知识点：液压机 液压机的市场及后市场现状简述 在2010～2014年间，我国金属成形机床每年的总产量都在22万台以上，仅液压机的产量每年有3万台左右。经过“黄金十年”的发展，液压机社会保有量超过30万台。社会保有机床绝大多数是普通液压控制机床即普通三相异步电动机驱动定量或变量油泵，开关阀控制油路，少量机床用到比例阀和比例泵的调速方式。使用伺服电机进行调速、调压、定位的新机床比例非常低。传统液压机的装机功率大，传动效率低，液压油需求量大，加工周期长，机床待机时间长，无功损耗大。如果能够在提高传动效率、缩短加工周期、减少无功消耗、减少液压油使用、降低液压油温度和延长运动部件寿命等方面进行革新，那么距离实现“绿色制造”目标会迈进一大步。对于市场存量
知识点：液压机
液压机的市场及后市场现状简述
在2010～2014年间，我国金属成形机床每年的总产量都在22万台以上，仅液压机的产量每年有3万台左右。经过“黄金十年”的发展，液压机社会保有量超过30万台。社会保有机床绝大多数是普通液压控制机床即普通三相异步电动机驱动定量或变量油泵，开关阀控制油路，少量机床用到比例阀和比例泵的调速方式。使用伺服电机进行调速、调压、定位的新机床比例非常低。传统液压机的装机功率大，传动效率低，液压油需求量大，加工周期长，机床待机时间长，无功损耗大。如果能够在提高传动效率、缩短加工周期、减少无功消耗、减少液压油使用、降低液压油温度和延长运动部件寿命等方面进行革新，那么距离实现“绿色制造”目标会迈进一大步。对于市场存量30万台的液压机床，如果也能进行节能化改造和升级，那么“绿色再制造”将会提供十分巨大的后市场。
在液压机上使用电液伺服混合驱动技术可以获得一举三得的效益。首先，伺服成形机床为用户提升了效率、节约了大量的电费、获得了更高的产品质量，而且带来的经济效益是持续的；其次，在日益饱和的机床制造市场创造了新的消费热点，为机床产业链提供了新的发展机会，使得机床制造商、伺服系统制造商、数控系统及其他功能部件供应商共同获利；最后，对于社会，一方面使国内成形机床转型升级，技术接近国际一流水平、能耗达到国际同等水平，另一方面，大幅提高了能源利用率，大幅减少了碳排放量的同时还振兴了成形机床制造业，社会效益巨大。
液压机行业绿色发展的主要难点
制约液压机绿色发展的主要因素有以下几点：
⑴企业创新意识和能力的限制。中国经济经过快速发展阶段，市场需求巨大，制造企业习惯于批量制造机床，对于技术、专业要求高的产品很少去深入研究。在激烈的市场同质化竞争中往往希望以价格取胜。结果是产量越来越大，利润越来越少。在新常态经济环境下，面临人才缺乏、资金缺乏，无力开发技术含量高的产品。
⑵新技术主动推广能力限制。制造企业普遍经营状况差，销售和市场推广力度弱，销售人员素质偏低，对新技术不了解，等待客户提出明确需求。故而即使企业开发出节能产品也很难主动推向市场。
⑶系统化配套能力限制。液压机发展到现在，已经不仅仅是一台加工母机，可能是一台智能加工岛，也可能是智能生产线中的一环。对于一个复杂系统，需要多项技术支撑，能够提供高水平系统集成技术的供应商比较少。
⑷转型、升级政策扶植力度不够的限制。目前国内对液压机的绿色制造和技术改造缺乏支持政策，无法真正调动企业的积极性，市场引导虽会持续，但过程较长。
液压机节能改造的案例及效果分析
电液混合驱动技术简介
电液混合驱动技术是以交流伺服系统的调速特性来调节系统各阶段的压力、流量输出，并可以进行位置精确控制，几乎没有无功损耗，同时还可以省去冷却装置，实现按需供能，从而提高系统能源利用率。电液混合驱动技术主要包含两种，一种是伺服电机与单向定量泵组合（Servo Variable Speed Pump，简称SVP），如图1所示；另外一种是伺服电机与双向泵组合（Double Servo Variable Speed Pump，简称DSVP），如图2所示。目前，在液压机行业中，由于出色的节能效果及其他优势，电液混合驱动技术得到了企业的广泛认可。
图1 SVP系统液压图
图2 DSVP系统液压图
节能原理分析
普通液压机通常以三相异步电机驱动定量或变量泵，通过节流阀和压力阀来控制压力、流量输出，实现压机运行动作。采用电液混合驱动技术的伺服液压机则是依靠SVP系统进行压力、流量双闭环调节，实现按需供能，另外对于高精度液压机，则是通过DSVP系统进行位置、压力、流量三环控制，实现节能的同时还能确保高精度定位。
液压机工作的时序是：待料→滑块下行→加压→保压→滑块上行→液压顶出等。普通液压机定量泵系统按照系统最大压力及最大流量来确定功率，恒功率泵系统以工况确定最大功率。电机的转速都是恒定的。实际加工中机床的工艺流转、上下料时间远大于加工时间，甚至高达到5：1，这意味着大部分时间机床处于待机状态，电机空运转，无功消耗巨大，另外液压机在保压阶段，需要的供油量较小，几乎所有的液压油通过溢流阀流回油箱，产生大量的热量，造成能源浪费。油温迅速升高，导致油液黏度下降，系统面临失效风险。因此，一般情况下机床还会配备冷却系统，从而也造成一定能源浪费。
