サーボモーター制御の高圧と大型流量デュアルポンプ油圧システム
November 23, 2023
サーボモーターと定量的ポンプで構成される油圧電源は、省エネ効果が高いです。サーボモーターの使用により、このシステムには、応答速度が高速、高圧、フロー制御の精度の特性があります。サーボモーターの速度は、システムの流れ需要によって異なり、損失を絞りません。このシステムは、長い圧力保持と冷却時間のある製品を抑制するときに非常に重要な省エネ効果を持っています。
現在、大規模なハイエンドの油圧プレスは、エネルギーの保存と精度のためにますます高い要件を持っていますが、従来のサーボモーターポンプ制御システムはモーター容量とポンプの変位によって制限されているため、高圧と大規模の設計要件を達成することは困難です。流れ。
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この研究では、高圧メインポンプと低圧補助ポンプの組み合わせを使用して、大きな油圧プレスでサーボモーターコントロールを使用する場合の高圧および高流量出力の設計要件に対処することを提案しています。
1.サーボモーターポンプ制御システムの省エネ分析
1.1サーボモーターポンプ制御システムのアプリケーションステータス
現在、バルブ制御された油圧システムは、従来のローエンドプレス業界で依然として広く使用されており、その電源は通常の固定周波数モーターと定量的ポンプです。その主な欠点は、機械加工精度の制御性が低いことであり、正確な可変圧力と可変速度の圧迫作業を実行することを困難にし、特別なプロセス要件で機械加工を処理することを困難にします。さらに、このシステムは、荷降ろしやオーバーフローによる圧力の維持やスタンバイなどのプロセス中に大幅なエネルギー消費を発生させ、エネルギー効率が低く、運用コストが高くなります。
上記の問題を解決するために、サーボモーターコントロール技術と油圧技術のオーガニックな組み合わせは、サーボモーターコントロールの多くの利点を利用することにより、従来の油圧システムを大幅に最適化できます。サーボモーターポンプ制御システムを介して、油圧システムの制御精度を改善し、油圧オイル回路を簡素化し、油圧システムのエネルギー消費を削減し、騒音公害を減らし、システム効率を改善することができます。 。
1.2大規模な油圧プレスに適用されるサーボポンプ制御システムの省エネ分析
現在、サーボモーターポンプ制御技術は、射出成形機やレンガ製造機などの高出力油圧機器に適用されており、優れた省エネ効果を達成しています。ただし、特定の油圧機器に適用されると、電源用の油圧システムの高流量と圧力要件があるため、現在のサーボモーター駆動型の単一油圧ポンプモードは、技術的要件を満たすことが困難です。
たとえば、大規模な油圧プレスは、300 L/minの流れ要件を持つ急速降下ストローク中に大きな流れ出力を提供するために油圧源を必要とします。同時に、通常は約25 MPaに達する油圧プレス操作中に、電源の圧力出力の要件があります。
高圧および高流量油圧プレスにサーボモーター制御技術を適用すると、非常に重要な省エネ効果があります。したがって、サーボモーターによって制御される高電圧および高流量の電源を開発するための非常に実用的な需要があります。ただし、高圧と高流量ポンプの製造コストは高く、産業促進を達成することは困難です。したがって、この研究では、一連の二重ポンプを使用して高圧および高流量油圧システムを形成するスキームを提案しています。
2.サーボモーターによって制御されるデュアルポンプ油圧パワーシステムの設計
2.1大規模な油圧源の需要の分析
大型油圧プレスの操作の実際の状況から、ファーストフォワード段階でのシステムの抵抗は重要ではありません。ただし、大型油圧プレスの主要なオイルシリンダーの大きな直径のため、油供給用の補足オイルタンクがありますが、電源の流量の需要はまだ大きくなっています。したがって、早送り中の油圧源の需要は一般に大きな流れと小さな圧力です。作業プロセス中、システムは抵抗が高くなりますが、動き速度が低下します。この時点で、油圧源の需要は小さな流れと高圧です。同時に、加工製品の品質を確保するために、ハイエンドの油圧プレスは、位置の精度と圧力の精度のために高い要件を持っています。したがって、閉ループ制御のために、圧力と流れのフィードバックを導入する必要があります。
