對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)在模鍛錘上的應用進行了研究,提出一種新型直驅(qū)式電液伺服控制模鍛錘。設計了模鍛錘直驅(qū)式液壓控制系統(tǒng)原理圖,分析了其工作原理和優(yōu)勢,通過研究新型模鍛錘能量控制原理,提出了蓄能間接轉(zhuǎn)換控制方法及轉(zhuǎn)換原理,通過理論分析證明可以提高系統(tǒng)能效及打擊能量的可控性。分別對交流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)與泵控缸系統(tǒng)進行了數(shù)學建模,在此基礎上建立了模鍛錘控制系統(tǒng)的數(shù)學模型,并在Simulink平臺上搭建系統(tǒng)的仿真模型,仿真分析了該系統(tǒng)的動態(tài)特性,通過Bode圖中的幅值裕量和相位裕量證明了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。時域仿真曲線表明,泵控系統(tǒng)動態(tài)響應時間可以滿足模鍛錘工況要求。仿真結果有效驗證了直驅(qū)式電液伺服模鍛錘控制系統(tǒng)的可行性。 

【文章來源】：鍛壓技術. 2019,44(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

直驅(qū)式電液伺服模鍛錘液壓系統(tǒng)原理圖1.伺服電機2.定量泵3.安全閥4.截止閥5.壓力表6.液壓馬達7.發(fā)電機8-1～8-4.二通插裝閥9-1～9-4.二位三通換向閥10.液壓缸11.補油油箱Fig.1Principlediagramofhydraulicsystemfordirectdriveelectro-hydraulicservodieforginghammer

最小行程;A為無桿腔面積;P為液壓系統(tǒng)工作壓力;g為重力加速度。根據(jù)打擊次數(shù)計算，選擇100mL·r－1的CBG型齒輪泵，額定壓力為12.5MPa，最高壓力為16MPa，額定轉(zhuǎn)速為2000r·min－1。根據(jù)定量泵總的流量和壓力計算，得出電機功率為34kW。所以，選擇西門子伺服電機1FT7108，額定轉(zhuǎn)速為2000r·min－1，額定功率為34.2kW，額定轉(zhuǎn)矩為109N·m。2直驅(qū)式電液伺服模鍛錘打擊能量控制及能量轉(zhuǎn)換原理2.1直驅(qū)式電液伺服模鍛錘系統(tǒng)能量控制直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)控制原理如圖2所示。系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)、交流永磁同步伺服電動機的伺服調(diào)速系統(tǒng)和泵控缸動力執(zhí)行機構3部分［5－6］�？刂葡到y(tǒng)會對液壓缸上安裝的傳感器采集的信號進行處理，控制系統(tǒng)中的主控制器將采用一定的控制方法，與處理后的信號比較后，經(jīng)過D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出電信號到伺服驅(qū)動器，然后控制伺服電機的轉(zhuǎn)速，繼而驅(qū)動液壓泵產(chǎn)生一定的流量［7］，通過系統(tǒng)油路最終驅(qū)動液壓缸得到最終錘頭的打擊速度，從而實現(xiàn)鍛錘打擊能量的控制。圖2直驅(qū)式電液伺服模鍛錘系統(tǒng)控制原理圖Fig.2Principlediagramofsystemcontrolfordirectdriveelectro-hydraulicservodieforginghammer2.2蓄能間接轉(zhuǎn)換器原理在直驅(qū)式電液伺服模鍛錘控制系統(tǒng)中，蓄能間接轉(zhuǎn)換過程為:提錘或打擊過程中，從液壓缸流出的液壓油驅(qū)動液壓馬達轉(zhuǎn)動，馬達利用發(fā)電機的電磁感應原理產(chǎn)生感應電動勢，交流發(fā)電機定子的三相繞組中感應產(chǎn)生的是交流電。由于馬達的變轉(zhuǎn)速運動，發(fā)電機的發(fā)電頻率是變化的，所以，使用調(diào)頻設備獲取頻率一定的電能，然后利用整流器將其變?yōu)橹绷麟�，利用濾波器盡可能地將直流電中的脈

校?钅薌?接轉(zhuǎn)換過程為:提錘或打擊過程中，從液壓缸流出的液壓油驅(qū)動液壓馬達轉(zhuǎn)動，馬達利用發(fā)電機的電磁感應原理產(chǎn)生感應電動勢，交流發(fā)電機定子的三相繞組中感應產(chǎn)生的是交流電。由于馬達的變轉(zhuǎn)速運動，發(fā)電機的發(fā)電頻率是變化的，所以，使用調(diào)頻設備獲取頻率一定的電能，然后利用整流器將其變?yōu)橹绷麟姡脼V波器盡可能地將直流電中的脈動成分濾掉，使輸出電壓平滑，此時的直流電再經(jīng)穩(wěn)壓電路進入儲能元件超級電容器中被儲存，以用于驅(qū)動交流伺服電機作為動力源或者為控制單元供電。蓄能間接轉(zhuǎn)換流程如圖3所示。圖3蓄能間接轉(zhuǎn)換流程圖Fig.3Flowchartofindirectconversionforenergystorage2.3直驅(qū)式電液伺服模鍛錘系統(tǒng)優(yōu)點直驅(qū)式電液伺服模鍛錘系統(tǒng)優(yōu)點如下:(1)直驅(qū)式電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)既具有電機易于控制的特點，又結合了液壓出力大的特點，通過控制伺服電機的轉(zhuǎn)速來改變定量泵輸出的流量，實現(xiàn)錘頭速度的控制;(2)鍛錘停止運動，伺服電機和泵也停止，沒有電機運行效率損失和空運轉(zhuǎn)損失;(3)蓄能間接轉(zhuǎn)換器使得能量得以循環(huán)利用，提高了能源利用率;(4)取消了傳統(tǒng)電液錘中必不可少的液壓蓄能器部分，節(jié)省了安裝空間，使結構更加緊湊，安全性能提高;(5)系統(tǒng)集成度高，可以實現(xiàn)模塊化設計，大大減少了管路連接，故減少了流量損失，減少了管道動態(tài)對液壓系統(tǒng)的影響。3直驅(qū)式電液伺服模鍛錘控制系統(tǒng)數(shù)學模型3.1交流永磁同步伺服電機數(shù)學模型在d/q坐標系下建立交流永磁同步伺服電機的數(shù)學模型［8－9］，建模時:(1)忽略磁滯帶來的損耗以及鐵芯硅鋼片中的渦流，不考慮鐵芯中的飽和效應;(2)永磁體中的電導率基本為零;(3)轉(zhuǎn)子和永磁體沒有阻尼繞組的存在

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本文編號：3317259