12MN/20MN框架雙動(dòng)油壓機(jī)伺服節(jié)能改造

喬禮惠，夏煜昊，徐 路，趙雪松

（江蘇國(guó)力鍛壓機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

12MN/20MN框架雙動(dòng)油壓機(jī)伺服節(jié)能改造

喬禮惠，夏煜昊，徐 路，趙雪松

（江蘇國(guó)力鍛壓機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

介紹了12MN/20MN框架雙動(dòng)油壓機(jī)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)泵取代原三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒功率變量泵的節(jié)能改造方案，并對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)控制的應(yīng)用和機(jī)床動(dòng)作進(jìn)行了介紹。同時(shí)該機(jī)床增加有平衡缸裝置，提高了機(jī)床的工作效率。通過(guò)改造，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能47%，噪聲明顯降低，連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)油溫在環(huán)境溫度基礎(chǔ)上僅升溫15℃。

油壓機(jī)；伺服改造；雙聯(lián)泵；平衡缸

油壓機(jī)工藝過(guò)程一般分為快下、工進(jìn)、加壓、保壓、泄荷、回程等階段，各階段所需工作壓力和流量不同，電機(jī)在整個(gè)工藝過(guò)程中處于不斷變化的負(fù)載狀態(tài)中。目前絕大部分油壓機(jī)采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒功率變量泵提供能源，雖然可實(shí)現(xiàn)超過(guò)設(shè)定壓值減少輸出流量的效果，但整個(gè)工作過(guò)程中電機(jī)一直處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而實(shí)際上在快下、保壓以及上停取、放料狀態(tài)可不需電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵工作，因而一方面會(huì)造成能源浪費(fèi)，另一方面也造成油液的循環(huán)溢流形成油溫上升。本文所述伺服節(jié)能系統(tǒng)從根本上克服了傳統(tǒng)油壓機(jī)的這一弊病，當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨流量指令大小而變，使油泵的輸出流量發(fā)生變化，真正做到“要多少給多少”的控制，實(shí)現(xiàn)了在油壓機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用，對(duì)于減少能源浪費(fèi)具有非常重要的意義。伺服電機(jī)和雙聯(lián)泵現(xiàn)場(chǎng)裝配圖如圖1所示。利用PLC和伺服驅(qū)動(dòng)器的快速合理配合，使位置精度和壓力控制均有明顯提高。

圖1 伺服電機(jī)和雙聯(lián)泵現(xiàn)場(chǎng)裝配

圖2 伺服節(jié)能系統(tǒng)配置圖

1 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖2所示，該伺服節(jié)能系統(tǒng)主要由六部分構(gòu)成：三菱Q系列PLC、德國(guó)福伊特雙聯(lián)泵（50ml/r+ 100ml/r）、菲仕伺服電機(jī)、埃斯頓PRONET伺服驅(qū)動(dòng)器、巴魯夫磁致伸縮尺、意大利ATOS壓力傳感器。因此臺(tái)改造機(jī)床是自動(dòng)化生產(chǎn)線打頭機(jī)床，所以其穩(wěn)定性決定了整條自動(dòng)化生產(chǎn)線的效率，同時(shí)整條生產(chǎn)線配置有機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)上下料，機(jī)床與自動(dòng)化線、機(jī)器人、廢料線之間采用現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)CC-Link進(jìn)行無(wú)縫連接控制，CC-Link網(wǎng)絡(luò)具有高速、穩(wěn)定的I/ O響應(yīng)、擴(kuò)展自由度高等特點(diǎn)。

