泵控伺服壓力機(jī)的改造方案實(shí)現(xiàn)大大減少設(shè)備能耗

采用交流伺服電機(jī)+定量泵組成可控液壓源，形成一種新的泵控伺服液壓系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅可以提高系統(tǒng)工作性能，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且可實(shí)現(xiàn)高效的容積調(diào)速，減少甚至完全消除待機(jī)、保壓時(shí)的能量消耗，從而大大減少設(shè)備的能耗。

本文以自重式下行普通通用液壓機(jī)液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提出了一種泵控伺服壓力機(jī)的改造方案。泵控伺服壓力機(jī)工作性能和自動化程度大大提高：可以實(shí)現(xiàn)主缸的變速、變負(fù)荷運(yùn)動;壓邊缸變負(fù)荷浮動壓邊;能耗大幅度減少，減少了油箱體積和冷卻水用量。

1、普通液壓機(jī)

普通液壓機(jī)是一種四柱式液壓機(jī)，最高油壓為31.5MPa，額定工作負(fù)荷為1600 kN。根據(jù)工藝要求，主缸的工作循環(huán)為：快速下行--慢速加工--保壓延遲--快速返回--原位停止。副缸為：向上頂出--向下退回--原位停止。下缸并可實(shí)現(xiàn)浮動壓邊，以滿足板料拉深工藝的需要。液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示：是一個雙泵多執(zhí)行元件組成的開式液壓系統(tǒng)，主泵和輔助泵均為普通型液壓泵。

機(jī)器液壓系統(tǒng)特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是小泵為控制油路供油，大泵為主油路供油，以確?？刂频目煽啃?利用主缸自重快速下降通過充液閥使主缸快速充液，減少對主泵的流量要求;主、副缸運(yùn)動實(shí)現(xiàn)互鎖，可實(shí)現(xiàn)浮動壓邊。但是，機(jī)器可控性差，不能實(shí)現(xiàn)壓力和速度的自動實(shí)時(shí)控制，無法進(jìn)行變速、變壓力壓制工作，難以實(shí)現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化;能耗高。尤其在保壓、待機(jī)時(shí)，由于泵泄荷和溢流，造成較大的能量浪費(fèi)。

2、交流伺服泵控伺服液壓機(jī)方案

（1）改造思路

采用交流伺服電機(jī)取代普通感應(yīng)電機(jī)，配以定量泵，組成泵控伺服油源，提高系統(tǒng)可控性;控制油路采用小泵加蓄能器及電接觸式壓力表，取消溢流閥，以實(shí)現(xiàn)小泵節(jié)能;在主、副活塞上分別安裝位移傳感器，并在主油路安裝壓力傳感器，以檢測位移、速度和壓力;將主油路和副缸的溢流閥改為比例溢流閥，以實(shí)現(xiàn)主缸壓力和浮動壓邊力的實(shí)時(shí)控制;原有的換向、充液等基本控制回路仍然保留，從而降低對油源的要求。

（2）泵控伺服液壓機(jī)液壓系統(tǒng)方案

根據(jù)普通液壓機(jī)特點(diǎn)提出此交流伺服泵控式液壓機(jī)方案，如圖2所示。

（3）性能特點(diǎn)

泵控伺服、主油路采用容積調(diào)速、調(diào)壓，減少能量損耗;較普通液壓機(jī)性能提高：主缸、壓邊缸壓力可實(shí)時(shí)控制，變負(fù)荷變壓邊力拉深，主缸速度可實(shí)時(shí)控制，變速壓制，主缸位置可實(shí)現(xiàn)高精度控制，提高工作精度;充分利用伺服電機(jī)可頻繁啟動、可變速的特性，實(shí)現(xiàn)伺服控制和取消待機(jī)消耗。

根據(jù)此液壓系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢，可按照加工工藝要求，調(diào)整壓力和速度，減少不必要的能耗，例如快下供油、保壓和裝卸工件，由于電機(jī)停轉(zhuǎn)，沒有卸荷能耗損失，將大大節(jié)約能量。

3、能耗分析

（1）加工實(shí)例

加工拉深件如圖3所示，材料08鋼。根據(jù)沖壓工藝計(jì)算得所需壓邊力219.48kN，拉深力482.08KN。

則液壓機(jī)主缸所需壓力為701.56kN.拉深工藝參數(shù)見表1。

（2）液壓機(jī)主要參數(shù)

機(jī)器技術(shù)參數(shù)

公稱壓力：主缸1600 kN，副缸1000kN。

主缸速度：快進(jìn)400 mm/s，工進(jìn)20 mm/s，快回400 mm/s。

副缸快回：90 mm/s。主要液壓元件和參數(shù)見表2。

（3）加工過程能耗分析

液壓機(jī)加工過程位移-時(shí)間曲線如圖4所示。加工過程能耗分析見表3。

（4）功率損耗靜態(tài)計(jì)算

泵靜態(tài)輸出功率計(jì)算，結(jié)果見表4。電機(jī)靜態(tài)輸出功率計(jì)算（柱塞泵總效率約0.8，葉片泵總效率為0.6），結(jié)果見表5。電網(wǎng)靜態(tài)輸出功率計(jì)算（普通電機(jī)效率為0.8，交流伺服電機(jī)為0.9），結(jié)果見表6。電網(wǎng)輸出能耗計(jì)算，見表7。

（5）靜態(tài)工作效率比較

加工工件所需有用功：

W=FS=70.156kJ（F=701.56kN，S=0.1m）。普通液壓機(jī)消耗總能量為：161.62kJ。泵控伺服液壓機(jī)為：118.73kJ。普通壓力機(jī)工作效率為：43.4%，交流伺服液壓機(jī)工作效率為：59.1%。交流伺服液壓機(jī)工作效率高于普通液壓機(jī)15.7個百分點(diǎn)。

（6）電網(wǎng)輸出能耗計(jì)算曲線（圖5）

4、結(jié)論與討論

（1）液壓機(jī)采用交流伺服驅(qū)動技術(shù)可以提高液壓機(jī)性能，實(shí)現(xiàn)速度、壓力的實(shí)時(shí)控制。

（2）泵控伺服液壓機(jī)有顯著的節(jié)能效果，根據(jù)拉深實(shí)例分析，較普通液壓機(jī)節(jié)約26.54%的能量，節(jié)約能量為為42.89kJ。交流伺服液壓機(jī)工作效率高于普通液壓機(jī)15.7個百分點(diǎn)，達(dá)到了59.1%。可見交流伺服泵控式液壓機(jī)是一種高效節(jié)能型液壓機(jī)。

（3）若將伺服液壓機(jī)應(yīng)用于拉深更為復(fù)雜的成形，節(jié)能效果更佳。

（4）采取措施，實(shí)現(xiàn)壓邊能量的回收，可以進(jìn)一步節(jié)能。

審核編輯：郭婷