Servo Motore controllato ad alta pressione e sistema di alimentazione idraulica a doppia pompa a flusso grande
November 23, 2023
La fonte di energia idraulica composta da servomotore e pompa quantitativa ha un buon effetto di risparmio energetico. A causa dell'uso del servomotore, questo sistema ha le caratteristiche della velocità di risposta rapida, alta pressione e precisione del controllo del flusso. La velocità del motore servo varia con la domanda di flusso del sistema, senza perdita di limitazione. Questo sistema ha un effetto molto significativo per il risparmio energetico quando si sopprimono i prodotti con lunghi tempi di mantenimento della pressione e raffreddamento.
Allo stato attuale, le presse idrauliche di fascia alta su larga scala hanno requisiti sempre più elevati per il risparmio e l'accuratezza dell'energia, ma i tradizionali sistemi di controllo della pompa del motore service sono limitati dalla capacità del motore e dallo spostamento della pompa, rendendo difficile raggiungere i requisiti di progettazione di alta pressione e grandi fluire.
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Questo studio propone l'uso di una combinazione di pompa principale ad alta pressione e pompa ausiliaria a bassa pressione per soddisfare i requisiti di progettazione per un'uscita ad alta pressione e ad alto flusso quando si utilizzano il controllo del motore servo su grandi presse idrauliche.
1. Analisi di risparmio energetico del sistema di controllo della pompa del motore servo
1.1 Stato dell'applicazione del sistema di controllo della pompa del motore servo
Allo stato attuale, i sistemi idraulici controllati dalla valvola sono ancora ampiamente utilizzati nel tradizionale industria della stampa di fascia bassa, con le loro fonti di alimentazione che sono motori di frequenza fissa ordinari e pompe quantitative. Il suo inconveniente principale è la scarsa controllabilità della precisione di lavorazione, che rende difficile eseguire una pressione variabile accurata e un lavoro di pressione a velocità variabile e che rende difficile gestire la lavorazione con requisiti di processo speciali. Inoltre, il sistema comporta un consumo di energia significativo durante processi come il mantenimento della pressione e lo standby a causa dello scarico o dell'overlow, con conseguente bassa efficienza energetica e costi operativi elevati.
Per risolvere i problemi di cui sopra, la combinazione organica della tecnologia di controllo motorio del servo e della tecnologia idraulica può ottimizzare notevolmente i sistemi idraulici tradizionali utilizzando i numerosi vantaggi del controllo del servomotore. Attraverso il sistema di controllo della pompa del motore servo, l'accuratezza del controllo del sistema idraulico può essere migliorata, il circuito dell'olio idraulico può essere semplificato, il consumo di energia del sistema idraulico può essere ridotto, l'inquinamento acustico può essere ridotto e l'efficienza del sistema può essere migliorata .
1.2 Analisi di risparmio energetico del sistema di controllo della pompa servo applicato a grandi presse idrauliche
Allo stato attuale, la tecnologia di controllo della pompa del motore servo è stata applicata ad apparecchiature idrauliche ad alta potenza come macchine per lo stampaggio a iniezione e macchine per la produzione di mattoni e ha ottenuto buoni effetti di risparmio energetico. Tuttavia, se applicato su determinate apparecchiature idrauliche, a causa degli elevati requisiti di flusso e pressione del sistema idraulico per la fonte di alimentazione, l'attuale modalità pompa idraulica a singola pompa idraulica guidata dal servo è difficile soddisfare i suoi requisiti tecnici.
Ad esempio, grandi presse idrauliche richiedono una fonte di alimentazione idraulica per fornire un'uscita di flusso di grandi dimensioni durante la corsa rapida della discesa, con un requisito di flusso di 300 L/min; Allo stesso tempo, ci sono requisiti per la produzione di pressione della fonte di alimentazione durante il funzionamento della pressa idraulica, di solito raggiungendo circa 25 MPa.
L'applicazione della tecnologia di controllo dei servi motori su presse idrauliche ad alta pressione e ad alto flusso avranno un effetto molto significativo per il risparmio energetico. Pertanto, esiste una domanda molto pratica per lo sviluppo di fonti di alimentazione ad alta tensione e ad alto flusso controllate dai servi motori. Tuttavia, il costo di produzione delle pompe ad alta pressione e ad alto flusso è elevato, rendendo difficile ottenere la promozione industriale. Pertanto, questo studio propone uno schema di utilizzo di una serie di doppie pompe per formare un sistema di alimentazione idraulica ad alta pressione e ad alto flusso.
