伺服驅(qū)動液壓機淺析

李貴閃

（合肥合鍛機床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

伺服驅(qū)動液壓機淺析

李貴閃

（合肥合鍛機床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了伺服驅(qū)動液壓機液壓結(jié)構(gòu)原理，與普通液壓機比較，伺服控制液壓機具有諸多優(yōu)點，可以取代現(xiàn)有的大多數(shù)普通液壓機，具有廣泛的市場前景。

機械制造；伺服液壓機；結(jié)構(gòu)特點；伺服電機

1 前言

伺服驅(qū)動液壓機（簡稱伺服液壓機）是應(yīng)用伺服電機驅(qū)動主傳動油泵，減少控制閥回路，對液壓機滑塊進行控制的一種節(jié)能高效液壓機。適用于沖壓、模鍛、壓裝、校直等工藝。與普通液壓機比較，伺服驅(qū)動液壓機具有節(jié)能、噪聲低、效率高、柔性好、效率高等優(yōu)點，可以取代現(xiàn)有的大多數(shù)普通液壓機，具有廣泛的市場前景。

2 伺服驅(qū)動液壓機原理

如圖1所示，伺服驅(qū)動液壓機的主油泵采用伺服電機驅(qū)動，液壓機的主油缸上腔安裝有壓力傳感器，在液壓機滑塊處安裝位移傳感器。控制器根據(jù)壓力反饋信號、位置反饋信號、壓力給定信號、位置給定信號、速度給定信號等計算出伺服電機的轉(zhuǎn)速，從而控制液壓泵的輸出，以進行壓力、速度、位置控制。伺服驅(qū)動液壓機依靠調(diào)節(jié)伺服電機的轉(zhuǎn)速，來控制液壓機的壓力、速度、位置等參數(shù)，取消了液壓控制回路中的壓力控制閥、流量控制閥等元件，簡化了液壓控制回路。伺服驅(qū)動液壓機在滑塊快降、滑塊靜止在上限位進行上下料時，伺服電機轉(zhuǎn)速為零；滑塊加壓和回程時伺服電機的轉(zhuǎn)速由設(shè)定速度確定；滑塊在保壓時伺服電機的轉(zhuǎn)速僅彌補泵和系統(tǒng)的泄漏。傳統(tǒng)液壓機在整個工作過程中電機始終處于恒定轉(zhuǎn)速。圖2為在整個工作過程中，傳統(tǒng)液壓機與伺服控制液壓機電機轉(zhuǎn)速的區(qū)別，圖中①為滑塊快降階段，②為滑塊加壓工作階段，③為保壓階段，④為滑塊回程階段，⑤為滑塊靜止時的上下料階段。

伺服驅(qū)動液壓機的壓力和位置通過伺服電機的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，可以通過專用控制器進行控制，也可利用PLC或PC編程進行控制，一般采用PID控制。通過設(shè)定PID的參數(shù)，可以滿足大多數(shù)液壓機對精度、響應(yīng)速度的要求。

3 伺服驅(qū)動液壓機優(yōu)點及功能

3.1 節(jié)能

伺服驅(qū)動液壓機與傳統(tǒng)液壓機比較節(jié)能效果顯著，根據(jù)加工工藝和生產(chǎn)節(jié)拍不同，伺服驅(qū)動液壓機可節(jié)電20%～60%。圖3標(biāo)示了傳統(tǒng)液壓機和伺服驅(qū)動液壓機在整個生產(chǎn)過程中消耗的電能情況，圖中陰影部分為伺服驅(qū)動液壓機在一個工作循環(huán)中相比較傳統(tǒng)液壓機節(jié)省的電能。以下對各工作階段兩種液壓機消耗電能情況進行分析：

（1）在滑塊快降及滑塊在上限位靜止時，伺服電機不轉(zhuǎn)動，故不消耗電能。傳統(tǒng)液壓機電機仍在額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動，仍需要消耗額定功率的20%～30%的電能（包括電機電纜、泵的摩擦、液壓通道阻力、閥的壓降、機械傳動的連接等消耗的能量）。

（2）在保壓階段，伺服驅(qū)動液壓機的伺服電機的轉(zhuǎn)速僅僅補充泵及系統(tǒng)的滲漏，轉(zhuǎn)速一般在10rpm～150rpm之間，消耗的功率只是額定功率的1%～10%。傳統(tǒng)液壓機根據(jù)保壓方式不同，在保壓階段實際消耗功率為額定功率的30%～100%。