1.1 伺服驅(qū)動(dòng)器

如圖3所示，PRONET伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)模擬量通道AI1、AI2實(shí)時(shí)接受來(lái)自油壓機(jī)PLC給出的流量信號(hào)和壓力信號(hào)，經(jīng)控制器內(nèi)部處理后，驅(qū)動(dòng)油泵工作并通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制流量Q和建立壓力P。當(dāng)壓力建立完成后通過(guò)模擬通道AI3接受壓力傳感器（安裝于油泵出油口處，為電壓輸出型）的反饋信號(hào)來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，進(jìn)而使系統(tǒng)壓力保持穩(wěn)定。在快下、保壓以及機(jī)器人上下料階段，通過(guò)對(duì)壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、電流等數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，建立能耗最佳運(yùn)行模式，避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的高壓溢流時(shí)能量的損失及油溫的上升。通過(guò)驅(qū)動(dòng)器上的面板操作器可對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行編輯、比較及初始化，也能實(shí)時(shí)監(jiān)控所有的輸入/輸出信號(hào)、當(dāng)前報(bào)警及歷史記錄以及系統(tǒng)狀態(tài)等。通過(guò)專用軟件能實(shí)時(shí)采集壓力和流量波形（圖4），方便調(diào)試和分析，更可快速調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器的增益，在沒(méi)有位置或速度指令輸入時(shí)仍可進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試。

圖3 伺服驅(qū)動(dòng)器接線示意圖

圖4 采集數(shù)據(jù)曲線顯示畫(huà)面

1.2 雙聯(lián)泵

雙聯(lián)泵由兩個(gè)內(nèi)嚙合齒輪泵串聯(lián)組裝而成，具有一個(gè)共用進(jìn)油口和兩個(gè)可輸向各自獨(dú)立回路的出油口。內(nèi)嚙合齒輪泵的齒輪轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)著驅(qū)動(dòng)軸，當(dāng)轉(zhuǎn)子和內(nèi)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在進(jìn)口處齒輪相互分離形成負(fù)壓而吸入油液，當(dāng)齒輪在出油口處不斷嵌入嚙合而將油液擠壓輸出。因采用軸向和徑向壓力補(bǔ)償設(shè)計(jì)，即使在低轉(zhuǎn)速下仍可保持較高的容積效率，通過(guò)采用高強(qiáng)度鑄鐵和獨(dú)特的無(wú)壓力脈沖消音設(shè)計(jì)，使噪聲更低。

1.3 高低壓切換

雙聯(lián)泵中100ml/r泵為低壓泵，50ml/r泵為高壓泵，高低壓切換壓力設(shè)置為10MPa，高壓可達(dá)到25MPa。在低壓時(shí)，高低壓泵輸出油液進(jìn)行合流，使機(jī)床運(yùn)行速度變快，如圖5所示。當(dāng)減壓時(shí)根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的壓力，達(dá)到高低壓切換壓力值時(shí)使低壓泵油路卸荷，從而減小裝機(jī)功率，節(jié)能顯著。通常高低壓切換壓力值根據(jù)機(jī)床滑塊回程力進(jìn)行設(shè)定，此臺(tái)機(jī)床拉伸滑塊回程壓力比壓邊滑塊回程壓力大，拉伸滑塊回程壓力達(dá)到8MPa，設(shè)置時(shí)為避免壓力波動(dòng)造成震蕩，將高低壓切換值設(shè)為9MPa。

2 機(jī)床動(dòng)作說(shuō)明

機(jī)床在“半自動(dòng)”“定壓”狀態(tài)動(dòng)作為：當(dāng)拉伸和壓邊滑塊均停于上限位時(shí)，雙手同時(shí)按壓按鈕站上的兩只“雙手壓制”按鈕，壓邊滑塊快速向下→達(dá)到觸摸屏參數(shù)設(shè)置的拉伸始下位置→拉伸滑塊也開(kāi)始快速向下→壓邊滑塊達(dá)到觸摸屏參數(shù)設(shè)置的壓邊慢下位置→慢下工進(jìn)（此時(shí)可松開(kāi)雙手操作按鈕），而此時(shí)拉伸滑塊達(dá)到觸摸屏參數(shù)設(shè)置的拉伸慢下位置后便停止在當(dāng)前位置不再動(dòng)作→壓邊滑塊的壓力達(dá)到觸摸屏參數(shù)設(shè)置的外保壓力便停止→拉伸滑塊慢下工進(jìn)→拉伸滑塊達(dá)到觸摸屏參數(shù)設(shè)置的內(nèi)保壓力便停止→拉伸滑塊卸壓→卸壓延時(shí)時(shí)間到→拉伸滑塊回程→到回程減速點(diǎn)→壓邊滑塊卸壓→卸壓延時(shí)時(shí)間到→壓邊滑塊回程→拉伸、壓邊滑塊運(yùn)動(dòng)到各自的回程上限→滑塊停止(當(dāng)?shù)竭_(dá)上死限時(shí)滑塊也會(huì)停止)，滑塊完成一個(gè)半自動(dòng)定壓循環(huán)。

