傳統(tǒng)板材成型液壓機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展

隨著中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，汽車(chē)制造業(yè)也在不斷進(jìn)步。汽車(chē)制造業(yè)對(duì)與其相關(guān)的各領(lǐng)域的制造技術(shù)及制造工藝相應(yīng)地提出了更高的要求，如汽車(chē)車(chē)身輕量化、新能源汽車(chē)、自動(dòng)駕駛技術(shù)等。汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展伴隨著汽車(chē)銷(xiāo)售的激烈競(jìng)爭(zhēng)，汽車(chē)制造成本的有效降低也成為汽車(chē)業(yè)的重要需求。汽車(chē)零件沖壓作為汽車(chē)制造的重要環(huán)節(jié)，其成本降低對(duì)于汽車(chē)總體成本降低起著非常重要的作用。傳統(tǒng)板材成型液壓機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)覆蓋件及其他類型金屬板材件的生產(chǎn)，有價(jià)格低廉但是生產(chǎn)節(jié)拍相對(duì)較慢的特點(diǎn)。由于汽車(chē)制造業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)板材成型液壓機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，提高產(chǎn)品的性價(jià)比成為傳統(tǒng)板材成型液壓機(jī)占領(lǐng)市場(chǎng)的重要目標(biāo)。針對(duì)傳統(tǒng)板材成型液壓機(jī)節(jié)拍慢的特點(diǎn)，滑塊快速回程控制系統(tǒng)的研發(fā)具有十分重要的意義。1滑塊快速回流的需求分析傳統(tǒng)板材成型液壓機(jī)滑塊回程系統(tǒng)一般由電機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油液為滑塊提供動(dòng)力源，此種系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程順序?yàn)椋罕贸隹诳昭h(huán)電磁鐵高壓油通過(guò)泵出口單向閥進(jìn)入控制閥體，再經(jīng)過(guò)支撐插裝閥進(jìn)入回程油缸，開(kāi)始在油缸內(nèi)壓縮建壓力，回程油缸才能推動(dòng)滑塊動(dòng)作。整個(gè)動(dòng)作過(guò)程包含PLC低壓電信號(hào)傳動(dòng)、電磁閥動(dòng)作、控制油驅(qū)動(dòng)插裝閥動(dòng)作、油液壓縮建壓的時(shí)間，這些時(shí)間的消耗在回程動(dòng)作中是不可避免的，始終固定存在的。理論上從PLC發(fā)出電信號(hào)通過(guò)中間繼電器傳導(dǎo)至電磁閥需要時(shí)間約為200ms，電磁閥動(dòng)作及插裝閥打開(kāi)約需要300ms，根據(jù)油缸規(guī)格的大小不同及油泵排量的不同，油液建壓及推動(dòng)油缸動(dòng)做通常需要100ms，油缸加速至標(biāo)稱的回程速度還需要一定的時(shí)間，總時(shí)間不少于600ms，該時(shí)間的存在，在一定程度決定了傳統(tǒng)板材成型液壓機(jī)生產(chǎn)效率低下，如圖1所示。新一代滑塊快速回程系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，正是針對(duì)以上問(wèn)題，將上面提到的固定不可減少的時(shí)間消除，以此來(lái)提高新型板材成型液壓機(jī)的生產(chǎn)效率。新型滑塊快速回程控制系統(tǒng)主要由能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)3部分組成，如圖2所示。2能量存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)主要用于存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)滑塊回程的能量，即高壓油液。存儲(chǔ)容器可以采用蓄能器或者其他類似的壓力容器。存儲(chǔ)系統(tǒng)直接與滑塊回程缸的回程腔相連接，連接處配置必要的壓力傳感器、安全閥及一些維護(hù)維修用輔助功能，但是在正常工作時(shí)，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)于油液的釋放始終處于被動(dòng)作用和高壓快速響應(yīng)的狀態(tài)，這樣就節(jié)省了所有傳統(tǒng)滑塊回程驅(qū)動(dòng)的過(guò)程時(shí)間，滑塊始終處于待機(jī)回程的狀態(tài)。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算十分重要，參數(shù)選取決定了滑塊快速回程控制系統(tǒng)是否能夠正常工作。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的參數(shù)：容積、預(yù)充壓力等，都需要詳細(xì)的模擬計(jì)算。保證滑塊在最上端和最下端時(shí)的狀態(tài)始終在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有效控制范圍內(nèi)，即無(wú)論滑塊在最上端還是最下端，回程缸所產(chǎn)生的回程力在克服滑塊重力、油缸柱塞重力、模具重力的總和之后，數(shù)值不能過(guò)高或者過(guò)低?；瑝K回程油缸始終處于帶壓力待頂出的狀態(tài)，滑塊的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)油缸一旦開(kāi)始泄壓，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)將以最快的速度釋放能量，使滑塊即刻回程。3伺服閥的選取新型滑塊快速回程控制系統(tǒng)中包含的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要用于克服能量存儲(chǔ)系統(tǒng)作用在回程缸回程腔產(chǎn)生的回程力及控制滑塊回程速度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要通過(guò)控制快速油缸實(shí)現(xiàn)，快速油缸的規(guī)格選取原則是無(wú)論滑塊在最上面還是最下面，控制油缸的壓力要始終大于回程缸所產(chǎn)生的向上回程力。