6.2 伺服液壓機的國內外研究現狀

1994年，日本株式會社小松制造所（KOMATSU）成功開發出了液壓伺服壓力機，并提出了自由運動壓力機（Free Motion Press）的概念。美國的維德曼（WIDEMANN）和惠特尼（W.A.WHITNEY）公司，德國的通快（TRUMPF）和NIXOORF DARADORN公司，日本的會田（AIDA）和日清紡（NISSHINBO）公司，以及瑞士的拉斯金（RASKIN）公司也都在投入資金研發液壓伺服壓力機、轉塔壓力機或多工位機械壓力機。

2012年11月德國漢諾威機床展上，德國福伊特（VOITH）液壓公司展出1臺50t伺服液壓機樣機，如圖6-2所示，該樣機采用了伺服電動機驅動內嚙合齒輪泵，具有優良的工作性能。

近幾十年來，直驅容積控制（DDVC）電液伺服系統得到了快速發展，它成功地將變頻技術和交流伺服電動機技術應用于液壓系統中，由于其液壓系統不需要電液伺服閥，所以又稱為無閥電液伺服系統。它具有電動機控制的靈活性和液壓出力大的雙重優點，而且與傳統電液伺服系統相比，節能高效、小型集成化、環保、操作方便、價格經濟，目前已經在多個領域的裝置上得到應用并取得了很大的經濟效益。世界上最早研究這種技術的國家是日本、德國和美國。日本第一電氣株式會社研究無閥電液伺服系統已有十多年了，其產品也得到了廣泛應用，并成功的將其應用在壓力機上。日本的液壓機生產公司成功將這種直驅容積控制方法應用于液壓機，研發了泵控伺服液壓機，這種液壓機具有柔性高、節能降噪等眾多優點，是液壓機未來發展的一個重要方向。日本的伺服液壓機技術一直處于領先地位。

日本網野公司已經研發了20000kN和6000kN的伺服液壓機，如圖6-3和圖6-4所示，并成功應用于工業生產。

很多液壓元件生產公司如力士樂、穆格等用交流伺服驅動技術改造液壓傳動系統，組成了一種新型的交流伺服電動機驅動的液壓系統，并成功應用于折彎機、液壓機等產品，被稱為第三代液壓機。

在國內，也有很多的企業院校投入精力和資金進行伺服液壓機的研制開發。合肥合鍛機床股份有限公司成功研發了SHPH系列數控伺服液壓機，并成功將該系列液壓機投向市場。新一代的SHPH系列數控伺服液壓機具有節能、降噪和工藝用途廣等優點，適用于金屬件的沖壓、淺拉深、整形、折彎、擠壓，以及非金屬件如纖維板、玻璃鋼和塑料制品的壓制成形。

玉環方博機械有限公司是一家專業致力于中小型液壓機、伺服液壓機及各種非標壓力機的設計開發、制造與技術服務的高新技術企業。近些年，玉環方博機械有限公司成功研發了FBSY-SC系列四柱式伺服液壓機、FBSY-C系列數控單柱伺服液壓機和BSY-C系列數控單柱伺服液壓機。這些伺服液壓機均采用先進的泵控技術，采用伺服電動機直接驅動齒輪泵進行供油，壓力穩定，主軸下行重復定位精度高。

西安交通大學趙升噸教授課題組提出了一種無液壓泵交流伺服直驅式新型液壓機的新原理傳動方案，摒棄了傳統的液壓泵，巧妙地結合了機械壓力機的飛輪傳動與螺旋壓力機的螺旋傳動方式，采用交流伺服電動機直接驅動絲杠-螺母運動副的方式產生所需的油的壓力勢能，并采用液壓增壓缸原理，實現低速增力壓制工作，回程采用剛性拉桿帶動滑塊的機械傳動方式替代傳統的液壓回程方式，滑塊空程與回程的速度顯著提高。圖6-5所示為該液壓傳動系統的原理圖，滑塊的工作流程如圖6-6所示。

圖6-6a為液壓機的初始狀態，滑塊即主缸體的下端位于上死點的位置，此時交流伺服電動機正轉，滾珠絲杠將下行，滾珠絲杠帶動橫向連桿、拉桿以及主缸體下行，滾珠絲杠的下端相當于活塞，推動柱塞內腔油液、小柱塞和主缸體下行，此時大充液閥開啟，同時對主缸充液，拉桿和主缸體的法蘭分離，如圖6-6b所示為主缸體快速下行200mm時的狀態，拉桿和主缸體的法蘭已分離，分離距離為d mm；滑塊即主缸體的下端接觸到工作臺上的負載，液壓機開始低速壓制狀態，此時滾珠絲杠繼續下行，副缸內壓力將升高達到順序閥預設開啟壓力，副缸中的液壓油流入主缸中，由于增壓作用，主缸內即可產生足夠大的液壓力，實現低速增力壓制，拉桿和主缸體法蘭分離距離增大，如圖6-6c所示為液壓機工作行程開始的狀態即低速壓制狀態，拉桿和主缸體法蘭分離距離為e mm；滑塊壓制結束后即開始回程狀態，此時拉桿和主缸體法蘭分離距離達到最大f mm，如圖6-6d所示，此時交流伺服電動機反轉，滾珠絲杠、橫向連桿、拉桿組成的整體上行，小沖液閥開啟對副缸充液，拉桿走完之前與主缸體法蘭分離的距離f mm后，止脫螺母將主缸體與拉桿連接，主缸體將在拉桿的帶動下以高速同步上行，此時小充液閥關閉，大充液閥反向開啟，主缸向液壓缸排液，同時順序閥開啟，使副缸中液壓油排入主缸。

廣東工業大學的孫友松教授等人探討了節能型交流伺服液壓機的工作原理，并對泵控伺服液壓機的節能效果進行了分析。表6-1為泵控伺服液壓機各節能環節。以拉深力482.08kN，壓邊力219.48kN，工件高度100mm，手工送料，循環時間33.1s為試驗條件，在兩種液壓機上進行盒形件拉伸試驗，通過試驗發現，泵控伺服液壓機比普通液壓機節能26.5%。

重慶大學的王勇勤教授等人針對現代驅動裝置中重載大功率與高精度、快速響應之間矛盾難以協調的難題，提出了電-液混合驅動的新思路，如圖6-7所示，該系統綜合伺服電動機驅動與液壓驅動的優點，提出伺服電動機-液壓混合分級驅動的思路，將大行程的驅動與高精度的驅動進行集成，提高大功率的驅動速度和驅動精度，為現代重型裝備提供大功率精度驅動基礎件。

2010年揚力集團旗下江蘇國力鍛壓機床有限公司立項開發了125t混合伺服液壓機，如圖6-8所示，該125t混合伺服液壓機樣機已在2013年4月的北京國際機床展覽會展出。該機的滑塊重復定位精度可達到±0.01mm，在全噸位范圍內的定壓精度可達±0.02MPa，同時最高速度運行下的噪聲只有72dB，較歐洲標準的液壓機噪聲限值85dB還要小。該伺服液壓機直接通過伺服電動機和定量齒輪泵為液壓系統提供能量，只需控制伺服電動機轉速就可以得到不同流量，結構簡單。