2. Progettazione del sistema di alimentazione idraulica a doppia pompa controllata dal servomotore
2.1 Analisi della domanda di fonti di energia idraulica su larga scala
Dalla situazione effettiva del funzionamento di grandi presse idrauliche, la resistenza del sistema nella fase rapida in avanti non è significativa. Tuttavia, a causa del grande diametro del cilindro dell'olio principale della grande pressa idraulica, sebbene vi sia un serbatoio di olio supplementare per l'alimentazione dell'olio, la domanda per la portata della fonte di energia è ancora grande. Pertanto, la domanda per la fonte di energia idraulica durante il rapido avanzamento è generalmente un flusso grande e una piccola pressione; Durante il processo di lavoro, il sistema ha un'elevata resistenza ma una velocità del rallentatore. Al momento, la domanda di fonte di energia idraulica è un flusso ridotto e alta pressione. Allo stesso tempo, per garantire la qualità dei prodotti trasformati, le presse idrauliche di fascia alta hanno requisiti elevati per l'accuratezza della posizione e l'accuratezza della pressione. Pertanto, il feedback della pressione e del flusso dovrebbe essere introdotto per il controllo a circuito chiuso.
Assumendo la domanda di una grande polvere di magnete permanente per la terra rara che forma la pressa idraulica come esempio, la sua fonte di alimentazione richiede una pressione massima di 25 MPa e una portata massima di 300 L/min.
2.2 Progettazione strutturale del sistema idraulico a doppia pompa controllata dal servo motore
Come mostrato nella Figura 1, il sistema di alimentazione idraulica a doppia pompa ad alta pressione e ad alto flusso controllato da un servomotore è costituito principalmente da un controller, motore servo, pH della pompa principale, blocco di valvole combinati con pompa ausiliaria PL e altri accessori elettrici.
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Il controller riceve principalmente l'istruzione di flusso di pressione P1 Q1 dall'host per controllare la coppia T e la velocità N del motore a frequenza variabile, ottenendo così il controllo della pressione di uscita della pompa P0 e del flusso Q0. Il sensore di pressione all'uscita della pompa alimenta il segnale di pressione al controller.
Allo stesso tempo, la velocità del motore viene anche nuova al controller attraverso l'encoder e la portata in tempo reale Q (Q = VN) può essere calcolata dallo spostamento V della pompa e dalla velocità in tempo reale n del motore. Attraverso questo sistema, la pressione di uscita e la portata della pompa possono essere impostate in tempo reale dall'host in base ai requisiti di sistema e può essere regolata automaticamente in base al feedback di pressione e flusso.
Lo stato di confluenza/diversione del pH della pompa principale e la pompa ausiliaria PL è anche segnalato dall'host e commutata attraverso la valvola del solenoide nel blocco della valvola di confluenza controllata dal controller. L'alimentazione del sistema è di 380 V/50 Hz trifase CA, che deve fornire energia al controller e al servo motore separatamente. L'unità di frenatura e la resistenza di frenatura sono impostati per consumare l'energia inversa generata durante la frenata rigenerativa del motore servo.
2.3 Metodo per ottenere un controllo ad alta pressione e ad alto flusso attraverso la confluenza della doppia pompa e il flusso diviso
Per raggiungere i requisiti di uscita ad alta pressione e ad alto flusso, il sistema adotta una combinazione di pompa principale (pH) ad alta pressione (ph) a bassa pressione (PL), utilizzando una pompa a doppia emissione personalizzata e prodotta da Samsung in Giappone.
La pressione nominale della pompa principale ad alta pressione è di 25 MPa, con uno spostamento di 54 mL/R, e la pressione nominale della pompa ausiliaria a bassa pressione è di 18 MPa, con uno spostamento di 46 mL/R. Nelle fasi rapide e altre fasi, la pompa principale e la pompa ausiliaria usciranno insieme olio idraulico, raggiungendo l'obiettivo della produzione ad alto flusso. Nel processo di costruzione, la pompa ausiliaria verrà scaricata e uscita solo dalla pompa principale.
Come mostrato nella Figura 2, quando il motore principale richiede un'uscita ad alta pressione, il pH della pompa principale è collegato separatamente al circuito. 1ya nella valvola direzionale elettromagnetica Sol 1 è eccitato e la valvola direzionale è nella posizione giusta. L'olio ad alta pressione del pH della pompa principale è collegato alla porta di controllo dell'olio della valvola di un senso di controllo idraulica attraverso la P e una porta della valvola e la valvola di controllo idraulica di controllo è in conduzione inversa. Al momento, la pompa ausiliaria PL viene scaricata attraverso la valvola a senso unico del controllo idraulico e non partecipa al sistema idraulico del motore principale, indicando uno stato di diversione.
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Quando il motore principale necessita di una grande uscita a flusso per rapido in avanti, il controller riceve il segnale di confluenza del motore principale D1 e controlla 1ya per spegnere, causando la valvola direzionale elettromagnetica Sol 1 nel blocco della valvola di confluenza per spostarsi nella posizione centrale. A causa della funzione a forma di O della posizione centrale, le porte della valvola P e A sono disconnesse e la valvola di controllo idraulica di controllo è chiusa nella direzione opposta. Al momento, la pompa ausiliaria PL si combina con il pH della pompa principale attraverso la valvola universale a senso unico, e sia il pH della pompa principale che la pompa ausiliaria PL sono in uscita sul sistema idraulico del motore principale, indicando uno stato di confluenza.
