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液压机泵控伺服动力技术研究的意义及必要性

作者: 来源: 日期:2019/4/4 16:52:13 人气:0

液压机是成型生产中应用最广泛的设备之一,自问世以来发展很快,已成为工 业生产中必不可少的设备之一。由于液压机在工业实际中的广泛适应性,使其在国 民经济各部门获得了广泛的应用,在锻造,冲压,管、线、型材挤压,粉末冶金, 塑料及橡胶制品成型等领域中广泛使用。尤其在机械制造领域中,液压机是三大类 锻压设备之一m。传统的液压机尽管具备很多优越性,而传统上基于定量栗一蓄能 器一自动卸荷阀一流量伺服阀等构成的恒压能源结构液压机,存在结构复杂、能耗 大、发热量严重、噪声高、振动大、油液过滤精度要求高、压力损失大等诸多弊端

[2]。由于它通常以泵站为动力源,提供给液压机各执行机构及控制机构以高压工作 液体,液压机通过一系列阀来控制工作液体的流向、压力及流量使各执行元件按照 工艺要求完成应有的动作,因此,传统的阀控式液压机不可避免的存在如下缺点[3]。

用泵直接传动时,安装功率比相应的机械压力机大。

对工作液压油要求较为严格,工作液压油有一定寿命,这样增加了工作

成本。

液压控制系统元件多、结构复杂、发热量大、噪音髙、振动大、精度低、 压力损失大、故障率髙且环节多,这些造成了整机造价高、竞争性差、能耗大、使用 不便、维护成本高且不方便。

在进入90年代以后,随着世界各国在能耗、噪声、泄漏等控制方面日益严格的 要求,节能己经成为电液系统的主要研究方向和研究重点之一[4]。因此进行液压机 新的液压传动及控制方式的研究显得尤为重要。工业生产实际应用中的液压机需要 对执行机构的速度进行控制,调速回路是液压机液压系统的核心。液压系统的调速 方式很多,但是总体而言可以分为两大类:节流调速回路和容积调速回路。现在进行 液压机电液系统改进大多是采用传统的电液伺服系统。电液伺服系统由于充分发挥 电子与液压两方面的优点,既能控制很大的惯量和产生很大的力或者力矩,又具有 高精度、快速响应能力,并有较好的灵活性和适应能力,因而得到了广泛的应用。 阀控伺服系统具有高精度、高频响等优良控制特性,所以应用范围极其广泛151。但 是,使用伺服阀的节流调速液压系统也有其固有的缺陷:

电液伺服阀对油液污染特别敏感。工作油液的污染将加快电液伺服阀的磨 损并产生故障,从而导致电液伺服系统工作可靠性和性能稳定性的降低,电液伺服 系统中故障的80%均来源于油的污染。因此,必须强化和完善过滤技术,提高液压 油的清洁度,这样也就提高了电液伺服系统的成本;

电液伺服系统的电液伺服阀提供的负载压力最大只有油源压力的三分之 二,因此系统能量浪费严重;

电液伺服阀加工精度高、价格贵、维修不方便,在特殊场合(如高温)其性 能不稳定。

交流变频技术的出现和成熟向我们提供了一种调节液压泵输出流量的新思路。 在传统的液压调速技术存在着效率低下,或者结构复杂的情况下,考虑将电机变频 调速技术用于液压系统,即变转速液压控制技术,通过控制电机的转速,由此带动 定量泵,通过改变电机的转速而使泵的流量发生变化,以达到容积式控制的效果[6]。 这种液压传动方式可以克服传统阀控式液压系统的缺点,既可大大简化液压回路, 又减少了液压系统的能量损失,提高系统效率,降低噪声等。其中最重要的是减少 液压系统的能量损失,提高整个系统的效率,故障率低,工作可靠性高[7-12]。 1.1.3研究意义

本文研究设计的是一种新型的直接驱动容积控制泵液压机,由交流伺服电动机 提供动力,是交流调速技术和液压技术相结合的产物。最重要的特点就是使用交流 伺服电动机不是改变栗的排量而是改变泵的转速来改变其输出流量,达到调节执行 元件速度的目的。另外,与传统液压机相比它不但结构简单紧凑、可靠性好、机械 效率高。同时,由于釆用交流伺服电动机驱动所以它能实现较高的精度,使工件受 力均匀,进而提高了产品质量,节省了原材料。而且其交流伺服电动机容积调速回 路具有调速范围宽、分辨率高、节能性好、抗污能力强、易于实现计算机控制等一 系列优点113]。

本文对泵控伺服液压机进行了液压系统设计,将泵控伺服驱动技术应用在普通 液压机的设计中,这在液压机设计领域是一种新的技术创新,在液压机的发展上将开 辟一条新的技术发展之路。本文将电机、泵、液压系统和加工工件结合在一起进行

全面的数学建模和仿真,是液压系统仿真研究的全新方法,通过此仿真能够对泵控 伺服液压机的性能进行全面深入的研究,在液压机没有制造出来之前便可对其性能 进行预测,找出缺陷,提出改进方法和措施,能够在液压机的设计和性能优化方面 发挥很重要的作用。通过对泵控伺服液压机全系统的仿真研究,得出了很多重要结 论与成果,为泵控伺服液压机的理论研究、设计制造和性能优化提供了理论基础。 本文还对泵控伺服液压机进行了动态性能方面的实验研究,并将其动态性能与阀控 液压系统,仿真系统进行了比较,得出了许多重要的成果,证明了仿真研究的可行性, 发现了泵控伺服液压机存在的一些缺陷和改进方法,这对泵控伺服液压机的设计,性 能优化具有很重要的意义。


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