（3）伺服電機的效率和普通電機相比較來看，效率高出1%～3%左右，這決定了伺服驅(qū)動液壓機更加節(jié)能。

3.2 噪聲低

伺服驅(qū)動液壓機油泵一般采用內(nèi)嚙合齒輪泵，傳統(tǒng)液壓機一般采用軸向柱塞泵，在同樣的流量和壓力下內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲比軸向柱塞泵低5dB～10dB。伺服驅(qū)動液壓機在壓制和回程時電機在額定轉(zhuǎn)速下運行，其排放噪聲比傳統(tǒng)液壓機低5dB～10dB。在滑塊快降及滑塊靜止時，伺服電機轉(zhuǎn)速為0，所以伺服驅(qū)動液壓機基本沒有噪聲排放。在保壓階段由于電機轉(zhuǎn)速很低，伺服驅(qū)動液壓機的噪聲一般小于70dB，而傳統(tǒng)液壓機的噪聲為83dB～90dB。圖4為兩種液壓機在各工作階段的噪聲對比。經(jīng)測試及推算，在一般工況下，10臺伺服液壓機產(chǎn)生的噪聲比一臺同樣規(guī)格的普通液壓機產(chǎn)生的噪聲還要低。

3.3 發(fā)熱少，減少制冷成本，減少液壓油成本

如圖5，伺服驅(qū)動液壓機液壓系統(tǒng)無溢流發(fā)熱，在滑塊靜止時無流量流動，故無液壓阻力發(fā)熱，其液壓系統(tǒng)發(fā)熱量一般為傳統(tǒng)液壓機的10%～30%。由于系統(tǒng)發(fā)熱量少，大多數(shù)伺服驅(qū)動液壓機可不設(shè)液壓油冷卻系統(tǒng)，部分發(fā)熱量較大的可設(shè)置小功率的冷卻系統(tǒng)。

由于泵大多數(shù)時間為零轉(zhuǎn)速和發(fā)熱小的特點，伺服控制液壓機的油箱可以比傳統(tǒng)液壓機油箱小，換油時間也可延長，故伺服驅(qū)動液壓機消耗的液壓油一般只有傳統(tǒng)液壓機的50%左右。

3.4 自動化程度高、柔性好、精度高

伺服驅(qū)動液壓機的壓力、速度、位置為全閉環(huán)數(shù)字控制，自動化程度高，精度好。另外其壓力、速度可編程控制，滿足各種工藝需要。

3.5 效率高

通過適當(dāng)?shù)募訙p速控制及能量優(yōu)化，伺服控制液壓機的速度可大幅提高，工作節(jié)拍比傳統(tǒng)液壓機提高數(shù)倍，可達(dá)到10/min～15/min。

3.6 維修保養(yǎng)方便

由于取消了液壓系統(tǒng)中的比例伺服液壓閥、調(diào)速回路、調(diào)壓回路，液壓系統(tǒng)大大簡化。對液壓油的清潔度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液壓比例伺服系統(tǒng)，減少了液壓油污染對系統(tǒng)的影響。

4 SHP27-200型伺服驅(qū)動液壓機簡介

合肥鍛機床股份有限公司自2009年6月開始了伺服驅(qū)動液壓機的研制，在2010年6月生產(chǎn)了SHP27-200型伺服驅(qū)動液壓機樣機，經(jīng)過近1年的試驗，其各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。主要技術(shù)指標(biāo)見表1所示。

表1 SHP27-200型伺服驅(qū)動液壓機參數(shù)

5 結(jié)束語

伺服驅(qū)動液壓機具有很多優(yōu)點，可以代替大多數(shù)傳統(tǒng)液壓機和部分機械壓力機，其使用成本只有傳統(tǒng)液壓機的50%左右，是傳統(tǒng)液壓機更新?lián)Q代的新一代產(chǎn)品，市場前景看好。

[1]孫友松，何寄平，方 雅，等.交流伺服驅(qū)動與成形裝備節(jié)能[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2009，44（5）：31-36.

[2]蘇文海，姜繼海，鄧 攀.直驅(qū)式電液伺服閉式回路的噪聲分析[J].機床與液壓，2010，（10）:34-38.

[3]張貴成，符起賢，黃堯坤.數(shù)控伺服壓力機的特點及其研究[J].機電工程技術(shù)，2008，37（11）:104-107.

Brief introduction of servo-driven hydraulic press

LI Guishan
（Hefei Metalforming Machine Tool Co.，Ltd.，Hefei 230601，Anhui China）

The principle of hydraulic structure for servo hydraulic press has been introduced in the text.Comparing with the common hydraulic press,the servo hydraulic press has lots of advantages，which makes it possible to take place of the many common hydraulic presses.It shows a broad marking prospect.

Servo hydraulic press；Structure feature；Servo motor

TG315.4

B

1672－0121（2011）06－0017－02

2011-08-02

李貴閃（1971-），男，高工，從事液壓機及液壓系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計