3. Design sperimentale
Per verificare le prestazioni del sistema di alimentazione idraulico applicato a grandi presse idrauliche a flusso e ad alta pressione, questo sistema è stato caricato su una grande polvere di magnete permanente a terra rara che forma la pressa idraulica. Il circuito idraulico del circuito dell'olio principale della pressa idraulica è mostrato nella Figura 3.
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Nel sistema idraulico del motore principale, l'elettrovalvola SOL3 collabora con la valvola plug-in 1, fornendo principalmente olio al cilindro principale durante il processo di pressurizzazione; La valvola del solenoide SOL 4 è combinata con la valvola plug-in 2 per scaricare il cilindro dell'olio principale; La valvola del solenoide controlla l'aumento e la caduta di due cilindri ausiliari. Inoltre, quando la valvola del solenoide SOL 2 è collegata alla posizione a sinistra, ovvero quando l'asta del pistone si alza, la valvola a senso unico del controllo idraulico del serbatoio del trucco viene invertita e l'olio idraulico nel cilindro principale ritorna verso il serbatoio di trucco.
L'unità di alimentazione idraulica controllata dalla pompa del servo di questo studio è mostrata nella Figura 4. La Figura 4A mostra l'unità di alimentazione idraulica composta da una pompa del motore servo e un blocco della valvola di confluenza; La Figura 4b mostra l'unità di acquisizione del segnale, che viene utilizzata per raccogliere segnali come la pressione e il flusso del sistema idraulico e la tensione e la corrente del sistema di controllo elettronico; La Figura 4C mostra l'unità di controllo elettronica della pompa del motore servo.
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L'esperimento si basa su un tipico flusso di lavoro della pressa idraulica, principalmente tra cui diverse fasi: flusso combinato verso il basso (rapido in avanti), flusso singolo verso il basso (lento in avanti), pressurizzazione, scarico del cilindro principale e flusso combinato verso l'alto (rapido all'indietro). Il comando di pressione, il comando di flusso, il comando di confluenza a doppia pompa e il diagramma della corsa del cilindro principale della pressione idraulica del motore principale in ciascuna fase sono mostrati nella Figura 5.
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In ogni fase del processo, l'azione della valvola del solenoide nel circuito idraulico principale è mostrata nella Tabella 1.
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In questo esperimento, durante i processi ad alta velocità (AB), ad alta velocità (CH) e rallenta (HI), le due pompe si trovano in uno stato di flusso combinato e il sistema idraulico è il controllo del flusso, che risponde il comando di flusso dell'host; Quando scendi a media velocità (BC), le duali pompe si trovano in un singolo stato di flusso, ma il sistema idraulico è ancora sotto il controllo del flusso; In altri processi, la doppia pompa funziona in modo indipendente come pompa principale e il sistema è controllato a pressione per rispondere ai comandi di pressione dall'host.
L'applicazione di questo sistema di alimentazione idraulica come fonte idraulica nella pressa idraulica su larga scala sopra menzionata, monitorando la pressione e la risposta al flusso durante un ciclo di lavoro può essere concluso:
Dai risultati della misurazione, si può vedere che durante la valle ad alta velocità (AB), l'uscita combinata delle due pompe raggiunge 300 L/min, il che soddisfa i requisiti di progettazione per la massima portata; Durante Slow Down (CD), solo il pH della pompa principale è efficace nel funzionamento. Il monitoraggio mostra che la portata è stabile a bassa portata (5L/min) e il suo stato di flusso basso è stabile in funzione. In termini di controllo della pressione, durante lo stadio di formazione del materiale ad alta pressione (EF), è stato ottenuto il requisito di progettazione di 25 MPa ad alto valore di pressione. Inoltre, il superamento della pressione durante la compressione ad alta pressione è estremamente piccolo, il che può garantire una precisione ad alta pressione.
Dai risultati del monitoraggio della velocità del servo motore, si può vedere che la velocità del motore risponde bene durante la pressurizzazione a media pressione (DE) e la pressurizzazione ad alta pressione (EF). In combinazione con la pressione misurata, sono stati raggiunti buoni effetti di controllo. Nella fase di scarico del cilindro principale (FG), il servomotore si inverte rapidamente per ottenere lo scarico. In questo momento, la corrente inversa generata dalla generazione di alimentazione del motore verrà emessa al contrario al controller e la resistenza di frenatura e l'unità di frenatura collegate al controller assorbiranno questa energia.
In sintesi, si può vedere che,
(1) la combinazione di pompa principale ad alta pressione e pompa ausiliaria a bassa pressione possono soddisfare i requisiti di uscita del sistema per la fonte di alimentazione idraulica ad alta pressione o ad alta pressione in tempi diversi;
(2) Utilizzando i servi motori per controllare le doppie pompe, soddisfacendo i requisiti di alta pressione e grande uscita a flusso, le sue piccole caratteristiche di flusso sono stabili e la precisione del controllo della pressione è elevata, il che può soddisfare i requisiti delle presse idrauliche ad alta precisione;
(3) Nel processo di manutenzione della pressione, scaricare la pompa ausiliaria e eseguire la pompa principale ad alta pressione e bassa velocità ha effetti significativi di risparmio energetico.
