陳 成，朱（zhū）燈（dēng）林，徐 坤，梅誌千

( 河海大學機電工程學（xué）院，江蘇 常州 213022)

摘要（yào）: 為了滿足鈑金行業對壓力機性能（néng）越來越高的需求，結合（hé）機械壓力機和液壓機的優點提出了一種機械液壓混合伺服（fú）壓力機的技術方案。

首（shǒu）先設計傳動方（fāng）案（àn），即采用伺服電機驅動液（yè）壓回路（lù），液壓（yā）回路帶動曲柄滑塊機（jī）構實現工件壓製。然後對傳動係統進行分析，推導出傳遞（dì）函數，並建立了 PID 控製模型。

最後通過實驗台對滑塊進（jìn）行位移和速（sù）度數（shù）據的采集和驗證。結果表明，該傳動方案設計合理、實驗裝置運行穩定可靠，為機械液壓混合伺服壓力機的進一步研發提供了參考。

關鍵詞: 機械液壓混合傳動; 伺服壓力機（jī）; 閉式回路; PID 控製中圖（tú）分類號: TP23 文獻標（biāo）識碼: A 文（wén）章編號: 2095 －509X( 2019) 04 －0024 －06

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壓力機（jī）作為一種通用性機械，常（cháng）用於衝壓和模鍛等生產工序^［1］。目前，具有優良工（gōng）藝性的伺服壓力機是壓力機發展的主流趨（qū）勢。

相比於傳統壓力機，伺服壓力機（jī）加工工藝軌跡（jì）可（kě）控，能夠滿足較為複雜的運動特性（xìng），加工精度和加工效率明顯提高^［2］。

伺服壓力機可以分為機械（xiè）伺服壓力機、液壓伺服壓力機等。機械伺（sì）服壓力機具有運行速（sù）度快、工作效率高、體積較小等優點，但也存在電機功率需求大、公稱力行程較小且（qiě）調節相對困難等缺點^{［3 －5］}。

編輯（jí）

液壓伺服壓力機具有工（gōng）作（zuò）承載壓力較大、運行平穩、過（guò）載保護、工作行（háng）程可以自由控製、調節範圍（wéi）大、振動較小（xiǎo）等（děng）優點（diǎn），其主要缺點為體積較大需要單獨設置泵站、存在油液泄漏、維護工作量大、效率低、噪聲大^［6］。

許多學者在該領域內取得了大量的理論成果。大量研（yán）究者在（zài）機械伺服壓力機運（yùn）動機構設計上做了（le）深入（rù）研究，對具備拉深階段低速及空載急回特性的（de）多連杆機構、肘杆機構等進行了優化和創新，如（rú）文（wén）獻［7］提出了一種八連杆伺服壓力機傳動機構。

在壓力機的控製方麵，文獻［8］、［9］提出將 PID 算法、神經網絡算（suàn）法等

應用於伺服壓力機控製模型。

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針對目前伺服壓力機機（jī）構複雜、設計難度大、電（diàn）機功率要求高等問題，本文結合機械壓力機和（hé）液壓機的特點，提出機械液壓混合伺服壓力機的技術方案，即通過伺（sì）服電機驅動液壓油泵，經閉式液壓（yā）回路（lù）帶動液壓馬達、減速機構、曲（qǔ）柄滑塊機構進行（háng）工作。

機械液壓混合伺服壓力機的方案設計機械（xiè）液壓混合伺服壓力機傳動係統如圖 1 所（suǒ）示。係統主要由運動控製器（qì）、伺服電機、電機控製器、液壓油泵、液壓元件、雙向液壓馬達、帶（dài）輪減速裝置、製動器、位置傳感（gǎn）器、曲柄滑塊機構等組成。

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在機械液壓混合伺服壓力機的傳動係（xì）統中，運動控製器通過伺服驅（qū）動器控製伺服電機，伺服電機帶動液壓油泵，液壓油泵和雙向（xiàng）液壓變量馬達之（zhī）間組（zǔ）成閉式的液壓回（huí）路。

液壓馬達通過減速裝置（zhì），帶動曲柄滑塊機構實現滑塊的運動，完成壓力機的（de）作（zuò）業任（rèn）務。

在液壓油泵和液壓馬達之間的回路中設置三位四通（tōng）換向閥。控製器控製三位四通換向閥（fá）進行換向，實現液壓馬達（dá）的正反轉和急停，從而改變了曲柄滑塊機構的轉動方向（xiàng）。

當換向（xiàng）閥處於中位時，液壓馬（mǎ）達處（chù）於停止狀態（tài）［10 －11］。

液壓回路中采用 2 組流量傳感器和壓力傳感器，用於監控回路（lù）中流量（liàng）和壓力，並將數據反饋器，形成閉（bì）環控製。

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在液壓油泵和液壓馬（mǎ）達之間設有溢流閥，保證液壓回路安全（quán）運轉。

針對運轉過程中存在的油液泄漏和損耗等情況，可用（yòng）專門設置的（de）蓄（xù）能器對液（yè）壓係（xì）統進行實時補充［12］。

機械液壓混合伺服壓力機控製模型設計機械液壓混（hún）合伺服係統速度環的動力學模型如圖（tú） 2 所示。在係統中綜（zōng）合考慮了伺服電機、液壓油泵（bèng）、液壓馬達、減速裝置（zhì）、曲柄連杆機構等組成部分。

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圖中: u 為參考（kǎo）電壓，V; τ 為電機扭（niǔ）矩，N·m; J_m 為伺服電機轉動慣量（liàng），N·m·s² /rad; B_m 為伺服電機阻（zǔ）尼係數，N·m·s/rad; ω_p 為電機與液壓泵角速度，rad/s; ω_m 為液壓馬達軸角速（sù）度，rad/s; ω_q 為曲柄的角（jiǎo）速度，rad/s; B 為（wéi）減速裝置減速比。

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