大型压机液压控制系统分析研究

王建国 刘 军

(中国第二重型机械集团公司设计研究院，四川 618000)

随着液压控制技术的不断发展，特别是近年来高压、大流量阀的成功研制，大型液压机进入了一个高速发展阶段，世界各地相继建成了多台大吨位锻造液压机，我国更是如此。

1 液压传动工作介质选用

当今世界上主要有两种工作介质类型的压机:水压机和油压机。水压机的系统工作介质采用乳化液，油压机的系统工作介质采用液压油。水压机所用乳化液一般由2%的乳化脂和98%的软水搅拌而成。优点:价格便宜，一次性投资小;体积弹性模量大，不易于压缩;在软水中加入油脂，对系统中的元件起润滑作用;不易于燃烧，有利于消防。缺点:易腐化变质，需要用搅拌器连续搅动，以防止变质，对工作缸和元件有腐蚀性;粘度低，容易造成系统外泄漏，污染环境;设备正常运行后，故障多，元件磨损块，维护成本很高。

油压机采用矿物油作工作介质。优点:油压系统控制精度高;防锈性、润滑性好;液压油粘度高，不易引起外泄漏，对液压元件的气蚀性小;设备正常运行后，维护成本低。缺点:易燃，不利于消防;体积弹性模量小，系统加压时压缩量大;价格昂贵。

2 液压系统的控制方式

2.1 液压动力系统

液压机的液压控制动力系统有3 种基本形式:泵+蓄能器传动系统、泵直接传动系统和泵+增压器传动系统。

(1)泵+蓄能器传动系统

此种控制模式多用于水压机系统，工作液体压力基本保持在蓄能器压力波动值范围内，蓄能器压力确定了液压机的最高压力，压力调整困难;流量控制环节的元件损坏将很频繁、能耗很难降低;压力仅能随着负载情况变化但无法实现无级控制，无法保持压力恒定。

(2)泵直接传动系统

液压泵输出的流量直接进入到系统工作油缸内，以满足液压机工作油缸运动速度所需要的流量，泵所消耗的功率即为液压机压制工件所作的功率。但泵电机功率是按压机最大压制力及速度来选用的，若为定量泵，则在整个压制周期内，将有一部分功率用来使系统发热，作无用功。为了提高系统工作效率，节约能量，可以采用变量泵来实现，也可以采用定量泵加变量泵的组合来实现。

(3)泵+增压器传动系统

液压传动系统中，一般把系统工作压力高于31.5 MPa～35 MPa 称为超高压。一般工程上使用的液压系统工作压力小于31.5 MPa，在此压力范围内工作的液压元件，规格、种类齐全，可靠性较高，已广泛应用于各类工程机械。超高压的泵，目前成熟的产品流量很小，即使有个别厂家能生产超高压大流量定量泵，除需要考虑其可靠性及备件问题，还要考虑系统调速问题。因此，大流量超高压液压系统，通过采用增压器增压来获得超高压，是较可靠的方法。

2.2 液压控制系统

大型压机吨位大，由于机械设备本体结构及成本原因，液压缸一般不可能设计得太大，因此，要求提高液压系统工作压力，采用超高压液压传动。设备工作效率要高，油缸工作速度相应就高，液压系统需要的流量大，导致液压阀门通径大。因此，高压大流量是大型压机液压系统主要的技术特点，也是实现液压控制的技术难点。针对大型压机要求系统高压、大流量、高精度、冲击小等，国内外压机行业的相关专家作了大量的分析研究，实现控制的方式多种多样。

(1)二通插装阀控制

二通插装阀是通过先导电磁阀来控制插装主级，通过逻辑元件的组合实现多种换向阀的机能。在电磁阀控制油路上加节流孔或节流阀，可以控制主阀的开、关速度，控制盖板带行程调节杆，还可以手动调节主阀芯的行程，从而实现调节通过阀的流量。为满足大型压机高压、大流量的快速而无冲击的工艺动作要求，采用逻辑插装元件组成的三级插装阀。由于是手动调节阀的启、闭性能特性，因此，对调试人员要求较高，且较难调试到设计要求的理想状态。控制中的节流阻尼器限制了阀的开、关快速性能，切换时间长，停位精度差。虽然其控制性能不理想，但由于投资低，也广泛应用于各类压机液压系统中。

(2)电液比例伺服阀控制

随着微电子技术的发展，液压技术与电子技术相结合形成的机电一体化技术，促进了电液控制阀的快速发展。近年来，比例插装阀已被广泛用于大型压机液压控制系统。大通径比例插装阀主要由电气-机械转换器、伺服先导阀、插装主阀芯和检测元件组成。电液比例伺服阀控制系统能满足压机活动横梁运行速度的动态调整，控制精度高，对压机加压后的泄压时间控制灵活，有效地减小了系统泄压冲击振动。能实现对压机的无级控制。

(3)变向变量柱塞泵控制

变向变量柱塞泵是一种既可改变排量又可以改变进、出油口方向的径向柱塞泵，双变量是通过伺服先导机构推动柱塞泵的偏心环来实现。这种泵控系统使压机横梁的行程及液压油按正弦曲线平稳运动，通常称为正弦系统。因为没有任何液压阀参与油缸的动作控制，因此，正弦系统在液压系统中不会产生冲击振动。由于减少了液压控制阀，设备维护的工作量相应减少。正弦系统能连续地按给定信号要求控制压机横梁的运行速度、压力和位置，能实现对压机的无级调控控制技术。工作时油缸加压，返回时油缸内的压力油驱动柱塞泵转动，主泵象马达一样工作，把能量反馈到设备有关电力系统中，从而节能。该系统可以节约20%～30%的电能损耗，但该系统的后期维护成本较高。

3 系统泄漏、污染控制

液压系统的泄漏是一个不可忽视的问题，产生泄漏的原因与设计、制造装配及维护管理都有关系。在设计选型时要注意连接件的密封结构形式和密封件的材质，高压部分尽量选用法兰连接。制造安装时，要严格控制加工精度及安装精度，必须要达到或优于图纸技术要求。

重视液压系统油液清洁度的控制，是保证大型压机液压系统可靠工作和延长液压元件使用寿命的有效措施。在系统中正确设置过滤器是关键，在大型压机液压系统中，采用油液循环过滤等多重过滤技术，完全能满足系统需要。

4 结论

本文对比分析了油、水两种工作介质的技术性能差异以及系统泄漏、污染控制技术注意要点。认为大型压机工作介质采用液压油是优选方案，液压系统采用多重过滤控制能提高系统可靠性。对液压控制系统的3 种方案进行了阐述，对各方案的技术性能进行了分析。从压机的使用、维护及功能综合考虑，大型压机液压系统采用变量泵、增压器、比例伺服阀组合是当前优先选用的控制方式。

［1］俞新陆.液压机的设计与应用.北京:机械工业出版社，2006.

［2］雷天觉.液压工程手册.北京:机械工业出版社:1990.

［3］张利平.液压控制系统及设计.北京:化学工业出版社，2006.

［4］陈柏金，黄树槐.锻造液压机液压系统传动方式研究.锻压技术，2003(2).