接受模拟量控制信号，输出随 电控信号大小变化且快速响应 的液压阀。与比例阀比较具有 快速的动态响应及良好的静态 特性，是一种高性能、高精度 的液压元件；价格较贵；对工 作环境要求较高。
为解决冷压机上下液压缸工况速度相差大，采用高压小流量和低压大流量泵组 合，形成系统的恒功率输出；首次使用同步阀（分流集流阀） ，可为两液压缸不同负 载下提供相同的流量；由于伺服阀流量限制和考虑大流量泵不供油工况，配置液压 油卸荷旁路；设计比例溢流阀控制管理系统压力调节；配置变频调速电机，以获得更小 泵流量并降低系统功耗。 ① 采用伺服阀和关键液压元件为进口件的液压系统： （参见液压原理图） 使用的主要液压元件有：日本 NACHI 双联内啮合齿轮泵，特点是工作所承受的压力高， 可使冷压机在 25MP 的系统压力下达到 180kN 吨位；美国 MOOG 直动式伺服阀，动态 响应≦12ms，中位零遮盖；德国 HAVE 分流集流阀和比例溢流阀；国内华德、海宏的 插装式单向阀和安全阀等。 ② 采用比例方向阀和全部国产液压阀的液压系统： （参见液压原理图） 使用的主要液压元件有：台湾 KOMPASS 双联高压泵，特点是输出液流脉动小， 最大工作所承受的压力 22MP，达到压机 150kN 吨位，满足国内刀头生产的基本工艺要求；北京华德 直动式比例方向阀，动态响应≦150ms，中位有遮盖；四平液压的分流集流阀；北京 华德的先导式比例溢流阀和插装式单向阀和安全阀等。 两套液压系统的液压附件均采用国产制品。 四．液压元件的选择和计算 1．液压泵的选择 ① 确定液压泵最大工作压力 根据目前冷压刀头制造工艺技术要求和国内模具制造材料限制，压制负载为 2~2.5kg/cm²， 一般压制单刀头最大面积小于 6 cm²， 则液压缸最大工作所承受的压力为 150kN， 由前所知，油缸压制工作面积约 20.88 cm²,则液压缸最大工作压力（强）p1max 为
V1,V2 — 为两腔同等流量下的活塞杆速度 ②液压缸最高、最低运动速度下的供油流量： 上缸空行程长，考虑效率因素要求有尽量快的空行程运动速度。根据目前国外 冷压机生产单层刀头的生产效率为 5s/个，设计上缸有杆腔供油时最快运动速度为 280～300mm，则有杆腔最大供油量： qmax A2 Vmax 20.62 30 37.1 l / min 。 作为执行模腔定容功能的下缸，在有杆腔供油状态下要实现小于 1mm/s 的运动 速度，其最小供油量： qmin A2 Vmin 20.62 0.1 0.12 l / min 。 三．拟定液压系统原理图 1．系统回路确定 如前所述，冷压机液压系统中的执行元件为两个液压缸。 从运动形式上分析：上缸要具备快速压制功能，下缸要具备精确定容功能。由 于检测系统和液压阀件动态响应速度的限制（磁致式位移传感器数据刷新 5ms，伺 服阀 0～100%阶跃信号的响应时间≦12ms， 比例方向阀 0～100%阶跃信号的响应时间 为 150ms）下缸要实现精确定容必须降低定容时的运动速度，如下缸以 1mm/s 的速 度运行， 因比例阀 150ms 的响应时间， 就有可能带来 0.15mm 的重复定位误差。 所以， 液压系统既要为上缸提供较大流量实现快速运动以提高冷压机生产效率，又要具备 为下液压缸提供稳定小流量供油的能力。 从压制负荷分析：上下液压缸有各自独立的运动形式和共同的压力控制系统。 在对刀头的压制和卸模工序中有同步要求，形成压力适应回路的模式。 通过研究和以国外设备为参考，确定自动冷压机液压系统回路形式为用比例方
液压泵最大工作压力 pb p1max p 其中p 是液压泵出口到液压缸入口之
间所有沿程压力损失之和。由于伺服阀和同步阀的压力损失较大，所以确定液压系 统p=2.5MPa。则泵的最大工作压力应23.7MPa。 ② 确定液压泵最大流量 液压泵的流量 qb K q max 其中 （q） max 为同时动作的液压缸所需流量之