這里控制油缸的規(guī)格不能太大，而是越小越好，控制油缸的公稱噸位越小，油缸內(nèi)所能存儲(chǔ)的油液也就越少，壓力的壓縮變化也就越快，控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間也就越短。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取特別重要，系統(tǒng)的響應(yīng)速度直接決定了滑塊快速回程液壓系統(tǒng)的響應(yīng)速度，一定程度上也決定了整個(gè)設(shè)備節(jié)拍的快慢。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)除快速油缸以外，還有控制閥組、比例伺服閥、高壓油液存儲(chǔ)裝置及系統(tǒng)輔助功能。由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能要求，響應(yīng)速度必須快，所以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用伺服閥來(lái)提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。伺服系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)液壓系統(tǒng)的清潔度有著嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)時(shí)要予以足夠的措施進(jìn)行保證。伺服閥的選取十分重要，響應(yīng)速度參數(shù)及流量規(guī)格參數(shù)是選取的重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，而伺服閥的價(jià)格往往與該參數(shù)密切相關(guān)，價(jià)格與流量大小、響應(yīng)速度成正比，這也要求在選取回程缸及快速油缸的時(shí)候，油缸公稱力盡量小，伺服閥控制的流量也會(huì)越小。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的的伺服閥可供選擇的類型有滑閥式伺服閥及插裝式伺服閥，滑閥式伺服閥應(yīng)用較多，但是流量越大價(jià)格也越高；插裝式伺服閥具有流量大，價(jià)格相對(duì)低的特點(diǎn)，依據(jù)不同的參數(shù)要求，可以進(jìn)行選擇匹配。關(guān)鍵液壓元件在保證性能的前提下，價(jià)格越低整個(gè)設(shè)備的性價(jià)比才能越高，在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力也越強(qiáng)，如圖3所示。4滑塊位置傳感器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要用于控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)監(jiān)控能量存儲(chǔ)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)同時(shí)收集壓力傳感器及滑塊位置傳感器的反饋信號(hào)，按照編訂的程序控制這個(gè)設(shè)備的循環(huán)動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)控制設(shè)備運(yùn)行前，先判斷設(shè)備是否處于待機(jī)狀態(tài)，各項(xiàng)檢測(cè)是否滿足液壓機(jī)動(dòng)作要求，如工作臺(tái)落下是否到位、安全插銷(xiāo)是否拔開(kāi)、能量存儲(chǔ)裝置是否正常等。各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)正常時(shí)，依據(jù)滑塊位置傳感器檢測(cè)到的滑塊高度位置，結(jié)合滑塊負(fù)載的模具質(zhì)量參數(shù)，對(duì)能量存儲(chǔ)裝置壓力參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)修正，以達(dá)到正常的工作準(zhǔn)備狀態(tài)。此時(shí)設(shè)備可以開(kāi)始工作，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)快速油缸開(kāi)始快速下行，控制器根據(jù)滑塊位移傳感器反饋數(shù)值，進(jìn)行滑塊加速與減速，到達(dá)工作位置后，仍然由主缸對(duì)工件進(jìn)行壓制，壓制完成后進(jìn)行泄壓。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)隨即開(kāi)始釋放壓力，快速油缸壓力降低并且在伺服閥的控制下，限定滑塊的最大回程速度。同樣依據(jù)滑塊位置傳感器反饋的滑塊高度進(jìn)行滑塊快速回程的加速、減速直至停止。如此，滑塊的回程系統(tǒng)工作起來(lái)不再受傳統(tǒng)液壓機(jī)回程系統(tǒng)的過(guò)程響應(yīng)時(shí)間的影響，速度將大大提升。值得注意的是，滑塊、油缸柱塞及模具的重力勢(shì)能在下行的過(guò)程中，一并儲(chǔ)存到能量存儲(chǔ)裝置中，在回程的過(guò)程中只需要釋放，沒(méi)有消耗額外的能量，降低了設(shè)備的運(yùn)行成本。5設(shè)備的冷卻系統(tǒng)設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)在工作的過(guò)程中，還需要其他輔助系統(tǒng)來(lái)輔助完成，如設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，用于設(shè)備液壓系統(tǒng)的降溫；設(shè)備的過(guò)濾系統(tǒng)，用于保證整個(gè)液壓系統(tǒng)的清潔度；設(shè)備的安全系統(tǒng)，確保設(shè)備操作維修人員的安全及設(shè)備不會(huì)超載工作等。6提高壓制設(shè)備的成本低現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，降低