无油泵交流伺服直驱新型液压机的传动理论研究

The pumping station and the hydraulic system in the traditional hydraulic press have complex structures and low energy utilization rate. In this project, a new transmission scheme of AC servo motor direct drive hydraulic press without oil pump is proposed. The traditional hydraulic pump is abandoned, and the flywheel drive of mechanical press and screw transmission of screw press are cleverly combined. The screw-nut kinematic pair is driven directly by AC servo motor to generate the desired oil pressure potential. The principle of hydraulic pressurized cylinder is utilized to achieve low speed reinforcement pressing. In the return stroke, the traditional hydraulic return way is replaced by mechanical transmission of rigid rod driving the slider, which raised the slider's idle stroke speed and return speed significantly. The dynamics and kinematics model of the new transmission system is established to reveal the primary parameters' influence on the slider's motion and control characteristics. Moreover, the transmission theory of the new hydraulic press is built. To optimize the AC servo motor direct drive transmission system and hydraulic system and obtain the dynamic response characteristics, the theoretical analysis and computer simulation are applied. The computer simulation and experimental study of automatically control characteristics of the new hydraulic press's transmission system is carried out to obtain the optimal control strategy. Eventually, the conduct of this project will lay a solid theoretical foundation for the development and industrialization of the new type AC servo motor direct drive hydraulic press without oil pump.

传统的液压机中的泵站及液压系统结构复杂、能量利用率低，为此本课题提出一种无油泵交流伺服直驱式新型液压机的新原理传动方案。摒弃了传统的液压油泵，巧妙地结合了机械压力机的飞轮传动与螺旋压力机的螺旋传动方式，采用交流伺服电动机直接驱动丝杠-螺母运动副的方式产生所需的油的压力势能，并采用液压增压缸原理，实现低速增力压制工作，回程采用刚性拉杆带动滑块的机械传动方式替代传统的液压回程方式，滑块空程与回程的速度显著提高。建立该新型传动系统的动力学和运动学模型，揭示主要参数对滑块运动特性及其控制特性的影响机理，构建该新原理液压机的传动理论；采用理论分析和计算机仿真的方法对该新的交流伺服直驱传动系统和液压系统进行了设计优化，获得液压系统的动态响应特性；开展该新原理液压机传动系统自动控制特性的计算机仿真与试验研究，获得最优控制策略。为无油泵交流伺服直驱新型液压机的研制和产业化奠定了坚实的理论基础。

传统的液压机中的泵站及液压系统结构复杂、能量利用率低，为此本课题提出一种无油泵交流伺服直驱式新型液压机的新原理传动方案。摒弃了传统的液压油泵，采用交流伺服电动机直接驱动丝杠-螺母运动副的方式产生所需的油的压力势能，并采用液压增压缸原理，实现低速增力压制工作，液压油在液压缸体内部进行循环，在液压缸工作时可以迅速反应充液和排液，回程采用刚性拉杆带动滑块的机械传动方式替代传统的液压回程方式，滑块空程与回程的速度显著提高，并通过对交流伺服电动机的控制来实现位移、输出力的闭环控制。.本项目首先采用理论计算和有限元分析的方法完成了无油泵交流伺服直驱式新型液压机样机的详细设计，建立了无油泵交流伺服直驱式新型液压机的整机及各零部件的三维模型，对主要部件进行静力分析和预应力加载状态下的模态分析，并根据分析的结果对机身结构进行改进优化，最终使该无油泵新型液压机机械结构静态性能和动态性能均满足设计要求。.然后完成了无油泵交流伺服直驱式新型液压机样机的机械加工、整机装配和计算机控制回路的搭建，并对该无油泵交流伺服直驱式新型液压机进行了空载实验，不同的电机转速条件下检测分析电机位置、电机转速、滑块位置及各个液压腔的压强等参数，结果表明无油泵交流伺服直驱式新型液压机具有快速下行和上行、低速增力锻冲的特性。对该新型无油泵液压机在不同负载工况下进行测试实验，结果表明在带负载情况下电机的转速、电机转数和滑块运动规律与空载状态下的变化规律相似，负载情况对无油泵液压机的运动规律影响不大。.最后采用无油泵交流伺服直驱式新型液压机对无铆连接点进行平压重塑形实验，在成形过程中，该无油泵新型液压机的位移和输出力等可以实现伺服控制，产生的平压重塑形无铆连接点具有强度高、成形精度高等优点，验证了无油泵交流伺服直驱式新型液压机的工作能力。本项目的研究结果为无油泵交流伺服直驱式新型液压机的研制和产业化奠定了坚实的基础。