高速冲床液压系统设计

1、高速冲床液压系统设计臧贻娟1,赵国霞1,徐瑞霞1,刘延俊2The Design of High Speed Punch Hydraulic SystemZAN G Y i2juan1,ZHAO Guo2xia1,XU Rui2xia1,L IU Yan2jun2(1.济南铁道职业技术学院机械系,山东济南250013;2.山东大学机械工程学院,山东济南250061摘要:针对高速冲床工作原理,设计了一套高速冲床液压系统,该系统采用比例伺服换向阀,利用它的高频响应来实现快速换向;为实现液压缸的快速运动,系统中采用了差动连接快速运动回路;采用了由负载控制的双泵供油快速回路,实现了能源的合理分配和利用,

2、提高了工作效率。关键词:高速冲床;差动连接;比例伺服阀中图分类号:TH137文献标识码:B文章编号:100024858(20080420043203引言高速冲压技术是目前被广泛应用的金属压力加工方法之一,它具有效率高、能量省、成本低的特点。国内市场对冲压设备尤其是高速冲压设备的需求越来越大,而目前国内高速冲压设备所用液压系统几乎全部采用进口,其成本高,所以开发适合我国现状的高速冲床液压系统成为目前研究的一个重要课题。本文从我国机械加工行业的实际情况出发,设计开发了一套数控高速冲床液压系统。1液压系统方案确定及工作原理该高速冲床既可以对工件进行冲孔加工,又可以进行冲压成形。其工作循环为:快速下行

3、-缓慢冲压-快速返回-原位停止。冲压过程中,要求滑块以较快的速度下降,遇到负载(工件时,冲头速度降低,系统压力升高,确保对钢板的准确冲压成形,冲压完毕,冲头快速上升。为实现快速冲压,本液压系统采用差动连接+蓄能器+双泵供油的组合快速回路,极大地提高了冲头上行和下行的速度。控制元件采用比例伺服方向控制阀,利用其响应频率高的特点,实现快速频繁换向。高速冲床液压系统原理图如图1所示。系统工作原理如下:比例伺服阀13右位工作,来自低压泵3的液压油经液动换向阀8和高压泵2排出的液压油一起经比例伺服阀13,进入液压缸上腔,缸下腔的油经阀8和比例阀13进入液压缸上腔,组成差动回路,活塞杆带动冲头快速向下运动

4、。当冲头遇到工件受阻时,系统压力升高,达到液动阀8 的设定压力图1高速冲床液压系统原理图收稿日期:2007210212作者简介:臧贻娟(1978,女,山东高密人,硕士,主要从事液压气动和控制方面的教学与科研工作。时,阀8左位接通,大流量泵3卸载,差动连接被切断,由高压小流量泵2经阀13向液压缸的上腔供油,活塞向下运动,冲压工件。冲头到达下位极限,接近开关SQ2发信号,使比例阀的输入电压信号为负,左位工作,同时负载消失,系统压力降低,阀8右位接通,泵3和泵2同时向液压缸下腔供油,上腔的油经阀13回油箱,活塞快速向上运动,完成了一个工作循环。此循环中实现了快进工进快退的工作要求。缸停止动作时,泵2

5、、泵3通过换向阀9卸载。调整接近开关SQ1、SQ2的位置可以改变冲压行程。因342008年第4期液压与气动为该系统工作特点是高频高速高压,系统易产生大量的热量,导致油温升高,所以在回路上安装了冷却器, ST为温度发信装置,当温度高于设定值时,ST发信,启动冷却电机。系统中还加入了蓄能器11,它作为辅助动力源,可以短时提高系统流量,进而提高缸的运动速度。回油路上增加蓄能器16,可以吸收液压冲击,消除振动和噪声,提高系统的稳定性。2液压系统基本工作参数系统压力该系统最大工作负载F=200kN,负载较大,属高压系统。采用双泵供油,高压泵额定压力选为31.5MPa,低压泵额定压力确定为7MPa。周期和

6、行程要求该高速冲床最大行程S= 40mm,不同的工作行程,系统的冲压频率(周期也不同,初定工作行程为12mm时,冲压频率f=300次/min,此时周期T=60f(1缸筒内径D计算高压时系统最高工作压力为p=0.8p n=25MPa,最大负载F max=200kN,初定系统阻力f=25kN。则液压缸内径:D4(F max+fp缸筒内径圆整为D=110mm。(2活塞杆直径为提高活塞的返回速度,活塞杆应尽量选择的大些,但快进过程采用差动连接,若活塞杆直径太大,其快速下降的速度便会降低,所以应选择合适的活塞杆直径。差动下降时活塞速度v1=4qd2,活塞退回时速度v2=4q(D2-d2。对V=v1+v2

