节能环保伺服技术在复材模压设备的应用

　　重庆江东机械公司产品研发与设计能力：市级技术中心团队，中级以上工程师45人，硕士以上学历15余人；拥有市级科技成果奖八项；发明专利8余项，实用新型专利6项；近四年主持或参与国家科技重大专项五项。      　　

  产品应用案例  　　

  产品系列20余种、200多个规格型号，0.5MN到100MN的各种液压机及成套生产线。  　　

  YJ14系列锻造液压机组YJ14 Forging Hydraulic Press  　　

  YJ22汽车纵梁液压机YJ22 Auto Stringer Press  　　

  YJ24系列短行程拉伸液压机 YJ24 Stamping Hydraulic Press  　　

  YJ26系列精冲液压机YJ26 Fine Blanking Press  　　

  YJ27系列单动薄板冲压液压机YJ27 Single-action Stamping Hydraulic Press  　　

  YJ28系列双动薄板冲压液压机YJ28 Double-action Stamping Hydraulic Press  　　

  YJ32系列四柱通用液压机YJ32 General Hydraulic Press  　　

  YJ34防盗门系列液压机YJ34 Guard Against Theft Hydraulic Press  　　

  YJ41系列单柱校正液压机YJ41 Single-column Correction Hydraulic Press  　　

  YJ43系列压装液压机YJ43 C-f  rame Hydraulic Mounting Press  　　

  YJ45系列校直液压机YJ45 Gantry Straightening Press  　　

  YJ61 系列挤压液压机YJ61 Extrusion Hydraulic Press  　　

  YJ67系列模锻液压机 YJ67 Die-forging Hydraulic Press  　　

  YJ71系列  玻璃钢制品液压机YJ71 FRP Hydraulic Press  　　

  YJ78系列砂轮液压机 YJ78 Grinding Wheel Hydraulic Press  　　

  YJ79 系列粉末制品液压机 YJ79 Powder me  tallurgy Hydraulic Press  　　

  YJ94系列伞型液压机 YJ94Umbrella hydraulic press  　　

  YJ96系列内饰压机YJ96 Inner Decoration Hydraulic Press  　　

  YJ98系列  模具研配液压机YJ98 Die Spotting Press  　　

  BY系列热压机BY Cardboard Hydraulic Press  　　

  YGZ些列加热机 YGZ Cardboard Hydraulic Press  　　

  YJZ系列线圈压床YJZ Coil Press  　　

  YJ27系列数控单动薄板冲压液压机      　　

  35MN全自动汽车薄板冲压线  　　

  线首单元：垛料输送台车及导轨、磁力分层系统、重力对中台、双料检测系统、拆垛上料机器人R2000iB-210F HI （端十器）；传送机器人单元：3台机器人R2000iB-210F HI （端十器）；线尾单元：机器人R2000iB-210F HI （端十器） 、线尾皮带机、检料台、照明系统；压力机单元：4台(1250T、800T、800T、630T)。      　　

  YJ98系列试模液压机      　　

  YJ98系列  模具研配液压机      　　

  YJ96系列汽车内饰制品液压机      　　

  YJ71系列  复合材料制品液压机      　　

  YJ22系列汽车众梁液压机      　　

  1600T全自动多工位冷精锻生产线      　　

  YJF26系列全自动精密冲裁生产线      　　

  国家级科技重大专项—温等静压成套设备开发  　　

  温等静压成套设备开发的研制工作，课题编号2011ZX04001-081      　　

  国家科技重大专项—高马赫数飞行器复杂构件超高温成形装备  　　

  四缸同步控制精度最高可达0.02mm，实现高马赫数飞行器Ti2AlNb金属间化合物1200℃成型，提升我国航天制造能力，打破国外对我国制造装备方面的封锁和限制。      　　

  高强度钢热冲压成形技术与装备  　　

  拆垛装置、保护气氛辊底式加热炉、压机上下料机械手、冷却淬火模具、高速液压机、激光切割机、抛丸涂油设备等组成。快速下行速度大于800mm/s，压制速度大于150mm/s；产线生产节拍将会由现在的15-20s/次发展到6-10s/次；加热速度：5-15℃/s；加热温度：最高1000℃。      　　

  LFT-D模压生产线及样条试验  　　

  压力机公称力：20000KN；快速速度：大于800mm/s；工作速度：1-80mm/s，数字调节；满压建压时间：0.5s，四角调平系统，最高调平精度0.06mm，保压压力波动值±0.1MPa，（机器人）上料时间：小于5s。      　　

