机械压力机伺服化改造的设计与研究
某压力机系统技术改造探讨
第 ３ ７卷
王 四林 ： 某压 力机 系统技 术 改造探 讨
之差 。
３ １
（ ） 动 控 制 卡对 脉 冲 计 数 器 的 值 采 用 比例 控 制 算 法 。 ２运 （ ） 动 控 制 卡 将 比例 调 节 后 的 数 字 量 ＤＡ 输 出 到 伺 服 ３运 Ｉ 驱 动 器 的速 度 给 定 接 口。 （ ） 有 限位 开 关 ， 证 阀 门安 全 工 作 。 ４配 保 采 用 的 增 量 式 编 码 器 存 在 的 问 题 是 ，初 始 上 电 时 没 有 绝
摘
４０７ ） ３０４
要 ： 用 交流 伺服 装 置 完成 对 压 力 机 主 阀控 制 系统 的 改造 可 以改善 不 良状 况 ， 利 因此研 究 如何 利 用 交流 伺 服 系
统进行经济可靠的改造具有相 当重要 的意义。 通过 分析某铸造厂压 力机主 阀原直流伺服 系统工作原理 ， 出了利用交 提
第 ３ ７卷 第 ５期 ・ 术 学
ＶｏＩ３ Ｎ Ｏ． ．７ ５
湖
南
农
机
２０１ 年 ９ 月 ０
Ｓｅｐ． ２０１０
ＨＵＮＡＮ ＡＧＲｌ ＣＵＬ ＵＲ ＭＡＣＨＩ ｌ Ｔ ＡＬ ＮＥＲＹ
某 压 力机 系 统 技 术改 造探 讨
王 四林
（ 中光 电技术研 究所 武汉光 电国家实验 室 ， 北 武汉 华 湖
为 工 控 机 ， 控 机 安 装有 多种 控制 及 数 据采 集板 卡 ， 用 这 些 工 利
收稿 日期 ：０ ０ ０ — ８ ２１—６２ 作者简介 ： 王四林（９ ６ ） 男， １７ 一 ， 工程师 ， 硕士。
板卡实现与各种模拟 、 数字 Ｉ ／ ０点及伺服驱动 系统 的接 口。应 用 软件 基于 Ｄ Ｓ平 台， 比于 ＷＩ Ｄ ＷＳ平 台 ， Ｏ 相 Ｎ Ｏ 虽然编 程复 杂性有所增加 ， 但可 以保证具有 良好 的实 时性及稳定性 ， 适合 于压力机这样 安全性要求 高的运 用场 合。位置控制则包括伺 服驱动器 ， 伺服 电动机 ， 动机 构及相关反馈 装置 ， 传 系统方案
机械液压混合伺服压力机的方案设计与研究
摇 摇 压力机作为一种通用性机械袁常用于冲压和模 锻等生产工序咱员暂 遥 目前袁 具有优良工艺性的伺服 压力机是压力机发展的主流趋势遥 相比于传统压 力机袁伺服压力机 加 工 工 艺 轨 迹 可 控袁 能 够 满 足 较 为复杂的运动特性袁 加工精度和加工效率明显提 高咱圆暂 遥 伺服压力机可以分为机械伺服压力机尧液 压伺服压力机等遥 机械伺服压力机具有运行速度 快尧工作效率高尧体积较小等优点袁但也存在电机功 率需求大尧 公 称 力 行 程 较 小 且 调 节 相 对 困 难 等 缺 点咱猿 原 缘暂 遥 液压伺服压力机具有工作承载压力较大尧 运行平稳尧过载保护尧工作行程可以自由控制尧调节 范围大尧振动较小 等 优 点袁 其 主 要 缺 点 为 体 积 较 大 需要单独设置泵站尧存在油液泄漏尧维护工作量大尧 效率低尧噪声大咱远暂 遥
员摇 机械液压混合伺服压力机的方案设计
机械液压混合伺服压力机传动系统如图 员 所 示遥 系统主要由运动控制器尧伺服电机尧电机控制 器尧液压油泵尧液压元件尧双向液压马达尧带轮减速 装置尧制动器尧位置传感器尧曲柄滑块机构等组成遥
在机械液压混合伺服压力机的传动系统中袁运 动控制器通过伺服驱动器控制伺服电机袁伺服电机 带动液压油泵袁液压油泵和双向液压变量马达之间 组成闭式的液压回路遥 液压马达通过减速装置袁带 动曲柄滑块机构实现滑块的运动袁完成压力机的作 业任务遥
