伺服液壓系統(tǒng)在液壓輪胎定型硫化機(jī)中的應(yīng)用
2017-7-7 來源：青島科技大學(xué) 作者：魏志軍
摘要:液壓系統(tǒng)是液壓硫化機(jī)的動(dòng)力單元，通過伺服液壓系統(tǒng)與常規(guī)液壓系統(tǒng)對(duì)比試驗(yàn)可以看出伺服液壓系統(tǒng)在節(jié)能、降噪及提高液壓硫化機(jī)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性方面有明顯的優(yōu)勢，將會(huì)在液壓硫化機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 ：伺服液壓系統(tǒng) ；MATLAB ；節(jié)能 ；降噪 ；平穩(wěn)性
近年來，輪胎產(chǎn)量遠(yuǎn)大于需求，輪胎企業(yè)間競爭激烈。為保證在激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢，輪胎企業(yè)紛紛采用新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝提高輪胎品質(zhì)。液壓輪胎硫化機(jī)具備精度高、重復(fù)精度好，硫化輪胎品質(zhì)高等特點(diǎn)，已全面取代機(jī)械式硫化機(jī)，成為輪胎企業(yè)輪胎生產(chǎn)的主流機(jī)型。
液壓系統(tǒng)是液壓輪胎硫化機(jī)的動(dòng)力單元，是液壓輪胎硫化機(jī)的重要組成部分，為硫化機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件提供動(dòng)力，液壓系統(tǒng)性能優(yōu)劣對(duì)硫化機(jī)的整機(jī)性能有著重要的影響。市場上主流的液壓輪胎硫化機(jī)所配備的液壓系統(tǒng)有比例閥、比例泵兩種。合海橡塑裝備公司在常規(guī)液壓系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，大膽探索、深入分析液壓輪胎硫化機(jī)的工藝流程，成功將伺服液壓技術(shù)應(yīng)用到液壓輪胎硫化機(jī)上。
1.液壓伺服系統(tǒng)在硫化機(jī)上的應(yīng)用
本伺服液壓技術(shù)已應(yīng)用到合海橡塑裝備公司開發(fā)的 1220 新型鎖環(huán)式液壓輪胎硫化機(jī)上，伺服液壓系統(tǒng)主要驅(qū)動(dòng)開合模運(yùn)動(dòng)、加力缸自動(dòng)調(diào)模及加壓運(yùn)動(dòng)、中心機(jī)構(gòu)上 / 下環(huán)運(yùn)動(dòng)、裝 / 卸胎機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動(dòng)以及活絡(luò)模操縱裝置的伸縮運(yùn)動(dòng)。
1 . 1 1 2 2 0 液壓硫化機(jī)技術(shù)參數(shù)開合模方式
垂直升降模型加熱方式
熱板式熱板直徑 1 220 mm
最大合模力 1 960 k N
胎圈直徑 14″~20″
硫化最大輪胎直徑 900 mm
開合模時(shí)間 15~20 s
最大油壓 21 MPa
1 . 2 伺服液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)是液壓硫化機(jī)的動(dòng)力源，液壓系統(tǒng)性能優(yōu)劣對(duì)整個(gè)液壓機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。為適應(yīng)客戶對(duì)輪胎硫化的特殊需要，本伺服壓系統(tǒng)采用兩個(gè)動(dòng)力模塊分別單獨(dú)控制液壓硫化機(jī)左、右的各部件運(yùn)動(dòng)，共用一套加壓模塊。從液壓硫化機(jī)整個(gè)動(dòng)作過程來看，開模過程中液壓系統(tǒng)流量達(dá)到最大值，可以此作為選擇液壓泵的主要依據(jù)。為保證在液壓系統(tǒng)流量不變的前提下提高開模 速 度， 開 合模油缸采用差動(dòng)連接方式。 可通過式（1）初步核算中壓泵的流量。
因開合模過程中，液壓硫化機(jī)活絡(luò)模驅(qū)動(dòng)裝置、中心機(jī)構(gòu)下環(huán)在不同的時(shí)間段內(nèi)有短時(shí)間的伴隨動(dòng)作，液壓系統(tǒng)除給液壓硫化機(jī)的開合模動(dòng)作提供動(dòng)力外，還要給活絡(luò)模驅(qū)動(dòng)裝置、中心機(jī)構(gòu)下環(huán)動(dòng)作提供動(dòng)力，需消耗一定的流量，所以經(jīng)初步核算出中壓泵流量需相應(yīng)修正，根據(jù)修正的流量值選擇合適的液壓泵，繼而核算出伺服電機(jī)功率。經(jīng)核算，本伺服液壓系統(tǒng)選擇某品牌流量為 82 L/M 的液壓泵，14 k W、2 200 r/min的伺服電機(jī)作為液壓硫化機(jī)單邊運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，其加壓模塊與常規(guī)液壓系統(tǒng)加壓模塊相同。
1 . 3 伺服液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的對(duì)比
