格 的普 通液压 机产 生 的噪声 还要 发 热少 ， 减少 制冷成 本 ， 减 少液 压油 成本 如 图 5， 伺 服驱 动液 压机 液压 系统无 溢 流发 热 ， 块静 止时无 流量 流动 ， 故无 液压 阻力发 热 ， 其液 统发 热量 一般 为传统 液压 机 的 1 0 ％～ 3 0 ％。 由于 发热 量少 ，大 多数伺 服驱 动液 压机可 不设 液压 缸 辎 时间 图 4 噪声对 比 蓁 一压机 】 l I I I，传统压机 时 间 图 5 液压系统发热对 比 油 冷却 系统 ，部分 发热 量较大 的可设 置 小功 率 的冷 却 系统 。 由于 泵大 多 数 时 间为 零转 速 和发 热 小 的特 点 ， 伺 服 控制 液 压机 的油箱 可 以 比传 统 液压 机 油箱 小 ， 换 油 时间也可 延长 ，故伺 服驱 动液 压机 消耗 的液 压 油 一般 只有传 统液 压机 的 5 0 ％左 右 。 3 ． 4 自动 化程度 高 、 柔 性好 、 精度 高 伺 服驱 动液压 机 的压力 、 速度 、 位置 为全 闭环 数 字 控制 ， 自动 化程度 高 ， 精度好 。 另外其 压力 、 速度 可 编程控 制 ， 满 足各种 工艺 需要 。 3 ． 5效率 高 通 过适 当 的加 减速 控制及 能量 优化 ，伺 服控 制 液 压机 的速度 可大 幅提 高 ，工 作节拍 比传统 液压 机 提 高数倍 ， 可 达到 l O ／ mi n ～1 5 ／ mi n 。 3 ． 6维修 保养方 便 由于 取 消 了液压 系统 中 的 比例伺 服 液 压 阀 、 调 速 回路 、 调压 回路 ， 液压 系统大 大简 化 。对液 压油 的 清洁度 要求远 远小 于液 压 比例 伺服 系统 ，减 少 了液 压 油污 染对 系统 的影响 。 4 S HP 2 7 2 0 0型伺 服驱 动液压 机简 介 合 肥 锻机 床 股 份有 限 公 司 自 2 0 0 9年 6月 开 始 了伺 服 驱动 液 压 机 的研制 ，在 2 01 0年 6月生 产 了 S HP 2 7 2 0 0型 伺服 驱动液 压机样 机 ，经过 近 1年 的 试 验 ， 其各项 技术 指标 达到设 计要 求 。 主要 技术 指标 见表 1所示 。 孵 船 艇 文 章 编 号 1 6 7 2 01 2 1 2 0 1 1 0 6 0 0 1 9 0 3 3 0 0 0 k N 板 材 充 液成 形 液压 机 可 靠 性分 析 何 景 晖 佛 山市康 思达液 压机 械有 限公 司， 广 东佛 山 5 2 8 0 0 0 摘 要 对 3 0 0 0 k N板材 充 液成 形 液压 机进 行 了有 限元分 析 。通过 模 拟 ， 分 别 对 主机及 超 高压 液 室施加 满 负 载 ， 以获得 机器 在 满 负载工 作条 件 下 的可靠 性数据 ， 为产 品 的后续开 发提 供依 据 。 关键 词 机械 制 造 ； 可靠 性 ； 板 材充 液成 形 ； 压液 机 ； 有 限元 中图分 类号 TG3 1 5 ． 4 文献标 识码 B 1引 言 我公 司 近期 开 发 了一 3 0 0 0 k N板 材 充 液成 形 液 压 机 ， 其超 高压 液 室最 高工 作压 力 为 1 5 0 MP a 。根据 开 发需 要 ， 要求 对设 备 进行 可靠 性分 析 ， 以确 定 在超 高 压 成形条 件 下 主机 主要零 部件 均 能可靠 工 作 。虽 然 ， 文献 [ 1 ] [ 2 ] 根据 “ 材料 力 学 ” 提 出了传 统 液 压机 主 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 7 1 5 作者简介 何景晖 1 9 7 7 一 ， 男， 研发中心副主任， 从事重型及新型液 压机械研发设计 机有 关强度 计算 公式 ， 由于简 化计算 ， 只能 简单地 将 机 架 的上梁 和 工作 台简 化成简 支梁 ，危 险点 在 中间 截 面 上 ， 计 算结 果 比较粗 糙 ， 不 能合 理反 映整 体应 力 分 布情 况 。