Основная классификация и анализ характеристик технологии привода гидравлического пресса

В настоящее время основные технологии привода гидравлических прессов в отрасли в основном делятся на две категории: привод насоса-аккумулятора и прямой привод насоса. Эти два пути привода подходят для изделий гидравлического пресса разного тоннажа и сценариев применения, а их технические характеристики существенно различаются.

Ⅰ. Технология привода насоса-аккумулятора

Привод насоса-аккумулятора — это один из первых популяризированных методов привода для больших традиционных гидравлических прессов. Его техническая суть заключается в хранении рабочей жидкости под высоким давлением, выдаваемой гидравлическим насосом, через аккумулятор и выпуске накопленного масла под высоким давлением на этапе работы оборудования для дополнения мгновенного расхода, необходимого системе. Преимущество этого режима привода заключается в том, что мощность гидронасоса и приводного двигателя можно выбирать исходя из среднего использования рабочей жидкости высокого давления без необходимости настройки двигателя высокой мощности в соответствии с пиковым расходом, что снижает первоначальную стоимость установки оборудования.

Однако с точки зрения технических характеристик привод насос-аккумулятор имеет присущие ограничения: с одной стороны, выходное давление системы всегда поддерживается на уровне высокого давления аккумулятора и не регулируется автоматически при изменении нагрузки. Независимо от размера технологической нагрузки, система всегда поддерживает высокое давление на выходе, что приводит к большим потерям энергии. Общее энергопотребление намного выше, чем у прямого привода насоса. С другой стороны, структура системы сложна и требует конфигурации накопителей энергии большой мощности, сложных трубопроводов и групп регулирующих клапанов. Оборудование занимает большую площадь, имеет высокие затраты на техническое обслуживание и имеет относительно низкую точность регулирования давления, что затрудняет удовлетворение требований высокоточной обработки. В настоящее время данная технология в основном применяется на традиционных крупнотоннажных гидравлических прессах свободной ковки. Одна система привода может одновременно приводить в движение несколько гидравлических прессов, что в определенной степени компенсирует присущие ей недостатки.

Ⅱ. Технология прямого привода насоса

Технология прямого привода насоса исключает использование накопителя энергии. Рабочая жидкость под высоким давлением подается непосредственно в гидроцилиндр гидравлическим насосом. Направление подачи жидкости меняется через распределительный клапан, а предохранительный клапан ограничивает максимальное давление в системе и обеспечивает безопасный перелив. Этот режим движения имеет меньше связей и простую структуру. Рабочее давление системы может автоматически увеличиваться или уменьшаться в зависимости от фактической нагрузки без избыточной потери давления. По сравнению с аккумуляторным приводом это позволяет значительно снизить энергопотребление.

С развитием технологии гидравлического управления прямой привод насоса привел к появлению множества технических направлений, отвечающих требованиям различных сценариев: Гидравлические прессы общего назначения малого и среднего размера обычно используют традиционную схему насоса фиксированного объема в сочетании с предохранительным клапаном, который отличается простой конструкцией и низкой стоимостью, что делает его подходящим для общих сценариев обработки с низкими требованиями к энергопотреблению. Гидравлические прессы среднего и высокого класса постепенно внедряют схемы регулируемого привода насоса. Регулируя рабочий объем насоса в соответствии с требованиями к потоку нагрузки, потери при переливе уменьшаются, а уровень энергопотребления превосходит уровень энергопотребления в схемах насосов с фиксированным рабочим объемом. В последние годы новое решение для управления насосом с прямым приводом сервопривода, которое напрямую приводит в движение гидравлический насос с помощью серводвигателя и регулирует поток и давление в системе путем изменения скорости двигателя, еще больше усиливает энергосберегающие и прецизионные преимущества прямого привода насоса и стало основным направлением развития современной технологии привода гидравлического пресса.

