JP6705460B2 - Control method for improving efficiency of pump and motor in extrusion press - Google Patents

Control method for improving efficiency of pump and motor in extrusion press Download PDF

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Description

本発明は押出プレス装置に係り、押出プレスにおけるポンプ及びモータの効率アップ制御方法に関する。 The present invention relates to an extrusion press device, and relates to a method for controlling efficiency improvement of a pump and a motor in an extrusion press.

押出加工とは、中空円筒状コンテナ内に入れた素材ビレットを、メインクロスヘッドに設けられた押出ステムで加圧して、コンテナの押出側の一端部に配置された、所望の孔形状を有するダイスを通して押出して、棒材、形材、管材等の様々な断面形状に成型する加工方法である。メインクロスヘッドは、メインシリンダに設けられたメインラムによって駆動される。ダイスは、エンドプラテン側に設けられており、エンドプラテンは、タイロッドで不動のメインシリンダに連結している。 Extrusion is a die with a desired hole shape, which is placed at one end on the extrusion side of the container by pressing the material billet placed in a hollow cylindrical container with an extrusion stem provided in the main crosshead. Is a processing method in which various cross-sectional shapes such as rods, shapes, and pipes are extruded through. The main crosshead is driven by the main ram provided in the main cylinder. The die is provided on the end platen side, and the end platen is connected to a stationary main cylinder by a tie rod.

一般に、金属材料、例えばアルミニウム又はその合金材料等によるビレットを押出プレス装置により押出す場合、次のような作業工程が行われる。
（１）油圧シリンダで駆動されるメインラムの先端部には、押出ステムが取り付けられており、ダイスにコンテナを押し付けた状態で、ビレットをビレットインサータによりコンテナ内に収納する。
（２）そして、メインラムを更に油圧シリンダの駆動により前進させることにより、ビレットが押出ステムにて押圧される。この場合、ビレットがビレットインサータによりコンテナ内に収納された後、押出ステムでビレットをダイス入口まで無負荷前進を行い、アプセット、押出成形が行われる。
（３）このようにして、ダイスの出口部から、成形された製品が押出される。
（４）ビレットを押し出した後は、コンテナをコンテナシリンダにより若干後退させて、ディスカードがコンテナから外れるようにし、その位置からメインラムとコンテナを後退させる。
（５）次に、コンテナとダイスとの間に切断装置の切断刃を送り込み、ダイス面に残ったビレット（ディスカードと称される。）を切り離す。
（６）その後は、メインラムを後退させて押出ステムをコンテナから抜き出し，次のビレットをコンテナに挿填して次サイクルの押出成形に移行する。Generally, when a billet made of a metal material such as aluminum or its alloy material is extruded by an extrusion press device, the following working steps are performed.
(1) An extruding stem is attached to the tip of a main ram driven by a hydraulic cylinder, and a billet is stored in a container by a billet inserter while the container is pressed against a die.
(2) Then, the billet is pressed by the extrusion stem by further moving the main ram forward by driving the hydraulic cylinder. In this case, after the billet is housed in the container by the billet inserter, the billet is advanced by the extrusion stem to the die inlet without load, and the upset and extrusion molding are performed.
(3) In this way, the molded product is extruded from the outlet of the die.
(4) After pushing out the billet, the container is slightly retracted by the container cylinder so that the discard can be removed from the container, and the main ram and the container are retracted from that position.
(5) Next, the cutting blade of the cutting device is fed between the container and the die to separate the billet (called discard) left on the die surface.
(6) After that, the main ram is retracted, the extrusion stem is extracted from the container, the next billet is inserted into the container, and the extrusion molding of the next cycle is started.

金属材料を押出プレスによって押出す上記作業工程において、無負荷前進、アプセット、押出成形、後退等において、メインラム速度が様々に制御される。このような作業工程の内、押出成形においてはメインラムを最高速度で使用することはむしろ少なく、メインラム速度を５０％以下で使用する場合の時間的割合はかなり大きく、７割程度を占めている。このため、メインラム速度の低速領域において、メインラム速度を規定するポンプの効率アップは、非常に重要な課題となっていた。 In the working process of extruding the metal material by the extrusion press, the main ram speed is variously controlled in the no-load advance, upset, extrusion molding, retreat and the like. Of these working processes, the main ram is rarely used at the maximum speed in extrusion molding, and the time ratio when the main ram speed is 50% or less is considerably large, accounting for about 70%. There is. Therefore, increasing the efficiency of the pump that regulates the main ram speed has been a very important issue in the low speed range of the main ram speed.

特許文献１の押出プレスにおいては、４台の可変容量形ポンプを並列に備えたものが開示されており、４台の可変容量形ポンプを効率よく作動させ、省エネルギ効果を高めたものが知られている。しかしながら、この場合のメインラム速度が小さい時にメインラムを単数のポンプの選択運転で作動させた場合でも、可変吐出量型ポンプの傾転角が小さく、ポンプ効率が下がり消費電力を多く要することがあった。このため、メインラム速度が小さい時のポンプの効率が、省エネルギを目指す上で大きな障害となっていた。このように、メインラム速度の設定が小さい場合には、モータの負荷率も下がり、非効率的なモータ消費電力を生じていることが、従来技術における問題点であった。 The extrusion press of Patent Document 1 discloses a press provided with four variable displacement pumps in parallel. It is known that the four variable displacement pumps are efficiently operated to enhance the energy saving effect. Has been. However, in this case, even when the main ram is operated by the selective operation of a single pump when the main ram speed is low, the tilt angle of the variable discharge type pump is small, the pump efficiency is low, and much power consumption is required. there were. For this reason, the efficiency of the pump when the main ram speed is low has been a major obstacle to energy saving. As described above, when the setting of the main ram speed is small, the load factor of the motor is also reduced, resulting in inefficient motor power consumption, which is a problem in the conventional technique.

