12MN/20MN框架雙動油壓機伺服節能改造

喬禮惠，夏煜昊，徐 路，趙雪松

（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225009）

12MN/20MN框架雙動油壓機伺服節能改造

喬禮惠，夏煜昊，徐 路，趙雪松

（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225009）

介紹了12MN/20MN框架雙動油壓機采用伺服電機驅動雙聯泵取代原三相異步電動機驅動恒功率變量泵的節能改造方案，并對伺服驅動控制的應用和機床動作進行了介紹。同時該機床增加有平衡缸裝置，提高了機床的工作效率。通過改造，可實現節能47%，噪聲明顯降低，連續運行4小時油溫在環境溫度基礎上僅升溫15℃。

油壓機；伺服改造；雙聯泵；平衡缸

油壓機工藝過程一般分為快下、工進、加壓、保壓、泄荷、回程等階段，各階段所需工作壓力和流量不同，電機在整個工藝過程中處于不斷變化的負載狀態中。目前絕大部分油壓機采用三相異步電動機驅動恒功率變量泵提供能源，雖然可實現超過設定壓值減少輸出流量的效果，但整個工作過程中電機一直處于正常運轉狀態，而實際上在快下、保壓以及上停取、放料狀態可不需電機驅動油泵工作，因而一方面會造成能源浪費，另一方面也造成油液的循環溢流形成油溫上升。本文所述伺服節能系統從根本上克服了傳統油壓機的這一弊病，當系統需要的流量發生變化時，電機轉速跟隨流量指令大小而變，使油泵的輸出流量發生變化，真正做到“要多少給多少”的控制，實現了在油壓機上的節能應用，對于減少能源浪費具有非常重要的意義。伺服電機和雙聯泵現場裝配圖如圖1所示。利用PLC和伺服驅動器的快速合理配合，使位置精度和壓力控制均有明顯提高。

圖1 伺服電機和雙聯泵現場裝配

圖2 伺服節能系統配置圖

1 系統構成

如圖2所示，該伺服節能系統主要由六部分構成：三菱Q系列PLC、德國福伊特雙聯泵（50ml/r+ 100ml/r）、菲仕伺服電機、埃斯頓PRONET伺服驅動器、巴魯夫磁致伸縮尺、意大利ATOS壓力傳感器。因此臺改造機床是自動化生產線打頭機床，所以其穩定性決定了整條自動化生產線的效率，同時整條生產線配置有機器人進行自動上下料，機床與自動化線、機器人、廢料線之間采用現場網絡CC-Link進行無縫連接控制，CC-Link網絡具有高速、穩定的I/ O響應、擴展自由度高等特點。

1.1 伺服驅動器

如圖3所示，PRONET伺服驅動器通過模擬量通道AI1、AI2實時接受來自油壓機PLC給出的流量信號和壓力信號，經控制器內部處理后，驅動油泵工作并通過調節電機轉速來控制流量Q和建立壓力P。當壓力建立完成后通過模擬通道AI3接受壓力傳感器（安裝于油泵出油口處，為電壓輸出型）的反饋信號來實時調節系統壓力，進而使系統壓力保持穩定。在快下、保壓以及機器人上下料階段，通過對壓力、流量、溫度、轉速、電流等數據采集的基礎上，建立能耗最佳運行模式，避免了傳統系統存在的高壓溢流時能量的損失及油溫的上升。通過驅動器上的面板操作器可對所有參數進行編輯、比較及初始化，也能實時監控所有的輸入/輸出信號、當前報警及歷史記錄以及系統狀態等。通過專用軟件能實時采集壓力和流量波形（圖4），方便調試和分析，更可快速調整伺服驅動器的增益，在沒有位置或速度指令輸入時仍可進行簡單測試。

圖3 伺服驅動器接線示意圖

圖4 采集數據曲線顯示畫面

1.2 雙聯泵

雙聯泵由兩個內嚙合齒輪泵串聯組裝而成，具有一個共用進油口和兩個可輸向各自獨立回路的出油口。內嚙合齒輪泵的齒輪轉子聯結著驅動軸，當轉子和內齒輪旋轉時，在進口處齒輪相互分離形成負壓而吸入油液，當齒輪在出油口處不斷嵌入嚙合而將油液擠壓輸出。因采用軸向和徑向壓力補償設計，即使在低轉速下仍可保持較高的容積效率，通過采用高強度鑄鐵和獨特的無壓力脈沖消音設計，使噪聲更低。

