伺服液压站用于混凝土砌块成型机的供油与节能控制

   2026-11-12 1
核心提示:混凝土砌块成型机需要通过液压系统驱动布料小车、模具和振动台等机构,不同工序对液压压力和流量的需求存在明显差异。传统恒速液压站在设备等待或保压期间仍可能持续输出油液,增加能源消耗和油液发热。德国ZENITH在940 HS多层混凝土砌块成型机中采用博世力士乐Sytronix变速液压动力单元,结合伺服电机、定量泵及比例阀技术,根据设备动作需求调节供油状态,改善成型设备的液压控制和运行效率。

混凝土砌块成型设备需要在较短时间内完成布料、振动、压实、脱模和转运等动作。虽然这些工序由不同机械机构执行,但不少关键动作需要依靠液压系统提供动力。

在实际生产中,布料小车快速移动时需要一定的液压流量,模具和其他机构保持工作位置时则可能需要较高压力,但流量需求相对较小。如果液压站始终以固定转速运行,就容易出现供油能力与实际负载需求不匹配的情况。

德国砌块设备制造商ZENITH Maschinenfabrik GmbH在开发新一代940 HS多层混凝土砌块成型机时,针对这一问题重新设计了液压动力系统。

根据博世力士乐2026年5月21日公布的客户案例,ZENITH与博世力士乐合作,将Sytronix变速液压动力单元引入940 HS设备,并与4WREE比例方向阀及相应液压执行机构配合,使供油方式能够根据不同加工阶段进行调整。

ZENITH的940系列是一种全自动移动式多层砌块成型设备,可用于生产铺路砖、砌墙砖、空心砌块及其他混凝土制品。官方资料显示,940 HS系列能够处理高度约40至1000毫米的不同规格砌块。

该设备采用多工位机械结构,需要将混凝土材料送入模具,再通过振动和相应机械作用完成成型。不同规格的产品使用不同的工艺参数,对设备的动作时间和液压输出也有不同要求。

此前,ZENITH 940系列采用两台径向柱塞泵构成液压供油系统,每台泵的额定流量为20升每分钟。

在原有结构中,泵组持续运行并提供液压动力。当设备的部分机构处于等待或保持状态时,液压系统并不一定需要全部输出流量,但恒速运行仍可能带来不必要的能量损失。

这些能量中的一部分转化为热量,使液压油温升高。设备因此需要通过冷却系统带走热量,以维持规定的液压油工作条件。

在新一代940 HS设备上,ZENITH采用了不同的供油结构。

博世力士乐Sytronix系统由伺服电机、液压泵及相应的电气驱动控制装置组成。项目采用伺服电机驱动定量泵,通过改变电机转速调节液压泵的实际输出流量。

与单纯依靠节流阀消耗多余流量的方式不同,变速液压站可以在液压动力产生阶段,根据工艺需要调整供油能力。

例如,当布料小车需要快速移动时,系统可以提高电机转速,向相应执行机构提供较大的液压流量;当设备进入保持压力或低速运行阶段时,则可以根据实际需求降低供油流量。

需要明确的是,液压压力并非仅由电机转速直接决定。

压力的形成与执行机构负载、液压回路状态和控制策略有关。Sytronix通过相应驱动控制及压力反馈,使泵组在不同工况下提供符合要求的压力和流量。

这种按需供油方式是此次改造的技术重点。

根据博世力士乐公开的项目数据,新系统采用一套额定流量40升每分钟的泵组,在提高运行转速的相应条件下,最大供油流量可达到80升每分钟,系统工作压力最高可达250bar。

