開式變量泵控油壓機系統(tǒng)控制特性研究

宋　豫　孔祥東,2,3　姚　靜,2,3　王　卓

1.燕山大學(xué)，秦皇島，0660042.燕山大學(xué)河北省重型機械流體動力傳輸與控制實驗室，秦皇島，0660043.燕山大學(xué)先進鍛壓成形技術(shù)與科學(xué)教育部重點實驗室，秦皇島，066004

?

開式變量泵控油壓機系統(tǒng)控制特性研究

宋豫1孔祥東1,2,3姚靜1,2,3王卓1

1.燕山大學(xué)，秦皇島，0660042.燕山大學(xué)河北省重型機械流體動力傳輸與控制實驗室，秦皇島，0660043.燕山大學(xué)先進鍛壓成形技術(shù)與科學(xué)教育部重點實驗室，秦皇島，066004

為解決大功率自由鍛造油壓機高能耗的問題，設(shè)計了一種開式變量泵控油壓機系統(tǒng)。采用ADAMS和AMESim建立了開式變量泵控油壓機系統(tǒng)聯(lián)合仿真平臺，對其常鍛工況和快鍛工況的控制特性進行了仿真研究?；?00kN鍛造油壓機實驗平臺，對其常鍛工況和快鍛工況的控制特性進行了驗證，并將驗證結(jié)果與仿真結(jié)果進行了對比。研究結(jié)果表明:開式變量泵控油壓機系統(tǒng)能夠滿足技術(shù)要求，即常鍛時操控性好，卸壓無沖擊，運行平穩(wěn)；快鍛(鍛造頻次80次/min)時，位置控制精度小于1 mm。

油壓機；泵控；開式系統(tǒng)；控制特性；伺服變量泵

0　引言

鍛造液壓機是重型機械中的關(guān)鍵設(shè)備，在機械制造業(yè)中占有舉足輕重的地位。當(dāng)前，鍛造液壓機主要分為閥控和泵控兩種傳動形式。閥控系統(tǒng)投資成本低，易于維修，對介質(zhì)清潔度要求相對較低，因而成為鍛造液壓機的主流形式。然而，隨著能源危機的日益加重，綠色鍛造愈加備受關(guān)注[1]，泵控技術(shù)以其節(jié)能的巨大優(yōu)勢成為當(dāng)今研究的熱點。近幾年，泵控技術(shù)的發(fā)展可以歸為兩大類：變轉(zhuǎn)速泵控系統(tǒng)和變排量泵控系統(tǒng)(分為閉式泵控系統(tǒng)和開式泵控系統(tǒng))。

變轉(zhuǎn)速泵控系統(tǒng)中，泵流量的改變是通過改變伺服電機或變頻電機控制泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的[2]，具有節(jié)能高效、重復(fù)精度高、低噪聲等優(yōu)點[3-4]，已成功應(yīng)用于液壓電梯[5]、船用舵機[6]等領(lǐng)域并取得很好的節(jié)能效果[7]。一些學(xué)者對變轉(zhuǎn)速泵控驅(qū)動的鍛造油壓機系統(tǒng)進行了研究。文獻[8-9]采用功率鍵合圖建立了直驅(qū)泵控式油壓機液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，探討了直驅(qū)泵控式油壓機液壓系統(tǒng)的負載、管路直徑及泵的阻尼對液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的影響規(guī)律。

文獻[10-11]對直驅(qū)泵控伺服油壓機進行了研究，并將其與采用傳統(tǒng)動力源(感應(yīng)電機+定量泵)的普通油壓機進行了對比，結(jié)果表明：這種泵控伺服油壓機節(jié)能效果明顯。姚靜等[12]研究了基于變頻調(diào)節(jié)的泵閥復(fù)合控制液壓系統(tǒng)的動靜態(tài)特性，與電液比例閥控系統(tǒng)相比，節(jié)約能量13.5%。變轉(zhuǎn)速控制技術(shù)雖然能使油壓機能耗大大降低，但是受制于變頻電機的響應(yīng)速度和變頻器較昂貴的投資成本，一直未能在重工業(yè)領(lǐng)域推廣。

