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伺服节能改造

油压机伺服节能改造

发布时间:2017/02/19 点击量:

前言

随着低碳时代的到来,节能环保已经成为各行业倡导的主题。对油压机而言,其工艺过程一般分为快下、工进、加压、保压、泄荷、回程等阶段,各个阶段所需的工作压力和流量是不同的,对电机而言,整个加工过程是处于不断变化的负载状态,目前绝大部分油压机采用的是三相异步电动机驱动恒功率变量泵提供能源,虽然可实现超过设定压力值减少输出流量的效果,但在整个工作过程中电机一直处于正常运转状态,实际上在快下、保压状态以及上停取放料状态可不需要电机驱动油泵工作,如在此状态电机仍处于工作状态,一方面会造成能源的浪费另一方面也造成油液的循环溢流形成油温的上升。而此套伺服节能系统从根本上克服了传统油压机的这一弊病,当系统需要的流量发生变化时,电机的转速跟随流量指令的大小而改变,使得油泵的输出流量发生变化,即真正做到“要多少给多少”的控制,因此实现了在油压机上的节能应用,对于减少能源浪费具有非常重要的意义。利用PLC和伺服驱动器的快速合理配合,使的位置精度和压力控制均有明显提高。

 


1 系统构成
 

伟川伺服节能系统主要由三个部分构成:伺服驱动器、伺服电机、齿轮泵等三个部分。改造机床是自动化生产线打头机床,所以其稳定性决定了整条自动化生产线的效率,同时整条生产线配置有机器人进行自动上下料,机床与自动化线、机器人、废料线之间采用现场网络CC-Link进行无缝连接控制,CC-Link网络具有高速、稳定的I/O响应、扩展自由度高等特点。

1.1伺服驱动器
 

伟川伺服驱动器(可以采用星辰及三星伺服驱动器)通过模拟量通道AI1、AI2实时接受来自油压机PLC给出的流量信号和压力信号,经控制器内部处理后,驱动油泵工作并通过调节电机转速来控制流量Q和建立压力P。当压力建立完成后通过模拟通道AI3接受压力传感器(安装于油泵出油口处,为电压输出型)的反馈信号来实时调节系统的压力,进而使的系统压力保持稳定。在快下、保压以及机器人上下料阶段,通过对压力、流量、温度、转速、电流等数据采集的基础上,建立能耗最佳运行模式,避免了传统系统存在的高压溢流时能量的损失及油温的上升。通过驱动器上的面板操作器能对所有的参数进行编辑、比较以及初始化,也能实时监控所有的输入/输出信号、当前报警及历史记录、以及系统状态等。通过专用的计算机软件能实时采集压力和流量的波形(如图4所示),方便于调试和分析,更可快速调整伺服驱动器的增益,在没有位置或速度指令输入时仍可进行简单的测试。

 

双联泵是由两个内啮合齿轮泵串联组装而成,具有一个共用进油口和两个可以输向各自独立回路的出油口。内啮合齿轮泵的齿轮转子联结着驱动轴,当转子和内齿轮旋转时,在进口处齿轮相互分离形成负压而吸入油液,当齿轮在出油口处不断嵌入啮合而将油液挤压输出。因采用轴向和径向压力补偿设计,即使在低转速下仍可保持较高的容积效率,通过采用高强度铸铁和独特的无压力脉冲消音设计,使噪音更低。
 

1.3高低压切换
 

双联泵中100ml/r泵为低压泵,50ml/r泵为高压泵,高低压切换压力设置为10MPa,高压可达到25MPa。在低压时,高低压泵输出油液进行合流,使的机床运行速度变快(图5)。当建压时根据伺服驱动器实时检测到的压力,达到高低压切换压力值时使低压泵油路卸荷,从而减小装机功率,节能显著。通常高低压切换压力值是根据机床滑块回程力来进行设定,此台机床拉伸滑块回程压力比压边滑块回程压力大,拉伸滑块回程压力达到8MPa,设置时为避免压力波动造成震荡所以将高低压切换值设为9MPa。

2 机床动作说明
 

机床在“半自动”“定压”状态动作说明如下:当拉伸和压边滑块均停于上限位时,双手同时按压住移动按钮站上的两只“双手压制”按钮,压边滑块快速向下 è 达到触摸屏参数设置画面中设定的拉伸始下位置后 è 拉伸滑块也开始快速向下 è 压边滑块达到触摸屏参数设置画面中设定的压边慢下位置后 è 慢下工进(此时可松开双手操作按钮),而此时拉伸滑块达到触摸屏参数设置画面中设定的拉伸慢下位置后便停止在当前位置不再动作 è 压边滑块的压力达到触摸屏参数设置画面中设定的外保压力便停止 è 拉伸滑块慢下工进 è 拉伸滑块达到触摸屏参数设置画面中设定的内保压力便停止 è 拉伸滑块卸压 è 卸压延时时间到 è 拉伸滑块回程 è 到回程减速点è压边滑块卸压 è 卸压延时时间到 è 压边滑块回程 è 拉伸、压边滑块运动到各自的回程上限 è 滑块停止(当到达上死限时滑块也会停止),滑块完成一个半自动定压循环。
 

3 平衡缸的应用
 

在油压机上横梁的两侧各设有两只平衡缸,平衡缸通过活塞杆分别与压边滑块和拉伸滑块连接,在油压机回程运行过程中,通过滑块两边安装的平衡缸,充气进行悬浮拉力的拉动,可以省去了相当于滑块重量的回程力,实现加快滑块回程的运动速度,从而提高了液压机的工作效率。当滑块运行至上限位位置时,通过对伺服驱动的流量、压力控制,结合平衡缸的应用,使得滑块快速回程到顶能实现平稳停止,消除以往出现的到顶反弹反复震荡现象。
 

4 结束语
 

传统系统虽然采用了恒功率变量泵,但当机床处于快下、保压以及机器人上下料状态时,三相异步电动机仍会驱动油泵工作,而此时输出的油液将通过液压系统插件回油箱,极大的造成能源浪费,同时循环溢流也极易造成油温的上升。此套伺服节能系统利用伺服的高速响应,实现即时供油的方式,还可以实现各个工艺过程中需要的不同压力和流量,通过实时检测来自油压机控制系统的压力和流量信号,适时调整各个工况动作所需的伺服电机转速,让泵输出的流量和压力最大化的满足系统的需要,而在非动作状态,让伺服电机处于低速运行。总体来说节能效果与改造前相比可达47%(表1),另外噪音也有明显降低,油温也能连续运行4小时在环境温度基础上仅升温15℃(表2)。不难看出对油压机进行伺服节能改造能够获得巨大的效率,相信这种性价比较高的节能伺服系统会被更多的客户所认同,必将推动整个产业的变革。
 

表1:电能检测(以机床连续运行4小时进行检测)

改造前

496(度)

节能率47%

改造后

264(度)

表2:油温检测

检 验 项 目

改造前(℃)

改造后(℃)

4h油温上升度数

30

15

 

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