液压机拉深垫能量回收技术的研究
刘静静1,2，徐坤1,2，朱灯林1,2
(1.河海大学机电工程学院，江苏 常州 213022)
(2.常州市特种机器人及智能化重点实验室，江苏 常州 213100)
摘要：针对液压机拉深垫能量回收问题，提出了一种再生电能回收利用方案。首先对电能回收系统的结构组成进行分析计算，设计了电能回收电路系统；然后采用Simulink对该系统进行了仿真分析；最后在四柱液压机上搭建了系统试验平台，对液压机工进过程中拉深垫的能量回收可行性进行了验证，并对回收效率进行了测试，结果表明该方案是可行的。
关键词：液压机；液压机拉深垫；能量回收；仿真分析
中图分类号：TH-9 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)05-0079-05
液压机是一种常用的成形装备，具有加工适应性广、工艺性好等特点，广泛应用于金属和非金属的成形加工。在常见的板料拉深过程中，常常采用拉深垫来控制成形时的压边力。对拉深垫进行合理设计，既可以提高液压机的能量利用率，又可以对压边力进行控制，提高成形件质量。
1 拉深垫能量回收原理
传统的气垫提供的压力小，体积大，压边力不可调，能量无法回收利用；传统的气液垫提供的压力较大，但体积大，结构复杂，压边力不稳定也不可调，能量利用率低。根据拉深加工工艺的要求，压边力的大小应该随着拉深过程逐渐减小，否则被加工件就会因为压边力过大而撕裂。然而，传统的气垫压边力随着气垫缸中的气体压力的增大而增大，与加工工艺要求呈现相反的变化趋势，由此导致工件在拉深过程中易产生拉裂等问题。虽然液压机拉深垫具有体积小、压边力大等优点，但是传统的液压机拉深垫也不具有伺服控制和能量回收等功能。
液压机在工进阶段，上滑块不仅要克服成形力而做功，同时还要克服压边力使拉深垫液压缸下行而做功。根据液压机行业经验，液压机压边功率一般小于等于系统工进功率的30%，压边消耗的能量基本都转化为热能损失掉，不仅造成大量能量浪费，还使液压油升温，从而增加冷却设备的负荷。因此，研究如何对液压机拉深垫的能量进行回收再利用对于提高液压机的能效具有重要意义。本文提出的技术方案是将液压机拉深垫的能量回收后直接用于液压机主电机的驱动。
液压机的工作过程一般为快进—工进—保压—快退。本文将主要研究工进阶段拉深垫能量的回收，即压边缸受压制下降过程中能量的回收。具体原理如图1所示。
图1液压机拉深垫能量回收原理图
在液压机工作过程中，上滑块推动拉深垫下降，拉深垫下腔油液驱动液压马达反转，液压马达带动电机反转。电机在外力矩作用下转化为发电机模式，将压边系统的机械能转换为电能，并将这部分电能直接作为上滑块驱动电机的补充电源。在电能回收电路中增加BOOST升压电路，将回收的电能电压升至略高于主电机供电母线电压。这样，再生电能就可以作为主电机的补充电源，当再生电能电压下降至低于主电机供电母线电压时，上主油缸驱动电机由外接电网继续供电，直至再生电能电压升至高于主电机供电母线电压。压边过程结束后，发电机转换为电机模式，驱动压边缸顶出。如此反复循环，实现能量的回收利用。
收稿日期：2018-12-28
作者简介：刘静静(1992—)，女，硕士研究生，主要研究方向为液压机，869227322@qq.com. | 
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