雙伺服油電混合數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

文／邵謙·瑞鐵機(jī)床（蘇州）股份有限公司

隨著折彎?rùn)C(jī)設(shè)備的廣泛應(yīng)用和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步加劇，對(duì)于使用折彎?rùn)C(jī)的廠家來說，電耗已經(jīng)成為其生產(chǎn)成本的重要部分，因此降低折彎?rùn)C(jī)的能耗成為工廠降低成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。瑞鐵機(jī)床（蘇州）股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“瑞鐵機(jī)床”）致力于節(jié)能型和智能化鈑金制作折彎?rùn)C(jī)床的研發(fā)與推廣，油電混合數(shù)控折彎?rùn)C(jī)是其中研發(fā)時(shí)間較早、市場(chǎng)批量應(yīng)用較多的產(chǎn)品，已經(jīng)成為我公司的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，如圖1 所示。

伺服油電混合系統(tǒng)是采用兩臺(tái)伺服電機(jī)及伺服泵控制左右油缸，伺服電機(jī)根據(jù)程序設(shè)定控制油泵的輸出流量，進(jìn)而來控制滑塊的運(yùn)動(dòng)速度以及位置定位，整個(gè)過程沒有節(jié)流現(xiàn)象。所以油泵輸出的能量全部供給了左-右油缸。這種控制方式不存在任何能量的損耗，節(jié)能效果非常突出。

由于油電混合幾乎不存在能耗損失，所以整個(gè)過程不會(huì)導(dǎo)致油溫的明顯上升，進(jìn)而這種機(jī)型的用油量也明顯少于電液同步數(shù)控折彎?rùn)C(jī)，一般伺服油電混合的用油量是普通電液同步數(shù)控折彎?rùn)C(jī)用油量的30%左右，對(duì)于大噸位特別是重型數(shù)控折彎?rùn)C(jī)而言優(yōu)勢(shì)更為突出，也就是說其僅需要三分之一的用油量。油電混合與電液同步折彎?rùn)C(jī)油耗分析表見表1。

電液同步數(shù)控（閥控）系統(tǒng)原理及現(xiàn)存問題

電液同步數(shù)控折彎?rùn)C(jī)使用普通三相異步電機(jī)控制定量液壓泵，通過溢流閥節(jié)流的方式，改變流經(jīng)比例壓力閥的流量，實(shí)現(xiàn)雙缸同步最終達(dá)到折彎加工的精度要求，稱為“閥控”。此種技術(shù)存在能量損耗以及發(fā)熱過高的缺陷，液壓系統(tǒng)的能量損耗會(huì)使系統(tǒng)的總效率下降、油溫升高、油液變質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致折彎?rùn)C(jī)發(fā)生故障。

為了保持油液熱平衡，通常采取加大液壓油量的方法，與此同時(shí)帶來的問題便是廢棄油液處理的成本增加，以及可能對(duì)環(huán)境造成的污染影響。

電液同步數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的噪聲較大，會(huì)對(duì)操作人員產(chǎn)生一定的影響。

油電混合數(shù)控（泵控）系統(tǒng)原理

油電混合數(shù)控（泵控）折彎?rùn)C(jī)包括與數(shù)控系統(tǒng)連接的動(dòng)力單元、控制閥組，動(dòng)力單元包括伺服電機(jī)及與伺服電機(jī)連接的單向定量泵、獨(dú)立式的油箱；控制閥組包括溢流閥、卸荷閥、單向閥、換向閥、背壓閥、提動(dòng)閥、安全閥及充液閥。通過數(shù)控系統(tǒng)控制動(dòng)力單元伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制與之相連接的油泵的排量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件（雙桿油缸）的位移速度控制。通過數(shù)控系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的扭力設(shè)定，實(shí)現(xiàn)左右執(zhí)行元件（雙桿油缸）輸出力的控制，如圖2 所示。