特開昭５６−０５９００５号公報JP-A-56-059005 特開２００７−１１３４９０号公報JP 2007-113490 A

本発明は、上記の従来の押出プレスにおける、メインラム速度が小さい時、可変吐出量型ポンプの傾転角が小さくなって、ポンプ効率が下がり消費電力を多く要するという問題を解決するためになされたものであり、押出プレスにおけるポンプ及びモータの効率をアップさせた制御方法を提供するものである。 The present invention is made in order to solve the problem that the tilt angle of the variable discharge type pump becomes small when the main ram speed is small and the tilting angle of the variable discharge type pump becomes small, resulting in low pump efficiency and high power consumption. The present invention provides a control method for improving the efficiency of a pump and a motor in an extrusion press.

ビレット（６）をダイス（４）に向けて、押出ステム（７）で押出成形する押出プレス装置における、押出ステム（７）に押出力を発生させるメインラム（９）の速度制御方法であって、インバータ回路に接続した交流電磁誘導モータと、可変吐出型ピストンポンプの組合せにより前記メインラム（９）を油圧駆動して、前記メインラム（９）の速度を制御するステップと、前記メインラム（９）のラム速度設定値により定まる前記ポンプの傾斜率（Ｒａ）が略２分の１以下の時は、前記インバータ回路により前記モータの回転数制御を行ってモータ回転数を所定割合だけ低下させるステップと、前記ポンプの傾斜率（Ｒａ）を、前記モータ回転数の所定割合の低下による、ポンプ吐出流量（Ｑ）の減少分を補う傾斜率（Ｒａ１）にして、ポンプ吐出流量（Ｑ）を上昇させるステップと、
を具備することを特徴とする押出プレスの速度制御方法である。A method for controlling a speed of a main ram (9) for generating a pushing force on an extrusion stem (7) in an extrusion press device for extruding a billet (6) toward a die (4) by an extrusion stem (7). A step of hydraulically driving the main ram (9) by a combination of an AC electromagnetic induction motor connected to an inverter circuit and a variable discharge piston pump to control the speed of the main ram (9); When the pump inclination rate (Ra) determined by the ram speed set value of 9) is approximately ½ or less, the inverter circuit controls the rotation speed of the motor to reduce the rotation speed of the motor by a predetermined ratio. Step, and set the pump inclining rate (Ra) to a pump inclining rate (Ra 1 ) that compensates for the decrease in the pump injecting flow rate (Q) due to a decrease in the motor rotation speed by a predetermined rate. To raise
A speed control method for an extrusion press, comprising:

また、モータ回転数の所定割合の低下は、２０〜３０％であり、その低下によるポンプ吐出流量（Ｑ）の減少分を補う傾転率の上昇割合が、１．２５〜１．４３倍であるようにした。 Further, the decrease in the predetermined rate of the motor rotation speed is 20 to 30%, and the increase rate of the tilting rate to compensate for the decrease in the pump discharge flow rate (Q) due to the decrease is 1.25 to 1.43 times. I did.

本発明により、モータとポンプの総合的な効率が改善されるため、消費電力が削減される。これにより省エネルギを目指すことができる。 The present invention improves the overall efficiency of the motor and pump, thus reducing power consumption. This makes it possible to save energy.

図１は、本発明の押出プレス装置の全体概略平面図である。FIG. 1 is an overall schematic plan view of an extrusion press device of the present invention. 図２は、本発明に関する可変吐出量型ポンプを制御する油圧回路図である。FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram for controlling the variable displacement pump according to the present invention. 図３は、本発明の斜板型ピストンポンプの一例を示す側面断面図である。FIG. 3 is a side sectional view showing an example of the swash plate type piston pump of the present invention. 図４は、本発明の斜板型ピストンポンプの斜板の傾転角αを分かり易く説明するために模式的に示した平面断面図である。FIG. 4 is a plan sectional view schematically showing the tilt angle α of the swash plate of the swash plate type piston pump of the present invention for easy understanding. 図５は、モータの回転数をパラメータとして、負荷率と、モータおよびインバータ効率との関係を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the load factor and the motor and inverter efficiencies with the number of rotations of the motor as a parameter. 図６は、ポンプの回転数をパラメータとして、傾転率と、ポンプ全体効率との関係を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the tilt rate and the overall pump efficiency with the rotational speed of the pump as a parameter. 本発明によるモータ・ポンプ全効率のアップ率を、図５のｃａｓｅ１〜３の事例で示した表である。6 is a table showing the rate of increase in the total efficiency of the motor/pump according to the present invention in cases 1 to 3 of FIG. 5.

本発明に係る押出プレスの制御方法の一実施形態を、図面を参照しながら以下詳細に説明する。 An embodiment of a method for controlling an extrusion press according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明に用いる押出プレス装置の一例を図１に示す。本発明に用いる押出プレス装置は、エンドプラテン１とメインシリンダ２を対向して配置し、両者を複数のタイロッド３（上下に２本ずつ存在するが、図１では片側１本のみが表示されている。）によって連結している。エンドプラテン１のメインシリンダ側には、押出穴が形成されたダイス４を挟んで、コンテナ５が配置され、コンテナ５内にビレット６を装填し、これをダイス４に向けて、押出ステム６で押出加圧することでダイス穴に応じた断面の押出製品が押出成形される。 An example of an extrusion press device used in the present invention is shown in FIG. In the extrusion press device used in the present invention, the end platen 1 and the main cylinder 2 are arranged so as to face each other, and they are provided with a plurality of tie rods 3 (two upper and lower tie rods 3 are present, but in FIG. 1, only one tie rod is shown). It is connected by. A container 5 is arranged on the main cylinder side of the end platen 1 with a die 4 having an extrusion hole formed therebetween, and a billet 6 is loaded in the container 5 and is directed toward the die 4 by an extrusion stem 6. By extruding and pressing, an extruded product having a cross section corresponding to the die hole is extruded.