變排量泵控系統(tǒng)由雙向變量泵來實現(xiàn)系統(tǒng)的換向及速度控制。目前，以德國威普克-潘克的高響應(yīng)徑向柱塞泵為核心元件的閉式泵控系統(tǒng)已成功應(yīng)用于鍛造油壓機[13-14]。陳柏金等[15]研究了閉式泵控系統(tǒng)鍛造油壓機的工作原理以及主控泵的工作特點，研究結(jié)果表明，閉式泵控油壓機系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性和控制特性好，運行平穩(wěn)，鍛造速度快。然而，閉式泵控油壓機系統(tǒng)通過雙向變量泵將主缸與回程缸連接在一起，通過控制雙向變量泵的偏心量來匹配兩缸的流量，無法實現(xiàn)主缸與回程缸的最優(yōu)控制，致使閉式泵控油壓機系統(tǒng)控制特性與節(jié)能特性的提升受到了限制。開式泵控油壓機系統(tǒng)采用負載容腔獨立控制的開式泵控液壓缸對頂結(jié)構(gòu)的原理來實現(xiàn)油壓機容積控制。國內(nèi)對于開式泵控油壓機系統(tǒng)的研究鮮見，艾超等[16]針對開式泵控油壓機液壓系統(tǒng)卸壓沖擊問題，提出了基于噪聲聲強最弱的卸壓方法，可有效降低管道壓力沖擊，且卸壓時間被控制在合理范圍內(nèi)。

因此，本文以美國MOOG公司的RKP變量泵為核心驅(qū)動元件，以油壓機液壓控制系統(tǒng)為研究對象，擬構(gòu)建開式變量泵控液壓系統(tǒng)。結(jié)合鍛造工藝分析了開式變量泵控系統(tǒng)原理和特點，建立了多學(xué)科聯(lián)合仿真模型，通過仿真和試驗驗證了開式變量泵控液壓系統(tǒng)的控制特性以及節(jié)能特性。

1　開式變量泵控油壓機快鍛系統(tǒng)原理

開式變量泵控油壓機系統(tǒng)以RKP變量泵為核心驅(qū)動元件。如圖1所示，RKP的排量由沖程環(huán)的偏心量決定，通過限位活塞9和控制活塞10，可調(diào)整沖程環(huán)7的偏心位置，先導(dǎo)伺服閥12與控制活塞及位移傳感器11一起組成閥控缸位置閉環(huán)變量機構(gòu)，實現(xiàn)對沖程環(huán)偏心位置的閉環(huán)控制，進而精確調(diào)整泵的排量。

1.驅(qū)動軸　2.十字盤　3.油缸塊　4.控制軸　5.柱塞6.滑靴　7.沖程環(huán)　8.保持環(huán)　9.限位活塞10.控制活塞　11.位移傳感器　12.先導(dǎo)伺服閥圖1　RKP變量泵結(jié)構(gòu)簡圖

開式變量泵控油壓機系統(tǒng)屬于雙變量泵獨立控制非對稱缸系統(tǒng)，非對稱缸的流量不對稱特性通過兩組變量泵獨立控制來補償。圖2為開式變量泵控油壓機系統(tǒng)簡化原理圖。

1.1常鍛工作原理

(1)空程快下階段。主缸變量泵處于泵工況，與充液油箱同時為油壓機空程快下提供所需流量。此時，回程缸變量泵處于馬達工況，回程缸內(nèi)的油液推動馬達運動，回收回程缸內(nèi)存儲的能量與活動橫梁的重力勢能，將回收的能量轉(zhuǎn)化為主軸機械能，與電機共同驅(qū)動主軸上其他液壓泵轉(zhuǎn)動，從而降低電動機的輸出功率。油壓機活動橫梁速度由回程缸變量泵的排量調(diào)節(jié)。

(2)工進加壓階段。油壓機上砧接觸工件，主缸開始建壓，充液閥處于關(guān)閉狀態(tài)，油壓機活動橫梁的位置、工進速度與鍛造力通過控制變量泵排量實現(xiàn)。

(3)回程階段。主缸變量泵處于馬達工況，主缸內(nèi)的油液推動馬達運動，回收主缸內(nèi)存儲的能量，并轉(zhuǎn)化為主軸機械能，與電機共同驅(qū)動主軸上其他液壓泵轉(zhuǎn)動，從而降低電動機的輸出功率?；爻谈鬃兞勘锰幱诒霉r，回程缸迅速建壓實現(xiàn)活動橫梁快速回程，回程速度由回程缸變量泵的排量決定。