机械压力机设计改进
机械压力机设计改进摘要：本文介绍了介绍伺服压力机发展现状，以及近年来机械压力机的新结构、新技术。
关键词：机械压力机；技术改进机械压力机是金属成型加工领域中一种重要设备，也是汽车、模具、航空航天、家用电器等行业中的基础设备之一。
尤其汽车工业的发展使得国内对大型机械压力机的需求大量增加。
随着科技发展以及市场竞争不断加剧，板材加工工艺有了很大提升，零件也向着复杂化的方向发展。
机械压力机也逐渐改进创新以适应新工艺、新技术的要求。
逐渐向高速化、柔性化、集成化、智能化和环保的方向发展。
图1为机械压力机的简图。
图1机械压力机一般可分为开式机身和闭式机身两大类，本文只介绍闭式压力机。
这种压力机机身由上梁、立柱、滑块、底座组合而成，用拉紧螺栓预紧成一个整体框架。
与早期技术相比，主要有以下几个方面的不同。
1.方案设计。
对于机械压力机的设计来说，方案设计是整个压力机核心也是基础，以前的人工计算不仅需要大量的人力和时间，而且容易出错。
经过近几年的发展，我们通过收集、整理和分析大量的机械压力机的设计资料、经验公式以及优化方法，最终形成一套用于机械压力机设计的辅助设计及优化方法。
并且编制了软件，参数化、可视化设计。
机械压力机辅助设计及优化设计软件可以大大缩短设计周期,提高设计的稳定性和质量,节约大量人力和时间成本。
这套软件不仅可以针对某一部分进行优化和设计计算，还可以针对整个压力机包括各个重要零部件的一整套辅助设计和优化及最后的三维造型设计。
1.上梁、主传动现在的冲压线都是自动化线，压力机行程大、次数高，滑块运动加速度大。
为了满足这些新的要求，我们对压力机的杆系进行优化，使用上面介绍的软件，根据需要输入参数就可以选择杆系形式、生成滑块运动曲线等。
我们反复调整连杆长度，选取最优值。
此外我们还开发出八连杆压力机，并且已经在实际中得到应用。
传统压力机在进行大型薄壁覆盖件冲压时经常因为拉深速度过快或者拉深速度波动过大导致工件被拉坏，这种传动形式很好的避免的了这一问题，提升了产品质量。
机械工程中的液压伺服控制研究
机械工程中的液压伺服控制研究引言机械工程是现代工业的基础，而液压伺服控制技术则是其中一项关键技术。
它的应用领域广泛，涵盖了从航空航天、船舶工程到工业机械等各个领域。
液压伺服控制技术的研究对于提高机械系统的精确度、可靠性和自动化水平具有重要意义。
本文将深入探讨机械工程中液压伺服控制技术的研究进展和应用。
正文1. 液压伺服控制技术的原理液压伺服控制技术是通过液压系统对机械系统的位置、速度和力进行精确控制的一种技术。
其基本原理是利用液压动力来控制执行元件（如液压缸、液压马达）的运动。
液压系统由液压泵、液压阀和液压执行元件等组成，通过控制液体的流量和压力来实现对机械系统的控制。
2. 液压伺服控制技术的关键问题在液压伺服控制技术研究中，存在一些关键问题需要解决。
首先是动态响应特性问题，即如何实现对机械系统的快速、准确响应。
其次是系统稳定性问题，液压伺服系统具有较大的惯性和非线性特性，所以如何保证系统的稳定性是一个难题。
此外，还有能量损耗和振动问题等需要解决。
3. 液压伺服控制技术的研究进展针对以上问题，液压伺服控制技术的研究一直在不断进行。
在动态响应特性方面，研究者通过改进液压阀和液压执行元件的设计，提高了系统的速度和准确性。
在系统稳定性方面，研究者引入了自适应控制和模糊控制等新的控制方法，有效地提高了系统的稳定性和鲁棒性。
另外，液压伺服控制技术的研究还与其他学科有着广泛的交叉。