押出作用力を発生させるメインシリンダ２には、メインラム９が内蔵されている。メインシリンダ２の油圧は、開口２’から導入されて、メインラム９を作動させる。これにより、メインラム９をコンテナ３に向けて加圧移動可能としている。このメインラム９の前端部には、押出ステム７が、コンテナ５のビレット装填穴と同芯（これを押出中心軸という）配置されるように、コンテナ５に向けて突出状態でメインクロスヘッド８を介して取付けられている。押出ステム７には、その先端に図示しないフィックスダミーブロックが密接装備されている。したがって、メインシリンダ２を駆動してメインクロスヘッド８を前進させると、押出ステム７がコンテナ５のビレット装填穴に挿入され、装填されたビレット６の後端面を加圧して押出製品を押出すのである。押出中心軸方向を前後方向とし、エンドプラテン１とメインシリンダ２の間のうち、エンドプラテン側を前方とする。 A main ram 9 is built in the main cylinder 2 that generates a pushing force. The hydraulic pressure of the main cylinder 2 is introduced from the opening 2 ′ to operate the main ram 9. As a result, the main ram 9 can be pressurized and moved toward the container 3. At the front end portion of the main ram 9, the extrusion stem 7 is arranged concentrically with the billet loading hole of the container 5 (this is referred to as the extrusion center axis) so that the main crosshead 8 is projected toward the container 5. Is installed through. A fixed dummy block (not shown) is closely attached to the tip of the extrusion stem 7. Therefore, when the main cylinder 2 is driven to move the main crosshead 8 forward, the extrusion stem 7 is inserted into the billet loading hole of the container 5 and presses the rear end surface of the loaded billet 6 to push out the extruded product. is there. The direction of the center axis of extrusion is the front-rear direction, and the end platen side of the end platen 1 and the main cylinder 2 is the front.

メインシリンダ２には、押出中心軸と平行に複数のサイドシリンダ１０が上下２箇所取付けられている。サイドシリンダ１０のシリンダロッド１１が、メインクロスヘッド８に連結されている。これによって、押出工程やその準備工程として、押出ステム７の押出加圧動作は、メインシリンダ２及びサイドシリンダ１０の両者を用いて行なわせる。コンテナシフトシリンダ１３は、エンドプラテン１に上下２箇所設置されており、コンテナホルダ５の前後方向の移動を行うものである。コンテナシフトシリンダ１３は、コンテナシール動作、コンテナストリップ用動作などのコンテナホルダ５に押圧力が必要な場合に作動する。 A plurality of side cylinders 10 are attached to the main cylinder 2 in parallel with the central axis of extrusion at two locations, one above the other. The cylinder rod 11 of the side cylinder 10 is connected to the main crosshead 8. As a result, both the main cylinder 2 and the side cylinder 10 are used to perform the extrusion pressure operation of the extrusion stem 7 in the extrusion step and the preparation step thereof. The container shift cylinders 13 are installed in the upper and lower two places on the end platen 1, and move the container holder 5 in the front-rear direction. The container shift cylinder 13 operates when a pressing force is required for the container holder 5 such as a container sealing operation and a container strip operation.

一方、図２は油圧駆動部であり、油圧駆動源となる可変吐出量型ポンプ２５及び電磁比例弁２１を備える。この油圧駆動部は、メインシリンダ２（又はサイドシリンダ１０）へ配管で連結されており、ポンプ吐出流量（メインラム速度など）を制御する。電磁比例弁２１は、傾転駆動装置２２の方向制御及び流量制御を行うものである。アンプ２８は、電磁比例弁２１のソレノイドの電圧を制御することで、電磁比例弁２１の方向及び流量制御を行う。電磁比例弁２１には、傾転駆動装置の制御用のポンプ２６とモータ２７が連携している。傾転駆動装置２２は、中立位置を有する複動シリンダである。後述する図３の斜板型ピストンポンプにおいては、符号２２が傾転駆動装置（サーボシリンダ）に相当し、ロッドリンク６３を介して、斜板５２の傾転角αを制御する。図２の傾転駆動装置２２の右手側には位置センサー２３が連結している。可変吐出量型ポンプはポンプ部２５と、このポンプ部２５を回転駆動するインバータモータ２４を備える。この場合、インバータモータ２４は、インバータ回路に接続した、三相交流電磁誘導モータを用いる。インバータ回路に接続した、交流電磁誘導モータを、以下インバータモータという。なお、交流電磁誘導モータとしては三相以外も含む。 On the other hand, FIG. 2 shows a hydraulic drive unit, which includes a variable discharge pump 25 and a solenoid proportional valve 21 which are hydraulic drive sources. This hydraulic drive unit is connected to the main cylinder 2 (or the side cylinder 10) by a pipe and controls the pump discharge flow rate (main ram speed etc.). The solenoid proportional valve 21 controls the direction and flow rate of the tilt drive device 22. The amplifier 28 controls the direction of the solenoid proportional valve 21 and the flow rate by controlling the voltage of the solenoid of the solenoid proportional valve 21. A pump 26 and a motor 27 for controlling the tilt drive device are linked to the solenoid proportional valve 21. The tilt drive device 22 is a double-acting cylinder having a neutral position. In the swash plate type piston pump of FIG. 3 which will be described later, reference numeral 22 corresponds to a tilt drive device (servo cylinder), and controls the tilt angle α of the swash plate 52 via the rod link 63. A position sensor 23 is connected to the right hand side of the tilt drive device 22 of FIG. The variable discharge pump includes a pump unit 25 and an inverter motor 24 that rotationally drives the pump unit 25. In this case, the inverter motor 24 uses a three-phase AC electromagnetic induction motor connected to the inverter circuit. The AC electromagnetic induction motor connected to the inverter circuit is hereinafter referred to as an inverter motor. The AC electromagnetic induction motor includes other than three-phase.