1.充液油箱　2.充液閥　3.主缸　4.活動橫梁　5.壓機本體　6.回程缸　7.卸荷閥　8.安全閥9.控制油泵　10.回程缸變量泵　11.主缸變量泵　12.電動機　13.油箱圖2　開式變量泵控油壓機系統(tǒng)原理簡化圖

1.2快鍛工作原理

快鍛工況的控制方式為位置閉環(huán)控制，即根據(jù)輸入信號與實際位置之間的偏差，控制主缸變量泵和回程缸變量泵的排量，從而實現(xiàn)油壓機的高精度控制。此過程中，兩臺變量泵的泵/馬達狀態(tài)交替切換，因此始終伴隨能量回收。

1.3開式變量泵控油壓機系統(tǒng)的特點

(1)相對于閥控系統(tǒng)，泵源輸出功率隨負載變化而變化，無溢流損失和節(jié)流損失，因此效率高，冷卻功率小，可以節(jié)約大量的能源。新型雙向變量泵自吸能力強，省去了低壓補油及充液的大流量螺桿泵，裝機成本降低，同時也降低了系統(tǒng)發(fā)熱。

(2)電動機、主缸變量泵、回程變量泵同軸機械連接。空程快下過程中的回程缸變量泵(處于馬達工況)和回程過程中的主缸變量泵(處于馬達工況)將液壓缸內(nèi)存儲的液壓能回收，并轉(zhuǎn)化為電機傳動主軸的機械能，從而降低電動機的輸出功率，具有較高的能量傳遞效率。

2　聯(lián)合仿真模型

2.1開式變量泵控油壓機系統(tǒng)動力學(xué)模型

以600 kN油壓機為研究對象，采用動力學(xué)仿真軟件ADAMS，建立其開式變量泵控油壓機系統(tǒng)的動力學(xué)模型。首先，將Solidworks中建立的600 kN壓機本體三維模型，以Parasolid格式保存，之后導(dǎo)入到ADAMS，得到開式變量泵控油壓機系統(tǒng)動力學(xué)模型，如圖3所示。壓機本體由上橫梁、活動橫梁、立柱、下橫梁、主工作缸、回程缸組成。在ADAMS中，需要對導(dǎo)入的每個零部件進行編輯，定義其材料、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等相關(guān)屬性，從而使虛擬樣機與實際物理樣機具有相近的物理特性，以便更好地模擬實際系統(tǒng)。在ADAMS中定義各個部件間的約束及驅(qū)動后，壓機本體的各個零件之間便具有確定的約束關(guān)系，從而保證仿真時各個零部件運動的正確性。壓機本體機構(gòu)的約束設(shè)定，如表1所示。

圖3　開式變量泵控油壓機系統(tǒng)動力學(xué)模型

約束類型作用對象約束類型作用對象固定副下橫梁與大地移動副回程缸缸體與回程缸柱塞固定副機架與大地移動副主缸缸體與主缸柱塞移動副活動橫梁與立柱移動副回程缸拉桿與上橫梁

ADAMS中，通過驅(qū)動函數(shù)和力函數(shù)來定義活動橫梁所需要的負載力、摩擦因數(shù)及驅(qū)動力。鍛造過程中負載力即為鍛件的變形抗力：

式中，K為鍛件彈性剛度，N/m；s為彈性變形量，m；s0為極限彈性變形量，m；Fs為變形抗力穩(wěn)定值，N。

鍛造油壓機在鍛造過程中，機械結(jié)構(gòu)間的摩擦是始終存在且不容忽視的重要因素。ADAMS僅對活動橫梁與立柱之間的滑動副施加了摩擦因數(shù)。柱塞與缸體之間的摩擦在AMESim中設(shè)置。

采用ADAMS/View 函數(shù)設(shè)置驅(qū)動，定義驅(qū)動函數(shù)Function(time)=0.015sin(2*pi*time)。

