
图1 折弯机节能控制的四大节能理念(4EE)为高效的元件,能量再利用,按需使用能源,能源系统的设计。这些原则都不断地体现在液压技术产品中
变转速泵驱动系统(DVP)使得折弯机在保持高功能性和高安全可靠性的基础上,明显地节约能源。根据折弯机工作循环的不同,DVP系统不仅仅可以把折弯机所需的能源减少50%,而且也比常规折弯机有更高的动态性能和精确性。
对于世界各地的机床设备用户来说,高效节能越来越多地成为他们选择机床设备时的首要条件。而在高耗能的应用技术中,例如在变形加工技术领域中,这种情况尤为明显。在这一领域中,高效节能能够很快地让折弯机的用户获益:能够持续降低企业的生产成本。为此,Rexroth公司研发生产了一种万能型的通用节能系统,并具体落实在他们的驱动和控制技术产品中。这家驱动技术生产厂的四大节能理念(4EE)为高效的元件,能量再利用,按需使用能源以及能源系统的设计。这些原则都不断地体现在他们的液压技术产品中(图1)。Rexroth公司已经拥有大量的节能、绿色液压元器件和解决方案。
标准折弯机改装为变转速泵驱动折弯机
节能效率到底能够提高多少?可以从Rexroth公司对一台传统折弯机的技术改造中一目了然。被改造的折弯机的驱动技术方案是批量生产的折弯机标准驱动技术方案:液压系统加标准电动机、两个控制阀块及两个调节阀以保障两个液压缸的同步。这种驱动技术方案时刻都提供着全部的液压能供折弯机使用,甚至在折弯机不需要那么大的功率时也是如此。
由Rexroth公司研发设计的技能型驱动方案,由两个伺服驱动的液压泵和带有可靠保护功能的控制阀块组成。这一方案省略了两个控制差动油缸调节阀,也使得液压控制回路得到了简化。伺服可变的液压泵驱动装置在差动油缸部分负载工况下,可以降低液压泵的转速,最低为零,这就能够根据油缸工作特性大大地降低能源消耗了。
作为经验公式:部分负载工况时的压力越高,能源需求的下降就越大。在大多数金属切削机床采用的变频器调节标准电动机的液压泵驱动方式,能够完全满足生产过程的节能要求;但在塑料加工机床和折弯机领域中,伺服变速调节的液压泵驱动则是最佳的节能解决方案。其优点是:很高的动态性能保障了在很短的冲压加工循环中也能够有效地节约能源。Rexroth公司研发成功的DVP系统,在塑料加工机械和折弯机中的使用可以比原来的液压驱动方案最多节约50%的能源。
液压技术的所有特点都在控制软件中得以考虑
DVP系统的控制软件已经考虑了液压技术的所有特点。Rexroth公司将丰富的物理知识和经验融入到高性能的控制软件中。在调整试车时,只需对DVP系统的参数赋值即可。DVP系统可以利用所有常见的现场总线系统和以太网协议,例如:Sercos III与上一级控制系统进行通讯。专门为DVP系统设计的内齿轮泵PGH 3x的转速范围覆盖了整个3000r/min的转速范围,并且有着很高的效率。结合DVP系统方案,这种泵可以实现二维驱动特性。若再配备轴向柱塞装置,用户就可以在四维系统中实现高效节能的工作了。

图2 变转速泵驱动系统(DVP)降低了折弯机的能源消耗和噪声
性能可靠的安全保护控制仍然保留在控制阀模块中
由于折弯机很高的工作压力,因此操作者的安全保护是首要的。在使用DVP驱动技术之后,液压控制阀模块中包含了性能可靠的安全保护控制回路,这就大大简化了老式液压控制系统向新的高效节能型控制系统转换的难度。软件控制系统对两个液压泵的驱动系统、有位置检测传感器的调节回路的控制保证了很高的运动同步。智能化的驱动解决方案可以实现的液压缸定位精度达1/100mm,这就省略了折弯机传统的控制阀解决方案,改进提高了加工的精确性。由控制系统发出的理论值数据还保障了液压缸的工作速度不会超过10mm/s。
作为液压系统的供应商,Rexroth公司的这一技术还开辟了跨技术领域的节能潜力:从项目立项到设备调试整个过程的节能潜力。在带伺服阀或者比例阀的标准系统中,机械节流生产的热量都进入到液压介质中,这些热量又要用消耗能源的冷却系统把温度降下来。通过对液压流量的按需调节,就不会产生热量;因此在大多数情况下可以完全省略液压油的冷却装置。在其他特殊情况下,使用一个功率较小的冷却系统就足够了。
电动机的能源回收提高了能源利用率
另外,Rexroth公司在伺服电动机中还采用了能源回收装置,进一步地提高了能源利用率。这种电动机在无负载的冲压行程中或者在冲压后的返回行程中可以发挥发电机的作用,产生电力而不是白白地把电力转换为热能散发到周围环境中。根据用户的不同愿望和要求,这种由电动机发出的电力可以供其他用电器使用,也可以存储到蓄电池中或者反馈给电网。
转速的下降除了在经济性方面能够带来好处之外,还有另外一个优点:减少了总的噪声排放(图2)。利用DVP系统之后可以把噪声减少10dB(A)左右。这样,在大多数情况下就可以省去二次噪声防护措施了。基于这样的优点,在塑料加工设备中,这种DVP系统已经得到了大面积的推广和应用,以便节约能源。另外,在折弯机生产领域中越来越多的用户在使用这种装置,以便在保证生产能力不变的情况下明显地降低总寿命周期费用。
中小功率电动机——液压泵的最佳组合
变转速泵驱动系统(DVP)能够降低能源需求和噪声。在此过程中,不只是保持驱动功率不变,而且还会提高驱动功率。为此,Rexroth公司对DVP系统进行了非常细致的规格型号分类。作为电机-液压泵一体化的整体部件,配套的液压泵不仅有内齿轮油泵,而且也有轴向柱塞泵。为此,这一驱动技术专家专门对A10型轴向柱塞泵进行了适合于变转速泵驱动系统(DVP)的设计改进。这一坚固的电机-油泵一体化单元适合于中小额定功率的动力系统,基于其多种多样的组合应用可能性,使其能够满足特殊的使用要求。
在合适的调节器调节下,轴向柱塞泵能够准确地提供机床设备所需的压力和流量。这种轴向柱塞泵也适合于在起步-停止工况下使用,以及在转向变换的工况中使用,也适合于在要求保持压力不变的液压系统中工作。在液压泵低速旋转(0~200r/min)时,其工作效率很高。根据不同的工作循环通过油泵流量的恒定或者调节可以实现效率的优化。
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