CN108435814B - 挤压机和挤压机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种挤压机和挤压机的控制方法。一种挤压机，具备：液压泵；被变频控制或伺服控制的电机，其对液压泵进行驱动；以及控制装置，在该挤压机中，控制装置使电机在预先设定的规定的加速时间内启动、或者使电机在预先设定的规定的减速时间内停止。

Description

挤压机和挤压机的控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有通过电动机来驱动的液压泵的挤压机。

背景技术

一般地，在通过挤压机挤压由金属材料、例如铝或铝合金材料等构成的钢坯的情况下，在将挤压筒推压至模具的状态下，通过钢坯***器将钢坯收纳于挤压筒内，然后，当通过液压缸的驱动使主柱塞前进时，钢坯被安装于主柱塞的前端的挤压柱塞挤压，作为成形的产品而从模具的出口部被挤出。在将钢坯挤出之后，使主柱塞和挤压筒后退一些，从而使残留于模具面的钢坯、即废料暴露到挤压筒外。接着，将剪切装置的切刀送入到挤压筒与模具之间，来剪切残留于模具面的废料。之后，使主柱塞后退来将挤压柱塞从挤压筒中拔出，将下一个钢坯填充到挤压筒中而进入下一个循环的挤压成形。

专利文献1公开了一种能够实现高能量效率的动作的在用于驱动主柱塞的液压泵的电动机设置有软启动单元的挤压机。

专利文献1：日本特开2011-177014号公报

发明内容

发明要解决的问题

挤压机通常构成为从并列配置的多台液压泵对用于驱动主柱塞的液压缸供给工作油。多台液压泵并不是始终全部进行工作，而是根据主柱塞的速度来使多台液压泵中的全部或一部分液压泵进行工作。在主柱塞的前进行程(以下称为“挤出工序”)中使被选择的一部分液压泵工作，在挤出工序与下一个挤出工序之间的空置(idle)时间内，使该所有台数的液压泵或一部分液压泵进行工作以驱动例如侧缸、挤压筒缸以及废料切割用的剪切装置等。因此，在包含挤出工序时间和空置时间的一个循环时间内需要重复进行这些液压泵用的电动机的启动和停止。

另一方面，由于挤压机的对主柱塞进行驱动的液压泵用的电动机使用输出比较大的电动机，因此在如专利文献1那样对电动机的启动和停止应用了软启动控制的情况下，电动机的启动和停止时间例如长达约10秒。因此，当重复进行电动机的启动和停止时，循环时间变长而生产效率下降，因此往往在实际上不需要进行工作的时间段也仍然使电动机进行了工作。因而，从节能的观点出发，可以说以往的挤压机处于不足的水平。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够进行节能运转的挤压机。

用于解决问题的方案

为了达成上述的目的，本发明的第一方式的挤压机具备：液压泵；被变频控制或伺服控制的电机，其对所述液压泵进行驱动；以及控制装置，其中，所述控制装置使所述电机在预先设定的规定的加速时间内启动、或者使所述电机在预先设定的规定的减速时间内停止。

并且，为了达成上述的目的，本发明的第二方式的挤压机具备：多台液压泵，所述多台液压泵向该挤压机的主缸供给工作油，来使内置于所述主缸的主柱塞向挤出方向移动；多台液压泵用电机，所述多台液压泵用电机对所述多台液压泵分别进行驱动；以及控制装置，其中，所述控制装置根据预先设定的挤压柱塞速度来从所述多台液压泵中选择至少一台在挤出工序中要进行工作的液压泵，通过变频控制或伺服控制使用于未被选择的液压泵的至少一台液压泵用电机在预先设定的规定的减速时间内停止。

并且，为了达成上述的目的，本发明的第三方式的挤压机的控制方法具备：液压泵；被变频控制或伺服控制的电机，其对所述液压泵进行驱动，在该挤压机的控制方法中，所述液压泵能够以最小吐出量进行运转，该最小吐出量对应于用于弥补构成所述挤压机的液压回路的液压设备的工作油的泄漏和工作油的压缩性的流量，在所述挤压机的运转过程中所述液压泵达到规定的压力之后，通过变频控制或伺服控制来对所述电机进行转速控制使得所述液压泵以所述最小吐出量进行工作。

并且，为了达成上述的目的，本发明的第四方式的挤压机具备：固定容量型的液压泵；被变频控制或伺服控制的电机，其对所述液压泵进行驱动；以及控制装置，其中，所述控制装置通过变频控制或伺服控制对所述电机进行转速控制，使得所述液压泵的吐出量为目标吐出量。

