液壓機滑塊控制研究

趙懿峰，陸文清，陳琦海

（1.上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司，上海 201209；2.上海汽車車身先進制造工程技術(shù)研究中心，上海 201209）

0 引言

就油壓機[1]而言，滑塊的控制在整個壓機系統(tǒng)中是一個非常重要的環(huán)節(jié)。如何快速、平穩(wěn)地進行滑塊的控制，來確保壓機系統(tǒng)能獲取一個平穩(wěn)的壓力控制一直是業(yè)界非常困擾的內(nèi)容。這里就滑塊控制，從液壓系統(tǒng)以及相應(yīng)的電氣控制著手，參照schuler 液壓機，對整個滑塊如何實現(xiàn)快速響應(yīng)提供初步分析以及原理剖析，并通過技術(shù)手段，對內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的關(guān)系進行展示。

1 液壓機滑塊控制

1.1 滑塊控制機械液壓原理

在動力源方面，整個滑塊控制采用變量泵作為動力系統(tǒng)，在系統(tǒng)的控制下，通過比例閥控制變量泵斜盤開啟角度以及響應(yīng)速度來滿足滑塊快速上下行以及保壓的要求。

在執(zhí)行機構(gòu)方面，系統(tǒng)采用3 路液壓缸進行控制，每一路配置一個環(huán)閥，來滿足滑塊快速響應(yīng)的要求。如圖1 所示，在環(huán)閥打開的情況下，系統(tǒng)液壓油能迅速對油缸進行填充或從油缸排出，而在關(guān)閉的情況下，系統(tǒng)能迅速建壓，滿足工藝要求。并且環(huán)閥的開閉采用比例閥控制，環(huán)閥的開啟和關(guān)閉位置根據(jù)控制需求進行調(diào)整，來滿足系統(tǒng)的需求。環(huán)閥開閉特性如圖2 所示，當環(huán)閥開口比例大于94%時，環(huán)閥基本關(guān)閉可以迅速建壓，當?shù)陀?1%時，可以認為環(huán)閥全開，進行大流量供油和排油控制。

1.2 滑塊電氣控制

整個電采用倍?？刂葡到y(tǒng)進行整體協(xié)調(diào)，由滑塊控制PLC對滑塊運行以及環(huán)閥進行相關(guān)控制，通過數(shù)據(jù)接口與系統(tǒng)控制PLC 進行數(shù)據(jù)交換，進而對變量泵進行系統(tǒng)控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

（1）下行。環(huán)閥打開，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定排油，滑塊迅速下降。

（2）保壓。環(huán)閥關(guān)閉，系統(tǒng)建壓，根據(jù)工藝進行保壓。

（3）上行。環(huán)閥打開，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定供油，滑塊迅速上行。

（4）上死點停止。根據(jù)停機位置，環(huán)閥關(guān)閉調(diào)整+供油調(diào)整，滑塊軟停止（無沖擊停車）。

圖1 環(huán)閥

圖2 環(huán)閥開閉特性曲線

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當滑塊上升到一定位置后，系統(tǒng)供油降低，同時，兩邊環(huán)閥關(guān)閉，共同作用進行減速，當靠近上死點時，通過中間環(huán)閥關(guān)閉進行最終剎車停機。其中，對動力源而言，根據(jù)設(shè)定的速度，計算需要供油的油量，則單位時間內(nèi)液壓泵提供的油量U=πDV3，其中，V 是上行速度，D 是油缸直徑。

然后根據(jù)液壓泵特性曲線，對泵的流量進行輸出控制，使得系統(tǒng)能提供足夠的油量來滿足滑塊上升、下降需求。同時，在變量泵輸出控制正常情況下，為了滑塊能達到上述控制的需求，環(huán)閥必須嚴格按照上述時序協(xié)同進行及時控制。對于控制來說，整個下行過程相對簡單，所以本文僅就對響應(yīng)速度以及定位要求較高的上行過程做一詳細的分析。

首先，為了提高壓機的運行速度，滑塊上行和下行一樣，需要滿足快速要求，這就要求在上行過程初級階段，滑塊液壓缸能在系統(tǒng)壓力的作用下迅速排油，環(huán)閥的設(shè)計給予系統(tǒng)快速排油的可能。通過環(huán)閥的打開，上腔的液壓油能迅速排出油缸，實現(xiàn)了快速響應(yīng)。同時由于速度快了，另一個問題便更加顯現(xiàn)在整個控制流程中。為了滑塊能準確且平穩(wěn)地停在設(shè)定的上死點位置，系統(tǒng)供油和環(huán)閥控制必須按照系統(tǒng)設(shè)定進行協(xié)同控制。為了減少沖擊，系統(tǒng)按照式（1），（2）計算設(shè)定減速距離，提前進行減速控制。

式中 S設(shè)——上死點停機位置

SΔ——提前制動距離

V開始——設(shè)定上行速度

V結(jié)束——上行停止前速度

α——停止加速度

控制程序自動根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)來計算制動提前量。由上可以看出，當上行速度較大時，在一定加速度的前提下，提前制動距離會有所增加。在平時生產(chǎn)過程中，由于斜盤等磨損卡滯，造成系統(tǒng)供油下降響應(yīng)過慢，速度未能按照原先設(shè)定的軌跡進行減速，造成在上死點速度過大，造成沖擊。如果連續(xù)沖擊，會造成整個壓機系統(tǒng)振動過大，相應(yīng)的螺栓等提前疲勞斷裂，造成嚴重的后果。

1.3 現(xiàn)場控制曲線

對于現(xiàn)場設(shè)備，Y61～Y64 伺服閥，輸出和反饋基本一致，相應(yīng)正常。但2#-3#泵的斜盤在Y61～Y64 液壓的驅(qū)動下，跟隨斜盤開啟指令的變化基本能及時響應(yīng)。但從控制曲線看出，對于局部小的指令變化，存在部分死區(qū)，但暫不影響使用。但1#泵在同樣指令下，響應(yīng)死區(qū)較大，對于小指令無法分辨響應(yīng)，同時在上行關(guān)閉時，和其他斜盤相比明顯延遲，在一般情況下，在滑塊運行位置上相差20 mm 的距離。這樣未能在規(guī)定的位置進行減速，造成在原有的時序控制下，滑塊在停止時，在1#、3#主缸內(nèi)產(chǎn)生瞬間高壓，產(chǎn)生沖擊。在這種情況下，除了對泵進行及時維修外，可以通過適當減小上述提及的停止加速度α 來延長減速時間，來避免上死點停機沖擊，消除該問題，同時為備件準備提供時間。

2 結(jié)論

通過分析環(huán)閥在整個控制系統(tǒng)中的作用，解釋了整個滑塊控制的原理。在環(huán)閥的作用下，兼得了速度及穩(wěn)定控制的需求。同時通過系統(tǒng)的分析，闡述了現(xiàn)場實際運行時，系統(tǒng)可能存在的問題以及處理方法，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行以及現(xiàn)場維修提供了一定幫助。