一种新型无级可调高速伺服液压机液压系统.pdf

文章 编号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 01 2 0 5 0 0 3 2 0 3 一 种 新 型 无 级可 调 高速 伺 服 液压 机 液 压 系统 夏 卫 明 。骆 桂 林 。嵇 宽 斌 扬力 集 团 江 苏国力锻 压机床 有 限公 司 ， 江 苏 扬 州 2 2 5 0 0 9 摘要 介 绍 了一种 新型无 级可调 高速 伺服 液压机 液压 系统 ， 其 主要特 征为直 接采 用伺服 电机 驱 动定 量齿 轮 泵作 为液压 机 动力源 ， 通过 控制 单元 改变伺 服 电机 转速 得到 不 同液压 系统流 量和 工作压 力 ， 从 而实现 液压 机 运 动件 的高速 、 高 精 密控制 。 完成 了样机 试制 ， 各 项参 数 均达 到设 计值 ， 实现 了液 压机 在 高速 、 高 效 、 高 精 度 、 节 能环保 等 多方面 突破 。随着控 制技 术 的不 断发 展 ， 该 项技 术 必将推 动液压 机 制造技 术 的变革 。 关键 词 机 械设 计 ； 液压 系统 ； 高速 ； 伺服 中 图 分 类 号 T G3 1 5 ． 4 文 献 标 识 码 A 0引 言 近年来 ， 随着 工业 技术 的不 断发 展 ， 人 们对 液压 机 的速 度 提 出了越来 越高 的要求 ，低 效率 高耗 损 的 生产 方式 已不 能满 足市场 的发 展步伐 。传 统 的通 过 增大 阀 的通径来 提 高流量 而获 得高速 的液 压控 制方 收稿 日期 2 0 1 2 0 5 0 2 作者简介 夏卫明 1 9 8 1 一 ， 男， 硕士， 从事结构强度计算优化及液压 机设 计 式 ， 其效果 往往 不尽 如人 意 ， 这 主要 是 由于传 统 的采 用 阀控 制 的液 压 系统在 实现 高速一 低速 或 低速一 高 速 转换 过程 中 ，阀的开 口大小 不 能实现 有效 的 比例 流量控 制 ，造成 液压 冲击进 而造 成滑块 位 置不 能精 确 控 制 。 目前 ， 国 内生 产 的液压 机 在 速 度 、 稳 定性 、 抗 偏 载能力 、调 平精 度等技 术水 平方 面 与 国际先进 水平 相 比有 一定 差距 。德 国生产 的高 性能 液压 机快 下速 度 可 达 6 0 0 mm／ s ， 回 程 4 5 0 mm／ s ，工 作 速 度 4 0～ 【 参 考文献 】 [ 1 ] 何德誉． 曲柄压力机【 M ] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 2 ] 锻压技术手册编委会 ．锻压技术手册[ M] ． 北京 国防工业 出版社 ， 1 9 8 8 ． [ 3 ] 季忠， 高训涛， 孙胜， 等． 闭式数控回转头压力机机身有限元 分析及优化设计 [ J ] ． 重型机械 ， 2 0 0 0 ， 6 3 3 3 6 ． 【 4 ] 郭成壁 ， 陈全福． 有限元法及其在动力 机械 中的应 用【 M] ． 北京 国 防工业出版社 ， 1 9 8 4 ． 【 5 】 侯永超， 等．大型自由锻造油压机上横梁的有限元分析【 J 】 ．锻压装 备 与制造技术 ， 2 0 0 8 ， 4 3 1 3 2 3 3 ． 【 6 】6 张贵成 ， 等． 闭式单点压力机机身的有限分析[ J 】 _ 锻压装备与制造 技术 ， 2 0 0 9 ， 4 4 1 l 8 1 9 ． [ 7 ] 李作有， 译． 曲柄压力机文集[ c ] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 8 3 3 - 4 6 ． [ 8 ] 黄炎． 局部应力及其应用[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 6 5 1 0 5 2 8 ． [ 9 ] 汤文成 ， 易红 ， 唐寅． 机床大件结构 的拓扑优化设计 [ J 】 _ 江苏 机械制造与自 动化， 1 9 9 8 ， 3 7 - 1 0 ． Fi ni t e e l e me n t a na l y s i s f o r c l o s e d c o mbi n a t i o n pr e s s f r a me a nd ne w pr e l o a de d de s i g n me t ho d b y r e i nf o r c i n g ba r s n i t e e l e m e nt 6 0 mr r d s ，速度 可 与 高速 机 械 压力 机 相媲 美 ，其 主要 是 采 用 了大 流 量 大通 径 电液 伺 服 阀系 统控 制 技术 。 