发明的效果

根据像这样构成的挤压机，由于对液压泵用电机进行变频控制或伺服控制，因此与进行软启动的情况相比，能够大幅地缩短启动时间和停止时间。其结果，由于电机的工作时间的缩短而实现节能化。

另外，由于通过变频控制或伺服控制来对液压泵用电机进行转速控制，因此即使是固定容量型液压泵，也能够通过所述电机的转速来可变地且不浪费地控制泵的吐出量。例如，在挤压机的自动运转中的空置时间内，也通过使固定容量型液压泵以当时所需要的吐出量进行工作，由此没有使循环时间延长而能够实现节能化。并且，固定容量型液压泵不仅既不需要对在可变容量型液压泵的情况中所需的例如倾转角控制用泵进行驱动的电机及其驱动电力，也不需要那些泵、电机、与它们相关的配管的配置空间，还不存在通过倾转角控制用泵对可变容量型液压泵的吐出量进行控制时的控制迟滞(被控制对象的电控制误差)、因被控制对象的机械响应时间等产生的控制延迟等，因此能够高速地控制吐出量。

因而，在液压泵是固定吐出型液压泵的情况下，基于变频控制或伺服控制对其电机的转速控制能够以高响应性且高精度地实施，因此能够以高响应性且高精度地控制例如主柱塞的移动速度。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的挤压机的主体部分的概要结构图。

图2是还包含液压泵和液压泵用电机的配置在内的本发明的第一实施方式的挤压机的概要结构图。

图3是变频电机的结构图。

图4是变频器部件的基本结构图。

图5是伺服电机的结构图。

图6是伺服部件的基本结构图。

图7是包含液压泵和液压泵用电机的配置在内的本发明的第二实施方式的挤压机的概要结构图。

具体实施方式

下面，参照附图并详细地说明本发明所涉及的挤压机的控制方法的实施方式。

在图1中表示本发明的第一实施方式的挤压机100。在该挤压机100中，将端部台板(end platen)1与主缸2相向地配置，两者通过多个拉杆3进行连结。在端部台板1的内侧面以夹持形成有挤出孔的模具4的方式配置挤压筒5。在挤压筒5内装填钢坯6，通过将钢坯6朝向模具4挤压加压，而挤压成形与模具孔相应的截面的挤压产品。由被固定于端部台板1的挤压筒缸13使挤压筒5与模具4接触和分离。

产生挤压作用力的主缸2内置有主柱塞9，主缸2被配置成能够使主柱塞9朝向挤压筒5加压移动。在本实施方式中，主缸2被四台并列配置的可变容量型的主泵41供给工作油来使主柱塞9向挤出方向前进移动。将挤压柱塞7以与挤压筒5的钢坯装填孔进行同心配置的方式并以使未图示的固定挤压垫紧密接合于该挤压柱塞7的前端而朝向挤压筒5突出的状态经由主十字头8安装于主柱塞9的前端部。因而，当驱动主缸2而使主十字头8前进时，挤压柱塞7被***到挤压筒5的钢坯装填孔，对所装填的钢坯6的后端面进行加压并挤压出挤压产品。此外，通过侧缸14使主柱塞9进行后退移动，但是在驱动主缸2而使主十字头8前进时，也与主缸2协作地驱动侧缸14。

图2也是表示第一实施方式的挤压机100的图，但是在此还示出了多个液压泵、对多个液压泵分别进行驱动的电动机(以下称为“电机”)以及简单化的液压管路。所例示的该挤压机100具有2750吨的挤压力。挤压机100还具备未图示的控制装置，所述控制装置构成为对挤压机100的所有电机进行变频控制或伺服控制以及对未图示的多个方向切换阀进行控制。

将第一实施方式的挤压机100所具有的泵和电机汇总以下。

(1)四台并列配置的主泵41以及对它们进行驱动的四台主泵用电机31(四台电机为110kW)

(2)一台油冷却器泵42和油冷却器泵用电机32(15kW)

(3)一台挤压筒密封泵43和对挤压筒密封泵43进行驱动的挤压筒密封泵用电机33(15kW)

(4)一台倾转角控制泵44和对倾转角控制泵44进行驱动的倾转角控制泵用电机34(15kW)

(5)一台附属装置用泵45和对附属装置用泵45进行驱动的附属装置用泵用电机35(22kW)

