李貴閃

（合肥合鍛機(jī)床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)淺析

李貴閃

（合肥合鍛機(jī)床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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

機(jī)械制造；伺服液壓機(jī)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；伺服電機(jī)

1 前言

伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)（簡(jiǎn)稱伺服液壓機(jī)）是應(yīng)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)油泵，減少控制閥回路，對(duì)液壓機(jī)滑塊進(jìn)行控制的一種節(jié)能高效液壓機(jī)。適用于沖壓、模鍛、壓裝、校直等工藝。與普通液壓機(jī)比較，伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)具有節(jié)能、噪聲低、效率高、柔性好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以取代現(xiàn)有的大多數(shù)普通液壓機(jī)，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

2 伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)原理

如圖1所示，伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的主油泵采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，液壓機(jī)的主油缸上腔安裝有壓力傳感器，在液壓機(jī)滑塊處安裝位移傳感器?？刂破鞲鶕?jù)壓力反饋信號(hào)、位置反饋信號(hào)、壓力給定信號(hào)、位置給定信號(hào)、速度給定信號(hào)等計(jì)算出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制液壓泵的輸出，以進(jìn)行壓力、速度、位置控制。伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)依靠調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來控制液壓機(jī)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(jiǎn)化了液壓控制回路。伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)在滑塊快降、滑塊靜止在上限位進(jìn)行上下料時(shí)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為零；滑塊加壓和回程時(shí)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速由設(shè)定速度確定；滑塊在保壓時(shí)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速僅彌補(bǔ)泵和系統(tǒng)的泄漏。傳統(tǒng)液壓機(jī)在整個(gè)工作過程中電機(jī)始終處于恒定轉(zhuǎn)速。圖2為在整個(gè)工作過程中，傳統(tǒng)液壓機(jī)與伺服控制液壓機(jī)電機(jī)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(shí)的上下料階段。

伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的壓力和位置通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，可以通過專用控制器進(jìn)行控制，也可利用PLC或PC編程進(jìn)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(jī)對(duì)精度、響應(yīng)速度的要求。

3 伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)優(yōu)點(diǎn)及功能

3.1 節(jié)能

伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)與傳統(tǒng)液壓機(jī)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(dòng)液壓機(jī)可節(jié)電20%～60%。圖3標(biāo)示了傳統(tǒng)液壓機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)在整個(gè)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(dòng)液壓機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中相比較傳統(tǒng)液壓機(jī)節(jié)省的電能。以下對(duì)各工作階段兩種液壓機(jī)消耗電能情況進(jìn)行分析：

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

（2）在保壓階段，伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速僅僅補(bǔ)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(jī)根據(jù)保壓方式不同，在保壓階段實(shí)際消耗功率為額定功率的30%～100%。

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

3.2 噪聲低

伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)油泵一般采用內(nèi)嚙合齒輪泵，傳統(tǒng)液壓機(jī)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(dòng)液壓機(jī)在壓制和回程時(shí)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，其排放噪聲比傳統(tǒng)液壓機(jī)低5dB～10dB。在滑塊快降及滑塊靜止時(shí)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為0，所以伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)基本沒有噪聲排放。在保壓階段由于電機(jī)轉(zhuǎn)速很低，伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的噪聲一般小于70dB，而傳統(tǒng)液壓機(jī)的噪聲為83dB～90dB。圖4為兩種液壓機(jī)在各工作階段的噪聲對(duì)比。經(jīng)測(cè)試及推算，在一般工況下，10臺(tái)伺服液壓機(jī)產(chǎn)生的噪聲比一臺(tái)同樣規(guī)格的普通液壓機(jī)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(dòng)液壓機(jī)液壓系統(tǒng)無(wú)溢流發(fā)熱，在滑塊靜止時(shí)無(wú)流量流動(dòng)，故無(wú)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(jī)的10%～30%。由于系統(tǒng)發(fā)熱量少，大多數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)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(shí)間為零轉(zhuǎn)速和發(fā)熱小的特點(diǎn)，伺服控制液壓機(jī)的油箱可以比傳統(tǒng)液壓機(jī)油箱小，換油時(shí)間也可延長(zhǎng)，故伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)消耗的液壓油一般只有傳統(tǒng)液壓機(jī)的50%左右。

3.4 自動(dòng)化程度高、柔性好、精度高

伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的壓力、速度、位置為全閉環(huán)數(shù)字控制，自動(dòng)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?jī)?yōu)化，伺服控制液壓機(jī)的速度可大幅提高，工作節(jié)拍比傳統(tǒng)液壓機(jī)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(jiǎn)化。對(duì)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(duì)系統(tǒng)的影響。

4 SHP27-200型伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)簡(jiǎn)介

合肥鍛機(jī)床股份有限公司自2009年6月開始了伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的研制，在2010年6月生產(chǎn)了SHP27-200型伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)樣機(jī)，經(jīng)過近1年的試驗(yàn)，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)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(dòng)液壓機(jī)參數(shù)

5 結(jié)束語(yǔ)

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

[1]孫友松，何寄平，方 雅，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）：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(jī)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(jī)的特點(diǎn)及其研究[J].機(jī)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(jī)及液壓系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)