和的最大值， K 为系统泄漏系数， 一般取 1.2。 参见液压原理图， 液压系统为双联泵， 小流量泵的流量由同步阀等分为两液压缸。油工况分析已知系统最大流量约 37 升/ 分，自小稳定流量 0.12 升/分。参照产品规格确定：日本 NACHI 双联内啮合齿轮泵 为 IPH-34B-10-20-11，大泵排量 20ml/r，小泵排量 10ml/r，最高使用压力 30 MPa。 台湾 KOMPASS 双联高压泵 SVQ215-2211-FR，大泵排量 22ml/r，小泵排量 11ml/r， 最高使用压力 24.5 MPa。 2．液压系统电机功率的选择 按工况中最大功率点选取电机功率，即 P
通过圆整，设计缸筒内径为95，有效工作面积约 70.88cm 。考虑到设备工作效 率、上缸高低速度差要求较大而带来的回油流量偏大以及油缸的刚性等因素，该油 缸未按国标推荐值选取缸径尺寸和液压缸两腔面积比（速度比） ，在液压缸密封等结 构要求允许条件下，尽量加大油缸活塞杆径尺寸，设计活塞杆直径为80，由此得出 液压缸有杆腔面积为 20.62cm2。液压缸速度比：
向阀或伺服阀的压力适应回路，是由定量泵供油，泵的工作压力自动地与系统中的 负载相适应的回路。回路中设有电液比例溢流阀，可随着比例方向阀或伺服阀的开 口大小自动对其进行压力补偿，使比例方向阀或伺服阀工作油口的压差为一定值。 于是通过比例方向阀或伺服阀的负载流量就仅与阀口开度成比例，而与负载压力的 变化无关。由此可见，比例方向阀或伺服阀不仅控制液压缸的运动方向，也连续可 调地控制了输入液压缸的流量。比起节流调速回路，该回路效率高，能耗小。液压 缸的工作压力自动跟随负载压力变化，始终保持比负载压力高一恒定值，实现了压 力适应。 国外同等类型自动冷压机，采用伺服阀作为方向和速度控制，由于高的动态响 应，使得所控制液压缸在极短时间内实现定容位置设定值的反馈调节，产品重复精 度高、生产效率高。但目前国产伺服阀适用性差、产品不定型，国内较少使用；进 口伺服阀存在价格贵（2 万余元） 、供货周期长（四个月）等问题。 通过市场调查和试验研究，我们认为，为了今后的市场推广，有必要在国产阀 件上作文章，用国内比较成熟的电液比例方向阀实现方向和速度的控制，避开比例 方向阀中位死区，不用其作定位值左右调节，只利用其能连续调节液压缸速度的功 能，通过合理分配生产流程时间、提高液压缸低速运动性能，在满足生产效率的情 况下，利用降低液压缸运动速度弥补比例阀响应速度低的缺陷。电液伺服阀和电液 比例阀性能比较如下表：
一．工况分析: 冷压机液压系统需完成的功能： ⑴ 粉料定容投料的容腔尺寸定位。 ⑵ 粉料成形压制。 ⑶ 刀头的卸模顶出。 要完成以上功能，需具备两个液压缸，设计两液压缸位置为上下安装。上缸实 现粉料压制和与下缸同步保压卸模；下缸要实现精确模腔定容、与上缸同时压制和 卸模顶出刀头。 1．液压系统工序流程 单层刀头压制流程： 下缸回程 （投料） 下缸慢速回程下缸暂停 （到定容尺寸） 下缸降至压制位暂停上缸压制快进上缸压制慢进上缸压制上下缸同时压 制（可选）上下缸同步卸模（可选）上缸回程，同时下缸上升顶出工件上缸 快速回程（此时下缸顶出工件暂停）上缸回至起始位停下缸降至起始位停（零 位） 多层刀头压制流程：下缸回程（投料）下缸慢速回程下缸暂停（到第一层定 容尺寸）下缸慢速回程下缸暂停（到第二层定容尺寸） 下缸慢速回程 下缸暂停（到最终层定容尺寸）下缸下缸降至压制位暂停上缸压制快进上缸 压制慢进上缸压制上下缸同时压制（可选）上下缸同步卸模（可选）上缸 回程，同时下缸上升顶出工件上缸快速回程（此时下缸顶出工件暂停）上缸回 至起始位停下缸回起始位（零位） 多层投料不定层压制流程从略，详见液压原理图阀件动作线．上下液压缸负载分析 压制单刀头压机，其压机的惯性负载、摩擦负载可忽略，上缸主要承担刀头压制 成形负载。按目前冷压刀头制造工艺技术要求和国内模具制造材料限制，压制负载为 2~2.5kg/cm²，目前压制单刀头最大面积为 6 cm²，设计压机吨位为 15 吨。 下缸承担压制和卸模负载，压制负载同上油缸，最大卸模负载通常小于最大压制 负载，设计按最大压制负载考虑。