Технология привода с сервоприводом и прямым приводом, управляемым насосом: основной технологический прорыв современных гидравлических прессов

Технология привода с сервоприводом и прямым приводом, управляемым насосом, является показательным достижением интеграции механики, электричества и гидравлики, а также самым важным технологическим прорывом нового поколения гидравлических прессов. Он полностью решил проблемы высокого энергопотребления, низкой точности и высокого шума традиционных гидравлических прессов.

Ⅰ. Принцип работы технологии сервопривода с прямым приводом

Основной логикой системы управления насосом с сервоприводом с прямым приводом является «подача энергии по требованию», при которой серводвигатель напрямую приводит в движение гидравлический насос, устраняя звено дросселирования высокого давления в традиционной системе управления клапаном. После того, как пользователь задает необходимые параметры давления, скорости и хода для обработки через интерфейс человеко-машинного взаимодействия, ПЛК преобразует параметры в управляющие электрические сигналы и отправляет их сервоприводу для приведения во вращение серводвигателя. Система собирает текущие данные о давлении в системе и положении ползуна в режиме реального времени с помощью датчиков давления и решетчатых линеек и передает их обратно в контроллер. Отклонение рассчитывается с помощью ПИД-алгоритма, а скорость и крутящий момент серводвигателя динамически регулируются для достижения точного регулирования расхода и давления в системе с обратной связью.

Этот метод управления принципиально устраняет проблемы потерь энергии и повышения температуры масла, вызванные дросселированием под высоким давлением в традиционных системах с клапанным управлением. На этапе удержания давления серводвигатель может снизить скорость вращения до крайне низкого уровня, лишь восполняя утечку в системе. На этапе холостого хода двигатель можно остановить практически без потребления энергии. В целом, по сравнению с традиционными гидравлическими прессами, он может сэкономить от 30% до 70% электроэнергии, а эффект энергосбережения очень значителен.

Ⅱ. Основные технические преимущества системы сервопривода с прямым приводом

По сравнению с традиционными схемами привода система управления насосом с сервоприводом и прямым приводом позволила добиться повышения производительности по нескольким направлениям:

1. Значительно повышенная точность управления: благодаря полному управлению с обратной связью и высокоскоростным алгоритмам точность повторного позиционирования сервогидравлического пресса может достигать ±0,03 мм, а точность регулирования давления не превышает 1%, что может удовлетворить требования высокоточной обработки структурных компонентов силовой батареи, прецизионных электронных компонентов и т. д., что значительно превышает уровень точности традиционных гидравлических прессов.

2. Повышение эффективности производства и гибкости. Сервосистема имеет высокую скорость отклика с частотой срабатывания до 200 Гц, что в десятки раз превышает частоту срабатывания традиционной гидравлической системы. Он может достичь более быстрого ритма действия. Рабочий ритм обычного штамповочного сервогидравлического пресса может достигать 10-15 раз в минуту, что соответствует требованиям эффективности серийного производства. Между тем, настройку параметров можно выполнить одним щелчком мыши в программе, а время для настройки смены модели невелико, что подходит для гибких производственных потребностей нескольких сортов и небольших партий.

3. Оптимизированный опыт эксплуатации: прямой привод серводвигателя исключает промежуточные звенья передачи, такие как муфты и шкивы, увеличивая механический КПД более чем на 95%. Рабочий шум можно снизить с 85 дБ в традиционных системах до уровня ниже 65 дБ. В то же время это снижает механический износ, замедляет рост температуры масла, продлевает срок службы уплотнительных элементов и гидравлического масла, снижает затраты на техническое обслуживание.

В настоящее время технология сервопривода с прямым приводом широко применяется во многих областях, таких как прецизионная штамповка, ковка, запрессовка и правка, охватывая высокотехнологичные обрабатывающие отрасли, включая автомобили, новую энергетику, электронику, литиевые батареи и бытовую технику. Сервогидравлические прессы стали основным стандартным оборудованием, в частности, при обработке структурных компонентов для аккумуляторов транспортных средств на новой энергии.