7、=4qd2+4q(D2-d2求最大值,求得当d=22D=77.8mm,活塞运动时间最少。根据标准活塞杆直径圆整为d=80mm。(3泵的排量活塞行程S=12mm时,冲压频率f=300次/min,则1个周期内,泵向液压缸的排油量应与液压缸向油箱的排油量相等。所以系统需要的总流量:Q=4D所以选用高压泵理论流量q t1=10L/min,低压泵理论流量q t2=30L/min,取n1=n2=1500r/min。由泵排量和流量的关系式:q t=V n则泵的排量分别为:V1=q t1n1V2=q t2n2=20mL/r根据排量和压力要求,选用GFZ B组合泵。高压泵采用GFZ B26阀配流轴向柱塞泵,额定

8、压力p n1= 31.5MPa,排量V1=6.3mL/r,转速n=1500r/min。低压泵采用GFZ B25齿轮泵,额定压力p n2=7MPa,排量V2=20mL/r。3速度验算以冲压板厚为1mm,行程12mm时为例进行速度验算。差动下行阶段(系统由双泵同时供油:v1=4(q1+q2d2=返回阶段(双泵供油:v2=4(q1+q2(D2-d2=冲压阶段(由低压小流量泵向系统供油:v2=4q1D2 周期:T=s1v1+s2v2+sv3此时频率f=1T=4.25Hz,即每分钟冲压265次。依次类推可得出当冲压板厚1mm时,冲压行程与周期的关系图见图2所示。图2冲压板厚1mm时行程周期曲线所以,冲压

9、板厚为1mm,行程10mm时,其冲压频率可以达到300次/min以上。4结论高速冲床液压系统采用比例伺服控制,实现频繁换向。采用负载控制的双压力系统,双泵的交替使用44液压与气动2008年第4期 实现缸的快速运动及冲压动作,有效地节约了能源,并结合差动连接快速回路,大大地提高了系统空行程的运动速度,回路中增加蓄能器,吸收冲击和振动,提高了系统的运动平稳性。通过验算,冲压板厚为1mm,行程10mm时,冲压频率达300次/min以上,实现了高频冲压,大大地提高了生产效率,该系统结构简单、冲压频率高、安全可靠。参考文献:1臧贻娟.数控高速冲床液压系统设计及仿真D.山东:山东大学,2006.2吴宗泽.

10、机械设计师手册M.北京:机械工业出版社,2002.3李勇.新一代冲压技术J.新技术新工艺,2003(4:31-32.灰色PID在电液伺服系统位置跟踪控制中的应用许可军,白建伟,黄培成The Application of Grey PID Position Tracking Control in theElectro2hydraulic Servo SystemsXU K e2jun,BAI Jian2wei,HUAN G Pei2cheng(酒钢集团镜铁山矿生产指挥中心,甘肃酒泉735101摘要:针对周期性、多频扰动的电液阀控摆动液压缸位置伺服系统,提出以灰色系统理论与PID控制相结合的方法。

11、构造了灰色PID控制算法,对系统不确定部分建立灰色模型,进行灰色预估补偿,实现对PID参数的最佳整合。经仿真和试验研究表明,该算法可以提高PID控制质量及其鲁棒性,并获得较好的跟踪控制效果。关键词:电液伺服系统;灰色PID;位置跟踪控制中图分类号:TH137文献标识码:B文章编号:100024858(20080420045203引言电液伺服系统在机械制造、船舶操纵和工业过程控制中得到了越来越广泛的应用。但随着自动化技术的发展和自动化程度的不断提高,对电液伺服系统的稳定性、快速性、准确性、自适应性等控制品质提出了更高的要求。尤其对于强耦合、周期性、多频扰动等控制精度要求高的场合,常规PID控制就

12、难以得到满意的控制效果1。对于实时性要求很高的船舶平衡舱电液阀控摆动液压缸伺服控制系统,当系统承受不确定或未知的外部负载干扰时,系统的控制便更为困难,因而需要寻求更好的控制方法。文献2提出了神经网络与PID相结合的方法来控制电液伺服系统,虽能很好地解决参数不确定性等问题但神经网络本身存在学习速度慢等缺陷,影响系统响应速度。灰色系统理论是处理不确定量的一种有效途径,它需要信息少,通用性好,计算方便快速。本文将传统PID控制与灰色系统理论相结合,根据摆动液压缸位置伺服系统的运行状态,通过灰色控制器针对系统输入输出变化的情况来调节PID控制器的3个可调参数k p、k i和k d,该方法用于电液阀控摆动液压缸伺服控制系统中,仿真及试验结果表明:提高PID控制质量及其鲁棒性,获得较好的跟踪控制效果