泵控伺服压力机的改造方案实现大大减少设备能耗

采用交流伺服电机+定量泵组成可控液压源，形成一种新的泵控伺服液压系统。这种系统不仅可以提高系统工作性能，简化系统结构，而且可实现高效的容积调速，减少甚至完全消除待机、保压时的能量消耗，从而大大减少设备的能耗。

本文以自重式下行普通通用液压机液压系统为基础，提出了一种泵控伺服压力机的改造方案。泵控伺服压力机工作性能和自动化程度大大提高：可以实现主缸的变速、变负荷运动;压边缸变负荷浮动压边;能耗大幅度减少，减少了油箱体积和冷却水用量。

1、普通液压机

普通液压机是一种四柱式液压机，最高油压为31.5MPa，额定工作负荷为1600 kN。根据工艺要求，主缸的工作循环为：快速下行--慢速加工--保压延迟--快速返回--原位停止。副缸为：向上顶出--向下退回--原位停止。下缸并可实现浮动压边，以满足板料拉深工艺的需要。液压系统原理图如图1所示：是一个双泵多执行元件组成的开式液压系统，主泵和辅助泵均为普通型液压泵。

机器液压系统特点：优点是小泵为控制油路供油，大泵为主油路供油，以确保控制的可靠性;利用主缸自重快速下降通过充液阀使主缸快速充液，减少对主泵的流量要求;主、副缸运动实现互锁，可实现浮动压边。但是，机器可控性差，不能实现压力和速度的自动实时控制，无法进行变速、变压力压制工作，难以实现工艺过程的优化;能耗高。尤其在保压、待机时，由于泵泄荷和溢流，造成较大的能量浪费。

2、交流伺服泵控伺服液压机方案

（1）改造思路

采用交流伺服电机取代普通感应电机，配以定量泵，组成泵控伺服油源，提高系统可控性;控制油路采用小泵加蓄能器及电接触式压力表，取消溢流阀，以实现小泵节能;在主、副活塞上分别安装位移传感器，并在主油路安装压力传感器，以检测位移、速度和压力;将主油路和副缸的溢流阀改为比例溢流阀，以实现主缸压力和浮动压边力的实时控制;原有的换向、充液等基本控制回路仍然保留，从而降低对油源的要求。

（2）泵控伺服液压机液压系统方案

根据普通液压机特点提出此交流伺服泵控式液压机方案，如图2所示。

（3）性能特点

泵控伺服、主油路采用容积调速、调压，减少能量损耗;较普通液压机性能提高：主缸、压边缸压力可实时控制，变负荷变压边力拉深，主缸速度可实时控制，变速压制，主缸位置可实现高精度控制，提高工作精度;充分利用伺服电机可频繁启动、可变速的特性，实现伺服控制和取消待机消耗。

根据此液压系统所具有的特点和优势，可按照加工工艺要求，调整压力和速度，减少不必要的能耗，例如快下供油、保压和装卸工件，由于电机停转，没有卸荷能耗损失，将大大节约能量。

3、能耗分析

（1）加工实例

加工拉深件如图3所示，材料08钢。根据冲压工艺计算得所需压边力219.48kN，拉深力482.08KN。

则液压机主缸所需压力为701.56kN.拉深工艺参数见表1。

（2）液压机主要参数

机器技术参数

公称压力：主缸1600 kN，副缸1000kN。

主缸速度：快进400 mm/s，工进20 mm/s，快回400 mm/s。

副缸快回：90 mm/s。主要液压元件和参数见表2。

（3）加工过程能耗分析

液压机加工过程位移-时间曲线如图4所示。加工过程能耗分析见表3。

 

（4）功率损耗静态计算

泵静态输出功率计算，结果见表4。电机静态输出功率计算（柱塞泵总效率约0.8，叶片泵总效率为0.6），结果见表5。电网静态输出功率计算（普通电机效率为0.8，交流伺服电机为0.9），结果见表6。电网输出能耗计算，见表7。

（5）静态工作效率比较

加工工件所需有用功：

W=FS=70.156kJ（F=701.56kN，S=0.1m）。普通液压机消耗总能量为：161.62kJ。泵控伺服液压机为：118.73kJ。普通压力机工作效率为：43.4%，交流伺服液压机工作效率为：59.1%。交流伺服液压机工作效率高于普通液压机15.7个百分点。

（6）电网输出能耗计算曲线（图5）

4、结论与讨论

（1）液压机采用交流伺服驱动技术可以提高液压机性能，实现速度、压力的实时控制。

（2）泵控伺服液压机有显著的节能效果，根据拉深实例分析，较普通液压机节约26.54%的能量，节约能量为为42.89kJ。交流伺服液压机工作效率高于普通液压机15.7个百分点，达到了59.1%。可见交流伺服泵控式液压机是一种高效节能型液压机。

（3）若将伺服液压机应用于拉深更为复杂的成形，节能效果更佳。

（4）采取措施，实现压边能量的回收，可以进一步节能。

审核编辑：郭婷