目前 国 内专 业 阀 生 产 厂 家 还 不 能 达 到 国 际先 进 水 平 ， 而 进 口产 品 采 购 周 期 长 往 往 需 要 长 达 ～ if - 以上 的时 间 ， 价 格是 国 内 同类产 品 的 1 0倍 以上 ，大大 制约 了国 内高速 、高性 能 、 高 精 密 液 压 机 的 发 展 。 为 了改 变 传 统 的液 压 控 制 方 式 ， 填 补 国 内空 白 ，提升 金 属 板料 成 形 液 压机 的技 术 水平 ，我公 司联 合德 国福 伊 特 哈 雷 液 压有 限公 司 和 中科 院沈 阳 自动 化研 究 所 ，发挥 各 自优 势 共 同 开发 高 性 能数 控 混 合 伺服 液 压 机成 套 设备 。该 系 统 采 用 大流 量 电液 伺 服泵 通 过智 能 控 制 单 元 对 液 压 系统 压 力 、 方 向 、 流 量进 行 精 确 快 速 控 制 ， 提 高液 压 机 的速 度 、 精 度 、 可靠 性 ， 实 现速 度 的平 缓 过 渡 ， 减小 系统 压 力 流 量损 失 和液 压 系统 冲击 噪声 ，实 现 液 压 机 产 品 在 高 速 、 高效 、 环 保 、 节 能 和 高 附 加 值 等 方 面 的 突 破 。 1液 压 系统 原 理 1 ． 1动力 部分 图 1 液压原理 M1 、 M3 步进 电机M2 普 通电机s 1 ～ s 6 压力传感器s 7 ～ s 8 位移传 感器 B 1 ～ B 3 压力表 A c 蓄能器 p u p 1 ～ p u p 5 齿轮泵 c F 1 主 缸控制阀块c F 2 液压垫缸控制阀块 D 7 充液阀 本 液 压 系 统 图 1 采 用伺 服 步 进 电 机 驱 动 ， 电 机 M1驱 动两 件双 联齿 轮 泵 p u mp 1 、 p u mp 2， 电机 M2 驱 动 另外 两件 双联 齿 轮 泵 p u mp 3、 p u mp 4， 分 别 给 主 缸 上腔 和下 腔提供 液 压油 。 由于采 用 的是齿 轮 泵单 独 控制 上下 腔 ， 所 以在 滑块 快速 下行 时 ， 可 以启 动步 进 电机 M2反 向转 动 ， 将 主 缸下 腔 油液 抽 到 油箱 ， 减 小 主缸 下腔 回油 阻力 ， 得 到更 高 的 陕下 速度 。同时 ， 由于采用 了齿轮泵 ， 其 流量 稳定 ， 只要改 变 步进 电机 的转速 ， 就可 以得 到不 同的工作 速 度 。 1 ． 2主缸 控制 阀块 主缸 控 制 阀块 如 图 1中 CF 1 双 点 划线 所 示 ， 外 观如 图 2所示 。其 作用 在于 对泵 输 出 的油液 进行 分 配 ， 以实 现执 行元 件 的特定 动作 。 主缸 控制 阀块 可 以分成 三个 功 能部分 ① 第一 部分 控制 主 缸上 腔 ， 主 要 由 两 只 三 位 四 通 电 磁 换 向 阀 、 两 只 调 压 阀 组 成 。 两 只 三 位 四通 电磁 换 向 阀分 别 控 制 泵 p u mp l 、 p u mp 2 输 出 的液 压 油 的输 出 方 向 ，例 如 当 电磁 换 向 阀 YV1 、 YV3均 得 电时 ，则 泵 p u mp l 、 p u mp 2输 出 的液 压 油 均进 入 主缸上 腔 ； YV1 、 YV3均 失 电时 ，泵输 出 的油 经 C F1阀块 回油 箱 ，系 统 卸 荷 ； Yv1 、 YV4得 电 ， 则 主 缸 上 腔 由泵 p u mp 1供 油 ， 泵 p u mp 2输 出 的 图 2 主缸控制 阀块外观 图 液压 油 回油箱 ； YV2、 YV3得 电 ， 则 主缸 上 腔 由泵 p u mp 2供 油 ， 泵 p u mp 3输 出 的 液 压油 回油 箱 。② 第二 部 分 控 制 主 缸 下 腔 ， 其 组 成 及 工 作 原 理 与 第 一 部 分 相 同 ， 不 做详 细叙 述 。③ 第 三 部 分 用 于 控 制 充 液 阀 ， 主 要 有 压 力 阀 、 蓄 能 器 、 单 向阀 ， 电磁 换 向 阀等 组成 ， 有 单独 的小 电 机 M3及 小 流量齿 轮 泵 p u mp 5供油 ，蓄能 器 主要 用 于维 持其压 力 恒定 。 只要 通过 控 制 系统 ， 使 电机 M1转 动 ， 由泵 1供 油 ， 同 时 电 磁 阀 YV1 2得 电 ， 即 可 实 现 液 压 垫 的 顶 出 。 同理 ， YV1 1得 电 ， 即 可实 现液 压 垫 的退 回。调 压 阀 F 9设 定 阀 块 C F 2工 作 压 力 ，调 压 阀 F 8作 远 程 控 制 ，作 为 F 9的先 导 控制 阀 ，设 定压 力 小 于 或等 于 F 9设 定 值 。一般 情 况下 ， 调 压 阀 F 8安装 在机 身 或 控制 台上 便 于 操作 的位置 ，并 由压力 表 B 4来 观察 调节 的压 力 值 ， F 9一 般 设 定 为 一个 固定 的高 压 ， 通 常 为 2 5 MP a 。 