1.3 高低壓切換

雙聯泵中100ml/r泵為低壓泵，50ml/r泵為高壓泵，高低壓切換壓力設置為10MPa，高壓可達到25MPa。在低壓時，高低壓泵輸出油液進行合流，使機床運行速度變快，如圖5所示。當減壓時根據伺服驅動器實時檢測到的壓力，達到高低壓切換壓力值時使低壓泵油路卸荷，從而減小裝機功率，節能顯著。通常高低壓切換壓力值根據機床滑塊回程力進行設定，此臺機床拉伸滑塊回程壓力比壓邊滑塊回程壓力大，拉伸滑塊回程壓力達到8MPa，設置時為避免壓力波動造成震蕩，將高低壓切換值設為9MPa。

2 機床動作說明

機床在“半自動”“定壓”狀態動作為：當拉伸和壓邊滑塊均停于上限位時，雙手同時按壓按鈕站上的兩只“雙手壓制”按鈕，壓邊滑塊快速向下→達到觸摸屏參數設置的拉伸始下位置→拉伸滑塊也開始快速向下→壓邊滑塊達到觸摸屏參數設置的壓邊慢下位置→慢下工進（此時可松開雙手操作按鈕），而此時拉伸滑塊達到觸摸屏參數設置的拉伸慢下位置后便停止在當前位置不再動作→壓邊滑塊的壓力達到觸摸屏參數設置的外保壓力便停止→拉伸滑塊慢下工進→拉伸滑塊達到觸摸屏參數設置的內保壓力便停止→拉伸滑塊卸壓→卸壓延時時間到→拉伸滑塊回程→到回程減速點→壓邊滑塊卸壓→卸壓延時時間到→壓邊滑塊回程→拉伸、壓邊滑塊運動到各自的回程上限→滑塊停止(當到達上死限時滑塊也會停止)，滑塊完成一個半自動定壓循環。

圖5 高低壓切換閥組

3 平衡缸的應用

在油壓機上橫梁兩側各設有兩只平衡缸，平衡缸通過活塞桿分別與壓邊滑塊和拉伸滑塊連接，在壓機回程中，通過滑塊兩邊安裝的平衡缸，充氣進行懸浮拉力的拉動，可省去相當于滑塊重量的回程力，加快滑塊回程速度，提高壓機工作效率。當滑塊運行至上限位位置時，通過對伺服驅動的流量、壓力控制，結合平衡缸的應用，使滑塊快速回程到頂可實現平穩停止，消除以往出現的到頂反彈反復振蕩現象。

4 結束語

本文所述伺服節能系統利用伺服的高速響應特性實現即時供油，還可通過實時檢測來自油壓機控制系統的壓力和流量信號，適時調整各工況動作所需的伺服電機轉速，讓泵輸出的流量和壓力最大化地滿足系統需要，而在非動作狀態，讓伺服電機處于低速運行。總體來說節能效果可達47%（表1）。同時噪聲也有明顯降低，而油溫連續運行4小時在環境溫度基礎上僅升溫15℃（表2）。不難看出，對油壓機進行伺服節能改造大大提升了效率，相信該性價比較高的節能伺服系統會被更多客戶所認同，并推動整個產業的節能環保變革。

表1 電能檢測結果對比

表2 油溫檢測結果對比

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Transformation of servo energy-saving for 12MN/20MN frame dual-moving hydraulic press

QIAO Lihui,XIA Yuhao,XU Lu,ZHAO Xuesong
（Jiangsu Guoli Forging Machine Tool Co.,Ltd.,Yangzhou 225009,Jiangsu China）

The transformation of 12MN/20MN frame dual-moving hydraulic press by changing the origin three-phase asynchronous motor driving constant power variable displacement pump into servo motor driving dual pump has been introduced in the text.The application of servo driving system and machine action have been expounded.Meanwhile the equipped balance cylinder can improve the working efficiency of the machine.By comparison of the machine before and after transformation,the energy has been saved by 47%with evident lower noise.The oil temperature has only risen by 15 degrees centigrade on the basis of the environment temperature after continuous running of 4 hours.

Hydraulic press;Dual pump;Servo;Balance cylinder

TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.006

1672-0121（2016）02-0031-03

2015－07－31

喬禮惠（1979-），男，工程師，從事鍛壓設備電氣設計研究。E-mail：qw060616@126.com