数控液压垫速度动态特性

　　引 言

　　随着汽车工业的飞速发展，大型冲压机作为生产大型汽车覆盖件必不可少的拉伸设备，必然向高柔性和高效性发展。传统拉伸工艺中原有的恒力、弹簧式或者橡皮压边方式越来越无法满足生产实际的需求[1]，数控液压垫技术作为一种新型的发展方向，已成为各国有关学者研究、关注的焦点[2]。

　　液压缸活塞下行的速度控制作为数控液压垫的关键技术将严重影响冲压件的成形质量[3]，上模具与液压垫接触相对速度过大，将会带来巨大的冲击噪声，同时也严重影响冲压件的成形质量。两者接触相对速度过小，无法极短时间内形成有效的压边力，会极大地降低冲压机的生产效率[4]。

　　如图1 所示，当冲压机上模具与液压垫接触的瞬间，会造成液压缸活塞速度的跳跃式变化。电液伺服阀作为系统的核心元件，控制着液压缸活塞的工作速度。如何快速控制上模具与液压垫工作速度同步，作为数控液压垫的关键技术，必须进行深入的研究。本文通过数控液压垫数学建模和动态仿真来分析系统的动态特性，同时对系统进行优化，使得系统满足设计要求，这对多工位压力机设备精度的提高具有重要意义[5]。

　　1 系统建模

　　数控液压垫的液压系统是一个典型的阀控液压缸系统，电液伺服阀阀芯位移到活塞速度的传递函数(推导从略)为：

　　式中，Kce=Kc+Ctp为总流量-压力系数。

　　式(1)可化简为：

　　2 参数计算

　　数控液压垫系统参数：d₁=250 mm，d2=220 mm，m =10 t，V₀=24.5 L，ps=18 MPa，d =30 mm，Bc=3 ×10⁵N/m/s，βe=700 MPa，Cip=Cep=2×10^-12。

　　2.1 电液伺服阀系数

　　初始条件下，电液伺服阀阀芯位移，此时由于液压缸活塞处于平衡状态下，其受力平衡方程为：

　　因此电液伺服阀的流量增益为：

　　2.2 其他参数

　　3 仿真与优化

　　3.1 仿真分析

　　将上述的参数计算结果代入式(2)，运用 Matlab软件进行仿真，可得数控液压垫控制系统电液伺服阀阀芯位移到活塞速度的阶跃响应曲线，如图2 所示。

　　由图2 可知，数控液压垫控制系统动态特性并不理想，根据自动控制原理定义可以计算系统动态特性指标：

　　调节时间ts=0.243 s;

　　超调量σ=(0.753-0.482)/0.482=56.2%。

　　一般多工位压力机的最大工作节拍为18 次/min，而在每个节拍中拉伸垫的压力调整次数大于10次，压力控制精度在5%以内。因此这个液压数控拉伸垫控制系统的指标是无法满足多工位压力机工作节拍和控制精度的要求的。