能方便地实现自动控制、远程 控制； 能连续、 按比例 地对液 压参量进行控制；价格比伺服 阀低廉；使用条件同普通液压 阀，抗污染性能好；在需要进 行位置控制或提 高系统性 能 时，可闭环控制。
设计冷压机采用轮辐式压力传感器，直接安装在上液压缸与上压头之间，压制是 直接测量作用在刀头上的力，并将此值传送到 PLC 进行控制。液压系统的管路损耗、 摩擦力等因素不对测量值造成影响。 3．上下液压缸运动分析 上缸运动行程长，为避开投料装置，空行程约为 100mm，每工作循环往复运动大 于 200mm，要求运动速度尽量快，以提高工作效率。设计 2~2.5S 内完成一运动循环。 下缸承担投料容腔的精确定容和卸出刀头的工作。 容腔的尺寸定位采用可连续测 量位移的磁致伸缩位移传感器， 该位移传感器是实现多层投料连续定位的最好选择， 是目前连续位移测量分辨率和重复精度最高的传感器之一。设计选择美国 MTS 磁致 伸缩位移传感器，分辨率 0.005mm，更新时间≤5ms。如果下缸定位时运动速度为 1mm/s，5ms 的数据刷新会带来 0.005mm 的位置误差。考虑实际电气信号传输和液压 阀响应速度的影响以及液压缸低速运行的平稳性能，需要设计无爬行、高响应的液 压缸，满足小于 1mm/s 的平稳运动要求和快速的高低速转换。 二．确定液压系统的主要参数 压力和流量是液压系统中两个最主要的参数，这两个参数是设计和选择液压元 件、附件和油泵规格型号的依据。 1．确定系统工作所承受的压力 系统压力的选定，关系到整个系统设计的合理程度。系统压力选得过低，液压设 备的尺寸和重量就增加；选得过高，将受到元件强度、容积效率、系统可靠性及寿 命等因素的限制。因此，系统压力应结合各方面的因素综合考虑。 由前液压缸负载分析所述，设计压机吨位 150kN~180kN，设计液压系统压力≤ 25MPa。 2．液压缸的工作面积和流量 ① 工作面积： 从满足负载力的要求出发，液压缸的有效工作面积Α 为： A 式中 F — 液压缸负载，按 15000kg 计算 η m — 液压缸的机械效率，设计低摩擦油缸取 0.95 p — 液压缸的工作所承受的压力，考虑系统损耗按 22MPa 计算
取 0.8，最高工作所承受的压力时泵流量约为 15 升/分。则电机功率确定为 7.5kW。 3．液压系统主要阀件的选择 ① 阀件的安装形式 为了提高系统刚性和响应速度，将伺服阀或比例阀安装在液压缸底部缸底 上，其余各阀集中安装在集成块上。阀件安装形式为板式或插装式安装。 ② 由于液压系统有闭环位移控制，所以使用伺服阀或比例方向阀进行液压缸的 速度和运动方向控制。两种阀件的通径均为 6mm，安装孔可互换，使两种液压系统 可使用相同的液压缸。 选择美国 MOOG 直动式伺服阀，额定流量 40L/min；选择北京华德直动式比例方 向阀，名义流量 32L/min，在压降 2MPa 时，可达到 45L/min。 其余阀件的选择详见液压原理图。 4．过滤器的选择 ① 滤油精度 不论是伺服阀还是比例阀，都有高于普通阀件的油液清洁度要求，特别是伺服 阀，通常要求达到国际标准 ISO4406 15/12 级标准，应选用 5～10μ м 公称过滤精 度的滤油器；比例阀要求稍低，为保证较长的常规使用的寿命，应选用 10～20μ м 公称过