主泵41在挤压过程中向主缸2和侧缸14的头侧室供给工作油以使主柱塞9前进。在挤压机100的空置时间中，主泵41也通过未图示的管路向侧缸14的杆侧室供给工作油以经由主十字头8来使主柱塞9和挤压柱塞7后退，也向挤压筒缸13的头侧室供给工作油以使挤压筒5与模具4分离，以及也向废料切割用的剪切装置22供给工作油。通过未图示的多个方向切换阀来切换流路而将来自主泵41的工作油向上述缸等供给。在本实施方式中，主泵41是可变容量型泵，更详细地说是可变容量型斜盘式活塞泵。

油冷却器泵42是用于从未图示的工作油罐向油冷却器21供给工作油以将从主缸2等返回来的高温的工作油冷却到规定的温度的泵。在本实施方式中，油冷却器泵42是固定容量型泵。

挤压筒密封泵43是用于向用于使模具4与挤压筒5接触和分离的挤压筒缸13的杆侧室输送工作油的泵。在本实施方式中，挤压筒密封泵43是固定容量型泵。

倾转角控制泵44是用于供给对四台主泵41的吐出量进行可变控制的控制用的工作油的泵。在本实施方式中，倾转角控制泵44是固定容量型泵。

附属装置用泵45是用于向挤压机的附属装置23和未图示的液压阀的先导管线供给工作油的泵。在本实施方式中，附属装置用泵45是固定容量型泵。

第一实施方式中的主泵41如前述的那样是可变容量型斜盘式活塞泵。主泵41构成为通过从倾转角控制泵44供给的工作油来使其斜盘(未图示)的倾转角改变。

在使主柱塞9以比较低的低速移动的挤出工序中，通过控制装置选择四台主泵41中的一部分台数的主泵41并使其工作。在本实施方式中，所述一部分台数是一台。未被选择的三台主泵41在挤出工序中被停止。此外，控制装置构成为对四台主泵41依次进行选择以使主泵41的工作时间均衡。

挤压机的空置时间包含使四台主泵41都进行工作的时间段和使一部分主泵41进行工作的时间段。例如在使用侧缸14来使主柱塞9以比较高的高速后退时，需要对侧缸14供给大量的工作油，因此要使四台主泵41都进行工作。

主泵41通过主泵用电机31进行驱动，因此控制装置通过变频控制或伺服控制来对主泵用电机31的工作进行控制以对主泵41的工作进行控制。在本实施方式中，在挤出工序中，使未被选择的三台主泵41的主泵用电机31完全停止。在使主泵用电机31停止时，通过变频控制或伺服控制来使主泵用电机31在预先设定的规定的停止时间内停止。主泵用电机31的预先设定的规定的停止时间和启动时的加速时间有时根据负载的不同而不同，但是两方都是较短的时间，大致为一秒。此外，主泵用电机31在本实施方式中由110kW的笼型感应电机构成，但是当假定为如现有技术的情况那样通过软启动来使主泵用电机31启动和停止时，加速时间和停止时间必须设定为大致10倍的时长、约10秒。因而，根据本实施方式，希望理解的是，与以往的软启动方式相比，能够缩短主泵用电机31的包含加速时间和停止时间在内的工作时间，因而能够实现节能化。

不只是主泵用电机31，对油冷却器泵用电机32、挤压筒密封泵用电机33、倾转角控制泵用电机34、附属装置用泵用电机35也预先设定了规定的停止时间和加速时间。

在存在挤压机100的运转过程中的空置时间内的、用于挤压运转准备的直到使下一个钢坯6移动到挤压机的待机位置为止的等待时间、更换下一个模具4的更换时间、后部设备的等待时间的情况下，通过变频控制或伺服控制来使四台主泵41中的一部分主泵41、进一步说四台主泵用电机31中的一部分主泵用电机31在预先设定的规定的减速时间内停止。此外，“后部设备”是指配置于挤压机100的下游侧的附带的设备，例如包括台锯切割装置、初出台、牵引机、精轧输出辊道、冷却台、拉伸机、储料机以及精加工锯切割装置等。

在空置时间中的钢坯***时，也通过变频控制或伺服控制来使挤压机100的主泵用电机31中的至少一部分主泵用电机31在预先设定的规定的减速时间内停止，在钢坯***后，使该主泵用电机31中的至少一部分主泵用电机31在规定的加速时间内启动。

在工作油的温度超过规定的温度(40℃至50℃之间)的情况下，油冷却器用泵42从工作油罐向油冷却器21供给工作油，在工作油的温度为规定的温度以下的情况下，油冷却器用泵42被停止、即油冷却器泵用电机32被停止。通过变频控制或伺服控制来在预先设定的规定的减速时间内进行油冷却器泵用电机32的停止。