另外 ，本 液压 垫 阀块 系统 还可 以实 现液 压机 的 拉 伸功 能 ， 如 图 1所 示 ， 电磁 阀 Yvl 1 、 YV1 2均 不 得 电 ， 电磁 换 向阀接 中位 ， 不影 响主缸 阀块 系统 的正 常 工作 。如 图 3所示 ， 液 压垫初 始 为顶 出状态 ， 滑块 慢 速加压 下行 ， 液压 垫被 迫退 回 ， 液压 垫下 腔在 调压 阀 F 9的作用 下形 成背 压 ， 经 F 9溢 流 ， 维持 液压 垫缸 下 恒定成 形压 力 ， 同时 ， 液压垫 缸下 腔拉 伸成形 背 压可 根据 用户 工 艺需 要 通 过远 程 调压 阀 F 8进 行 远程 调 节控 制 。 板料 随动 成形 ， 这种 工艺方 式成 形 的工 件质 量高 ， 可 以有效 减少 和 防止 拉破起 皱 现象 。 滑块 凹模 板料 压边模 凸模 弹簧 顶杆 工作台 液压垫 液压垫缸 P J J l ⋯ 8 ⋯ I⋯ 8 l 8 9 ＼ ＼ ＼ ＼ ＼＼ ＼ ＼ 1 8 ⋯ 9 L r P I 。 I I I l ⋯ l I l ＼＼ ＼ ＼＼ ＼ ＼＼ ＼ 9 l a b 图 3 液压垫阀块 系统拉伸功能示意图 2样 机 试 制 经过 中德 双方 多方 面的技 术交 流 ，最终 制成 公 称力 为 1 6 0 t 样 机 ，各项 指标 参 数 均达 到 了设 计值 ， 滑 块 快 下 速 度 达 4 5 0 mm／ s ，工作 速 度 在 0 ～ 4 0 mm／ s 之 间 无 级 调 整 ， 回 程 速 度 达 4 5 0 mr n ／ s 。 试 制 成 功 的 样 机 噪 声 很 小 ， 由于 采 用 了伺 服 电 机控 制 ， 几 乎 没 有 空 转 能耗 ， 节 约 能耗 为普 通 产 品 的 3 0 ％。滑块 定 位 精 度 高 ， 在 4 5 0 mm／ s的快 下 和 退 回速 度 下 ， 误 差 仅 为 0 ． 1 mm。 3结 论 本文 介 绍 的一 种无 级 可 调 液压 系 统结 构 简 单 ， 改变 了传统 的通 过改 变 阀开 口大 小 实现对 液 压 系统 速度 流量 的定 量控制 方法 ，直接 通过 伺 服 电机和 定 量齿 轮泵 为液 压系统 提供 能量 ，只需 控制 伺 服 电机 转 速就 可 以得 到不 同流量 ， 结构 简单 ， 消 除 了 阀制 造 误差 、 系统惯性 等潜 在不 利 因素 ， 只需 改 变程 序控 制 方 式 ， 就可 以得 到所 需 的液压 机运 动件速 度 ， 实 现 了 液 压机 在高速 、 高效 、 高精 度 、 节能 、 环保 等 多方 面 的 突破 。 随着 控制 技术 的不 断发展 ， 该项 技术 必将 推动 液 压机 制造技 术 的变革 。 【 参 考 文献 】 f 1 1 夏卫明， 骆桂林， 王义平， 等．一种无级可调恒压控制油路系统及 其应用『 J 1 ． 锻压装备与制造技术， 2 0 1 0 ， 4 5 5 3 9 4 0 ． 【 2 】 夏卫明， 胡斌 ， 许闯． 电动调节缓冲开口可调高度机构设计 『 J J _锻压装备与制造技术 ， 2 0 1 1 ， 4 6 5 4 2 4 5 ． [ 3 ] 韩启义． 浅谈液压机的节能型缓冲装置的应用[ J 】 _锻压装备与制 造技术 ， 2 0 1 1 ， 4 6 1 3 1 3 3 ． [ 4 ] 帅长红． 液压机设计、 制造新工艺新技术及质量检验标准规范实 务全书【 M】 ． 北京 北方 工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． A n e w t y p e o f s t e p l e s s a d j u s t a b l e h y d r a u l i c s y s t e m f o r h i g h - s p e e d s e r v o h y d r a u l i c p r e s s XI A W e i mi n g ， LUO Gui l i n ， j I Ku a n bi n J i a n g s u Gu o l i F o r g i n g Ma c h i n e T o o l C o ． ， L t d ． ， Ya n g l i Gr o u p ， Ya n g z h o u 2 2 5 0 0 9 ， J i a n g s u C h i n a Ab s t r a c t A n e w t y p e o f s t e p l e s s a d j u s t a b l e h y d r a u l i c s y s t e m f o r h i g h s p e e d s e r v o - h y d r a u l i c p r e s s h a s b e e n