例如，在信号处理和传感器技术方面，研究者通过引入新的传感器和数据处理方法，提高了系统的测量精度和控制精度。
在现代控制理论方面，研究者结合了自适应控制、预测控制和优化控制等方法，对液压伺服控制系统进行全面优化。
4. 液压伺服控制技术的应用液压伺服控制技术在机械工程中有着广泛的应用。
例如，在航空航天领域，液压伺服控制技术被应用于飞机起落架的操纵、飞行控制系统以及航空发动机的控制等方面。
在船舶工程中，液压伺服控制技术被用于船舶的定向、操纵和起重系统等。
液压机伺服技术改造的实施方案
液压机伺服技术改造实施方案一、需求分析与评估在进行液压机伺服技术改造前，需要深入了解企业的实际需求，如提高生产效率、改善产品质量、降低能耗等。
对现有液压机的工作状况进行全面评估，包括性能、效率、精度、可靠性等方面，找出存在的问题和改进的空间。
根据评估结果，制定改造目标和实施计划。
二、伺服系统选型根据液压机的实际需求和评估结果，选择适合的伺服系统型号。
需要考虑的因素包括：1. 伺服系统的性能参数，如最大输出功率、动态响应、控制精度等；2. 液压机的负载特性和工艺要求；3. 伺服系统的可靠性和稳定性；4. 系统的成本和性价比。
三、旧设备拆除在安装新伺服系统之前，需要对旧设备进行拆除。
需要拆卸的部件包括：液压泵、液压缸、传动装置等。
在拆除过程中，要保证设备的完整性，以便后续的回收和再利用。
同时，要注意安全问题，采取必要的防护措施，确保操作人员的人身安全。
四、新伺服系统安装按照安装说明书的指引，正确安装新伺服系统。
需要安装的部件包括：伺服电机、控制器、传感器等。
在安装过程中，要确保各部件的连接牢固可靠，避免出现松动或脱落的情况。
同时，要注意电气安全和机械安全，确保设备和操作人员的安全。
五、系统调试与测试完成新伺服系统的安装后，需要进行系统调试与测试。
首先进行电气调试，检查线路连接是否正确，各部件的电源是否正常。
然后进行机械调试，调整各部件的安装位置和间隙，确保设备的运动轨迹和精度符合要求。
最后进行性能测试，检查设备的各项性能指标是否达到预期要求。
六、员工培训为了确保操作人员能够熟练掌握新伺服系统的操作和维护技能，需要进行员工培训。
培训内容包括：新伺服系统的基本原理、操作方法、维护保养等方面。
通过培训，使操作人员能够快速适应新设备，提高工作效率。
同时，也要进行安全培训，加强员工的安全意识，避免发生安全事故。
七、运行监控与优化在新伺服系统投入使用后，需要进行运行监控与优化。
通过实时监测设备的运行状态和性能参数，及时发现和处理异常情况。
伺服压力机方案与设计_赵婷婷
出的电机参数 、电机轴侧总转动惯量 、起动加速时间
和制动器制动力矩等设计计算公式 , 笔者研制了样 机 。结果表明 , 采用该方案设计的伺服压力机具有结 构简单 、工作可靠 、价格经济的优点 。该设计方案和
设计方法解决了伺服压力机的设计问题 , 所研制的伺 服压力机样机达到了技术参数的要求 。
行程 700 mm; 6#公称压力 16 000 kN , 运动部分能量
280 kJ, 滑块行程 700 mm , 制动时间 014 s。电机转
速 1 500 r/m in, 按公式 ( 2) 、 ( 3) 、 ( 5) 、 ( 6) , 得
设计参数和电机轴侧数据如表 1。
表 1 压力机设计参数
编号 #
Keywords: Press; Servo; Design