这些数值属于ZENITH项目的实际液压系统配置,并不是所有Sytronix产品的统一技术参数。

从机械动作来看,940 HS液压动力系统需要服务多个执行机构,包括设备行走驱动、振动台、模具以及布料小车相关液压缸。

其中,布料小车的往复移动对动态响应具有一定要求。它需要在规定时间内将混凝土材料送入模具,再及时返回相应位置,为后续成型过程提供条件。

如果布料小车移动速度不足,或者液压系统换向响应迟缓,就可能延长单次成型周期。

因此,液压动力站虽然负责提供压力油,但整机的动态性能还需要与液压阀和执行机构共同考虑。

在940 HS项目中,ZENITH采用博世力士乐4WREE系列比例方向阀,对相应液压缸的油液流向和流量进行调节。

这类比例阀通过电气控制信号调节阀芯位置,使液压执行机构能够按照规定要求完成运动。与普通通断式换向阀相比,比例方向阀能够在相应工作范围内实现连续调节。

Sytronix负责提供所需液压动力,比例阀负责相应执行机构的流量分配与运动调节,两者共同影响成型设备的动作响应。

ZENITH在项目中重点改善了布料小车的运动控制。根据制造商公布的应用反馈,新液压方案提高了布料小车往复运动的响应速度,使相关动作能够更快完成。

但这种改善不是单独更换液压站就能够实现的结果,还与比例阀、液压缸、机械结构及控制参数有关。

新一代940 HS设备还需要兼顾原有模具的使用。

ZENITH在开发过程中希望保留原有940系列的基本机械尺寸,使部分既有模具仍可继续使用。对于砌块生产企业,这可以减少因设备更新而必须同步更换全部模具的情况。

因此,新的液压系统需要在原有机械结构允许的范围内提供更高的动态性能,而不是依靠大幅增加设备尺寸来实现动作速度提升。

在能源消耗方面,ZENITH公布了改造前后的运行对比。

根据博世力士乐客户案例,新液压系统的基础功率需求约为10kW,相比上一代940 Speed & Comfort设备的相应液压驱动条件降低约50%。

厂商同时介绍,新设备的整体液压控制方案能够在提高运行速度的同时减少能源损失。

这一结果与原有恒速泵组、液压负载及实际运行工况有关。不能将项目中的50%能源改善直接理解为任何混凝土设备安装伺服液压站后,都能降低相同比例的总用电量。

液压动力站的节能效果,需要结合设备动作周期进行评价。

如果设备大部分时间都需要高流量、高压力连续运行,变速控制能够减少的多余供油可能相对有限;如果设备存在较多等待、保压和低负荷运行阶段,按需供油则可能具有更明显的应用价值。

此外,变速液压系统还需要合理设置压力控制和转速变化参数,避免因控制不当而影响执行机构的动作稳定性。

940 HS项目中的另一项变化,是液压动力站的机械维护结构得到优化。

根据官方资料,新泵组采用水平安装方式,布置在油箱上方,便于维修人员接近泵体和相关连接部件。

对于粉尘较多的混凝土制品生产环境,液压设备的维护便利性具有实际意义。生产现场可能存在水泥粉尘、骨料颗粒及其他污染物,如果维护过程中缺少必要防护,外部污染物可能进入液压系统。

因此,设备维护不仅需要关注泵和电机的运行状态,还需要控制液压油清洁度。

博世力士乐在项目中提出采用3微米等级的过滤方案,以满足相应液压控制元件对油液清洁度的要求。

需要注意,过滤器标称精度并不等于液压油在任何情况下都能够达到规定清洁等级。实际过滤效果还取决于过滤器结构、系统污染负荷、油液循环方式及维护状态。

对于比例方向阀和其他精密液压元件,油液污染可能影响阀芯运动,造成动作响应异常。

如果布料小车出现速度变化、换向不稳定或动作迟缓,维护人员需要分别检查液压动力站输出、比例阀控制信号、过滤器状态以及机械负载。

不能仅根据某个机构动作变慢,就直接认定伺服电机或者液压泵已经发生故障。

在控制系统方面,Sytronix能够根据相应设定值调节泵组运行状态,使液压动力供应与机器的实际动作需求保持协调。

ZENITH项目采用数字化控制方式管理相关压力和转速设定。操作人员可通过设备人机界面选择工艺配方,并查看部分液压控制状态。

不过,博世力士乐公开的客户案例没有披露Sytronix与整机PLC之间的完整通信协议、驱动器订货号和全部控制程序。因此,不能自行认定该项目采用某一种特定现场总线或完整驱动器型号。

940 HS项目反映出,现代混凝土砌块成型机的液压系统已经不只是持续提供压力油的动力装置。

通过变速伺服驱动、定量泵和比例方向阀的协调,设备能够在快速动作阶段提供所需流量,在低负荷阶段减少不必要的能源消耗,并根据工艺要求调整不同执行机构的运行状态。

对于采用多液压缸、多工序循环的砌块设备,伺服液压站的实际价值主要体现在供油能力与负载需求的匹配。

但整机性能仍取决于液压站、控制阀、液压缸、机械结构及工艺参数之间的配合。实际选型时,应根据最大工作压力、峰值流量、持续负载、油液温度和运行周期进行系统设计,而不能只依据电机功率或液压泵的最大流量确定方案。

ZENITH 940 HS的实际应用为工业成型设备的液压系统升级提供了参考,也说明了按需供油技术在多工序、间歇运行的工业机械中具有明确的工程应用空间。

 


 
 
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