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應用有限公司，上海 201209；2.上海汽車車身先進制造工程技術研究中心，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中是一個非常重要的環節。如何快速、平穩地進行滑塊的控制，來確保壓機系統能獲取一個平穩的壓力控制一直是業界非常困擾的內容。這里就滑塊控制，從液壓系統以及相應的電氣控制著手，參照schuler 液壓機，對整個滑塊如何實現快速響應提供初步分析以及原理剖析，并通過技術手段，對內部各個環節的關系進行展示。

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，在系統的控制下，通過比例閥控制變量泵斜盤開啟角度以及響應速度來滿足滑塊快速上下行以及保壓的要求。

在執行機構方面，系統采用3 路液壓缸進行控制，每一路配置一個環閥，來滿足滑塊快速響應的要求。如圖1 所示，在環閥打開的情況下，系統液壓油能迅速對油缸進行填充或從油缸排出，而在關閉的情況下，系統能迅速建壓，滿足工藝要求。并且環閥的開閉采用比例閥控制，環閥的開啟和關閉位置根據控制需求進行調整，來滿足系統的需求。環閥開閉特性如圖2 所示，當環閥開口比例大于94%時，環閥基本關閉可以迅速建壓，當低于71%時，可以認為環閥全開，進行大流量供油和排油控制。

1.2 滑塊電氣控制

整個電采用倍福控制系統進行整體協調，由滑塊控制PLC對滑塊運行以及環閥進行相關控制，通過數據接口與系統控制PLC 進行數據交換，進而對變量泵進行系統控制?？刂葡到y結構如圖3 所示。

（1）下行。環閥打開，系統根據設定排油，滑塊迅速下降。

（2）保壓。環閥關閉，系統建壓，根據工藝進行保壓。

（3）上行。環閥打開，系統根據設定供油，滑塊迅速上行。

（4）上死點停止。根據停機位置，環閥關閉調整+供油調整，滑塊軟停止（無沖擊停車）。

圖1 環閥

圖2 環閥開閉特性曲線

圖3 控制系統結構

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

然后根據液壓泵特性曲線，對泵的流量進行輸出控制，使得系統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，環閥必須嚴格按照上述時序協同進行及時控制。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壓力的作用下迅速排油，環閥的設計給予系統快速排油的可能。通過環閥的打開，上腔的液壓油能迅速排出油缸，實現了快速響應。同時由于速度快了，另一個問題便更加顯現在整個控制流程中。為了滑塊能準確且平穩地停在設定的上死點位置，系統供油和環閥控制必須按照系統設定進行協同控制。為了減少沖擊，系統按照式（1），（2）計算設定減速距離，提前進行減速控制。

式中 S設——上死點停機位置

SΔ——提前制動距離

V開始——設定上行速度

V結束——上行停止前速度

α——停止加速度

控制程序自動根據設定的數據來計算制動提前量。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。在平時生產過程中，由于斜盤等磨損卡滯，造成系統供油下降響應過慢，速度未能按照原先設定的軌跡進行減速，造成在上死點速度過大，造成沖擊。如果連續沖擊，會造成整個壓機系統振動過大，相應的螺栓等提前疲勞斷裂，造成嚴重的后果。

1.3 現場控制曲線

對于現場設備，Y61～Y64 伺服閥，輸出和反饋基本一致，相應正常。但2#-3#泵的斜盤在Y61～Y64 液壓的驅動下，跟隨斜盤開啟指令的變化基本能及時響應。但從控制曲線看出，對于局部小的指令變化，存在部分死區，但暫不影響使用。但1#泵在同樣指令下，響應死區較大，對于小指令無法分辨響應，同時在上行關閉時，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#主缸內產生瞬間高壓，產生沖擊。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 結論

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