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产品与设计 王超群·航空子午胎硫化机伺服液压系统中开合模控制的优化设计思路

3.2 开合模液压控制系统设计问题分析 平均开模时间 45 s，平均合模时间 73 s ；拆卸模具后
硫化机开合模动作因行程较大，在开合模过程中， 的平均开模时间 37 s，平均合模时间更是达到 105 s。
无论是上升、下降，尤其是下降过程，都存在速度和 硫化机开合模时间严重影响到生产效率的发挥，这种
加速度的变化。横梁刚开始下降时，油缸先慢速动作， 以付出设备效率的代价来解决设备问题的办法根本行
之后快速合模，在接近定型位置时，油缸又要减速， 不通。
然后到位停止，二次定型之后到合模完成时，合模油 （4）反复调整两平衡阀压力，因调节精度差，不
缸速度也很小，整个过程是一个 “ 慢 — 快 — 慢 — 能收到良好的实施效果。
停 — 慢 — 停 ” 的过程。硫化完毕启动开模动作，先 液压硫化机开合模动作通过液压控制系统实现上
慢速开模，再快速，在接近预定位置时，为防止冲击 横梁、上蒸汽室和上模一起上下运动，定位检测采用
需要减速慢行到达限位点，插销锁死，此过程是一个 右侧单边线性位移传感器（GEMCO 品牌）来控制。
“ 慢 — 快 — 慢 — 停 ” 的过程。 重新认真分析硫化机伺服液压系统原理 ：伺服驱动器
查询硫化机操作界面液压相关参数设置，系统输 控制伺服电机以设定的转速运行，在此过程中，转速
出不同的压力和流量与开合模动作变化、速度发生相 信号和压力信号反馈给驱动器，并进一步做出动态调
应变化有直接关系。认真观察硫化机抖动过程，发现 整。表面上看是有输出、有反馈、有调整，形成一定
横梁开始抖动时都是在系统压力和流量发生变化的时 意义上的闭环控制，但油缸执行的位移和速度才是闭
刻出现，一旦开始抖动，必须立即停止油缸动作，否 环控制的根本目的，而伺服电机驱动油泵的转速只是
则抖动不能自行消除。 与油缸速度成正比，一定压力的液压油到达开合模油
为解决开合模过程存在的问题，初步进行了调试： 缸，执行规定动作，至于执行情况如何，两侧速度是
（1）首先解决影响合模动作执行的问题，主要是： 否同步、位移是否一致，油缸执行的位移和速度没有
当活络模油缸在顶部极限位置，由于活络块自身重量 形成完整的反馈环节，更无法进一步控制到位，所以
造成的活塞杆发生位移，要重新设定活塞杆顶部极限 系统只能是半闭环控制状态。这种单边位移反馈的半
位移范围，适当增大。当活络模油缸在定型位置因胎 闭环控制，无法将两合模油缸位移和速度进行比较，
胚触碰造成活塞杆回缩，重新设定活络模油缸定型位 就会造成硫化机两侧油缸位移和速度都存在偏差。
背压，适当加大 0.5 MPa，并优化程序将通入活络模 针对横梁抖动的问题，结合现场实际发生的现象，
油缸上腔油压延时 2 s。通过以上的调整，硫化机合模 可以断定 ：横梁抖动的根源是两合模油缸不同步造成，
过程中因活络模油缸位置偏差造成的合模问题得以解 液压系统中平衡阀在同步回路中控制精度差，尤其是
决。 大行程合模油缸，压力、流量变化时，误差积累，两
（2）在程序中优化相关流量参数，开模过程中快、 缸动作速度、位移都不同步，横梁上升、下降受力不
慢速切换过程中，设置流量递增或递减阶梯点缓冲速 平衡，出现硫化机横梁抖动问题。
度冲击，缓解了抖动情况，但不能根除 ；合模过程中
伺服电机控制油泵输出的油液流量变化较大时，同样 4 开合模液压系统设计优化思路
通过在程序中设置中间流量过渡点缓冲变化速率，收 4.1 开合模油缸同步问题探讨
效不明显 ；在刚开始合模动作时，程序设定定量泵输 在硫化机伺服液压控制系统中，系统油压提供给
出流量从零递增到所需流量，会出现刚开始流量不足， 开合模控制回路中两个及以上的液压缸同时动作，会
油缸动作迟缓现象，横梁抖动问题没有从根本上得到 因为压力和流量的波动造成液压缸动作执行有偏差，
彻底解决。 这就需要采用同步回路进行控制。在液压系统中不同
（3）将开合模速度降低。调小给定的开合模油缸 的液压缸，其负载、摩擦阻力、泄漏、制造质量和结
的压力和流量，虽然横梁抖动轻微，但只是将问题掩 构变形都存在一定的差异，多采用速度同步保证其位
盖了。经估算，开合模油缸负载重达 10 t，直接增加 置同步。
开合模 Φ140 mm 油缸无杆腔油压 3 MPa 以上。硫化 本硫化机开合模液压系统采用单向顺序阀（平衡
机开、合模时间一般控制在 30 s 之内，硫化机是否安 阀）的控制回路，系统存在如下设计缺陷 ：
装模具，开合模时间差别较大，经实测 ：模具安装后 （1） 平衡阀 6 充当液压锁使用，电磁阀换向阀 5

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2019 第 45 卷 ·57·