压力机的工作机构有曲柄连杆机构 、螺旋机构和 肘杆机构等 , 可以进行不同工艺的加工 。伺服压力机 由伺服电机经过减速后直接驱动工作机构 , 电机的运 动受位移反馈控制 。常用的有直流伺服电机和交流伺 服电机 , 最近出现了开关磁阻伺服电机 [1 ] , 后者成本 相对较低 , 经济性好 。
工作机构 (如螺旋 、多杆 、肘杆或曲柄连杆滑 块机构等 ) 不同的伺服压力机 , 均由伺服电机 、电 机控制器 、减速传动 、制动器 、位置传感器 、可编程 控制器 、触摸屏 、工作机构 、辅助机构等组成 。减速 传动的级数由电机到工作机构的传动比决定 。曲柄连
杆机构和螺旋机构的伺服压力机结构如图 1、2所示 。
式中 : Eg 为运动部分能量 , 机械通用压力机 Eg = E0 /
η 0
= Kg Fg Sg ,
E0 为有效能量 ,
新型伺服液压机控制系统研究与开发的开题报告
新型伺服液压机控制系统研究与开发的开题报告一、选题背景液压机是一种广泛应用于各个行业的机械设备，具有结构简单、力矩大、支持脉冲加载、自动交替和连续操作等特点。
近年来，随着制造业的发展，人们对液压机的工作效率、精度、自动化水平等方面提出了更高的要求。
不同于普通机械设备，液压机的生产过程中存在着复杂的压力变化、流量变化等现象，其液压控制系统对机器的性能和质量有着十分重要的影响。
目前，液压机市场上主要采用的是传统的液压控制技术，但存在以下问题：1.控制精度低，无法满足高性能、高精度的需求；2.噪声和震动大，影响使用环境和人员健康；3.能耗高，对环境和生产成本都有影响；4.不够智能，无法进行自适应控制等。
为了解决这些问题，威立雅公司决定开展新型伺服液压机控制系统研究与开发的工作。
二、选题意义新型伺服液压机控制系统可以利用智能液压技术实现液压机的高性能、高精度、低噪声和节能环保的效果，大大提高液压机的竞争力和市场占有率。
具体意义如下：1.提高液压机的控制精度和稳定性，实现高效生产；2.减少液压机的噪声和振动，改善使用环境和保护工人健康；3.降低液压机的能耗消耗，降低生产成本；4.增强液压机的智能化程度，实现更为灵活的生产、自适应控制和故障分析等。
三、研究目标本研究的主要目标是设计一种新型的伺服液压机控制系统，具有以下特点：1.采用智能控制技术，提高液压机的控制精度和稳定性；2.采用模拟信号与数字信号混合控制技术，提高控制系统的响应速度和抗干扰能力；3.采用流体模型预估技术，实现液压机的自适应控制；4.采用智能节能技术，降低液压机的能耗，降低生产成本。
四、研究内容1.液压机控制系统方案设计；2.液压机控制器硬件和软件设计；3.液压机控制器调试测试；4.液压机性能测试和对比试验。
五、研究方法本研究采用以下方法：1.文献调研和分析；2.系统分析和系统设计；3.硬件设计和软件开发；4.控制系统调试和测试；5.性能测试与分析。
伺服压力机传动机构的设计优化、分析、校核
伺服压力机传动机构的设计优化、分析、校核在25000kN伺服压力机传动机构构型方案确定基础上，提出了高机械增益的传动机构尺度优化设计方法，以最小化驱动扭矩为优化目标，以滑块行程、公称压力、传动机构受力、增力比、工作行程速度、传动角、上梁高度和结构干涉为约束条件，采用复合形和惩罚函数相结合的优化算法求解该模型，获得满足多种约束条件的最佳伺服压力机传动机构参数。
包括建立传动机构运动学模型、建立优化设计约束条件、优化目标函数和编程开发。
4.1 建立双曲柄肘杆传动机构运动学模型图4.1为双曲柄肘杆传动机构简图，主要部件有曲柄AB、连杆BC、导柱CD 以及肘杆机构(DE、EF、EG)。