図３は、本発明に使用される斜板型ピストンポンプの一例を示す側面断面図である。本発明に使用される可変吐出量型ポンプは、斜板型ピストンポンプに限定されるものではない。また、本発明において例示した図３の斜板型ピストンポンプはこれに限定されるものではなく、特許文献２などに示す斜板型ピストンポンプであっても良い（特許文献２を引用補充する）。図４は、本発明の斜板型ピストンポンプの斜板の傾転角αを分かり易く説明するために、模式的に示した平面断面図である。 FIG. 3 is a side sectional view showing an example of a swash plate type piston pump used in the present invention. The variable discharge type pump used in the present invention is not limited to the swash plate type piston pump. Further, the swash plate type piston pump illustrated in FIG. 3 in the present invention is not limited to this, and may be the swash plate type piston pump shown in Patent Document 2 (refer to Patent Document 2). .. FIG. 4 is a schematic cross-sectional plan view showing the tilt angle α of the swash plate of the swash plate type piston pump of the present invention in an easily understandable manner.

以下、図３、４を参照して本発明に使用される斜板型ピストンポンプを説明する。ポンプ部２５は斜板型ピストンポンプを構成するポンプ機体５０を内蔵する。ポンプ機体５０は斜板５２を備え、斜板５２の傾転角α（図４参照）を大きくすれば、ポンプ機体５０におけるポンプピストン５７のストロークが大きくなり、吐出流量Ｑが増加する。傾転角αを小さくすれば、同ポンプピストン５７のストロークが小さくなり、吐出流量Ｑが減少する。傾転角αを所定の角度に設定することにより、吐出流量Ｑを、所定の大きさに固定した固定吐出流量に設定することができる。 Hereinafter, the swash plate type piston pump used in the present invention will be described with reference to FIGS. The pump unit 25 contains a pump body 50 that constitutes a swash plate type piston pump. The pump body 50 includes a swash plate 52. When the tilt angle α (see FIG. 4) of the swash plate 52 is increased, the stroke of the pump piston 57 in the pump body 50 is increased and the discharge flow rate Q is increased. When the tilt angle α is reduced, the stroke of the pump piston 57 is reduced and the discharge flow rate Q is reduced. By setting the tilt angle α to a predetermined angle, the discharge flow rate Q can be set to a fixed discharge flow rate fixed to a predetermined magnitude.

ポンプ機体５０（ポンプ部２５）は、主に、ポンプケーシング５１、ポンプ入力軸５４、斜板５２、シリンダブロックとしてのロータ５８、複数のピストン５７、サーボシリンダとしての傾転駆動装置２２等から構成されている。ポンプ入力軸５４は、インバータモータ２４のモータ出力軸に、キー６７を介して連結している。ポンプ入力軸５４は、ローラーベアリング６５、６６によって、ポンプケーシング５１に対して回転自在に支承されている。ロータ５８は、ポンプ入力軸５４とスプライン結合で固定されており、一体的に回転する。ロータ５８はシリンダブロックとして機能しており、複数のピストン５７がほぼ軸Ｘ方向に往復動し、作動油を加圧する。作動油は吸入通路５５から各シリンダ内に吸入されて、回転しながら排出通路５６に吐出する。ピストン５７の一端部は、球面継手でシュー６２と結合している。ロータ５８の回転に伴い、シュー６２は、斜板の平滑面５３’上をすべりながら摺動する。各シュー６２はリテーナーで保持されている。 The pump body 50 (pump section 25) mainly includes a pump casing 51, a pump input shaft 54, a swash plate 52, a rotor 58 as a cylinder block, a plurality of pistons 57, a tilt drive device 22 as a servo cylinder, and the like. Has been done. The pump input shaft 54 is connected to the motor output shaft of the inverter motor 24 via a key 67. The pump input shaft 54 is rotatably supported on the pump casing 51 by roller bearings 65 and 66. The rotor 58 is fixed to the pump input shaft 54 by spline connection, and rotates integrally. The rotor 58 functions as a cylinder block, and the plurality of pistons 57 reciprocate substantially in the axis X direction to pressurize the hydraulic oil. The hydraulic oil is sucked into each cylinder from the suction passage 55, and is discharged to the discharge passage 56 while rotating. One end of the piston 57 is connected to the shoe 62 with a spherical joint. With the rotation of the rotor 58, the shoe 62 slides on the smooth surface 53' of the swash plate while sliding. Each shoe 62 is held by a retainer.

図４に示すように、斜板５２は、ピボット軸６１（図３のＹ軸）回りに揺動する。斜板５２は円弧状の支持面５３を有している。支持面５３は、ポンプケーシング５１の図３の左側のポンプケーシング内側端部に摺接しながらＹ軸回りに揺動する。斜板５２の、ピボット軸６１回りの斜板５２の揺動は、ロッドリンク６３を介して、傾転駆動装置２２によって駆動される。斜板５２の、ピボット軸６１回りの揺動する角度、すなわち、斜板５２の傾転角αは、図４に示すように、Ｘ−Ｚ平面上に示される。（なお、図４は、斜板５２の傾転角αを分かり易く説明するための模式的な図面なので、図３とは一部一致しない部分がある。） As shown in FIG. 4, the swash plate 52 swings around the pivot shaft 61 (Y axis in FIG. 3). The swash plate 52 has an arcuate support surface 53. The support surface 53 swings around the Y axis while slidingly contacting the inner end of the pump casing 51 on the left side in FIG. 3 of the pump casing 51. The swing of the swash plate 52 around the pivot shaft 61 is driven by the tilt drive device 22 via the rod link 63. The swing angle of the swash plate 52 about the pivot shaft 61, that is, the tilt angle α of the swash plate 52 is shown on the XZ plane as shown in FIG. (Note that since FIG. 4 is a schematic view for easily explaining the tilt angle α of the swash plate 52, there are some portions that do not match FIG. 3.)