圖5 高低壓切換閥組

3 平衡缸的應(yīng)用

在油壓機(jī)上橫梁兩側(cè)各設(shè)有兩只平衡缸，平衡缸通過(guò)活塞桿分別與壓邊滑塊和拉伸滑塊連接，在壓機(jī)回程中，通過(guò)滑塊兩邊安裝的平衡缸，充氣進(jìn)行懸浮拉力的拉動(dòng)，可省去相當(dāng)于滑塊重量的回程力，加快滑塊回程速度，提高壓機(jī)工作效率。當(dāng)滑塊運(yùn)行至上限位位置時(shí)，通過(guò)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)的流量、壓力控制，結(jié)合平衡缸的應(yīng)用，使滑塊快速回程到頂可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停止，消除以往出現(xiàn)的到頂反彈反復(fù)振蕩現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所述伺服節(jié)能系統(tǒng)利用伺服的高速響應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)即時(shí)供油，還可通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)自油壓機(jī)控制系統(tǒng)的壓力和流量信號(hào)，適時(shí)調(diào)整各工況動(dòng)作所需的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，讓泵輸出的流量和壓力最大化地滿足系統(tǒng)需要，而在非動(dòng)作狀態(tài)，讓伺服電機(jī)處于低速運(yùn)行?？傮w來(lái)說(shuō)節(jié)能效果可達(dá)47%（表1）。同時(shí)噪聲也有明顯降低，而油溫連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)在環(huán)境溫度基礎(chǔ)上僅升溫15℃（表2）。不難看出，對(duì)油壓機(jī)進(jìn)行伺服節(jié)能改造大大提升了效率，相信該性價(jià)比較高的節(jié)能伺服系統(tǒng)會(huì)被更多客戶所認(rèn)同，并推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的節(jié)能環(huán)保變革。

表1 電能檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

表2 油溫檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

[1]俞新陸.液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]電液混合伺服泵系統(tǒng)用戶手冊(cè).南京埃斯頓自動(dòng)控制技術(shù)有限公司，2010.

[3] 張永強(qiáng).交流伺服電動(dòng)機(jī)在液壓調(diào)速回路中的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代，2010，3（1）：63.

[4] 張 金.中國(guó)鍛壓行業(yè)未來(lái)發(fā)展方略.鍛壓技術(shù)，2013，（1）.

[5] 孫友松，何寄平,等.交流伺服驅(qū)動(dòng)與成形裝備節(jié)能[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2009，44（5）：26-31.

[6] 李 威，梅立業(yè).36/42MN雙動(dòng)油壓機(jī)液壓系統(tǒng)大修解決方案[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，46（3）：19-20.

Transformation of servo energy-saving for 12MN/20MN frame dual-moving hydraulic press

QIAO Lihui,XIA Yuhao,XU Lu,ZHAO Xuesong
（Jiangsu Guoli Forging Machine Tool Co.,Ltd.,Yangzhou 225009,Jiangsu China）

The transformation of 12MN/20MN frame dual-moving hydraulic press by changing the origin three-phase asynchronous motor driving constant power variable displacement pump into servo motor driving dual pump has been introduced in the text.The application of servo driving system and machine action have been expounded.Meanwhile the equipped balance cylinder can improve the working efficiency of the machine.By comparison of the machine before and after transformation,the energy has been saved by 47%with evident lower noise.The oil temperature has only risen by 15 degrees centigrade on the basis of the environment temperature after continuous running of 4 hours.

Hydraulic press;Dual pump;Servo;Balance cylinder

TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.006

1672-0121（2016）02-0031-03

2015－07－31

喬禮惠（1979-），男，工程師，從事鍛壓設(shè)備電氣設(shè)計(jì)研究。E-mail：qw060616@126.com