基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统

基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统随着节能环保意识的不断深入，人们对传统注塑机的能耗和控制精度提出了越来越高的要求。交流伺服电机驱动液压油泵控制技术的出现是液电结合控制技术的一次革命性的进步。它不仅可以大幅度节能约30％-70%，而且具有控制精度高，稳定性好，噪音低等优点。一经推出，即在注塑机等行业取得了迅猛发展，成为今后注塑机节能改造的主要方向。一.系统的应用及工作原理研究表明，伺服泵系统在保压（高压小流量）工况下具有最佳的节能效果和经济效益。大型注塑机往往制品壁厚大，需要较长的保压时间来防止收缩变形，因此特别适合使用伺服泵系统。然而受制于伺服电机和驱动器功率以及油泵排量的限制，大型注塑机需要采用多台伺服泵联合控制才能达到大流量的要求。对此日本YUKEN公司推出了采用专用联立控制的多台伺服泵组合控制系统，见图1。图1日本YUKEN公司采用专用联立伺服驱动器的多台伺服电机油泵的组合控制系统该控制系统通过专用的联立控制驱动器使多台伺服电机油泵组在所有动作中分配相同的流量压力指令，实现同步流量（速度）控制和压力控制。基本工作原理如下：1.流量（速度）控制模式：主机控制器发送相同的流量指令给各伺服电机驱动器，使各伺服电机按设定的转速正向运转，驱动定排量液压油泵输出设定的流量（速度）。并通过编码器的检测反馈信号，闭环控制伺服电机的转速，达到精确控制系统流量（速度）的目的。2.压力控制控制模式：主机控制器发送相同的压力指令给各伺服电机，使各伺服电机同时处于转矩控制模式，从而驱动各液压油泵同时输出相同的扭矩（压力），并通过压力传感器的检测反馈信号实现系统压力闭环控制。二.目前存在的不足但是该系统存在如下缺陷：系统压力控制由多泵共同完成，因此保压能耗大。这主要是由于YUKEN的控制方案液压系统降压或泄荷只能通过伺服泵反转来完成，对于大吨位的注塑机液压系统，液压油缸和管路中受压缩液压油体积大，压缩能量高，单独靠一个伺服泵的泄荷能力不足以满足在极短时间内降压或泄荷压缩能量释放的要求，因此必须采用多台伺服泵同步动作实现压力控制。这带来的问题是保压能耗大，泄压速度慢，且降压或泄荷对油泵和伺服驱动系统的冲击噪音大，会缩短油泵和控制器的使用寿命；多台伺服泵长时间负载运行，会使其电机和驱动器发热增加，对其过载能力产生很大影响。三.解决方案解决这一问题的关键在于如何采用单泵来实现系统压力控制。震德公司创新性的设计出单伺服泵压力闭环控制系统可以与任意多台辅伺服泵共同组成液电复合的大功率液压动力系统（附图四为两个辅伺服泵系统）。图2基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统该控制系统设有主泵和辅泵，系统的压力控制模式主要由主泵完成，此时辅泵在单向阀的隔离作用下泄荷，从而消除辅泵保压能耗。它由多台伺服泵共同完成流量（速度）控制；而以单台伺服泵（主泵）的控制压力作为先导控制压力，与液压插装阀及节流孔共同组成压力闭环控制系统，实现对系统压力的精确控制。基本工作原理如下：1.流量（速度）控制模式：流量控制可以采用传统的流量叠加法或者同步流量控制法来实现，通过主机控制器发送设定的流量指令给各伺服电机，使各伺服电机按设定的转速正向运转，驱动各液压油泵通过单向阀输出设定的流量（速度）。并通过编码器的检测反馈信号，闭环控制伺服电机和油泵的转速，达到精确控制系统流量（速度）的目的。2.压力控制控制模式：主机控制器只发送给主泵P1压力指令，在单向阀2和3的隔离作用下，辅泵P2、P3等泄荷；从而消除辅泵保压能耗。主泵P1按指令输出设定的压力作为先导控制压力，控制节流孔1前后的压力降来控制插装阀主阀芯的开闭来实现系统压力比例闭环控制。该动力系统具有如下优势：1.由于采用液电联合压力控制方式，因此只需要单台小排量伺服泵（主泵）就可以完成保压和泄荷动作，此时其它伺服泵（辅泵）可以空载运行，因此可以大幅度降低保压能量消耗，这对于大吨位注塑机成型的大质量注塑件需要长时间保压具有重要意义。2.由于采用大通径的插装阀作为泄荷阀来完成降压和泄荷，因此，泄压快，噪音低，对伺服泵系统的冲击小，可以延长伺服泵的使用寿命。3.可以避免辅泵工作在低速大扭矩（保压）运行状态，可以降低辅泵的伺服电机和驱动器的配置要求，从而降低成本，提高产品竞争力。4.由于伺服电机反向制动的负载大大降低，可以减少制动电阻的配置功率。5.除适用于任意多组伺服泵的控制要求外，还可以用在伺服电机驱动大、小双排量柱塞泵的泄荷回路。四.结语基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统采用插装阀作为系统压力控制主体，配合伺服泵作为先导控制共同组成压力闭环控制系统，很好的解决了多伺服泵控制系统压力控制和单泵保压的问题，其结构简单，成本低，节能效果显著，因而具备广阔的市场前景，该控制方案目前已经广泛应用于震德公司SVP系列650吨以上的大型注塑机，并获得发明专利(专利号ZL200910192111.6)，取得了良好的经济效益和社会效益。