次に、斜板型ピストンポンプの作動について説明する。
斜板型ピストンポンプは、インバータモータ２４からの回転数制御と、傾転駆動装置２２によって駆動される斜板５２の傾転角α（pump tilting angle, swash plate inclination angle)の２変数で吐出流量Ｑが制御される。Next, the operation of the swash plate type piston pump will be described.
The swash plate type piston pump controls the rotation speed from the inverter motor 24 and the discharge flow rate with two variables of the tilt angle α (pump tilting angle, swash plate tilt angle) of the swash plate 52 driven by the tilt drive device 22. Q is controlled.

斜板５２の傾転角αの制御については、図２に示すように、電磁比例弁２１による傾転駆動装置２２のロッドリンク６３の位置制御によって行われる。斜板５２の傾転角αが設定されると、ロータ５８の回転に伴い斜板の傾斜面５３’に規制されて各ピストンのストロークが設定され、所定の吐出流量でメインシリンダ２等に作動油を送り出す。
図２の回路図では電磁比例弁２１をレギュレータとし、電気信号でポンプの傾転角αを指令してレギュレータを制御する方法を示しているが、ポンプ吐出流量が任意に制御可能であれば方法を問わない。また、本発明は、必ずしも、斜板型ピストンポンプに限定されるものではなく、可変吐出量型アキシャルピストンポンプその他であればよく、ポンプ型式によって多少の効率等に増減はある。The tilt angle α of the swash plate 52 is controlled by controlling the position of the rod link 63 of the tilt drive device 22 by the solenoid proportional valve 21, as shown in FIG. When the tilt angle α of the swash plate 52 is set, the stroke of each piston is set by the tilted surface 53′ of the swash plate as the rotor 58 rotates, and the main cylinder 2 and the like are operated at a predetermined discharge flow rate. Send out the oil.
In the circuit diagram of FIG. 2, the solenoid proportional valve 21 is used as a regulator, and a method of controlling the regulator by instructing the tilt angle α of the pump by an electric signal is shown. However, if the pump discharge flow rate can be arbitrarily controlled, the method is used. It doesn't matter. Further, the present invention is not necessarily limited to the swash plate type piston pump, but any variable discharge type axial piston pump or the like may be used, and the efficiency may be slightly increased or decreased depending on the pump type.

本発明は、押出プレス装置のメインラムの速度制御方法において、インバータモータ２４と可変吐出量型ピストンポンプの組合せにより、メインラム９の速度を制御する。押出プレス装置の仕様（ポンプ台数Ｎ、１台当たりのポンプ最大吐出量Ｑmax、メインラム速度制御用流量Ｑｖ、メインラムとサイドシリンダの合計面積Ａ、ラム速度ｖ）から、ポンプの傾転率Ｒａが、メインラム速度設定値に基づき求められる。
押出中のポンプ吐出量Ｑｖ＝ｖ×Ａ
ポンプの傾転率Ｒａ＝Ｑｖ／（Ｑmax×Ｎ）
以下、本発明における押出プレスの速度制御方法について、一例として、ポンプの傾転率Ｒａが略２分の１以下の時は、インバータ制御の回転数制御で回転数を２０〜３０％に落し、ポンプの傾転率Ｒａをポンプの吐出流量Ｑの減少分を補う傾転率Ｒａ１にして、ポンプ吐出流量Ｑを１．２５〜１．４３倍程上げる速度制御方法について述べる。The present invention controls the speed of the main ram 9 by the combination of the inverter motor 24 and the variable discharge type piston pump in the speed control method for the main ram of the extrusion press device. From the specifications of the extrusion press device (number of pumps N, maximum pump discharge amount Q max per unit, main ram speed control flow rate Q v , total area A of main ram and side cylinders A, ram speed v) The rate Ra is calculated based on the main ram speed set value.
Pump discharge rate during extrusion Q v =v×A
Pump tilt ratio Ra=Q v /(Q max ×N)
Hereinafter, regarding the speed control method of the extrusion press in the present invention, as an example, when the tilting ratio Ra of the pump is approximately ½ or less, the rotation speed is controlled to 20 to 30% by the rotation speed control of the inverter control, A speed control method for increasing the pump discharge flow rate Q by about 1.25 to 1.43 with the pump tilt rate Ra being the tilt rate Ra 1 that compensates for the decrease in the pump discharge flow rate Q will be described.

本発明に適用される用語の定義は、一般的なものであり、次のとおりである。
負荷率＝ポンプ軸入力Ｎ／モータの定格出力Ｗ
負荷率は、ポンプ吐出流量と圧力から算出されるポンプ軸入力Ｎを、モータの定格出力（モータ定格容量）Ｗで割った値（％）として定義される。負荷率は、インバータ効率には影響されない。（モータの出力軸は、ポンプ入力軸に直結している。）
モータ効率、インバータ効率は、入力エネルギから損失エネルギを引いたものを、入力エネルギで割った百分率として定義される。The definitions of terms applied to the present invention are general and are as follows.
Load factor = pump shaft input N / motor rated output W
The load factor is defined as a value (%) obtained by dividing the pump shaft input N calculated from the pump discharge flow rate and pressure by the rated output (motor rated capacity) W of the motor. The load factor is not affected by the inverter efficiency. (The motor output shaft is directly connected to the pump input shaft.)
Motor efficiency and inverter efficiency are defined as the percentage of input energy minus loss energy divided by input energy.

