伺服泵控數控折彎機能耗分析

翟 華，汪 強，嚴建文，3（.合肥工業大學 工業與裝備技術研究院，安徽 合肥 230009；2.合肥工業大學 機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009；. 3.航空結構件成形制造與裝備安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230009）

伺服泵控數控折彎機能耗分析

翟 華1，2，3，汪 強1，嚴建文1，3
（1.合肥工業大學 工業與裝備技術研究院，安徽 合肥 230009；2.合肥工業大學 機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009；. 3.航空結構件成形制造與裝備安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230009）

本文介紹了伺服泵控折彎機液壓系統工作原理，建立泵控和閥控系統仿真模型。同時在一個工作循環內比較泵控和閥控模型的功率和油耗等，得出伺服泵控較閥控系統在減少能耗方面更有優勢。

伺服泵控；AMESim仿真；能耗分析；折彎機

數控折彎機是目前使用較為廣泛的金屬板材成形設備，在汽車、機械、電力、五金以及電器等行業都有廣泛應用。數控折彎機液壓系統分為伺服比例閥控液壓同步控制系統和伺服泵控同步控制系統。目前數控折彎機液壓系統多以閥控為主，泵控系統由于造價和技術等問題尚未得到廣泛應用。

張忠獅[1]指出伺服泵控系統可節能降耗、降低系統運行成本和裝機容量，避免油溫過高導致油液黏度下降和熱膨脹而使得液壓元件的壽命、性能受到影響。本文以數控折彎機為例，用AMESim軟件搭建泵控和閥控數控折彎機液壓系統仿真模型，對泵控和閥控系統進行能耗比較分析。

1 數控折彎機伺服泵控液壓系統

數控折彎機伺服泵控液壓系統原理圖如圖1所示。

圖1 數控折彎機伺服泵控液壓原理圖

快進階段：伺服電機1M/2M驅動定量泵3正轉，給液壓缸12無桿腔供油，同時開啟充液閥11，充液油箱打開，給液壓缸12無桿腔供油。液壓缸12快速下行。滑塊13快進速度因伺服電機轉速不同而變化。

工進階段：伺服電機1M/2M驅動定量泵3正轉，折彎刀接觸工件，充液閥關閉，液壓缸12僅由液壓泵3供油，液壓缸12開始建壓。工進速度由伺服電機1M/2M的轉速來控制。

保壓階段：滑塊13到下死點時，由伺服電機1M/ 2M驅動的定量泵3停止轉動，折彎刀持續下壓工件，減小工件在折彎刀離開工件時的回彈變形量。

卸壓階段：伺服電機1M/2M帶動定量泵3反轉，給液壓缸12有桿腔供油，滑塊13緩慢向上移動。上行距離和速度由數控系統調節。

回程階段：伺服電機1M/2M帶動定量泵3反轉，給液壓缸12有桿腔供油，同時開啟充液閥11，液壓缸12無桿腔的油液大部分通過充液閥11回到充液油箱，回程速度由伺服電機的轉速來控制。

2 基于AMESim的泵控和閥控系統比較

2.1 模型建立和工作進程

建立如圖2所示的數控折彎機閥控液壓系統模型和如圖3所示數控折彎機泵控液壓系統模型。為簡化模型將各控制模塊用AMESim中信號模塊來代替。由于泵控系統動力源由兩個獨立的雙向定量泵提供，為簡化仿真過程只對一組液壓缸和泵進行建模仿真。

圖2 折彎機閥控液壓系統仿真模型

圖3 折彎機泵控液壓系統仿真模型

表1 動作時間、速度表

折彎機閥控和泵控液壓系統按照如表1所示的動作時間表運行。因為泵控系統是由伺服電機帶動定量泵來提供動力，而伺服電機與普通電機相比可以在更高的轉速下運行，從而使得進入液壓缸的流量加大，故泵控系統快下和回程的時間要比閥控系統短。

由于需要對泵控系統和閥控系統進行比較，故在參數設置方面盡量一致。主要參數設置如表2所示。

表2 主要參數設置

調節閥控系統中伺服閥開口大小，即調節伺服閥輸入信號的電流值使得閥控系統在快進、工進和回程階段液壓缸活塞能達到相應的速度值，同時通過各信號元件代替控制系統來控制各換向閥和充液閥的通斷，得到如圖4所示閥控系統液壓缸活塞位移-時間曲線。

