液压机滑块控制研究

2019-05-29赵懿峰陆文清陈琦海

设备管理与维修 2019年18期

赵懿峰，陆文清，陈琦海

（1.上海赛科利汽车模具技术应用有限公司，上海 201209；2.上海汽车车身先进制造工程技术研究中心，上海 201209）

0 引言

就油压机[1]而言，滑块的控制在整个压机系统中是一个非常重要的环节。如何快速、平稳地进行滑块的控制，来确保压机系统能获取一个平稳的压力控制一直是业界非常困扰的内容。这里就滑块控制，从液压系统以及相应的电气控制着手，参照schuler 液压机，对整个滑块如何实现快速响应提供初步分析以及原理剖析，并通过技术手段，对内部各个环节的关系进行展示。

1 液压机滑块控制

1.1 滑块控制机械液压原理

在动力源方面，整个滑块控制采用变量泵作为动力系统，在系统的控制下，通过比例阀控制变量泵斜盘开启角度以及响应速度来满足滑块快速上下行以及保压的要求。

在执行机构方面，系统采用3 路液压缸进行控制，每一路配置一个环阀，来满足滑块快速响应的要求。如图1 所示，在环阀打开的情况下，系统液压油能迅速对油缸进行填充或从油缸排出，而在关闭的情况下，系统能迅速建压，满足工艺要求。并且环阀的开闭采用比例阀控制，环阀的开启和关闭位置根据控制需求进行调整，来满足系统的需求。环阀开闭特性如图2 所示，当环阀开口比例大于94%时，环阀基本关闭可以迅速建压，当低于71%时，可以认为环阀全开，进行大流量供油和排油控制。

1.2 滑块电气控制

整个电采用倍福控制系统进行整体协调，由滑块控制PLC对滑块运行以及环阀进行相关控制，通过数据接口与系统控制PLC 进行数据交换，进而对变量泵进行系统控制。控制系统结构如图3 所示。

（1）下行。环阀打开，系统根据设定排油，滑块迅速下降。

（2）保压。环阀关闭，系统建压，根据工艺进行保压。

（3）上行。环阀打开，系统根据设定供油，滑块迅速上行。

（4）上死点停止。根据停机位置，环阀关闭调整+供油调整，滑块软停止（无冲击停车）。

图1 环阀

图2 环阀开闭特性曲线

图3 控制系统结构

当滑块上升到一定位置后，系统供油降低，同时，两边环阀关闭，共同作用进行减速，当靠近上死点时，通过中间环阀关闭进行最终刹车停机。其中，对动力源而言，根据设定的速度，计算需要供油的油量，则单位时间内液压泵提供的油量U=πDV3，其中，V 是上行速度，D 是油缸直径。

然后根据液压泵特性曲线，对泵的流量进行输出控制，使得系统能提供足够的油量来满足滑块上升、下降需求。同时，在变量泵输出控制正常情况下，为了滑块能达到上述控制的需求，环阀必须严格按照上述时序协同进行及时控制。对于控制来说，整个下行过程相对简单，所以本文仅就对响应速度以及定位要求较高的上行过程做一详细的分析。

首先，为了提高压机的运行速度，滑块上行和下行一样，需要满足快速要求，这就要求在上行过程初级阶段，滑块液压缸能在系统压力的作用下迅速排油，环阀的设计给予系统快速排油的可能。通过环阀的打开，上腔的液压油能迅速排出油缸，实现了快速响应。同时由于速度快了，另一个问题便更加显现在整个控制流程中。为了滑块能准确且平稳地停在设定的上死点位置，系统供油和环阀控制必须按照系统设定进行协同控制。为了减少冲击，系统按照式（1），（2）计算设定减速距离，提前进行减速控制。

式中 S设——上死点停机位置

SΔ——提前制动距离

V开始——设定上行速度

V结束——上行停止前速度

α——停止加速度

控制程序自动根据设定的数据来计算制动提前量。由上可以看出，当上行速度较大时，在一定加速度的前提下，提前制动距离会有所增加。在平时生产过程中，由于斜盘等磨损卡滞，造成系统供油下降响应过慢，速度未能按照原先设定的轨迹进行减速，造成在上死点速度过大，造成冲击。如果连续冲击，会造成整个压机系统振动过大，相应的螺栓等提前疲劳断裂，造成严重的后果。

1.3 现场控制曲线

对于现场设备，Y61～Y64 伺服阀，输出和反馈基本一致，相应正常。但2#-3#泵的斜盘在Y61～Y64 液压的驱动下，跟随斜盘开启指令的变化基本能及时响应。但从控制曲线看出，对于局部小的指令变化，存在部分死区，但暂不影响使用。但1#泵在同样指令下，响应死区较大，对于小指令无法分辨响应，同时在上行关闭时，和其他斜盘相比明显延迟，在一般情况下，在滑块运行位置上相差20 mm 的距离。这样未能在规定的位置进行减速，造成在原有的时序控制下，滑块在停止时，在1#、3#主缸内产生瞬间高压，产生冲击。在这种情况下，除了对泵进行及时维修外，可以通过适当减小上述提及的停止加速度α 来延长减速时间，来避免上死点停机冲击，消除该问题，同时为备件准备提供时间。