斜板型ピストンポンプの傾転率Ｒａ（relative swivel angle）は次のように定義される。
Ｒａ＝ｓｉｎα／（ｓｉｎαmax）
ここで、αは、斜板型ピストンポンプの傾転角、αmaxは個々の斜板型ピストンポンプに特有の最大傾転角である。最大傾転角は概ね２７度前後の数値であり、それぞれの斜板型ピストンポンプ毎に異なる。The tilt rate Ra (relative swivel angle) of the swash plate type piston pump is defined as follows.
Ra=sin α/(sin α max )
Here, α is the tilt angle of the swash plate type piston pump, and α max is the maximum tilt angle peculiar to each swash plate type piston pump. The maximum tilt angle is a value of about 27 degrees, which differs for each swash plate type piston pump.

ポンプ全体効率ηtは、ポンプ容積効率ηvとポンプ機械効率ηmを掛け合わしたものとして定義される。The overall pump efficiency η t is defined as the product of the pump volume efficiency η v and the pump mechanical efficiency η m .

ここで、ポンプ吐出流量の定格の略２分の１以下ということは、ポンプの傾転率Ｒａが５０％以下に相当することを意味する。 Here, the fact that the pump discharge flow rate is approximately one-half or less of the rating means that the pump tilt rate Ra corresponds to 50% or less.

図５にモータの回転数を変えたときの負荷率と、モータおよびインバータ効率との関係を示す。黒丸は、定格回転数に対する割合が１００％、白四角は９０％、黒三角は８０％、×印は７０％を示している。これを見るとモータ回転数が定格の７０％から１００％の間では、６０％以上の範囲の負荷率において、モータ効率およびインバータ効率は、あまり差がないことがわかる。これに対して、負荷率と、モータおよびインバータ効率の関係は、負荷率が６０％以上の範囲では、傾きは小さい値になっているが、負荷率が５０％以下の範囲では、傾きは大きい値になっている。そのため、モータ回転数が定格回転数の７０％から１００％の間では、モータ効率およびインバータ効率が、負荷率が５０％以下の範囲ではモータ回転数によって大きく影響を受けることがわかる。負荷率と、モータおよびインバータ効率の関係は、可変吐出量型アキシャルピストンポンプである場合、ポンプ型式によって多少の増減はあるものの、一般的に図５のような状態となる。 FIG. 5 shows the relationship between the load factor and the efficiency of the motor and the inverter when the rotation speed of the motor is changed. The black circles represent 100% of the rated speed, the white squares represent 90%, the black triangles represent 80%, and the crosses represent 70%. From this, it can be seen that when the motor speed is between 70% and 100% of the rating, there is not much difference between the motor efficiency and the inverter efficiency in the load factor of 60% or more. On the other hand, the relationship between the load factor and the motor and inverter efficiencies has a small slope in the load factor range of 60% or more, but has a large slope in the load factor range of 50% or less. It is a value. Therefore, it is understood that when the motor speed is between 70% and 100% of the rated speed, the motor efficiency and the inverter efficiency are greatly influenced by the motor speed when the load factor is 50% or less. In the case of a variable discharge type axial piston pump, the relationship between the load factor and the efficiency of the motor and the inverter is generally as shown in FIG. 5, although it may be slightly increased or decreased depending on the pump type.

図６に、ポンプの回転数を変えた時の傾転率（％）とポンプ全体効率との関係を示す。黒丸は、回転数が１８００ｒｐｍ、白四角は１５００ｒｐｍ、黒三角は１２００ｒｐｍ、×印は１０００ｒｐｍを示している。ポンプの回転数が１０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍの間ではポンプ全体効率の差はあまりない。しかしながら、傾転率に対するポンプ全体効率を見ると、ポンプの回転数が１０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍの間でいずれも、傾転率が５０％以下の範囲では、傾転率が５０％以上の範囲と比べて、傾転率に対するポンプ全体効率が大きく変化することがわかる。 FIG. 6 shows the relationship between the tilt rate (%) and the overall pump efficiency when the rotational speed of the pump is changed. The black circles indicate the number of revolutions of 1800 rpm, the white squares indicate 1500 rpm, the black triangles indicate 1200 rpm, and the crosses indicate 1000 rpm. There is not much difference in the overall efficiency of the pump when the rotation speed of the pump is between 1000 rpm and 1800 rpm. However, looking at the overall efficiency of the pump with respect to the tilt rate, when the rotation rate of the pump is between 1000 rpm and 1800 rpm, in the range where the tilt rate is 50% or less, compared with the range where the tilt rate is 50% or more. It can be seen that the overall pump efficiency greatly changes with respect to the tilt rate.

一般的に、モータの回転数と吐出流量とは比例し、傾転角α、すなわち傾転率Ｒａと、ポンプストロークは幾何学的には比例しており、傾転率と吐出流量は概ね比例する。モータの回転数を略２０％下げると、吐出流量が減る。したがって、同じ吐出流量を得るためには、回転数を下げる前の元の傾転率が例えば３０％であれば、傾転率を、元の傾転率に対して１００％−２０％の逆数で乗じた値にする必要がある。すなわち、３０％／（１．０−０．２）＝３７．５％に上げる必要がある。ここで、モータ回転数を下げた割合の２０％は、理解のために一例として挙げたものである。同様にして、モータの回転数を略３０％下げた場合では、傾転率を３０％／（１．０−０．３）＝４２．９％に上げる必要がある。 Generally, the rotational speed of the motor is proportional to the discharge flow rate, and the tilt angle α, that is, the tilt rate Ra is geometrically proportional to the pump stroke, and the tilt rate and the discharge flow rate are approximately proportional. To do. When the motor speed is reduced by about 20%, the discharge flow rate decreases. Therefore, in order to obtain the same discharge flow rate, if the original tilt rate before lowering the rotation speed is, for example, 30%, the tilt rate is a reciprocal of 100%-20% with respect to the original tilt rate. Must be multiplied by. That is, it is necessary to raise it to 30%/(1.0-0.2)=37.5%. Here, 20% of the rate at which the motor rotation speed is lowered is given as an example for understanding. Similarly, when the rotation speed of the motor is reduced by about 30%, it is necessary to raise the tilt rate to 30%/(1.0-0.3)=42.9%.