  二、液压机伺服控制技术的应用及特点  　　

  背景：响应国家节能减排、装备产业升级要求，“绿色装备制造”这一发展方向已是大势所趋，伺服节能控制技术在液压机上的应用也越来越多被提及，正在成为装备制造企业产品提档升级的一项关键技术。      　　

  伺服泵控开式系统组成      　　伺服泵控闭式系统组成      　　

  工作原理：交流伺服电机的转速通过上位机给定到驱动器的压力、流量指令而变化，以此来控制油泵的输出压力和流量；压力控制通过油泵上的压力传感器信号构成闭环控制，流量控制通过交流伺服电机控制油泵的转速来改变油泵的排出流量。达到设定压力之前，按流量指令执行，接近或达到设定压力时，切换到PID闭环控制算法，精确控制压力到位精度。内环位置精度通过电机内部的编码器反馈调节，执行元件位置精度需要外置位移传感器及运动控制器组位置闭环控制算法来实现。      　　

  优势及特点：伺服泵控系统它是突破传统设计理念，把PQ开环控制转为闭环控制，用高精度高响应的永磁同步电机代替异步机，高响应、高精度，节能环保。      　　

  特点—节能  工艺节能  　　

  伺服液压系统在设备快下及送、取料动作时可实现接近零功率输出，实现节能。同时，在设备开机状态下，若无人员操作，伺服系统自动处于零输出状态，避免异步电机一直空转产生的能耗（异步电机空转时将有约1/3左右额定功率的能耗）。电液伺服液压机与传统液压机比较，节能效果显着，根据加工工艺和生产节拍不同，电液伺服液压机可节电30%～80%。下图显示了传统液压机和电液伺服液压机在整个生产过程中消耗的电能情况。提示：节能多少与原料和实际成型工艺参数密切相关  　　

  不同泵控系统的功率消耗对比图      　　

  特点—高精度  　　

伺服电机转速采用闭环控制，速度稳定，这将有效提高压机工进状态下的稳定性。结合压力传感器、位移传感器和相关控制算法（如压力曲线控制算法）更可有效控制油缸的运行速度、到位精度及压力精度。压力控制精度可达±0.1MPa；压力调节范围在公称力10%-100%；位置控制精度±0.05mm。      　　

特点—高效环保  　　

伺服系统的响应时间一般在几十毫秒，能够短时间内快速加压；同时伺服驱动技术具备弱磁调速功能，在某些工序（如快回等）可以适当提高电机的转速，提高系统流量，从而提高效率。伺服电机较异步电机噪音低，内啮合齿轮泵比柱塞泵噪音低，同时在多个工序段电机不工作，开机状态下的非工作时间电机也处于停机状态，因此降噪效果明显。伺服驱动液压机在压制和回程时电机在额定转速下运行，其排放噪声比传统液压机低5-10dB，噪声在78dB以内；在滑块快降及滑块静止时，伺服电机转速接近为0（底流转速，润滑油泵），所以伺服驱动液压机在此工作阶段基本没有噪声排放。      　　

特点—提高可靠性  　　

由于速度和压力都可以无级调节，因此，系统运行将更加平稳，冲击减小，可有效的降低系统振动，降低系统故障率，提高可靠性；  　　

特点—简化液压系统  　　

伺服电机体积小，效率高，且伺服电机只有在需要做功时才工作，因此系统发热量可大幅降低，可以减小冷却装置；另液压机的压力、速度、位置等参数，通过调节伺服电机的转速来控制，因此可取消液压控制回路中的压力控制阀、流量控制阀等元件，简化了液压控制回路；伺服泵控系统的转速较高，最高可达3000r/min，因此对于同等排量的油泵，供给流量加大，可以减少泵源数量； 综合以上几个方面，对于液压系统的结构优化设计，提供了较大的空间。  　　

特点—提高寿命  　　

由于液压系统油温升较小，工作循环少，同时随着振动及液压冲击的降低，液压元器件及液压油的使用寿命可得到提高。  　　

特点—降低装机功率  　　

由于永磁交流同步伺服电机，具有较强的过载能力，因此相比传统型三相异步电动机，装机功率可降低约20%-40%。在同等工作节拍的前提下，我公司为佩尔哲配套的250T非金属压机装机功率降低约1/3。  　　

总结：伺服油压系统是一种按需供油,外围加装压力或者位置闭环控制(压力传感器或位置传感器)，通过上位机（PLC）给出信号指令，通过HMI进行人机交互的一种节能/精密/高效/环保的控制形式；伺服泵控开式系统主要适用于对压力、流量控制精度要求较高的场合；伺服泵控闭式系统主要适用于对位置控制精度要求较高的场合，而且液压站结构更加紧凑，可大大的节省液压油。  　　  