完成油壓機模型的基本設(shè)置后，需要通過ADAMS中的模型檢查Model Verify，驗證模型中的約束和運動關(guān)系是否符合要求。

2.2開式變量泵控油壓機液壓傳動系統(tǒng)模型

基于AMESim仿真軟件，利用其信號庫、機械庫與液壓元件庫建立比例徑向柱塞泵模塊，如圖4所示。

圖4　比例徑向柱塞泵AMESim仿真模型

仿真模型中，RKP內(nèi)部變量機構(gòu)由活塞模型與考慮摩擦的質(zhì)量塊模型搭建而成。質(zhì)量模塊模擬RKP內(nèi)部沖程環(huán)部件組，限位設(shè)置為最大的偏心距。為了改善RKP變量機構(gòu)的響應(yīng)特性，位置閉環(huán)由PID控制器進行控制。沖程環(huán)位移由傳感器檢測反饋至輸入端，從而構(gòu)成位置閉環(huán)，具體參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2　RKP045與RKP080的主要仿真參數(shù)

根據(jù)產(chǎn)品樣本設(shè)置變量泵先導(dǎo)伺服閥輸入信號為10 V的階躍電壓信號，可得RKP045的流量階躍響應(yīng)，如圖5所示。由圖5可知，泵的排量由零至最大的階躍響應(yīng)時間為60 ms，符合樣本要求，可認為該仿真模型較為合理。

圖5　RKP045外控型徑向柱塞泵流量階躍響應(yīng)仿真曲線

對于油壓機泵控驅(qū)動系統(tǒng)，管道是液壓系統(tǒng)主要特征部件，嚴重影響著系統(tǒng)的動靜態(tài)特性。因此，本研究的管路子模型選用AMESim中的C-R-C模型。該子模型考慮的主要因素是油液的壓縮性和摩擦，具體參數(shù)如表3所示。

表3　0.6MN鍛造油壓機系統(tǒng)主要管道參數(shù)　mm

開式變量泵控油壓機的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)采用PID控制器， 通過控制系統(tǒng)將機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)連接起來，從而構(gòu)成開式變量泵控油壓機系統(tǒng)完整的仿真模型。

2.3聯(lián)合仿真模型

將ADAMS中已經(jīng)建立好的壓機本體動力學(xué)模型導(dǎo)入到AMESim中，并通過ADAMS中的ADAMS/control模塊，實現(xiàn)ADAMS與AMESim之間的數(shù)據(jù)交互。接口模塊中的變量包括主缸壓力、回程缸壓力、負載力、活動橫梁的位移和速度，如圖6所示。

圖6　聯(lián)合仿真的輸入輸出

基于建立的油壓機動力學(xué)模型、液壓傳動系統(tǒng)模型以及模型接口，建立開式變量泵控油壓機系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型，如圖7所示。

1.充液油箱　2.充液閥　3.主缸　4.油箱　5.卸荷閥　6.主缸變量泵模塊　7.PID控制器　8.電動機9.控制油泵　10.回程變量泵模塊　11.回程缸　12.ADAMS_To_AMESim子模塊 圖7　開式變量泵控油壓機常鍛系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型

3　仿真與實驗分析

3.1試驗平臺及參數(shù)

基于600 kN鍛造油壓機實驗平臺進行了開式變量泵控油壓機控制特性研究。實驗平臺如圖8所示。壓機本體及液壓傳動系統(tǒng)基本參數(shù)見表4。

電氣控制部分采用了NI CompactRIO控制采集平臺，控制采集系統(tǒng)使用了LabVIEW圖形化開發(fā)工具?；顒訖M梁的位移信號通過位移傳感器反饋至控制器，控制器將該信號與給定的指令信號進行比較產(chǎn)生偏差信號，對該偏差信號進行處理，從而改變控制器的輸出信號，形成了主缸位置的閉環(huán)控制?？刂撇杉到y(tǒng)的具體原理如圖9所示。

(a) 系統(tǒng)全景

(b) 系統(tǒng)局部圖8　600 kN中試快鍛油壓機實驗系統(tǒng)

參數(shù)名稱參數(shù)值參數(shù)名稱參數(shù)值主缸面積(m2)7.86×10-3主缸變量泵排量(mL/r)80回程缸面積(m2)3.18×10-3回程缸變量泵排量(mL/r)45活動橫梁質(zhì)量(kg)230電機額定功率(kW)30

圖9　600 kN開式變量泵控油壓機計算機實時控制器

3.2常鍛工況控制特性

3.2.1常鍛控制模式

常鍛通常在手動模式下完成，油壓機的動作完全由操作者觀察鍛件狀態(tài)，操作手柄觸發(fā)。常鍛模式下，油壓機動作只受2臺變量泵的控制，油壓機下行和回程信號直接由2臺變量泵中的伺服閥給定。常鍛時，手柄的動作與主缸變量泵、回程缸變量泵以及卸荷閥啟閉信號之間的關(guān)系如圖10所示。

