精密数字液压机的节能和环保.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 01 1 精密数字液压机的节能和环保 刘如红 无锡市蓝力机床有限公司， 江苏无锡2 1 4 1 7 4 摘要 以智慧 、 环保 、 节能为主题 ， 以设备 制造 行业 的发展趋 势和现状为背景 ， 详尽介绍 了一种精密 数字控制的液压机 ， 它不但具有 高的可控工作性 能， 而且在能耗 、 噪声的降低方 面效果显着。 关键词 液压 机； 节能 ； 环保 ； 伺服 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 1 1 - 0 0 3 3 0 3 Ene r g y s a v i n g a n d En v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n f o r Pr e c i s i o n Di g i t a l Hy d r a u l i c P r e s s L1 U Ru h on g Wu x i L a n l i Ma h i n e T o o l C o ． ，L t d ． ，Wu x i 2 1 4 1 7 4 Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e w i t h wi s d o m， e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n ， e n e r g y s a v i n g a s t h e t h e me ， e q u i p me n t ma n u f a c t u r i n g i n d u s t r y d e v e l o p me n t t r e n d a n d p r e s e n t s i t u a t i o n a s t h e b a c k g r o u n d ， t h i s p a p e r i n t r o d u c e s i n d e t a i l a p r e c i s i o n d i g i t a l c o n t r o l h y d r a u l i c p r e s s ， i t n o t o n l y h a s h i g h c o n t r o l l a b l e w o r k p e r f o r ma n c e ， a n d i n e n e r g y c o n s u mp t i o q n o i s e r e d u c t i o n s e f f e c t i s r e ma r k a b l e ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c p r e s s ； e n e r g y s a v i n g ； e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n； s e r v o O 引言 早期中国投资设厂 ． 大家都有心里准备电力不足 ， 电压不稳定 ， 而且经常停 电， 但是当时的柴油价格非常 便宜 ， 因此每一个工厂几乎都 自备发电机 ， 随时可以起 动来供电。 大约在 1 9 9 9 ～ 2 0 0 0年之间 ，中国大都提到充分供 应电力 ， 而且不会经常断电， 所 以很 多任务厂把发电机 拆下 、 卖掉 ， 改变为完全依赖市 电供应 ， 这个时候开始 察觉到电费比较贵 ， 但是工资仍然便宜 ， 液压机运转时 的电费比员工费用高出太多了．因此就开始有些客户 购买新机器时， 要求加装节能的装置 ， 以便 降低运行成 本。 那个时候的能源节约只有最基础的三个方法 1 马达加装 电容器一改善功率因数 。 2 马达加装变频器一减少节流调速的能源浪费。 3 使用可变容量泵浦一 减少液压卸载且省去 不 装 流量 比例阀。 2 0 0 5年原油价格开始上涨 ，中国开始调整 国内汽 油 、 柴油与电价 ， 希望中国国内价格 与国际市场价格一 致。同时因为工业化速度太快 ， 原先预估长江三峡的发 电量可 以供应整个 中国的 2 ／ 3 。 等它建好之后 ， 却发现 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 1 9 作者简介 刘如红 1 9 7 4 一 ， 女 ， 工程师， 从事非标设备的设计研发工作。 沿海地 区的工业需 电量远远超过其能够的发电量 。 反 而使得沿海地 区必须分 区停电。 