12MN/20MN框架双动油压机伺服节能改造

乔礼惠，夏煜昊，徐 路，赵雪松

（江苏国力锻压机床有限公司，江苏 扬州 225009）

12MN/20MN框架双动油压机伺服节能改造

乔礼惠，夏煜昊，徐 路，赵雪松

（江苏国力锻压机床有限公司，江苏 扬州 225009）

介绍了12MN/20MN框架双动油压机采用伺服电机驱动双联泵取代原三相异步电动机驱动恒功率变量泵的节能改造方案，并对伺服驱动控制的应用和机床动作进行了介绍。同时该机床增加有平衡缸装置，提高了机床的工作效率。通过改造，可实现节能47%，噪声明显降低，连续运行4小时油温在环境温度基础上仅升温15℃。

油压机；伺服改造；双联泵；平衡缸

油压机工艺过程一般分为快下、工进、加压、保压、泄荷、回程等阶段，各阶段所需工作压力和流量不同，电机在整个工艺过程中处于不断变化的负载状态中。目前绝大部分油压机采用三相异步电动机驱动恒功率变量泵提供能源，虽然可实现超过设定压值减少输出流量的效果，但整个工作过程中电机一直处于正常运转状态，而实际上在快下、保压以及上停取、放料状态可不需电机驱动油泵工作，因而一方面会造成能源浪费，另一方面也造成油液的循环溢流形成油温上升。本文所述伺服节能系统从根本上克服了传统油压机的这一弊病，当系统需要的流量发生变化时，电机转速跟随流量指令大小而变，使油泵的输出流量发生变化，真正做到“要多少给多少”的控制，实现了在油压机上的节能应用，对于减少能源浪费具有非常重要的意义。伺服电机和双联泵现场装配图如图1所示。利用PLC和伺服驱动器的快速合理配合，使位置精度和压力控制均有明显提高。

图1 伺服电机和双联泵现场装配

图2 伺服节能系统配置图

1 系统构成

如图2所示，该伺服节能系统主要由六部分构成：三菱Q系列PLC、德国福伊特双联泵（50ml/r+ 100ml/r）、菲仕伺服电机、埃斯顿PRONET伺服驱动器、巴鲁夫磁致伸缩尺、意大利ATOS压力传感器。因此台改造机床是自动化生产线打头机床，所以其稳定性决定了整条自动化生产线的效率，同时整条生产线配置有机器人进行自动上下料，机床与自动化线、机器人、废料线之间采用现场网络CC-Link进行无缝连接控制，CC-Link网络具有高速、稳定的I/ O响应、扩展自由度高等特点。

1.1 伺服驱动器

如图3所示，PRONET伺服驱动器通过模拟量通道AI1、AI2实时接受来自油压机PLC给出的流量信号和压力信号，经控制器内部处理后，驱动油泵工作并通过调节电机转速来控制流量Q和建立压力P。当压力建立完成后通过模拟通道AI3接受压力传感器（安装于油泵出油口处，为电压输出型）的反馈信号来实时调节系统压力，进而使系统压力保持稳定。在快下、保压以及机器人上下料阶段，通过对压力、流量、温度、转速、电流等数据采集的基础上，建立能耗最佳运行模式，避免了传统系统存在的高压溢流时能量的损失及油温的上升。通过驱动器上的面板操作器可对所有参数进行编辑、比较及初始化，也能实时监控所有的输入/输出信号、当前报警及历史记录以及系统状态等。通过专用软件能实时采集压力和流量波形（图4），方便调试和分析，更可快速调整伺服驱动器的增益，在没有位置或速度指令输入时仍可进行简单测试。