在本实施方式中，关于各个挤压筒密封泵43、倾转角控制泵44以及附属装置用泵45，在挤压机100的运转过程中，在各液压泵达到规定的压力之后，通过变频控制或伺服控制来对各自的液压泵用电机进行转速控制以使各自的液压泵用电机以最小转速进行工作。在挤压筒密封泵43的情况下，上述规定的压力是指用于使模具4与挤压筒5以在模具4与挤压筒5的密封面不出现开裂(日语：花咲)现象的方式紧密接合的压力，在倾转角控制泵44的情况下，上述规定的压力是指用于使主泵41的斜盘倾转的控制用的压力，关于附属装置用泵45，上述规定的压力是指用于确保液压设备、阀等的先导压力的压力。

关于倾转角控制泵44，在主柱塞9的速度为固定时，倾转角控制泵用电机34被变频控制或伺服控制为能够确保用于使所述泵44的斜盘倾转的控制用的压力的最小转速。关于倾转角控制泵44的规定的压力是虽然也根据挤压的产品的不同而改变但是使挤出速度固定的吐出压力，最大为31MPa。

挤压筒密封泵43是向用于使模具4与挤压筒5接触和分离的挤压筒缸13的杆侧室输送工作油的泵，在挤压筒密封压力达到规定的压力之前，挤压筒密封泵43以其额定转速吐出工作油，在挤压筒密封压力达到规定的压力后，挤压筒密封泵用电机33被变频控制或伺服控制为以最小转速进行工作。挤压筒密封泵43的情况下的规定的压力是用于使模具4与挤压筒5以在模具4与挤压筒5之间的密封面不出现开裂现象的方式紧密接合的压力，最大为31MPa。

接着，下面关于作为本发明的实施方式的挤压机100的各泵的驱动用电机所能够使用的电机和电机的控制方法的一般的特征进行说明。

最初说明变频控制电机。

变频控制电机在较广的领域中被使用着，具有如下特征：根据负载变动而电机转速发生变动、启动停止频率的限制大、对于能够连续运转的速度范围的限制小以及最大扭矩一般为150％左右等。

在图3中表示变频电机的概要结构。结构与通用的笼型感应电机相同。

在图4中表示变频器部件的基本结构的一例。

变频器部件的基本结构包括：转换器部，其将商用电源变为直流；平滑电路部，其用于使直流中包含的脉动成分平滑；变频器部，其将直流变为可变频率的交流；以及控制电路部，其主要对变频器部进行控制。

接着，说明伺服电机。

伺服电机具有以下特征：能够进行高精度的定位控制、响应性高、由于负载变动所引起的电机转速变动非常小、启动停止频率的限制少、能够连续运转的速度范围广、最大扭矩一般为300％左右等。

在图5中表示伺服电机的概要结构。伺服电机为同步电机，与通用的笼型感应电机相比，其特征在于，围绕轴的转子铁芯为永磁体；以及在驱动轴的端部具备被称为编码器的检测器。

在图6中表示伺服部件的位置控制时的基本结构。包括：转换器部，其将商用电源变为直流；平滑电路部，其用于使直流中包含的脉动成分平滑；变频器部，其将直流变为可变频率的交流；控制电路部，其主要根据指令脉冲和来自编码器的反馈脉冲来对变频器部进行控制；以及编码器部，其输出与伺服电机旋转的旋转量相应的脉冲。

根据本发明的第一实施方式的挤压机100，由于能够通过变频控制或伺服控制使各泵用的电机在短时间内启动和停止并且还能够进行这些电机的转速控制，因此能够实现挤压机100的运转时间中的泵用电机的停止时间的扩展和转速的最优化，其结果能够降低电机的电力消耗量。

接着，参照图7说明本发明的第二实施方式的挤压机200。第二实施方式的挤压机200与第一实施方式的挤压机100的不同在于，其四台主泵241是固定容量型泵，以及不具有倾转角控制泵44和倾转角控制泵用电机34。但是，其它结构与第一实施方式的挤压机100相同。

在第二实施方式中，也是在挤出工序中由控制装置选择四台主泵241中的一部分主泵241、在本实施方式中是一台主泵241并使其工作。控制装置预先决定了挤出工序中的主泵241的目标吐出量。该目标吐出量是使主柱塞9以预先设定的挤出速度前进的吐出量。控制装置通过变频控制或伺服控制来对主泵用电机231进行转速控制以使所选择的主泵241的吐出量为所述目标吐出量。