上記事例における本発明の効果を図７で示す。
モータの定格回転数を１８００ｒｐｍとする。一例として回転数を２０％削減すると、回転数は１４４０ｒｐｍとなる。回転数を３０％削減すると、回転数は１２６０ｒｐｍとなる。以下、モータ回転数１８００ｒｐｍの場合をｃａｓｅ１、モータ回転数が１４４０ｒｐｍの場合をｃａｓｅ２、モータ回転数が１２６０ｒｐｍの場合をｃａｓｅ３と呼ぶ。The effect of the present invention in the above case is shown in FIG.
The rated speed of the motor is 1800 rpm. As an example, if the rotation speed is reduced by 20%, the rotation speed becomes 1440 rpm. When the rotation speed is reduced by 30%, the rotation speed becomes 1260 rpm. Hereinafter, the case where the motor rotation speed is 1800 rpm is called case 1, the case where the motor rotation speed is 1440 rpm is called case 2, and the case where the motor rotation speed is 1260 rpm is called case 3.

図５、７において、負荷率５０％ところを見ると、モータおよびインバータ効率はｃａｓｅ１では、０．８８５であるのに対して、ｃａｓｅ２では０．８７５である。ｃａｓｅ３では０．８６である。
一方、図６、７において、ポンプ全体効率を見ると、ｃａｓｅ１では、モータ回転数１８００ｒｐｍ及び傾転率３０％のポンプ全体効率は０．７７２である。これに対して、回転数が１４４０ｒｐｍのｃａｓｅ２では、モータ回転数を２０％下げたのであるから、その回転数で、仮に傾転率を３０％から３７．５％（３０％／（１−０．２）＝３７．５％）に上げる（ポンプの吐出流量の減少分を補う傾転率をとればよい）。傾転率３７．５％（回転数１４４０ｒｐｍ）では、ｃａｓｅ２では、ポンプ全体効率は０．８１５である。ｃａｓｅ３（回転数１２６０ｒｐｍ、傾転率４２．９％）では、ポンプ全体効率は０．８３５である。When the load factor of 50% is seen in FIGS. 5 and 7, the motor and inverter efficiencies are 0.885 in case 1 and 0.875 in case 2. In case 3, it is 0.86.
On the other hand, looking at the overall pump efficiency in FIGS. 6 and 7, in case 1, the overall pump efficiency at a motor speed of 1800 rpm and a tilt rate of 30% is 0.772. On the other hand, in case 2 where the rotation speed is 1440 rpm, the motor rotation speed is reduced by 20%, and therefore, the tilt rate is temporarily changed from 30% to 37.5% (30%/(1-0 .2)=37.5%) (it is sufficient to take a tilt rate that compensates for the decrease in the discharge flow rate of the pump). At a tilt rate of 37.5% (rotation speed 1440 rpm), in case 2, the overall pump efficiency is 0.815. In case 3 (rotation speed 1260 rpm, tilt rate 42.9%), the overall pump efficiency is 0.835.

ここで、モータおよびインバータ効率と、ポンプ全体効率をかけあわせたモータ・ポンプ全効率をみると、ｃａｓｅ１では、０．８８５ｘ０．７７２＝０．６８３である。一方ｃａｓｅ２では０．８７５ｘ０．８１５＝０．７１３である。ｃａｓｅ３では０．８６ｘ０．８３５＝０．７１８である。すなわち、ｃａｓｅ２では０．７１３／０．６８３＝１．０４３８となり、ｃａｓｅ３では０．７１８／０．６８３＝１．０５１１となる。
ｃａｓｅ２、ｃａｓｅ３の方が、モータ・ポンプ全効率は、それぞれ４．４％、５．１％ほど効率が良くなっていることがわかる。Here, looking at the motor/pump total efficiency obtained by multiplying the motor/inverter efficiency and the pump overall efficiency, the case 1 is 0.885×0.772=0.683. On the other hand, in case 2, 0.875×0.815=0.713. In case 3, 0.86×0.835=0.718. That is, in case 2, 0.713/0.683=1.0438, and in case 3, 0.718/0.683=1.0511.
It can be seen that in case 2 and case 3, the motor/pump total efficiencies are 4.4% and 5.1%, respectively.

以上の事例では、ｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２、ｃａｓｅ３で説明したが、これに限定されるものではない。図７にみられるように、その他の負荷率における、モータ回転数１８００ｒｐｍの場合のｃａｓｅ１、モータ回転数が１４４０ｒｐｍの場合のｃａｓｅ２、モータ回転数が１２６０ｒｐｍの場合のｃａｓｅ３であっても、モータ・ポンプ全効率は同様の結果を得ることができる。モータ回転数の割合の低下を、２０〜３０％の範囲にし、その低下によるポンプ吐出流量（Ｑ）の減少分を補う傾転率の上昇割合を、１．２５〜１．４３倍であるようにするとモータ・ポンプ全効率の上昇が良好であるが、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。 In the above case, case 1, case 2, and case 3 have been described, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 7, in other load factors, even if the motor rotation speed is 1800 rpm, the case 1 is, the motor rotation speed is 1440 rpm, the case 2 is the motor rotation speed is 1260 rpm, the motor/pump Similar overall results can be obtained. The decrease rate of the motor rotation speed is set in the range of 20 to 30%, and the increase rate of the tilting rate that compensates for the decrease in the pump discharge flow rate (Q) due to the decrease is 1.25 to 1.43 times. When this is set, the total efficiency of the motor/pump is improved, but it is not necessarily limited to this range.