相比于普通液压机，使用电液混合驱动技术的液压机在待料阶段，电机处于待机状态，几乎无耗能。滑块下行，快下、工进、保压等工况下，伺服则分别处于低压高速、高速高压、高压低速阶段，均有较大节能空间。尤其在保压阶段，由于伺服的调节特性，电机几乎以零转速维持，大大减小耗能，整个运行周期能耗都得到极大的降低。两种驱动方式油压机能耗对比情况，如图3所示。
图3 油压机工艺耗能情况
除良好的节能效果外，电液混合驱动型液压机还具有以下多方面优势：
⑴油温温升。由于无功消耗非常少，从而油温温升得到较大下降，可省去冷却装置同时整个油箱体积及液压油都可减少，从而减低制造成本。
⑵生产效率。由于永磁同步伺服电机的快速响应特性，从零至额定转速小于20ms，从而缩短生产成形周期。
⑶运行噪音。伺服无极调速结合多种流量加减速曲线，可有效减少噪音5～10dB。
⑷电网冲击。传统异步电机的星型启动方式，启动瞬间电流可达额定值的5～7倍，对电网冲击较大。而伺服电机可通过参数设置软启动，以减小对电网的冲击。
⑸定位精度。由于DSVP系统具有位置闭环，从而极大的提高了系统定位精度。
⑹压力精度。伺服系统压力调节周期为100us，确保压力稳态精度小于±0.5bar。
电液混合驱动液压机应用案例
⑴315t普通型与电液混合驱动伺服液压机测试对比。
与某压机生产厂商合作，对其标配电液混合驱动315t油压机工艺工况进行测试采集数据。普通液压机配备22kw异步电机和63cc/r恒功率柱塞泵，伺服液压机配备埃斯顿ProNet系列22kW永磁同步伺服电机及驱动器和50cc/r内啮合齿轮泵。
经埃斯顿监控软件Esview实时监测，电液混合驱动型伺服压机压力精度高，流量平滑，且在保压及待料时能耗极低。采集压力传感器的反馈，通过比例压力阀保压时，保压压力会有10bar的过冲。而通过伺服泵保压，压力过冲情况基本得到抑制，并且保压时，压力波动很小可以维持在±0.5bar以内。在压力精度要求较高的场合，泵保压的方式比阀保压方式压力精度更高。
从测试结果来看，配备电液混合驱动伺服型油压机在能耗、油温、生产效率及噪音方面都有明显优势，如表1所示。
⑵1000t薄板拉伸液压机节能改造。
与某汽车生产公司合作，对其生产线液压机设备进行电液伺服节能改造。改造机型为一台1000t薄板拉伸液压机，如图4所示。主泵电机总装机功率210kW，油泵为3台160cc/r、1台107cc/r恒功率变量泵，只对电机进行了改造，采用埃斯顿永磁同步伺服电机。经埃斯顿监控软件Esview采集电流变化，用互感式电度表实测耗电量，对比未改造的同型号加工同样工件机床耗电量。测试比对结果见表3。
图4 1000t薄板拉伸液压机
由表2数据来看，相同工艺节拍下伺服液压机在耗电量和油液温升方面均明显优于普通机床。如果该台液压机以每天工作16小时，每年250个工作日来计算，那么其每年节电约为144000度，以0.85元/kW·h计算，每年可节省电费122400元。该生产线由5台机床组成，每年可节约电费60余万元。
液压机智能化发展方向
《中国制造2025》指明了中国工业未来的发展方向，制造业将由粗放型向定制化、智能化、绿色化及网络化方向转型升级。规模企业以其强大的技术及人才实力发展液压机成套工艺设备及周边设备自动化，从而为制造企业提供定制化及智能化生产线解决方案。液压机的伺服化是单机智能化的前提条件，单机智能化是智能生产线和智能工厂的必要条件。单机智能化则需要使用伺服系统和数控系统再辅以工业以太网或互联网，实现作业计划远程下达、加工和质量数据远程传输等，形成车间物联网。数控系统不但有自动编程、前馈控制、模糊控制、自学习控制、工艺参数自动生成、运动参数动态补偿等智能化功能，并有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功能更趋于完善。埃斯顿为客户定制的智能冲压生产线，如图5所示。
图5 埃斯顿为客户定制的智能冲压生产线
在智能化工厂，机器之间相互关联，多台伺服液压机与机器人等周边自动化设备组成智能生产线。依靠信息物理系统实现人机交互接口和物理进程的交互。客户可通过APP在线下订单，并通过大数据分析及企业协同层把需求下发至中间执行层处理。可实现实时资料搜集与传输功能、高效能计算机与分析预测功能、远程监控与诊断功能及模拟功能等。采用“智能化”制造技术，可以追踪每种零件的来源，可以快速确认及解决任何可能产生的质量缺陷和安全问题。
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