博世力士乐节能型数控液压垫

文/汪宇廷，张冀南，席彦士·博世力士乐中国有限公司

博世力士乐节能型数控液压垫

文/汪宇廷，张冀南，席彦士·博世力士乐中国有限公司

汪宇廷，主要从事电液混合动力的压机系统的应用。

数控液压垫技术经过几十年的发展在汽车及轻工等行业得到了广泛应用。通常来说，一条压机线由多个工位组成，包括成形、剪切、冲压以及开卷、送料、平整、机械手等自动化部件。数控液压垫技术应用于压力机的成形阶段，由于工件的材质、几何形状、板料张力等各不相同，造成工件成形过程中需要克服不同的受力情况和工艺要求，在生产过程中工件很容易被撕裂、弄皱及破损等。应用数控液压垫技术可以很容易控制工件成形过程中的拉伸力及其他各部分的受力，保证拉伸过程中实际拉伸力与设定值一致。另外，预加速功能可以进一步降低上模和下模接触时对工件的冲击，延长模具寿命、减少噪音、提高生产节拍和定位精度

图1 数控液压垫结构1-压力机滑块2-凹模上模3-需拉伸工件4-压边圈5-凸模下模6-顶杆7-顶冠8-液压垫液压缸总成9-支架

数控液压垫系统的油缸总成采用了紧凑设计，油缸和阀块已经集成为一体，安装简便，只需把油缸安装法兰直接固定在压机顶冠下的支架上。液压管路布局也简洁易懂，每个油缸总成阀块都有预留的标准压力油口和回油口，用户可自行选择油缸数量和布局，如图1所示。

图2 液压垫运动轨迹

数控液压垫的工作过程如图2所示，从1位置到2位置是液压垫的预加速过程，此时液压垫是主动移动（位置/速度控制）；从2位置到4位置（下死点）是拉伸过程，液压垫被上滑块压至下始点，此时液压垫是被动移动（力控制）；拉伸结束后，液压垫再次切换到位置/速度控制，此时液压垫有多种模式可以选择：⑴从4位置移动到8位置（上死点），也可以随上滑块的轨迹运行到上死点；⑵从4位置下沉到5位置（下沉闭锁位置），避免工件受力反弹；⑶从4位置移动到6位置（取料位）等待机械手取料。为了最好的控制拉伸力精度、位置/速度的精度、响应时间，博世力士乐公司采用了自行开发的MAC8运动控制器，能实现所有的液压垫运动控制。在减小主机厂工作量的同时，提高了系统的性能和稳定性。

在数控液压垫的调试过程中特别要注意液压油的清洁度，在联机调试之前必须要保证液压管路、液压站及油缸总成块都已冲洗干净，只有在液压主油路、先导油路分别达到NAS7级和NAS5级后，才能把伺服先导阀安装至系统。

随着世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭，对能源供应商、工业企业及消费者都提出了新的挑战，尽可能以高效和可持续的方式使用能源成为了当务之急。节能型液压垫为企业直接降低成本的同时，装机功率、冷却功率、安装尺寸等也大大减小。博世力士乐推出的节能型数控液压垫系统采用了高低压方案，如图3a所示，在正常拉伸过程和液压垫回程时用低压系统，在预加速过程中用高压回路。如图4所示为已投入使用的高低压型液压垫功率曲线，经过现场测试，该系统的装机功率减少了33%以上，性能指标完全符合技术要求。

如图5a所示，拉伸成形过程中高低压型液压垫（红色曲线）比标准型液压垫（黑色曲线）能耗低。标准型液压垫单根油缸平均小时能耗95kWh，高低压型液压垫单根油缸平均小时能耗89kWh，节约能量6%，减少CO2排放0.613kg/kWh，一套数控液压垫的油缸数量为4～8根，节约总能量24～48kWh，减少CO2排放量16～32t。液压垫回程过程的能耗如图5b所示，标准型液压垫单缸平均小时能耗（蓝色曲线）32.3kWh，高低压型液压垫系统（红色曲线）单缸平均小时能耗11.5kWh，节约能耗64%，减少了CO2排放13t。

图3 高低压节能型液压垫与标准型液压垫原理对比

在整个拉伸过程中，高低压型液压垫节约的总能量为107.2～214kWh，按一年运行4800h计算，可节约用电51～102KWh。减少CO2排放量68～136t。虽然整套液压垫装机功率降低了，但液压垫的位置精度、拉伸力的控制精度等都和标准型液压垫的性能几乎一样，没有任何降低。

图5 高低压型液压垫和标准型液压垫能量曲线比较

一套450t、4点高低压数控压垫，冲压频率为13次/min，用户在初期的投入比标准型数控液压垫大约多8%，但只考虑所节省的电费，这笔增加的投资在不到一年里就能够收回。