一文解析CA500伺服系統在數控折彎機上的應用

傳統的數控折彎機液壓系統多采用普通三相異步電機驅動油泵，能耗大、溫升高、效率低、部件易損壞。隨著節(jié)能減排日益受到重視，使用電液伺服系統驅動油泵的新型數控折彎機應運而生。本文擬結合四方CA500伺服驅動器搭配CM500伺服電機，介紹一種針對數控折彎機液壓系統的電液伺服調速方案，有效降低系統能耗及液壓油的溫升，同時提高了設備運行可靠性。

電液伺服系統的特點

電液伺服系統是指以伺服元件（伺服閥或伺服泵）為控制核心的液壓控制系統，它通常由指令裝置、控制器、放大器、液壓源、伺服元件、執(zhí)行元件、反饋傳感器及負載組成。

（1）伺服系統是一個位置跟蹤系統。輸出位移自動地跟隨輸入位移的變化規(guī)律而變化，體現為位置跟隨運動。

（2）伺服系統是一個功率放大系統。推動滑閥閥芯所需的功率很小，而系統的輸出功率卻可以很大，可帶動較大的負載運動。

（3）伺服系統是一個負反饋系統。輸出位移之所以能夠精確地復現輸入位移的變化。是因為控制滑閥的閥體和液壓缸體固連在一起，構成了一個負反饋控制通路。液壓缸輸出位移，通過這個反饋通路回輸給滑閥閥體，并與輸入位移相比較。從而逐漸減小和消除輸出位移和輸入位移之間的偏差，直到兩者相同為止。因此負反饋環(huán)節(jié)是液壓伺服系統中必不可少的重要環(huán)節(jié)。負反饋也是自動控制系統具有的主要特征。

電液伺服系統工作原理

電液伺服系統是一個有誤差系統。當液壓缸位移和閥芯位移之間不存在偏差時，系統就處于靜止狀態(tài)。由此可見，若使液壓缸克服工作阻力并以一定的速度運動，首先必須保證滑閥有一定的閥口開度，這就是電液伺服系統工作的必要條件。液壓缸運動的結果總是力圖減少這個誤差，但在其工作的任何時刻也不可能完全消除這個誤差。沒有誤差，伺服系統就不能工作。

電液伺服系統的基本原理是：反饋信號與輸入信號相比較得出偏差信號，利用該偏差信號控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向著減小偏差的方向變化，直至偏差等于零或足夠小，從而使系統的實際輸出與希望值相符。

CA500伺服系統在數控折彎機上的應用

一、工藝簡介

數控折彎機的一個工作循環(huán)可分為快下、慢下、保壓、卸荷、返程這幾個狀態(tài)。設備工作時，系統控制油泵運轉，并配合液壓油路控制單元的工作，從而控制液壓系統的流量，達到各工作狀態(tài)下的合理壓力值。其具體工作流程如下：

機器滑塊快速下行時，壓力油通過液壓閥組進入油缸上腔，油缸下腔的油液經液壓閥組返回到液壓泵中，機器的滑塊因自重快速下降，被打開的充液閥對油缸上腔進行充液；機器滑塊低速工進時，壓力油通過液壓閥組流入油缸上腔繼續(xù)推動滑塊下降；當機器滑塊返程時，壓力油經液壓閥組進入油缸下腔，油缸活塞桿拉動滑塊上升，油缸上腔油液通過打開的充液閥流回油箱，至此完成一次工作循環(huán)。

圖一、數控折彎機液壓原理圖

二、系統方案

傳統折彎機的液壓系統通過定量泵和比例換向閥來調節(jié)系統的流量，由于系統需要的實際流量是變化的，而油泵輸出流量是恒定的，因此必定有一部分流量需要溢流，產生能量損失；另一方面，閥控液壓系統的設定壓力總是要高于實際需要的壓力，這也造成了能量的損失。同時節(jié)流調速方式存在主壓力閥溢流，造成噪音及液壓油的發(fā)熱量較大，溫升較高，降低了液壓油的使用壽命，增加了維護成本。

針對傳統折彎機液壓系統的缺點，以及設備的成型工序、工藝特點，設計了采用四方CA500伺服驅動器、CM500伺服電機以及齒輪泵來調節(jié)液壓系統流量及壓力的控制系統。

具體系統方案如下：

圖二、系統方案圖

數控系統根據光柵尺的位置反饋經由特點算法得出系統所需流量、壓力大小，對應輸出0～±10V模擬量控制信號給到CA500，實時調整油泵的轉速，并配合液壓油路控制單元的工作，滿足不同工序端的壓力及流量需求。

方案采用容積調速的原理，通過調節(jié)伺服電機的轉速來改變油泵的流量及系統壓力，避免了傳統節(jié)流調速方案所造成的能量損耗，特別是在保壓和卸荷階段，油液的輸出很小，油泵幾乎可以停止運轉，極大程度減少了能量損耗。同時伺服驅動系統的響應時間更短，設備工作時快下和返程速度更快，效率更高。

三、系統配線方案及說明

1、 電氣接線圖如下：

圖三、電氣接線圖

2、主要設定參數：

3、方案優(yōu)勢：

※ CA500伺服驅動器采用重載型設計，低頻轉矩大，動態(tài)響應快，過載能力強，可120%負載長期運行；

※ CM500伺服電機采用高性能稀土永磁材料，抗去磁能力強。電機轉子采用特殊結構和工藝，外殼防護等級為IP54，絕緣等級為F級，保證系統運行的可靠性；

※ 泵控技術代替常規(guī)閥控技術，消除節(jié)流損耗，節(jié)能效果顯著，節(jié)能率可達25%。

※ 降低了液壓油的溫升，延長了液壓油的使用壽命，減少系統維護成本；

※ 折彎機快下、慢下、保壓、卸荷、返程各工序段運行時噪音明顯下降，改善工作環(huán)境；

※ 簡化的調試功能（四方電機免調試），最大程度減少客戶調試參數，安裝使用方便。

四、小結

本文介紹了一種基于四方CA500系列伺服驅動器和CM500伺服電機的數控折彎機電液伺服方案。該方案有效降低了系統能耗，運行噪音小、系統響應快，提高了效率，且運行穩(wěn)定可靠，保護功能強大，操作簡單方便。既能夠滿足折彎機成型工藝要求，提高產品質量和產量，又減少了設備維護費用，為用戶創(chuàng)造了良好的經濟效益，目前已批量應用于多個數控折彎機伺服系統。