符号物理意义：——铰点至原点的水平尺寸——铰点F和铰点G之间的距离——铰点至原点的水平尺寸——铰点至原点的垂直尺寸——曲柄长度——连杆长度——肘杆机构构件EF长度——肘杆机构构件EG长度——肘杆机构构件DE长度——导柱CD长度图4.1 双曲柄肘杆传动机构简图Fig. 4.1 Double crank toggle link transmission mechanism建立位移求解方程：(4.1)建立滑块速度求解矩阵：(4.2)建立滑块加速度求解矩阵：(4.3)4.2 建立双曲柄肘杆传动机构优化设计模型双曲柄肘杆传动机构优化约束条件包括机构成立、机构运动不干涉和机身结构尺寸限制等约束条件。
机构成立约束条件是优化设计的前提，当机构成立条件不满足时，会导致优化计算程序中断。
机构运动不干涉约束条件涉及传动构件工程结构设计和干涉检查等内容，当优化程序给出一组机构参数后，计算程序根据结构的强度和刚度设计原则自动计算各构件的主要尺寸，并计算出各构件的受力，最后通过数值计算判断干涉情况。
确定优化设计变量曲柄肘杆机构的优化设计变量由机构独立参数组成，因此，曲柄肘杆机构优化设计变量为(4.4)建立优化约束条件综合考虑机构运动干涉、机构高度及传动角等性能指标，同时结合机构成立约束条件，可建立曲柄肘杆机构工程化设计约束条件，建立过程如下：为保证曲柄-连杆机构能够正确运转以及肘杆机构正确性，需建立如下约束条件，(4.5)为保证曲柄肘杆机构能够承受载荷作用力，曲柄肘杆机构在整周运转过程中不能出现如下几种位姿状态(如图4.2所示)，分别建立如下约束条件，(4.6)图4.2 不适合传递大负载的曲柄肘杆位姿Fig. 4.2 Not suitable for transfer position of crank toggle largeload为改善曲柄肘杆受力状况，各杆位姿角需满足以下约束条件，(4.7)式中：、分别为允许的最小值和最大值；、分别为允许的最小值和最大值；、分别为允许的最小值和最大值。
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机械压力机伺服化改造的设计与研究
摘要：伺服压力机内部数控系统设计极具复杂性，所涉及内容相对较多，对专业性要求也较高。
因而，综合分析伺服压力机内部数控系统设计及其实现，对今后更好地应用及优化伺服压力机内部数控系统来说现实意义较为突出。
关键词：机械压力机；伺服化；改造；设计与研究
一、机械压力机发展概况
人们发现最古老的用来锻造的机械是利用人力转动轮子来提起重物捶打制造零件。
14世纪,人们发明了一种液压落锤。
航海工业才能在16世纪蓬勃发展。
1842年,英国工程师Bramah发明了第一台蒸汽锤,用于锻造零件，开创了蒸汽动
力锻造机的时代。
1795年,Brammer发明了液压机,直到19世纪中叶,才能锻造大零件并应用在机械上。
因为电机的发明和应用,在19世纪末出现了一种电动的机械压力机,并得到了迅速的发展。
然而,在我国,液压压力机行业的发展只有50年左右。
1952年实施了第一个五年计划,开始建立了一个独立完整的工业体系,可以设计和制造国内汽车和机车、船舶、发电厂、熔炼钢厂、飞机、火箭、甚至精密的航空航天设备。
这些都极大地促进了各种压力机的快速发展。
1957-1958年,中国开始设计制造了第一批中型锻造压力机。
20世纪60年代初,在上海和中国东北,建立了120MN级的太科液压压力机,这是我国压力机发展史上的一个重要标志。
20世纪60年代末,中国建立了一套技术要求较高的大型液压压力机,70年代后,