合海橡塑裝備制造有限公司對(duì)所生成的 1220 新型鎖環(huán)式硫化機(jī)采用兩種不同的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力并進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，收集了詳實(shí)的數(shù)據(jù)。表 1 為進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)的兩種不同液壓系統(tǒng)的試驗(yàn)條件。為保證對(duì)比試驗(yàn)的準(zhǔn)確有效，除中壓動(dòng)力源不同，其他參數(shù)一致，采用同一時(shí)間段內(nèi)重復(fù)循環(huán)動(dòng)作，利用電能表計(jì)量電能消耗，在間隔相同時(shí)間及循環(huán)次數(shù)下采集能耗數(shù)據(jù)，對(duì)采集的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，剔除明顯有誤的數(shù)據(jù)，利用 MATLAB 軟件對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行處理
表 1 伺服液壓系統(tǒng)與常規(guī)液壓系統(tǒng)試驗(yàn)條件
在 MATLAB 命令窗口輸入上述程序運(yùn)行后得到伺服液壓系統(tǒng)與常規(guī)液壓系統(tǒng)能耗對(duì)比圖如圖1 所示。從圖 1 可以看出伺服液壓系統(tǒng)相對(duì)常規(guī)液壓系統(tǒng)的電能消耗節(jié)約近 50%。這主要是由于液壓系統(tǒng)的中壓動(dòng)力源工作方式不同造成的。伺服液壓系統(tǒng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速隨給定的壓力或流量信號(hào)的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)，在整個(gè)輪胎的硫化周期內(nèi)大部分時(shí)間處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)需要瞬間加速或啟動(dòng)，而常用液壓系統(tǒng)電機(jī)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由比例泵對(duì)輸出流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其電機(jī)運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)大于伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)間。
圖 1伺服液壓系統(tǒng)與常規(guī)液壓系統(tǒng)能耗對(duì)比曲線圖
從噪音方面的測試數(shù)據(jù)對(duì)比來看，伺服液壓系統(tǒng)伺服電機(jī)大部分時(shí)間處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，噪音小于 70 d B，短時(shí)間的開合模過程噪音不大于 79 d B，常規(guī)液壓系統(tǒng)噪音一般在 80~85 d B 之間。從油溫的測試數(shù)據(jù)來看，伺服液壓系統(tǒng)的油溫比常規(guī)液壓系統(tǒng)的油溫低 5~10℃，可使液壓油更換時(shí)間延遲 2~3 個(gè)月。從運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性來看，伺服液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)更靈活，降低了系統(tǒng)內(nèi)的液壓沖擊，提高了液壓輪胎硫化機(jī)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
2.結(jié)束語
合海橡塑裝備制造有限公司 1220 新型鎖環(huán)式液壓硫化機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行將近一年，伺服液壓系統(tǒng)已在運(yùn)行過程中得到了很好的驗(yàn)證，從所得的測試數(shù)據(jù)來看，伺服液壓系統(tǒng)在節(jié)能、降噪方面較常規(guī)液壓系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢，且在保證整機(jī)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性方面有了較大的提高。隨著各企業(yè)節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的逐步提高，伺服液壓系統(tǒng)在液壓硫化機(jī)的應(yīng)用是大勢所趨，會(huì)逐步取代常規(guī)液壓系統(tǒng)的應(yīng)用。
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