油圧プレスを形成する大きな希土類永久磁石粉末の需要を例にとると、その電源には25 MPaの最大圧力と300 L/minの最大流量が必要です。
2.2サーボモーターによって制御されるデュアルポンプ油圧システムの構造設計
図1に示すように、サーボモーターによって制御される高圧および高フローのデュアルポンプ油圧システムは、主にコントローラー、サーボモーター、メインポンプPH、補助ポンプPLの組み合わせバルブブロック、およびその他の電気アクセサリで構成されています。
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コントローラーは、主に、可変周波数モーターのトルクTと速度Nを制御するために、ホストから圧力P1フロー命令Q1を受け取り、それによりポンプアウトレット圧力P0とフローQ0の制御を実現します。ポンプアウトレットの圧力センサーは、圧力信号をコントローラーに送り返します。
同時に、モーターの速度はエンコーダを介してコントローラーに戻され、リアルタイムの流量q（q = vn）は、ポンプの変位Vとリアルタイム速度によって計算できます。モーターのN。このシステムを通じて、ポンプの出口圧力と流量は、システムの要件に応じてホストがリアルタイムで設定でき、圧力と流れのフィードバックに基づいて自動的に調整できます。
メインポンプpHと補助ポンプPLのコンフルエンス/迂回状態もホストによって信号を送り、コントローラーによって制御されるコンフルエンスバルブブロックのソレノイドバルブを通り抜けます。システム電源は380 V/50 Hz 3相ACで、コントローラーとサーボモーターファンに個別に電力を供給する必要があります。ブレーキユニットとブレーキ抵抗器は、サーボモーターの再生ブレーキ中に生成される逆エネルギーを消費するように設定されています。
2.3デュアルポンプコンフルエンスとスプリットフローを介して高圧と高流量制御を達成する方法
高圧および高流量出力要件を達成するために、システムは、日本のサムスンによってカスタマイズおよび生産されたデュアルギアポンプを使用して、高圧メインポンプ（PH）と低圧補助ポンプ（PL）の組み合わせを採用しています。
高圧メインポンプの定格圧力は25 MPaで、変位は54 ml/rであり、低圧ポンプ補助ポンプの定格圧力は18 MPaで、変位は46 mL/rです。早送りおよびその他の段階では、メインポンプと補助ポンプが油圧オイルを一緒に出力し、高流量出力の目標を達成します。建設の過程で、補助ポンプはアンロードされ、メインポンプからのみ出力されます。
図2に示すように、メインエンジンが高圧出力を必要とする場合、メインポンプpHは回路に個別に接続されます。 1YA電磁方向バルブSOL 1の1YAはエネルギー化され、方向バルブは正しい位置にあります。メインポンプpHの高圧オイルは、PおよびAバルブポートを介した油圧制御片道バルブのコントロールオイルポートに接続されており、油圧制御一方向バルブは逆伝導になっています。この時点で、補助ポンプPLは油圧制御一方向バルブを介して降ろされ、メインエンジンの油圧システムに関与しておらず、迂回状態を示しています。
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メインエンジンが早送りするために大きなフロー出力を必要とする場合、コントローラーはメインエンジンコンフルエンス信号D1を受信し、1YAを制御して電源をオフし、コンフルエンスバルブブロックの電磁方向バルブソル1を中央位置に移動させます。中間位置のO字型機能により、バルブポートPとAが切断され、油圧制御一方向バルブが反対方向に閉じられます。この時点で、補助ポンプPLは、普遍的な一方向バルブを介してメインポンプpHと組み合わされ、メインポンプPHと補助ポンプPLの両方がメインエンジンの油圧システムに出力され、コンフルエンス状態を示しています。
3.実験設計
大きな流れと高圧の油圧プレスに適用される油圧パワーシステムの性能を検証するために、このシステムは、油圧プレスを形成する大きな希土類永久磁石粉末にロードされました。油圧プレスの主要なオイル回路の油圧回路を図3に示します。
