伺服驱动液压机浅析

李贵闪

（合肥合锻机床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

伺服驱动液压机浅析

李贵闪

（合肥合锻机床股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介绍了伺服驱动液压机液压结构原理，与普通液压机比较，伺服控制液压机具有诸多优点，可以取代现有的大多数普通液压机，具有广泛的市场前景。

机械制造；伺服液压机；结构特点；伺服电机

1 前言

伺服驱动液压机（简称伺服液压机）是应用伺服电机驱动主传动油泵，减少控制阀回路，对液压机滑块进行控制的一种节能高效液压机。适用于冲压、模锻、压装、校直等工艺。与普通液压机比较，伺服驱动液压机具有节能、噪声低、效率高、柔性好、效率高等优点，可以取代现有的大多数普通液压机，具有广泛的市场前景。

2 伺服驱动液压机原理

如图1所示，伺服驱动液压机的主油泵采用伺服电机驱动，液压机的主油缸上腔安装有压力传感器，在液压机滑块处安装位移传感器。控制器根据压力反馈信号、位置反馈信号、压力给定信号、位置给定信号、速度给定信号等计算出伺服电机的转速，从而控制液压泵的输出，以进行压力、速度、位置控制。伺服驱动液压机依靠调节伺服电机的转速，来控制液压机的压力、速度、位置等参数，取消了液压控制回路中的压力控制阀、流量控制阀等元件，简化了液压控制回路。伺服驱动液压机在滑块快降、滑块静止在上限位进行上下料时，伺服电机转速为零；滑块加压和回程时伺服电机的转速由设定速度确定；滑块在保压时伺服电机的转速仅弥补泵和系统的泄漏。传统液压机在整个工作过程中电机始终处于恒定转速。图2为在整个工作过程中，传统液压机与伺服控制液压机电机转速的区别，图中①为滑块快降阶段，②为滑块加压工作阶段，③为保压阶段，④为滑块回程阶段，⑤为滑块静止时的上下料阶段。

伺服驱动液压机的压力和位置通过伺服电机的转速闭环控制，可以通过专用控制器进行控制，也可利用PLC或PC编程进行控制，一般采用PID控制。通过设定PID的参数，可以满足大多数液压机对精度、响应速度的要求。

3 伺服驱动液压机优点及功能

3.1 节能

伺服驱动液压机与传统液压机比较节能效果显著，根据加工工艺和生产节拍不同，伺服驱动液压机可节电20%～60%。图3标示了传统液压机和伺服驱动液压机在整个生产过程中消耗的电能情况，图中阴影部分为伺服驱动液压机在一个工作循环中相比较传统液压机节省的电能。以下对各工作阶段两种液压机消耗电能情况进行分析：

（1）在滑块快降及滑块在上限位静止时，伺服电机不转动，故不消耗电能。传统液压机电机仍在额定转速下转动，仍需要消耗额定功率的20%～30%的电能（包括电机电缆、泵的摩擦、液压通道阻力、阀的压降、机械传动的连接等消耗的能量）。

（2）在保压阶段，伺服驱动液压机的伺服电机的转速仅仅补充泵及系统的渗漏，转速一般在10rpm～150rpm之间，消耗的功率只是额定功率的1%～10%。传统液压机根据保压方式不同，在保压阶段实际消耗功率为额定功率的30%～100%。

（3）伺服电机的效率和普通电机相比较来看，效率高出1%～3%左右，这决定了伺服驱动液压机更加节能。

3.2 噪声低

伺服驱动液压机油泵一般采用内啮合齿轮泵，传统液压机一般采用轴向柱塞泵，在同样的流量和压力下内啮合齿轮泵的噪声比轴向柱塞泵低5dB～10dB。伺服驱动液压机在压制和回程时电机在额定转速下运行，其排放噪声比传统液压机低5dB～10dB。在滑块快降及滑块静止时，伺服电机转速为0，所以伺服驱动液压机基本没有噪声排放。在保压阶段由于电机转速很低，伺服驱动液压机的噪声一般小于70dB，而传统液压机的噪声为83dB～90dB。图4为两种液压机在各工作阶段的噪声对比。经测试及推算，在一般工况下，10台伺服液压机产生的噪声比一台同样规格的普通液压机产生的噪声还要低。

3.3 发热少，减少制冷成本，减少液压油成本

如图5，伺服驱动液压机液压系统无溢流发热，在滑块静止时无流量流动，故无液压阻力发热，其液压系统发热量一般为传统液压机的10%～30%。由于系统发热量少，大多数伺服驱动液压机可不设液压油冷却系统，部分发热量较大的可设置小功率的冷却系统。

由于泵大多数时间为零转速和发热小的特点，伺服控制液压机的油箱可以比传统液压机油箱小，换油时间也可延长，故伺服驱动液压机消耗的液压油一般只有传统液压机的50%左右。

3.4 自动化程度高、柔性好、精度高

伺服驱动液压机的压力、速度、位置为全闭环数字控制，自动化程度高，精度好。另外其压力、速度可编程控制，满足各种工艺需要。

3.5 效率高

通过适当的加减速控制及能量优化，伺服控制液压机的速度可大幅提高，工作节拍比传统液压机提高数倍，可达到10/min～15/min。

3.6 维修保养方便

由于取消了液压系统中的比例伺服液压阀、调速回路、调压回路，液压系统大大简化。对液压油的清洁度要求远远小于液压比例伺服系统，减少了液压油污染对系统的影响。

4 SHP27-200型伺服驱动液压机简介

合肥锻机床股份有限公司自2009年6月开始了伺服驱动液压机的研制，在2010年6月生产了SHP27-200型伺服驱动液压机样机，经过近1年的试验，其各项技术指标达到设计要求。主要技术指标见表1所示。

表1 SHP27-200型伺服驱动液压机参数

5 结束语

伺服驱动液压机具有很多优点，可以代替大多数传统液压机和部分机械压力机，其使用成本只有传统液压机的50%左右，是传统液压机更新换代的新一代产品，市场前景看好。

[1]孙友松，何寄平，方 雅，等.交流伺服驱动与成形装备节能[J].锻压装备与制造技术，2009，44（5）：31-36.

[2]苏文海，姜继海，邓 攀.直驱式电液伺服闭式回路的噪声分析[J].机床与液压，2010，（10）:34-38.

[3]张贵成，符起贤，黄尧坤.数控伺服压力机的特点及其研究[J].机电工程技术，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

李贵闪（1971-），男，高工，从事液压机及液压系统研发设计