圖4 液壓缸活塞位移-時間曲線

調節泵控系統中伺服電機轉速，從而改變雙向定量泵輸出的流量和方向，得到如表2液壓缸活塞速度值，同時通過各信號元件代替控制系統來控制各換向閥通斷。通過換向閥通斷控制泵控系統中充液閥的通斷，得到如圖4所示泵控系統液壓缸活塞位移-時間曲線。

2.2 功率比較

伺服電機較普通電機有更高的轉速，所以泵控系統在快下和回程階段耗時比閥控系統少。閥控系統設置仿真步長0.001s，仿真時間8.5s；泵控系統設置仿真步長0.001s，仿真時間6.75s。將仿真完成的雙向定量泵處流量和壓力數據導入matlab軟件中，得到如圖5所示泵控系統和閥控系統功率-時間曲線。

圖5 功率-時間曲線圖

可以看出，在工進和回程階段，伺服泵控系統功率數值較大。閥控系統除快下時功率較小外，其余階段溢流損失能量。且通過matlab數值積分得到一個工作循環中泵控系統消耗的能量為43.69kJ；而閥控系統消耗能量為124.9kJ。可見完成相同的動作，泵控系統消耗能量僅為閥控系統的約1/3。

2.3 油耗比較

通過AMESim中泵控系統和閥控系統仿真結果容易得到總耗油流量隨時間變化曲線。可以用快下時通過充液閥的流量與泵出口的流量之和作為總耗油流量指標。圖6為閥控系統和泵控系統總耗油流量隨時間變化的曲線。通過數值積分得到：泵控系統耗油量為7.53L，閥控系統耗油量為10.243L。完成相同動作，泵控系統消耗油量較閥控系統減少約1/4。

圖6 總流量-時間曲線圖

3 結論

本文針對數控折彎機用比例伺服閥控和伺服泵控兩種系統建立仿真模型，比較了一個工作循環內兩種系統的功率和耗油量，結果證明伺服泵控折彎機液壓系統在減少能耗方面更有優勢。而且實際過程中，機器不是一直在工作狀態，經常會在待機狀態。而在待機狀態，伺服泵控系統的節能優勢將比工作狀態更明顯。

[1] 張忠獅.液壓系統能耗分析與降耗措施研究 [J].液壓與氣動，2008，（1）：38-40.

[2] 冼燦標，孫友松，黎 勉，等.泵控伺服液壓驅動系統動態性能分析及試驗研究[J].液壓與氣動，2011，（12）：11-15.

[3] 張志兵，卞正其，徐朝忠.伺服泵控系統在折彎機上的應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，49（6）：38-39.

[4]袁太平，尹顯明.1000kN數控折彎機液壓系統設計及控制[J].機床與液壓，2016，（8）：157-158.

[5]曾億山.液壓與氣壓傳動[M].合肥：合肥工業大學出版社，2012.

[6]付永領，祁曉野.AMESim系統建模和仿真--從入門到精通[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[7] 徐繩武.泵控系統在國外的發展[J].液壓氣動與密封，2010，（3）：1-4.

[8] Hydraulic system AMB for press brakes，hoerbiger.

[9]AMESim Tutorial Manual Rev10，November 2010.

[10]姜 鑫，等.基于ANSYS Workbench的CB-B型齒輪泵基座溫度場分析[J].液壓氣動與密封，2016，（2）.

The energy consumption analysis of CNC press brake based on servo pump control technology

ZHAI Hua1,2,3，WANG Qiang1，YAN Jianwen1,3
（1.Institute of Industry and Equipment Technology，Hefei University of Technology，Hefei 230009,Anhui China; 2.College of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009,Anhui China; 3.Anhui Province Key Lab of Aerospace Structural Parts Forming Technology and Equipment，Hefei 230009,Anhui China）

The hydraulic system working principle of CNC servo pump controlled press brake has been introduced in the text.The simulation models of pump control and valve control systems have been established. Meanwhile,the power and oil consumption of the above two systems have been compared in a working cycle.It is obtained that servo pump control system has advantages in energy consumption by comparing with valve control system.

Servo pump control;AMESim simulation;Energy consumption analysis

TG315.4+6

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.02.010

1672-0121（2017）02-0033-04

2016-11-26；

2017-02-17

2016年度安徽省科技計劃資助項目（1604a0902129，1604a0902138）

翟 華（1973-），男，博士，教授，研究院副院長，從事校直工藝理論及設計、液壓系統及元件、現代設計理論及方法等研究。E-mail：jxzhaihuajx@sina.com