中国开始向各个国家出口各种吨位的锻造压力机设备。
二、机械压力机伺服化改造的设计总体架构
伺服压力机的数控系统总体架构以上位机、数据交互及运动控制模块为主。
上位机，可实现系统图形化的界面设计，基本功能以显示系统状态、加工曲线及吨位管理、参数管理、模具保护、电子凸轮等为主；数据交互模块，主控芯片选定Cortex-M3式架构MCU，该模块借助DPRAM和运动控制单位实现数据交互，把
运动控制模块数据经CAN通信及时传递至上位机，通过系统界面显示出来。
上位机所设参数数据可下载至运动控制模块。
系统通讯主要选定CAN所自定义的通信协议，上位机与运动控制模块可实现实时化的数据交互；而运动控制模块，其主要借助DSP的高速化计算功能，以此为运动控制基本算法载体，促使数控系统脉冲高速输出及实时化信号反馈得以实现，将运动控制DSP+FPGA硬件平台构建起来。
三、机械压力机伺服化改造的系统设计及其实现
（一）驱动性能分析
在实际工作中，伺服电机不仅要提供克服外部载荷的驱动力矩，还要提供克服机构自身重量和运动引起的惯性力的驱动力矩，其动力学模型要考虑其质量特性(见图一)。
根据虚功原理，可以得到在外力和惯性力共同作用下所需的驱动力矩，如式(17)所示，
(4.17)
式中，、为作用在曲柄上的驱动力矩和作用在滑块上的外部载荷，、是其对应的虚位移，、是各连杆所受的惯性力和惯性力矩，、是惯性力对应的虚位移。
图一：传动机构质心分布图
伺服压力机空转即无外载工况下，惯性力和重力对驱动力矩的影响如图4.8所示，从图中可以看出，相对于惯性力，机构自身的重力对驱动力矩影响较大，因此在调试时必须保证机构、滑块和上模的重力完全被平衡缸平衡掉以消除机构自身重量对驱动力矩的影响。
图二无外载时，惯性力和重力对驱动力矩的影响
（二）偏载分析
建立的传动机构必须能够承受偏载工况，当压力机承受偏载时会对各机构间隙产生一定的影响，长期在偏载工况下运行可能会影响密封件、滑动轴承的使用
寿命，因此必须对偏载工况进行分析，以保证伺服压力机的传动性能和各配件的使用寿命。
偏载模式分两种，如图二所示，以滑块在下死点为例，每种偏载模式分三种情况进行讨论：①gap1=gap2=0；②gap1=gap2=0.05mm；③gap1=gap2=0.2mm，分析结果见表4.1和表4.2。
从表中可以看出，当没有间隙时，各机构受力是对称的，机架只需要提供抵抗偏载力产生的力矩。
当有间隙存在时，机架对滑块产生的约束力除力矩外，还需要一个约束力、导柱导套套对T形杆的约束力，和间隙为零的情况比，各杆的受力变化非常小，但是变化值会随着间隙的增大而增大，因此在加工制造时需严格保证图纸设计间隙。
图二偏载模式
为更好地实现伺服压力机的数控系统具体应用效果,需对此次所设计伺服压
力机的数控系统实施现场测试,在具体测试环节当中,通过测试联调系统平台的有效构建,对伺服压力机的数控系统软件平台实施功能性以及健壮性各项测试,并借助课题算法对伺服压力机的数控系统实施准确性以及实时性现场测试,经此次测
试后确定本文所设计伺服压力机的数控系统平台总体功能完善、系统运行相对稳定,与系统设计预期相符合。
结束语
综上所述,伺服压力机内部数控系统具体设计实现过程,需注重总体架构合理设计,并结合设计需求情况,合理设计上位机、数据交互、运动控制各个功能模块,
并积极落实系统测试工作,以确保所设计伺服压力机内部数控系统能够符合预期要求。
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