2 0 1 0年油价飙涨 ， 能源 的价格每一个月都在调升 ， 最近也是如此 ， 能源节约的 动作若不尽快进行 ． 生产费用高居不下 ， 将会在这个竞 争市场很快地被淘汰。原有工厂要扩大规模 、 增加生产 设备时， 用 电容量 的增加在某些工厂林立 的地区， 是非 常困难 的， 唯有靠能源节约的效益 ， 让相 同容量的电源 供应， 能够运转更多的机器设备。 事实上油价 、 电价上涨的压力是全球性的 ， 因此 目 前能源节约绝对是竞争的首要之选。不管是机械制造 厂还是所有使用机器 的生产单位 ．一定要尽快设法去 设计 、 安装 与执行能源节约 的措施 ， 降低能源消耗 ， 去 降低生产成本 ， 才有竞争 的优势 ， 更是公 司存活 的基本 要件。 传统液压机的主要耗能介绍 1 液压系统的耗能 8 5 ％～ 9 0 ％。 2 冷却系统的耗能 5 ％一 1 0 ％。 3 控制组件的耗能 1 ％一 5 ％。 其中液压系统用电量 占 8 5 ％以上 。然而合模 、 射 出、 保压 、 冷却 、 开模等过程需要不同的压力和流量 ， 因 此液压泵马达都是处于负载变动的状态 ；当系统需求 超过设定的流量及压力 ，由溢流阀或比例阀来调整压 力流量 ， 这个过程称之为高压节流 ， 造成的能量损失高 达 4 0 ％一 7 5 ％。 本文 以 自重式下行通用液压机液压系统为基础 ， 3 3 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 l 1期 提出了一种伺服电动机泵组控制液压机的控制方案 。 精密数字液压机工作性能和 自动化程度大大提高 ； 可 以实现主缸 、 顶缸变速 、 变负荷运动 ； 能耗大幅度减少 ， 减少 了油箱体积和冷却器的应用 ；环境污染大大降低 噪声低 。 l 普通液压机 以一种普通 2 0 0 t 四柱液压机为例 ，最高液体工作 压力 为 2 5 MP a 最大公称力为 2 0 0 0 k N。根据压制工艺 要求 ， 主缸的工作循环为 主缸快速下行一 主缸慢速下 行一主缸微速压制一达到排气压力一 主缸卸压一 主缸 快退 回排气 排气次数到一主缸微速高压压制 主缸 保压 主缸 回程到原位 ； 顶缸为顶料缸 ， 顶缸 的工作循 环为 顶缸慢速顶 出一顶缸快速顶 出 顶缸停 留 顶 缸退 回到原位 。 系统的原理 图如图 1所示。 设备液压系统特点 优点是系统采用多泵合流， 实现 系统的多速要求； 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。但是存在如下问题 1 能量浪费 比较大 ， 主从两 电动机都 是工频运 行 ， 电动机转速不变 ， 从机泵排量不可调节 ； 排 量调节 过程中能量浪费太大。 2 液压泵 以直接启停的方式来参与大小排量控 制 ， 造成流量冲击 比较大。 3 电动机转速长时间在 1 5 0 0 r ／ ra i n ， 造成很大噪声 污染。 4 直接启停 电动机对电网冲击比较大。 5 响应慢 ， 定位精度低。 图 l 系统 的原理 图 2 精密数字液压机控制 1 新思路。 液压机系统主要是控制流量 ，而流量与电动机转 速 频率 成正 比的 ， 所 以控制 了电动机 的转速就控制 了泵的排量。压力需要控制伺服驱动器的最大转矩 ． 也 就是转矩上限即可。流量压力信号都 由P L C D A模块 输 出给伺 服驱动器 ， P L C根据检测 到的模具位置信号 控制系统的流量实现准确定位 ，真正做到按需供油无 级调 节 采用伺服电动机配以定量泵 ， 提高系统的可控性 ， 取消溢 流阀， 以实现泵的节能 ； 在主、 顶活塞 上分别安 装位移传感器， 并在油路上安装压力传感器， 以检测速 度 、 位置和压力 。 2 新液压系统。 液压泵根据工艺所需调速 、调压 ，减少能量的损 耗 ； 主缸 、 顶缸速度可实时控制 ， 变速压制 ， 主缸 、 顶缸 位置可实现高精度控制， 提高了工作精度 ； 充分利用伺 服电动机可频繁启动 、 可变速的特性 ， 实现控制和取消 待机消耗 。 精密数字液压机液压系统如图 2所示。 根据此液压系统所具有的特点和优势 ， 可按照加工 工艺的要求， 调整压力和速度 ， 减少不必要的能耗， 由于 电动机停转， 没有卸荷能耗损失 ， 将大大节约能量。 图 2精 密 数 子 液 压 机 系 统 的原 理 图 3 能耗分析 1 整段行程的频率响应特性 ， 曲线如图 3所示。 2 系统运转实测。 消耗 功 率测 试 如 图 4所 示 传 统 为 每小 时 耗 9 ． 5 k W h ， 采用节能系统 为平均每小时耗 2 k W h ， 其节 能效果高达 8 0 ％。