通過位移傳感器（光柵尺或磁柵尺）將左右執(zhí)行元件（雙桿油缸）的位移讀數(shù)，反饋到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后，對(duì)左右動(dòng)力單元進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)左右執(zhí)行元件（雙桿油缸）的同步、定位的閉環(huán)控制。位移傳感器構(gòu)成內(nèi)部反饋環(huán)節(jié)，用以提高系統(tǒng)的控制精度。

油電混合驅(qū)動(dòng)（泵控）電液系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

由于油電混合數(shù)控折彎?rùn)C(jī)在待機(jī)時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)，因而機(jī)器在不工作時(shí)處于零噪聲狀態(tài)；由于油電混合數(shù)控機(jī)器用油量只有電液同步機(jī)器的三分之一，而且油溫可控，因此一般三年內(nèi)不需要更換液壓油；由于伺服電機(jī)的頻響遠(yuǎn)高于比例閥，因而，油電混合數(shù)控折彎?rùn)C(jī)一個(gè)折彎循環(huán)的時(shí)間比電液同步數(shù)控折彎?rùn)C(jī)快30%。以110t 折彎?rùn)C(jī)為例，一般電液同步數(shù)控折彎?rùn)C(jī)每分鐘完成12 次折彎，而油電混合數(shù)控折彎?rùn)C(jī)可高達(dá)16 次。

通過兩種控制方式的比較，我們可以明顯看到，油電混合數(shù)控（泵控）系統(tǒng)具有高效節(jié)能，精度高、噪聲低、環(huán)保等特點(diǎn)，具體優(yōu)點(diǎn)包含以下10 點(diǎn)。

⑴泵控技術(shù)取代常規(guī)閥控技術(shù)，消除節(jié)流損失，沒有溢流損失，節(jié)能顯著；

⑵伺服電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)可顯著過載，實(shí)際安裝功率僅為理論安裝功率的50%；

⑶油箱容積減小75%，大大減少液壓油的使用量；

⑷熱平衡溫度低，無需冷卻裝置，液壓部件壽命延長(zhǎng)；

⑸空閑、快下、保壓、返程狀態(tài)下噪聲明顯下降，改善工作環(huán)境；

⑹伺服電機(jī)比普通電機(jī)響應(yīng)速度更快，緊急情況下壓力、流量切換更快；

⑺油液顆粒敏感度降低，從NS7 級(jí)降為NS9 級(jí)；

⑻溫度敏感度下降，工作溫度從-10～60℃，拓寬到-10 ～80℃；

⑼特定條件下快下和返程最大速度可達(dá)300mm/s；

⑽工進(jìn)速度可以大幅提高，可達(dá)20 ～25mm/s。

油電混合數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的同步性更好、真正節(jié)能高效、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、速度更快，但是價(jià)格較高，如何做到合理的成本和穩(wěn)定的性能，即較高的性價(jià)比是企業(yè)形成批量化生產(chǎn)，并得到市場(chǎng)接受的前提。雙伺服油電混合數(shù)控（泵控）系統(tǒng)中應(yīng)用單向定量泵，雙桿油缸（即增速缸），這兩個(gè)關(guān)鍵要素是瑞鐵機(jī)床雙伺服油電混合系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。單向定量泵比雙向定量泵具備更好的經(jīng)濟(jì)效益，雙桿油缸則把穩(wěn)定高效的特點(diǎn)展現(xiàn)出來。圖3 是瑞鐵機(jī)床生產(chǎn)的大噸位油電混合數(shù)控折彎?rùn)C(jī)在河南安陽(yáng)的應(yīng)用案例。

圖3 河南安陽(yáng)2-UBB-700/8000

結(jié)束語

油電混合型數(shù)控折彎?rùn)C(jī)屬于節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品，既響應(yīng)國(guó)家倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)能環(huán)保型的綠色社會(huì)環(huán)境的口號(hào)，又滿足企業(yè)日益增長(zhǎng)的高精、高效的使用需要，未來有部分替代傳統(tǒng)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的趨勢(shì)，市場(chǎng)前景廣闊。