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(jìn)制造工程技術(shù)研究中心，上海 201209）

0 引言

就油壓機(jī)[1]而言，滑塊的控制在整個(gè)壓機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。如何快速、平穩(wěn)地進(jìn)行滑塊的控制，來確保壓機(jī)系統(tǒng)能獲取一個(gè)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(jī)，對(duì)整個(gè)滑塊如何實(shí)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(duì)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系進(jìn)行展示。

1 液壓機(jī)滑塊控制

1.1 滑塊控制機(jī)械液壓原理

在動(dòng)力源方面，整個(gè)滑塊控制采用變量泵作為動(dòng)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(jī)構(gòu)方面，系統(tǒng)采用3 路液壓缸進(jìn)行控制，每一路配置一個(gè)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(duì)油缸進(jìn)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(jìn)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(dāng)環(huán)閥開口比例大于94%時(shí)，環(huán)閥基本關(guān)閉可以迅速建壓，當(dāng)?shù)陀?1%時(shí)，可以認(rèn)為環(huán)閥全開，進(jìn)行大流量供油和排油控制。

1.2 滑塊電氣控制

整個(gè)電采用倍?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行整體協(xié)調(diào)，由滑塊控制PLC對(duì)滑塊運(yùn)行以及環(huán)閥進(jìn)行相關(guān)控制，通過數(shù)據(jù)接口與系統(tǒng)控制PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而對(duì)變量泵進(jìn)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(jìn)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(diǎn)停止。根據(jù)停機(jī)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(dāng)滑塊上升到一定位置后，系統(tǒng)供油降低，同時(shí)，兩邊環(huán)閥關(guān)閉，共同作用進(jìn)行減速，當(dāng)靠近上死點(diǎn)時(shí)，通過中間環(huán)閥關(guān)閉進(jìn)行最終剎車停機(jī)。其中，對(duì)動(dòng)力源而言，根據(jù)設(shè)定的速度，計(jì)算需要供油的油量，則單位時(shí)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(duì)泵的流量進(jìn)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(shí)，在變量泵輸出控制正常情況下，為了滑塊能達(dá)到上述控制的需求，環(huán)閥必須嚴(yán)格按照上述時(shí)序協(xié)同進(jìn)行及時(shí)控制。對(duì)于控制來說，整個(gè)下行過程相對(duì)簡(jiǎn)單，所以本文僅就對(duì)響應(yīng)速度以及定位要求較高的上行過程做一詳細(xì)的分析。

首先，為了提高壓機(jī)的運(yùn)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(jí)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(jì)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(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)。同時(shí)由于速度快了，另一個(gè)問題便更加顯現(xiàn)在整個(gè)控制流程中。為了滑塊能準(zhǔn)確且平穩(wěn)地停在設(shè)定的上死點(diǎn)位置，系統(tǒng)供油和環(huán)閥控制必須按照系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行協(xié)同控制。為了減少?zèng)_擊，系統(tǒng)按照式（1），（2）計(jì)算設(shè)定減速距離，提前進(jìn)行減速控制。

式中 S設(shè)——上死點(diǎn)停機(jī)位置

SΔ——提前制動(dòng)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(dòng)根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)來計(jì)算制動(dòng)提前量。由上可以看出，當(dāng)上行速度較大時(shí)，在一定加速度的前提下，提前制動(dòng)距離會(huì)有所增加。在平時(shí)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(jìn)行減速，造成在上死點(diǎn)速度過大，造成沖擊。如果連續(xù)沖擊，會(huì)造成整個(gè)壓機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)過大，相應(yīng)的螺栓等提前疲勞斷裂，造成嚴(yán)重的后果。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)控制曲線

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)下，跟隨斜盤開啟指令的變化基本能及時(shí)響應(yīng)。但從控制曲線看出，對(duì)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(duì)于小指令無法分辨響應(yīng)，同時(shí)在上行關(guān)閉時(shí)，和其他斜盤相比明顯延遲，在一般情況下，在滑塊運(yùn)行位置上相差20 mm 的距離。這樣未能在規(guī)定的位置進(jìn)行減速，造成在原有的時(shí)序控制下，滑塊在停止時(shí)，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(duì)泵進(jìn)行及時(shí)維修外，可以通過適當(dāng)減小上述提及的停止加速度α 來延長(zhǎng)減速時(shí)間，來避免上死點(diǎn)停機(jī)沖擊，消除該問題，同時(shí)為備件準(zhǔn)備提供時(shí)間。

2 結(jié)論

通過分析環(huán)閥在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，解釋了整個(gè)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(shí)通過系統(tǒng)的分析，闡述了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行以及現(xiàn)場(chǎng)維修提供了一定幫助。