1.開關(guān)點2　2.浮動開關(guān)點3　3.開關(guān)點1　4.開關(guān)點4圖10　鍛造過程中各泵閥動作關(guān)系圖

圖10中，橫軸為操作手柄的偏移角度，縱軸為RKP沖程環(huán)實際偏移量與最大偏移量的百分比值(滿量程為100%)，即相對偏移量。常鍛時，操作手柄上只有開關(guān)按鈕，負責(zé)信號的通斷，操作手柄不同的偏移角度，觸發(fā)不同的電位計，傳輸不同大小的模擬信號。為了安全考慮，在手柄停止位設(shè)置有一定角度死區(qū)(大約為3°～5°)。空程快下階段，手柄向圖10橫軸負方向推動，觸動開關(guān)點1，回程缸變量泵進入馬達工況，活動橫梁速度由手柄的擺動角度控制，從而實現(xiàn)無級調(diào)速。接近鍛件時，手柄向中間位置扳動，回程泵排量減小，活動橫梁速度降低，緩慢平穩(wěn)接觸到鍛件。加壓階段，觸發(fā)手動開關(guān)點3，主缸變量泵進入泵工況，加壓速度由主缸變量泵實時的排量決定?；爻糖?，手柄往回扳動，觸發(fā)開關(guān)點2，回程缸變量泵排量為零，主缸變量泵吸排油口互換，對主缸進行卸壓。手柄向圖10橫軸正方向推動，觸發(fā)開關(guān)點4，快速卸荷閥瞬間完全打開，同時，回程缸變量泵進入泵工況，迅速提升活動橫梁，回程速度由回程缸變量泵實時的排量決定。油壓機停止時，手柄扳回初始位置過程中，觸發(fā)開關(guān)點4和手動開關(guān)點3，關(guān)閉相應(yīng)的控制元件。

3.2.2測試與仿真對比

常鍛時，以鉛塊模擬鍛件，手動控制手柄，鍛造油壓機位移、速度和壓力變化測試及仿真曲線如圖11所示。

由圖11可得，0～0.5 s時，活動橫梁處于啟動加速階段，此時，回程缸變量泵緩慢開啟，回程缸壓力逐漸降低，活動橫梁處于下行加速階段。由于主缸、活動橫梁與立柱之間摩擦力的存在，活動橫梁測試曲線在0.5 s后才開始出現(xiàn)位移。0.5 s后，活動橫梁轉(zhuǎn)為勻速運動，回程缸壓力維持在1 MPa。由于采用充液罐充液方式，故主缸壓力保持低壓，一直到1.3 s接觸到鍛件。加壓階段，活動橫梁速度降低，主缸壓力迅速升高，主缸迅速建壓至18 MPa，回程缸壓力升高。隨后，鍛件彈性變形到極限，壓制不動，活動橫梁停止，主缸壓力保持不變，回程缸壓力降低。2.7 s快速回程階段，卸荷閥開啟，主缸壓力迅速減小，伴有小幅抖動。卸壓完成后，回程變量泵吸排油口換向，回程缸變量泵進入泵工況，回程缸迅速建壓至9.5 MPa，使活動橫梁向上運動，回程速度最大為150 mm/s。

從常鍛仿真和實驗曲線可知，油壓機系統(tǒng)在常鍛時，操控性良好，油壓機下降過程中，位移曲線平滑，接觸鍛件時能實現(xiàn)“軟著陸”，無沖擊抖動。卸壓較平穩(wěn)，回程迅速。驗證了開式變量泵控系統(tǒng)能夠滿足自由鍛造油壓機常鍛工況的需求。