要するに、図５の負荷率と、モータおよびインバータ効率の関係をみると、モータ回転数が定格の７０％から１００％の間の効率の落ち込み幅は小さく、一方、図６の傾転率（％）とポンプ全体効率との関係にみると、傾転率が５０以下の範囲では、モータ回転数に係らず、傾転率の増加によるポンプ全体効率の上げ幅は大きい。本発明は、上述したように、モータおよびインバータ効率の特性、及び、傾転率（％）とポンプ全体効率との一般的特性をうまく活用して、モータ・ポンプ全効率を上昇させたものである。 In short, looking at the relationship between the load factor and the motor and inverter efficiencies in FIG. 5, there is only a small drop in efficiency when the motor speed is between 70% and 100% of the rated value, while the tilt rate (% ) And the overall pump efficiency, when the tilt rate is 50 or less, the increase in the pump overall efficiency due to the increase of the tilt rate is large regardless of the motor rotation speed. INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention makes good use of the characteristics of the motor and inverter efficiencies and the general characteristics of the tilt ratio (%) and the overall pump efficiency to increase the overall motor/pump efficiency. is there.

このように、本発明によれば、モータとポンプの総合的な効率が改善されるため、消費電力が削減される。これにより省エネルギを目指すことができる。また、押出プレスにおける、メインラム速度が小さい時、可変吐出量型ポンプの傾転角が小さくなって、ポンプ効率が下がり消費電力を多く要するという従来技術の問題を解決することができる。なお、同期型モータでは効率が上がってしまっているので、効果はほとんどない。 Thus, according to the present invention, the overall efficiency of the motor and pump is improved, thus reducing power consumption. This makes it possible to save energy. Further, when the main ram speed is low in the extrusion press, the tilt angle of the variable discharge type pump becomes small, the pump efficiency decreases, and a large amount of power consumption is required. In addition, since the efficiency is increased in the synchronous motor, there is almost no effect.

１ エンドプラテン
２ メインシリンダ
３ タイロッド
４ ダイス
５ コンテナ
６ ビレット
７ 押出ステム
８ メインクロスヘッド
９ メインラム
１０ サイドシリンダ
１３ コンテナシフトシリンダ
２１ 電磁比例弁
２２ 傾転駆動装置
２３ 位置センサー
２４ インバータモータ
２５ 可変吐出量型ポンプ
２６ 傾転駆動装置制御用ポンプ
２７ モータ
２８ アンプ1 End Platen 2 Main Cylinder 3 Tie Rod 4 Die 5 Container 6 Billet 7 Extrusion Stem 8 Main Cross Head 9 Main Ram 10 Side Cylinder 13 Container Shift Cylinder 21 Electromagnetic Proportional Valve 22 Tilt Drive Device 23 Position Sensor 24 Inverter Motor 25 Variable Discharge Rate Type pump 26 pump for tilt drive control 27 motor 28 amplifier

Claims (2)

ビレット（６）をダイス（４）に向けて、押出ステム（７）で押出成形する押出プレス装置における、押出ステム（７）に押出力を発生させるメインラム（９）の速度制御方法であって、
インバータ回路に接続した交流電磁誘導モータと、可変吐出型ピストンポンプの組合せにより前記メインラム（９）を油圧駆動して、前記メインラム（９）の速度を制御するステップと、
前記メインラム（９）のラム速度設定値により定まる前記ポンプの傾転率（Ｒａ）が２分の１以下の時は、前記インバータ回路により前記モータの回転数制御を行ってモータ回転数を所定割合だけ低下させるステップと、
前記ポンプの傾転率（Ｒａ）を、前記モータ回転数の所定割合の低下による、ポンプ吐出流量（Ｑ）の減少分を補う傾転率（Ｒａ１）にして、ポンプ吐出流量（Ｑ）を上昇させるステップと、
を具備することを特徴とする押出プレスの速度制御方法。 A method for controlling a speed of a main ram (9) for generating a pushing force on an extrusion stem (7) in an extrusion press device for extruding a billet (6) toward a die (4) by an extrusion stem (7). ,
Controlling the speed of the main ram (9) by hydraulically driving the main ram (9) by a combination of an AC electromagnetic induction motor connected to an inverter circuit and a variable discharge piston pump;
The main ram (9) when tilting the rolling rate of the pump determined by the ram speed setting value (Ra) is less than half of the predetermined motor speed by performing the rotation speed control of the motor by the inverter circuit A step to reduce it by a percentage,
Tilting rotation rate of the pump (Ra), by reduction of a predetermined proportion of the motor speed, inclination rolling rate to compensate for the decrease of the pump delivery rate (Q) in the (Ra 1), the pump delivery rate (Q) Steps to raise,
A method for controlling a speed of an extrusion press, comprising: 前記モータ回転数の所定割合の低下は、２０〜３０％であり、その低下によるポンプ吐出流量（Ｑ）の減少分を補う傾転率の上昇割合が、１．２５〜１．４３倍であることを特徴とする請求項１に記載の押出プレスの速度制御方法。 The decrease in the predetermined ratio of the motor rotation speed is 20 to 30%, and the increase ratio of the tilting rate to compensate for the decrease in the pump discharge flow rate (Q) due to the decrease is 1.25 to 1.43 times. The speed control method for an extrusion press according to claim 1, wherein:
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