另一方面，在第二实施方式中，在挤出工序中未被选择的主泵241不是被停止，而是以最小吐出量进行工作。最小吐出量是用于弥补工作油的泄漏和压缩性的量，因而，不是使主缸2进行工作的量。在要使主泵241以最小吐出量进行工作时，通过变频控制或伺服控制而使主泵用电机231以最小转速旋转。

在挤压机200的空置时间内，也是使主泵241以为了使缸进行工作所设定的目标吐出量进行工作、或者以最小吐出量进行工作。因此，与主泵241的吐出量相应地通过变频控制或伺服控制来对主泵用电机231的转速进行控制。

也可以是，使主柱塞9前进移动时的主泵241的目标吐出量不一定是固定的值，例如可以根据主柱塞9在工序中的位置而改变。因而，在该情况下，以实现上述变化的吐出量的方式对主泵用电机31进行转速控制。

根据第二实施方式的挤压机200，通过变频控制或伺服控制对主泵用电机231进行转速控制，因此能够以高响应性且高精度地对主泵241的吐出量进行控制。另外，在不使缸进行工作时也使主泵241旋转，但是此时使主泵241以最小转速旋转，因此能够获得充分的节能效果。

与第一实施方式的情况相比，第二实施方式的挤压机200还能够获得以下效果：由于不需要倾转角控制泵44和倾转角控制泵用电机34，因此能够进行更节能的运转，而且不需要所述泵和电机的设置场所，并且也不需要相关的液压管路及其设置空间。

附图标记说明

2：主缸；4：模具；5：挤压筒；6：钢坯；9：主柱塞；10：侧缸；31：主泵用电机；32：油冷却器泵用电机；33：挤压筒密封泵用电机；34：倾转角控制泵用电机；35：附属装置用泵用电机；41：主泵；42：油冷却器泵；43：挤压筒密封泵；44：倾转角控制泵；45：附属装置用泵；231：主泵用电机；241：主泵。

Claims (3)

1.一种挤压机，具备：固定容量型或可变容量型的多台液压泵；被变频控制或伺服控制的多台电机，其对所述多台液压泵分别进行驱动；以及控制装置，该挤压机的特征在于，

所述液压泵以向所述挤压机的主缸供给工作油来使内置于所述主缸的主柱塞向挤出方向移动的方式进行工作，

所述控制装置通过变频控制或伺服控制来使所述多台电机的全部或一部分在预先设定的规定的加速时间内启动、或者使所述电机在预先设定的规定的减速时间内停止，

所述控制装置通过变频控制或伺服控制对所述多台电机的全部或一部分进行转速控制，使得所述多台液压泵的全部或一部分的吐出量为目标吐出量，

所述液压泵的目标吐出量是使所述主柱塞以预先设定的挤出速度向挤出方向移动的吐出量。

2.一种挤压机，其特征在于，具备：

多台液压泵，所述多台液压泵向该挤压机的主缸供给工作油，来使内置于所述主缸的主柱塞向挤出方向移动；

多台液压泵用电机，所述多台液压泵用电机对所述多台液压泵分别进行驱动；以及

控制装置，

其中，所述控制装置根据预先设定的挤压柱塞速度来从所述多台液压泵中选择至少一台在挤出工序中要进行工作的液压泵，通过变频控制或伺服控制来使用于未被选择的液压泵的至少一台液压泵用电机在预先设定的规定的减速时间内停止，

所述控制装置，在该挤压机的运转过程中产生了直到使下一个钢坯移动到该挤压机的待机位置为止的等待时间、更换下一个模具的更换时间以及后部设备的等待时间中的至少任一个时，通过变频控制或伺服控制来使所述多台液压泵用电机的全部或一部分电机在预先设定的规定的减速时间内停止，

其中，该挤压机还具备油冷却器用泵以及对所述油冷却器用泵进行驱动的冷却泵用电机，

在工作油的温度超过规定的温度的情况下，所述控制装置使所述冷却泵用电机以额定转速旋转，在工作油的温度为所述规定的温度以下的情况下，所述控制装置通过变频控制或伺服控制来使所述冷却泵用电机在所设定的规定的减速时间内停止。

3.根据权利要求2所述的挤压机，其特征在于，

在向该挤压机的挤压筒***钢坯时，所述控制装置通过变频控制或伺服控制来使所述多台液压泵用电机中的一部分电机在预先设定的规定的减速时间内停止，在将钢坯***到该挤压机的挤压筒后，所述控制装置使所述多台液压泵用电机中的一部分电机在预先设定的规定的加速时间内启动。

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