(a)活動橫梁位移曲線

(b)活動橫梁速度曲線

(c)主缸壓力曲線

(d)回程缸壓力曲線圖11　常鍛位移和壓力變化測試及仿真曲線

3.3快鍛工況控制特性

3.3.1快鍛控制模式

快鍛時，采用位置閉環(huán)控制，利用位置誤差來實時控制主缸和回程缸變量泵，兩變量泵采用單獨的PID控制器，如圖12所示。

圖12　快鍛油壓機位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3.2測試與仿真對比

快鍛工況時，輸入為正弦函數(shù)，頻率為1.25 Hz，幅值為15 mm，鍛件采用鉛棒模擬，仿真和測試結(jié)果如圖13所示。

(a)活動橫梁位移曲線

(b)主缸壓力曲線

(c)回程缸壓力曲線圖13　快鍛位移和壓力變化測試及仿真曲線

由圖13可知：活動橫梁位移曲線(位移增大表示活動橫梁向上運動，位移減小表示活動橫梁向下運動)運行平穩(wěn)。接觸鍛件瞬間，位移稍有滯后，位置控制精度小于1 mm，達到了80次/min的快鍛次數(shù)要求?；爻躺杂谐{(diào)，在接觸到鍛件后，活動橫梁的位移滯后增大。回程缸一直維持較高的壓力，主缸壓力只有在接觸到鍛件時，壓力升高，輸出鍛件變形所需要的作用力。實驗驗證了仿真結(jié)果的正確性，開式變量泵控系統(tǒng)能夠滿足快鍛工況需求。

4　結(jié)論

(1)針對鍛造行業(yè)綠色鍛造和節(jié)能減排的問題，以RKP變量泵為核心驅(qū)動元件，設(shè)計了開式變量泵控油壓機系統(tǒng)。

(2)基于ADAMS和AMESim仿真軟件，建立了600 kN開式變量泵控油壓機系統(tǒng)的機、電、液、控聯(lián)合仿真模型，并驗證了其正確性。

(3)仿真和實驗結(jié)果表明：開式變量泵油壓機系統(tǒng)，常鍛工況控制特性良好，油壓機下降過程中，位移曲線平滑，接觸鍛件時，狀態(tài)平穩(wěn)。瞬時停止時，無抖動，回程迅速。快鍛工況時，響應(yīng)迅速，鍛造頻次可達80次/min，控制精度小于1 mm。

[1]高峰，郭為忠，宋清玉，等.重型制造裝備國內(nèi)外研究與發(fā)展[J].機械工程學(xué)報，2010，46(19)：92-94.

Gao Feng，Guo Weizhong，Song Qingyu，et al.Current Development of Heavy-duty Manufacturing Equipments[J].Journal of Mechanical Engineering，2010，46(19)：92-94.

[2]邱兆湘.直驅(qū)式電液伺服裝置油源及系統(tǒng)性能的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[3]權(quán)龍.泵控缸電液技術(shù)研究現(xiàn)狀、存在問題及創(chuàng)新解決方案[J].機械工程學(xué)報，2008,44(11)：87-88.

Quan Long.Current State，Problems and the Innovative Solution of Electro-hydraulic Technology of Pump Controlled Cylinder[J].Journal of Mechanical Engineering，2008，44(11)：87-88.

[4]Quan Zhongyi，Quan Long，Zhang Jinman，et al.Review of Energy Efficient Direct Pump Controlled Cylinder Electro-hydraulic Technology[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014，35：336-346.

[5]黃方平.變頻閉式液壓動力系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[6]蘇文海.直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉輪機關(guān)鍵技術(shù)及其控制系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[7]Dahmann P.Closed Loop Speed and Position Control of a Hydraulic Manipulator in Brick Works with a Frequency Controlled Internal Gear Pump in Motor/Pump Operation [C]//3rd International Fluid Power Conference. Aachen，Germany，2002：83-94.

[8]魏樹國，趙升噸，張立軍，等.直驅(qū)泵控式液壓機液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性仿真及優(yōu)化[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2009，43(7)：79-82.

Wei Shuguo，Zhao Shengdun，Zhang Lijun，et al.Dynamic Simulation and Optimization of Hydraulic System for New Directly Driven Pump Controlling Hydraulic Press[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University，2009，43(7)：79-82.

[9]Zheng Jianming，Zhao Shengdun，Wei Shuguo.Fuzzy Iterative Learning Control of Electro-hydraulic Servo System for SRM Direct-drive Volume Control Hydraulic Press[J].Journal of Central South University of Technology，2010，17(2)：316-322.

[10]何寄平，孫友松，鄭洪波，等.泵控伺服液壓機節(jié)能分析[J].鍛壓裝備及制造技術(shù)，2009(6)：24-27.He Jiping，Sun Yousong，Zheng Hongbo，et al.Energy Consumption Analysis of AC Servo Driven Hydraulic Press[J].China Metalforming Equipment & Manufacturing Technology，2009(6)：24-27.