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 1 4 l 5 4 2 0 4 2 5 4 3 0 臻 日 葺 干 鞋 l；庭 图3 频率响应特性 曲线 精 省l 乜液压机 原先控制 系统 图 4消耗功率测试 图 一- 一 - - - - 一一 - 一 - - 一 一 - 一 - } 一 - ● 一一 一 - - ● 一* 一 - - 上 接 第 1 1页 根据设置时确定 的行程和信号范 围，位置控制处 理器把外部送入 的指令信号转化为 目标位置 ，执行器 的当前位置通过装在执行器上 的位移传感器测定。 目 标位置和 当前位置的差值为控制偏差 ，如果偏差超 出 了用户设定的死区 ， 执行器将启 动电动机 ， 驱动液压泵 旋转 ， 调节执行器输 出到预定位置， 运动到位后 电动机 及泵停转【 l l 。 3 电液执行器的应用分析 高精度的电液伺服执行器输 出推力大 ，全行程 时 间短 ， 响应快 ， 控制精度高 ， 无超调 ， 运行非常平稳 ， 适 合于高压差 、 高黏度介质等严酷工况条件。但其往往需 要配套使用一个液压站或者带一套伺服控制系统 ， 体 积庞大 ，对液压油清洁度要求高 ，往往存在泄漏等问 题 ， 而且生产成本 、 使用成本 能耗和维护费用 高 。因 而仅在少数需要大驱动力或高精度连续调节控制的时 候才使用。 和传统 电液伺服执行器相比，电动机控制式 电液 执行器 ， 体积小 、 重量轻 ， 安装 、 使用方便 ， 生产 、 使用成 本低 ．只在需要调节时电动机和泵才会启动。性能优 越 ， 能达到电液伺服执行器大多数指标 。虽然电动机控 制式 电液执行器有诸多优点 ， 但在大功率 、 大行程 、 大 惯量 、 复杂的特性补偿方面无法实现 ， 而传统的电液伺 服执行器则有明显的优势Ⅲ 。 4 结论 1 精密数字液压机 系统能精确控制整个压装过 程所需 的压力与流量， 消除高压节流的能源损耗， 达 到 节能省电的效果，并同时降低系统油温和噪声污染， 是 一 举数得的最佳系统 。 2 最高节能率达 8 0 ％， 平均节能率 6 0 ％以上 。 3 智慧 、 节能 、 环保。 参 考 文 献 【 1 】 雷 天觉． 新编 液压工程 手册【 M 】 ． 北 京 北 京理工 大学 出版 社， 1 9 9 8 ． 【 2 ] 海锦涛． 锻压手册[ M】 ． 北 京 机械工业 出版社， 1 9 9 6 ． 【 3 】 帅 长红． 液压机设计 、 制造新 工艺新技术及质 量检验标准规 范【 M】 ． 北京 北方工业 出版社， 2 0 0 6 ． [ 4 】 孙友松 ， 周先辉 ， 等． 交 流伺服压力机及其关键技术[ J ] ． 锻压技 术 ， 2 0 0 8 4 ． 一 * -一 - - 4 结论 在不 同的应用环境下 ， 气动 、 电动 、 电液执行器各 有 自己的优势 ． 本文总结 了三种执行器的优缺点， 并 以 伺服阀控制式和电动机控制式两种类型电液执行器为 例 ， 从液压原理 、 控制方式 、 结构 、 性能 、 应用等方面作 了详细的比较分析 ，对执行器的设计和使用有一定 的 实用价值。 参 考 文 献 【 1 ] 李蕊， 魏宏林 ， 肖军． 一种新型 电液执行器 与传统 电液伺 服执 行器 的比较[ J ] ． 机械研究与应用， 2 0 0 3 B 0 8 ． 【 2 】 张兴政， 马仁库， 聂强．R E X A 电液执行器在 汽轮 机 D E H 中的 应用f J 1 ． 发电设备， 2 0 0 3 4 ． 【 3 】 B ri a n N e s b i t t ． H a n d b o o k o f V a l v e s a n d A c t u a t o r s 【 M] ． Gr e a t B ri t a i n E l s e v i e r i n a s s o c i At i o n wi t h Ro l e s As s o c i a t e s L t d ， 2 0 0 7 [ 4 ] 纪云锋， 罗作桢， 侯林鹏 ． 采用 自容式 电液执行器 的汽轮机数 字 电液控制系统[ J ] ． 发 电设备， 2 0 0 8 4 ． 【 5 ] 张利平． 液压阀原理 、 使用与维护【 M 】 ． 北 京 化学工业 出版 社， 20 05 ． 【 6 】 裴 学智． 液 压冲击 消除措施 的探讨与 应用[ J ] ． 液压气 动与密 封， 2 0 1 0 2 ． 【 7 ] 杨亮， 葛春 光， 宋 占国． 青 汽 C C 1 2型机组基 于 R E X A电液执 行 器的 D E H改造『 J 1 ． 沈阳工程学院学报 自然科学版， 2 0 0 7 1 ． 【 8 】 张勤， 智强． 闭式 液压系统液 压泵 的零位调 整I J 1 ． 液 压气 动与 密封『 J 1 ． 2 0 1 0 6 ． 3