图3 伺服驱动器接线示意图

图4 采集数据曲线显示画面

1.2 双联泵

双联泵由两个内啮合齿轮泵串联组装而成，具有一个共用进油口和两个可输向各自独立回路的出油口。内啮合齿轮泵的齿轮转子联结着驱动轴，当转子和内齿轮旋转时，在进口处齿轮相互分离形成负压而吸入油液，当齿轮在出油口处不断嵌入啮合而将油液挤压输出。因采用轴向和径向压力补偿设计，即使在低转速下仍可保持较高的容积效率，通过采用高强度铸铁和独特的无压力脉冲消音设计，使噪声更低。

1.3 高低压切换

双联泵中100ml/r泵为低压泵，50ml/r泵为高压泵，高低压切换压力设置为10MPa，高压可达到25MPa。在低压时，高低压泵输出油液进行合流，使机床运行速度变快，如图5所示。当减压时根据伺服驱动器实时检测到的压力，达到高低压切换压力值时使低压泵油路卸荷，从而减小装机功率，节能显著。通常高低压切换压力值根据机床滑块回程力进行设定，此台机床拉伸滑块回程压力比压边滑块回程压力大，拉伸滑块回程压力达到8MPa，设置时为避免压力波动造成震荡，将高低压切换值设为9MPa。

2 机床动作说明

机床在“半自动”“定压”状态动作为：当拉伸和压边滑块均停于上限位时，双手同时按压按钮站上的两只“双手压制”按钮，压边滑块快速向下→达到触摸屏参数设置的拉伸始下位置→拉伸滑块也开始快速向下→压边滑块达到触摸屏参数设置的压边慢下位置→慢下工进（此时可松开双手操作按钮），而此时拉伸滑块达到触摸屏参数设置的拉伸慢下位置后便停止在当前位置不再动作→压边滑块的压力达到触摸屏参数设置的外保压力便停止→拉伸滑块慢下工进→拉伸滑块达到触摸屏参数设置的内保压力便停止→拉伸滑块卸压→卸压延时时间到→拉伸滑块回程→到回程减速点→压边滑块卸压→卸压延时时间到→压边滑块回程→拉伸、压边滑块运动到各自的回程上限→滑块停止(当到达上死限时滑块也会停止)，滑块完成一个半自动定压循环。

图5 高低压切换阀组

3 平衡缸的应用

在油压机上横梁两侧各设有两只平衡缸，平衡缸通过活塞杆分别与压边滑块和拉伸滑块连接，在压机回程中，通过滑块两边安装的平衡缸，充气进行悬浮拉力的拉动，可省去相当于滑块重量的回程力，加快滑块回程速度，提高压机工作效率。当滑块运行至上限位位置时，通过对伺服驱动的流量、压力控制，结合平衡缸的应用，使滑块快速回程到顶可实现平稳停止，消除以往出现的到顶反弹反复振荡现象。

4 结束语

本文所述伺服节能系统利用伺服的高速响应特性实现即时供油，还可通过实时检测来自油压机控制系统的压力和流量信号，适时调整各工况动作所需的伺服电机转速，让泵输出的流量和压力最大化地满足系统需要，而在非动作状态，让伺服电机处于低速运行。总体来说节能效果可达47%（表1）。同时噪声也有明显降低，而油温连续运行4小时在环境温度基础上仅升温15℃（表2）。不难看出，对油压机进行伺服节能改造大大提升了效率，相信该性价比较高的节能伺服系统会被更多客户所认同，并推动整个产业的节能环保变革。

表1 电能检测结果对比

表2 油温检测结果对比

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[2]电液混合伺服泵系统用户手册.南京埃斯顿自动控制技术有限公司，2010.

[3] 张永强.交流伺服电动机在液压调速回路中的应用[J].电气时代，2010，3（1）：63.

[4] 张 金.中国锻压行业未来发展方略.锻压技术，2013，（1）.

[5] 孙友松，何寄平,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）：26-31.

[6] 李 威，梅立业.36/42MN双动油压机液压系统大修解决方案[J].锻压装备与制造技术，2011，46（3）：19-20.

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

乔礼惠（1979-），男，工程师，从事锻压设备电气设计研究。E-mail：qw060616@126.com