改进型正弦泵控系统的优点及应用

泵控液压系统又称改进型正弦传动（Modified Si-nosoidal Drive）的液压控制系统，它是德国潘克（Pahnke）公司采用双向可变流量的径向柱塞泵来实现的，主要依靠柱塞泵的快速换向及变速，而不用阀及阀分配器，就能改变锻造液压机活动横梁及砧子的运动速度和方向。

泵是采用德国威普克（Wepuko）公司的RS、RX及RKP系列的带有伺服控制的高速换向径向柱塞泵，能在每分钟150次的换向频率下，通过泵的伺服阀控制伺服缸，改变摇杆的偏角来改变泵输出高压油的流向和流量，用伺服缸上的位移传感器来监测伺服缸的行程，使其按工作程序的要求，作规律性的变化，建立泵流量与时间的关系曲线，这是一条经过修正后的正弦曲线，使液压机能按近似正弦曲线在锻造终点时缓慢接近终点，然后缓慢地卸压，自然地转入回程，从而消除了一般阀控式液控系统中，在阀瞬时开启或关闭时，引起管道内的液压冲击。

泵控液压系统的工作原理如图1-2-30所示，几个行程的工作情况为：

图1-2-30 泵控液压系统工作原理图

1、2—主液压泵 3—液压机 4—充液泵 5—卸压阀

（1）空程下行 由主泵1、2和充液泵4供液给液压机3的主工作缸，泵2从回程缸吸油并控制活动横梁的空程下行速度。由于泵2是由回程缸中的液压驱动的，因此在回程运动时丢失的转速得以恢复，从而节省了主泵电动机从电网中需取的电流。

（2）工作行程 当活动横梁及上砧接触到锻坯时，泵1、2与主工作缸内的油压上升到锻坯变形所需的压力，并使充液泵上的单向阀关闭。此时，工作行程的速度由泵1、2的输出流量来决定，而两台泵的流量可以在0到最大流量之间无级调节。当油压达到最大值时，为避免通过溢流阀的不必要能量损失，两台泵可以自动控制地保持此最高压力。

（3）回程 当到达所需锻件尺寸时，工作行程终了，泵1及2的液流开始换向，当泵的输出流量降为零时，卸压阀5打开，主工作缸平稳卸压，液压机运动部分缓慢地无冲击地换向，此时主要由泵2增大输出流量，供油给回程缸并控制回程速度。在此过程中，原来主工作缸中积聚的液体压缩能量及机架的弹性变形能主要消耗于将主泵加速及使回程缸与回程管道升压。

在上述工作过程中，由电子计算机控制泵的伺服阀，从而可以精确地使伺服缸行程与摇杆的偏角按照锻造工艺要求随时间来变化。

液压机行程和时间的关系曲线是一条改进型的正弦曲线，如图1-2-31所示。图中A—B为速度渐增的缓降段，B—C接近直线，为速度较高的空程下降段，C—D段速度逐渐变小，加压主要在这一速度段进行，D—E为缓慢加压直到下停止点E。E—F速度较低，以便无冲击卸压。F—G段为快速回程，G—H段回程速度渐缓直至上停位点H。整个曲线具有“快而软”的特性，表明液压机既有较快的速度，而冲击又很小。

图1-2-31 液压机行程和时间关系曲线（改进型正弦曲线）

图1-2-32将传统的阀控系统与改进型正弦曲线泵控系统的行程时间曲线作了对比。传统的阀控系统中，需要用充液阀的启闭进行预充液，而泵控系统不需要充液阀动作这一环节；阀控系统中，在两个行程终了的换向点，停留时间较长，冷砧子与热锻坯的接触时间也较长，而在泵控系统中，在行程的换向点，可以正弦曲线无冲击地换向。

在泵控系统中，也可以增加采用蓄势器，如图1-2-33所示。由于回程缸与蓄势器相连，在液压机向下运行时为向蓄势器储存能量，而在回程时，蓄势器连同主工作缸卸压的能量传给主泵，使主泵处于油马达状态，能量又返回系统，使主泵和电动机转速升高，节能效果很好。

沈重与潘克公司合作生产的30MN双柱下拉式快锻液压机中即采用此种改进型正弦泵控系统。该系统共选用七台威普克（Wepuko）公司生产的RS360—6—M型高速换向径向柱塞泵，油压35MPa，每台流量750L/min，主电动机功率315kW，转速1000r/min，6000V。另有两台VNG100-250/221型离心泵（750L/min，0.4MPa）为主泵供油。两台RKP160径向柱塞泵用于辅助设备、控制回路和回程蓄势器。一台齿轮泵则用于主泵和辅助泵的润滑。系统中有一台3m³氮气蓄势器，通过0.3m³活塞蓄势器和回程缸连接，以确保在16MN和25MN两级快锻时，回程缸能保持31.5MPa的液压。若通过回程缸的卸荷阀组使回程缸卸压，则可实现30MN的最大镦粗力。因此，该液压机具有三级压力。

采用改进型正弦泵控系统的优点是：(www.xing528.com)

1）大大减少系统在卸压及换向时的冲击。

图1-2-32 阀控系统与泵控系统行程——时间曲线比较

a）传统阀控系统 b）改进型正弦泵控系统

图1-2-33 带蓄势器的泵控系统

2）不需要调节大量结构复杂的阀。

3）节省能耗。

4）取消了阀门启闭占用的时间，液压机运动部分换向时没有停顿，因而提高了液压机的快速性能。

5）减少了维修工作及对备件的需求。

6）所有泵均在持续工作，不需要让泵时而空转时而加载。

潘克公司提供的节省能耗的例子如下，一台50MN的锻造液压机从水泵—蓄势器驱动改为改进型正弦泵控系统后，每吨锻件的能耗从322kW时下降到100kW时；另一台16MN的锻造液压机从原来的液压泵驱动和阀控系统改为泵控系统后，产量提高了8%，而平均消耗安装总功率从28%减少到20%。

表1-2-17所示为这方面改造的实例。

表1-2-17 传统阀控系统改造为泵控系统的锻造液压机（1975—1985年）