实际应用案例1  　　

200T模具研配液压机  　　

背景需求：1，主系统采用普通电机+电动柱塞泵，无法实现微动对模；2，用户实际工艺需求，微动下行0.5-2mm/s的对模速度，定位精度0.05mm，另要求寸动0.05±0.01mm/次。  　　

方案配置：1，采用伺服闭式双向泵控系统，伺服电机+通用驱动器+双向柱塞泵；2，系统采用总线式位置反馈，特殊液压轴曲线补偿功能，实现高精度高响应位置闭环控制。  　　

实际效果：1，寸动0.05mm/次，重复定位精度可达±0.01mm；2，油箱体积减小50%以上；3，压机结构简化（省去机械微动装置），成本降低。      　　

实际应用案例2  　　

3500T薄板冲压生产线  　　

背景需求：1，单动薄板冲压生产线，总装机功率大，无功损耗严重；2，装机泵组多，排量大，噪音污染严重，普通泵组噪音高达87db。  　　

方案配置：1，重新配置泵组，采用伺服电机+驱动器+内啮合高压齿轮泵驱动形式；2，液压控制回路简化，省却流量控制和部分压力控制元件。  　　

实际效果：1，同等工艺条件下，工作模式下，节电率达30%；2，噪音现场实测76.5db；3，速度和压力参数均可实现无级设置和调节，工艺适用范围大。      　　

实际应用案例3

250T内饰液压机  　　

背景需求：1，由于热成形工艺特点，保压时间长，普通电机浪费电能严重，且噪声大；2，压力控制采用比例溢流阀实现，压力控制精度不高；3，位置控制精度需要积极研究。  　　

方案配置：1，采用伺服泵控系统，伺服电机+驱动器+双联齿轮泵；2，PLC单独控制，HMI人机交互；3，专用的运动控制模块，位置高精度闭环控制。  　　

实际效果：1，噪音降低5-8db，实测最大为74.6db；2，压力控制精度0.1MPA；3，位置控制精度±0.02mm；4，节能率可达50%。   

三、复材模压成形工艺特点及节能环保技术应用分析  　　

工艺特点：1，复合材料液压机的成形工艺特点，在整个工作循环中，保压时间长，待机时间长，约占整个工作循环的70%，因此无功损耗很大；2，普通柱塞泵组噪声大；3，对速度的稳定性要求较高，特别是慢速工进、慢速开模；4，压力控制精度较高；5，比例阀控调节速度，补压或者持压，系统溢流量大，发热严重。综合以上几点，结合伺服泵控系统的工作原理和特点，复材模压成形工艺特别适合采用伺服泵控系统，可有效提高设备性能和可靠性，降低噪声，降低使用费用，减小冷却水的使用量，节约资源。      　　

工作节拍及配置方式  　　

计算说明：  　　

工作条件：一年300天，一天3班次（运行20小时），电费0.75元：A，普通控制系统，平均功率消耗占总装机功率约31%，折算总计耗电量为56度/小时；B，伺服控制系统，平均功率消耗占总装机功率约13%，每小时耗电23度/小时；C，这样对比普通控制和伺服控制两种控制方式的耗电量，每小时节能33度，节能比58%，一年总计（56-23）×20×300=198000元，电费总计19.8万元，由于采用伺服控制方式还有节约水源，增加液压油和液压元器件的使用寿命，降低噪音等隐性价值，约2万元，总计一年可节约运营成本21.8万元左右；D，根据压机不同的配置要求，约需要半年到一年半的时间收回成本。      　　

节能降噪对比及节省费用  　　1000T复合材料液压机  　　

背景需求：1，复合材料液压机的工艺特点，在整个工作周期中，保压时间长，待机时间长，约占整个工作循环的70%，因此无功损耗很大；2，普通柱塞泵组噪声大；3，对速度的稳定性要求较高，特别是慢速开模；4，压力控制精度较高。  　　

方案配置：1，采用伺服电机+驱动器替代传统的普通电机；2，采用内啮合高压泵替代柱塞泵，脉动小，速度调节更加稳定；3，省掉液压回路中的比例调速和比例溢流阀，降低系统发热量。  　　

实际效果：1，节能率高达55%；2，噪音降低到78db左右；3，开模及工进速度的稳定性更高；4，系统发热降低，冷却水需求减小。