这 里要求 对整 机在 满 负载条 件下 进行 强 度 分 析 ，同时 ，由于超 高压液 室 内壁要 求 承受最 高 1 5 0 MP a工作 介 质 的作用 ，还 受 到压 边 缸 的压 边 作 用 ， 因此 ， 又需要 对其 单 独进行 强度 分析 。在 进行 整 体 受 载分析 时 ，会 遇到 主要零 部件 间接 触变 形 的情 况 ， 应 用传 统工 程计算 方 法 ， 不 能充 分反 映零 部件 应 力 应 变状态 ， 不 易找 到应 力集 中点 。 文献 【 3 ] 提 出了单 k ． - 1 S HP 2 7 2 0 0型伺服 驱 动液 压机 参数 序号 项目 单位 数值 l 公 称力 k N 2 0 0 O 2 左右 mm 1 6 0 0 工作台尺寸 3 1 4 0 o 4 开 口 9 0 0 5 行 程 5 0 o 6 快降 ra m ／ s 4 5 0 7 工作 1 m m] s 5 0 滑块 8 工作 2 m m／ s 2 5 速度 9 回程 m m／ s 5 0 o 1 0 频 次 Umi n 1 5 1 1 压力精度 k N 3 0 1 2 位置精度 m m O ． 1 5结 束 语 伺服 驱动 液压 机具 有很 多优 点 ，可 以代替 大多 数传 统液 压机 和部 分机 械压 力机 ，其使 用 成本 只有 传统 液 压 机 的 5 0 ％左 右 ， 是 传统 液 压 机更 新 换代 的 新一 代产 品 ， 市场前 景 看好 。 【 参考 文献 】 【 1 ] 孙友松， 何寄平， 方雅， 等． 交流伺服驱动与成形装备节能[J 1 ． 锻 压装备与制造技术 ， 2 0 0 9 ， 4 4 5 3 1 3 6 ． [ 2 ] 苏文海， 姜继海， 邓攀． 直驱式电液伺服闭式回路的噪声分析 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 1 0 3 4 3 8 ． [ 3 ] 张贵成， 符起贤， 黄尧坤． 数控伺服压力机的特点及其研究[ J 1 ． 机 电工程技术 ， 2 0 0 8 ， 3 7 1 1 1 0 4 1 0 7 ． Br i e f i n t r o d uc t i o n o f s e r v o -d r i v e n hy d r a u l i c pr e s s L I Gu i s h a n He f e i Me t a l f o r mi n g Ma c h i n e T o 0 l C 0 ． ， L t d ． ，He f e i 2 3 0 6 0 1 ， An h u i C h i n a Abs t r a c t Th e p r i n c i pl e o f h y dr a u l i c s t r u c t ur e f o r s e r v o hy d r a u l i c p r e s s h a s b e e n i n t r o d u c e d i n t he Co mp a r i ng wi t h t he c o mmo n h y d r a u l i c pr e s s ，t h e s e r v o h y dr a u l i c pr e s s h a s l o t s o f a d v a n t a g e s， wh i c h ma k p o s s i b l e t o t a ke p l a c e o f t h e ma n y c o mm o n hy d r a u l i c p r e s s e s ．I t s ho ws a b r o a d ma r ki ng p r o s p e c t ． K e y w o r d s S e r v o h y dr a u l i c pr e s s ；S t ru c t u r e f e a t ur e；S e r v o m o t o r