数控液压垫电液系统设计及仿真研究

徐泳

【摘要】随着伺服压力机的不断发展，应用于冲压生产线的传统拉伸缓冲垫已不能满足工件生产要求，电液伺服驱动型数控液压垫成为主流趋势。文章通过对数控液压垫作业工序及功能分析，设计了数控液压垫电液伺服控制系统，采用Amesim与matlab半物理模型联合仿真，验证了该电液伺服控制系统的有效性。

【关键词】伺服压力机，数控液压垫，电液控制，联合仿真

1 引言

近年来，汽车工业日益呈现生产规模化、车型个性化、多车型共线生产、车身覆盖件大型化一体化等特征[1]，对生产装备提出了高精度、高效率、大负载及高柔性等更高性能要求，传统刚性化生产线已不能适应日益变化的市场需求。传统刚性化生产线采用传统的纯气式拉伸缓冲垫，主要由气垫缸与储气罐组成，以压缩空气为工作介质，在拉伸初始阶段，压力波动大，容易造成工件报废，在性能上已经不能满足高精度汽车覆盖件的制造要求[2]。近年来，液压拉伸缓冲垫（简称液压垫）逐步取代传统的纯气式缓冲垫，提高了工件拉伸质量，可以满足更复杂工件的拉延要求，逐渐受到用户的青睐[3-7]。随着伺服压力机的进一步发展，滑块运行速度不断提升，拉延冲击更加剧烈，数控液压垫成为液压垫发展的主流趋势。

2 液压原理设计

如图1所示，数控液压垫主要由伺服阀控压边缸单元8、顶冠7、顶料杆6、下模具5、压边圈4等组成，工作循环主要包含下滑、拉延、顶料、上升等过程[8]。

博士力士乐公司设计的多点数控液压垫采用大流量高响应伺服阀控制液压缸的位移、速度、压力来实现汽车冲压过程的预加速缓冲和压边力控制功能[9]。其液压原理简图如图2所示，两位三通伺服阀以差动回路控制液压缸的状态参数。这种方式控制性能好，所能达到的压力精度高，且具有预加速缓冲功能，所以得到很好的市场应用。本文根据数控液压垫所需实现的工况需求设计了如图3所示的数控液压垫，采用高频响比例伺服阀17、18、19、20分别控制液压缸1、2、3、4，实现数控液压垫四点的压边力控制和预加速阶段的速度差控制。

1，2，3，4 活塞液压缸；5，6，7，8 位移传感器；9，10，11，12，13，14，15，16 压力传感器；17，18，19，20 高频响比例伺服阀；21，22，23，24，25，26，27，28 安全阀；29，30，31，32 单向阀；33 切断阀；34单向阀

3 仿真分析

根据数控液压垫液压系统原理图建立如图4所示的仿真模型，在AMESim中建立液压系统模型，在Matlab的Simulink中建立控制策略模型。通过AMESim与Matlab联合仿真来实现对数控液压点电液系统的半物理仿真分析和控制算法验证。

四个液压轴的位移曲线和各轴间的误差曲线的仿真结果如图5和6所示。从图5中看出，在4.5s时刻油液垫开始预加速阶段，在6s时压机与液压垫以较小的速度差贴合，减小了缓冲。在压制过程中，四个液压缸同步误差曲线可得其最大误差为0.5mm。

4 结语

文章阐述了电液伺服驱动型数控液压垫在冲压生产线的应用趋势。根据液压垫所需实现功能的需求设计了一种伺服阀控电液驱动系统，通过控制器实现冲压阶段的预加速缓冲和位移同步及压边力控制。采用Amesim与matlab半物理模型联合仿真，验证了该电液伺服控制系统的有效性。四个压边缸同步误差曲线控制在0.5mm以内，可满足大多数工况下的性能需求。

5 参考文献

[1]. 王健偉. 多工位压力机数控液压垫液压系统的研究. [硕士学位论文]， 浙江大学， 2008年9月.

[2]. 济南二机床集团公司. 数控液压拉伸垫的开发与应用. 2006（11）

[3]. 樊庆勇，陈金勇，黄鹏飞. 高柔性薄板拉延功能部件--数控液压拉伸垫[J].装备， 2007，6：30-31.

[4]. 宋雨芳，吴友坤，王翠萍. 新型液压机上液压垫装置的设计与应用. 液压装备与制造技术[J]， 2005，4：31-32.

[5]. 蔡喜. 机械压力机中数控液压垫的应用与分析[J]. 一重技术， 2011，4：32-34.

[6]. 陈燕明，邓钟明. 数控液压垫速度动态特性[J]. 流体传动与控制， 2011，1：15-17.

[7]. 秦泗吉. 压边力控制技术研究现状及伺服数控压边方法可行性探讨[J]. 中国机械工程，2007，18（1）：120-125.

[8]. Jan Komsta， Nils vanOijen， Peter Antoszkiewic. Integral sliding mode compensator for load pressure control of die-cushion cylinder drive[J]. Control Engineering Practice. 2012（01）： 75-80.

[9]. Bosch Rexroth AG. 数控液压垫使用说明书（译文）.德国博世力士乐集团.