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メインエンジンの油圧システムでは、ソレノイドバルブSol3がプラグインバルブ1と協力し、主に加圧プロセス中にメインシリンダーにオイルを供給します。ソレノイドバルブSOL 4をプラグインバルブ2と組み合わせて、メインオイルシリンダーをアンロードします。ソレノイドバルブは、2つの補助オイルシリンダーの上昇と下降を制御します。さらに、ソレノイドバルブSOL 2が左の位置に接続されている場合、つまりピストンロッドが上昇すると、メイクアップタンクの油圧コントロールの一方向バルブが逆転し、メインシリンダーの油圧オイルが逆転します。化粧タンク。
この研究のサーボモーターポンプ制御油圧パワーユニットを図4に示します。図4aは、サーボモーターポンプとコンフルエンスバルブブロックで構成される油圧パワーユニットを示しています。図4Bは、油圧システムの圧力や流れ、電子制御システムの電流などの信号を収集するために使用される信号取得ユニットを示しています。図4Cは、サーボモーターポンプの電子制御ユニットを示しています。
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この実験は、主にいくつかの段階を含む典型的な油圧プレスワークフローに基づいています。各段階のメインエンジンの圧力コマンド、フローコマンド、デュアルポンプコンフルエンスコマンド、および油圧プレスメインシリンダーストローク図を図5に示します。
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プロセスの各段階で、主要な油圧回路でのソレノイドバルブの作用を表1に示します。
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この実験では、高速ダウン（AB）、高速アップ（CH）、スローアップ（HI）プロセス中に、2つのポンプが組み合わせたフロー状態にあり、油圧システムはフロー制御であり、ホストのフローコマンド。中速（BC）で下ると、デュアルポンプは単一のフロー状態にありますが、油圧システムはまだ流量制御下にあります。他のプロセスでは、デュアルポンプはメインポンプとして独立して動作し、システムはホストからの圧力コマンドに応答するように圧力制御されます。
上記の大規模な油圧プレスの油圧源としてこの油圧系を適用すると、1つの作業サイクル中の圧力と流れの応答を監視することができます。
測定結果から、高速下流（AB）の間に、2つのポンプの合計出力が300 L/minに達し、最大流量の設計要件を満たしていることがわかります。 Slowダウン（CD）の間、メインポンプpHのみが操作に有効です。監視は、流量が低流量（5L/min）で安定しており、その低流量状態が動作中に安定していることを示しています。圧力制御の観点から、材料形成の高圧圧縮段階（EF）段階では、25 MPaの高圧値の設計要件が達成されました。さらに、高圧圧縮中の圧力オーバーシュートは非常に少ないため、高い押し精度を確保できます。
サーボモーター速度のモニタリング結果から、中圧前圧制（DE）および高圧加圧（EF）中にモーター速度がよく反応することがわかります。測定された圧力と組み合わされて、良好な制御効果が達成されました。マスターシリンダー（FG）のアンロード段階では、サーボモーターがすぐに逆転して荷降ろしを実現します。この時点で、モーターの発電によって生成される逆電流はコントローラーに逆に出力され、コントローラーに接続されたブレーキ抵抗器とブレーキユニットがこのエネルギーを吸収します。
要約すると、
（1）高圧メインポンプと低圧補助ポンプの組み合わせは、さまざまな時期に高流量または高圧油圧源のシステムの出力要件を満たすことができます。
（2）サーボモーターを使用してデュアルポンプを制御することにより、高圧と大きな流量出力の要件を満たしている間、その小さな流れ特性は安定しており、圧力制御の精度が高く、高精度の油圧プレスの要件を満たすことができます。
（3）圧力維持プロセスでは、補助ポンプを降ろし、メインポンプを高圧力と低速で走らせることは、省エネ効果が大きくあります。