[11]鄭洪波，孫友松，李紹培，等.節(jié)能型直驅(qū)泵控伺服液壓機及其能耗實驗研究[J].鍛壓技術(shù)，2014，39(1)：80-85.

Zheng Hongbo，Sun Yousong，Li Shaopei，et al.Research on Energy-saving Direct-drivePump-controlled Servo Hydraulic Press and Its Energy Consumption Experiment[J].Forging & Stamping Technology，2014，39(1)：80-85.

[12]姚靜，李彬，宋豫，等.基于變頻調(diào)節(jié)的快鍛液壓系統(tǒng)節(jié)能與控制研究[J].中國機械工程，2015，26(6)：749-755.

Yao Jing，Li Bin，Song Yu，et al.Study on Hydraulic Press Fast Forging Energy-saving and Control System Based on Variable Frequency Adjustment[J].China Mechanical Engineering，2015，26(6)：749-755.

[13]Pahnk H J.Drive of Forging Press and Improvement in Environment Control[J].Metall. Plant Technol.，2005(11)：143-149.

[14]Uwe K.A Hydraulic High-speed Tryout Press for the Simulation of Mechanical Forming Processes[J].Journal of Materials Processing Technology，2001，111(1)：159-163.

[15]陳柏金，鐘紹輝，盛宏偉，等.泵直接傳動式鍛造液壓機研究[J].液壓與氣動，2001(2)：21-23.

Chen Baijin，Zhong Shaohui，Sheng Hongwei，et al. Research on Forging Hydraulic Press with Pump Driving Directly[J].Chinese Hydraulics & Pneumatics，2001(2)：21-23.

[16]艾超，孔祥東，劉勝凱，等.基于噪聲聲強最弱的泵控壓機卸壓特性研究[J].鍛壓技術(shù)，2013，38(6)：80-84.

Ai Chao，Kong Xiangdong，Liu Shengkai，et al.Research of Pressure-relief Characteristics of Pump-controlled Press Based on the Weakest Noise Intensity[J]. Forging & Stamping Technology，2013，38(6)：80-84.

(編輯張洋)

Oil Hydraulic Press Control Characteristics with Open Variable Pump-controlled System

Song Yu1Kong Xiangdong1,2,3Yao Jing1,2,3Wang Zhuo1

1.Yanshan University, Qinhuangdao，Hebei，066004 2.Hebei Province Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control,Yanshan University, Qinhuangdao，Hebei，066004 3.Key Laboratory of Advanced Forging & Stamping Technology and Science，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei，066004

In order to solve the problems of high energy consumption for huge free forging hydraulic press, an open variable pump-controlled hydraulic system for oil hydraulic press was proposed. Firstly, combined with ADAMS and AMESim, a co-simulation platform of open variable pump-controlled hydraulic press system was built, and aiming at typical work modes, regular forging and fast forging, the control characteristics were studied by simulations. Secondly, based on 600kN forging hydraulic press experimental platform, control characteristics for the open variable pump-controlled hydraulic press with regular forging and fast forging was verified respectively by experiments, and compared with the simulation results. The simulation and experimental results approve that the open variable pump-controlled hydraulic press system can meet the technical requirements. For regular forging, it has a good performance about manipulation, low impact and stability. For fast forging, when the forging frequency is up to 80 times per minute, the position control accuracy is less than 1 mm.

hydraulic press; pump-controlled; open system; control characteristics; servo variable pump

宋豫，男，1986年生。燕山大學(xué)機械工程學(xué)院博士研究生。主要研究方向為流體傳動及控制、開式泵控鍛造油壓機液壓控制系統(tǒng)等。發(fā)表論文10余篇?？紫闁|，男，1959年生。燕山大學(xué)機械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。姚靜(通信作者)，女，1978年生。燕山大學(xué)機械工程學(xué)院副教授。王卓，女，1990年生。燕山大學(xué)機械工程學(xué)院碩士研究生。

2015-11-11

國家自然科學(xué)基金資助項目(51575471);河北省自然科學(xué)基金資助重點項目(E2016203264)

TH137

10.3969/j.issn.1004-132X.2016.08.007