JP2010144840A

JP2010144840A - 押出プレス

Info

Publication number: JP2010144840A
Application number: JP2008323028A
Authority: JP
Inventors: Takeji Yamamoto; 武治山本; Yukio Emoto; 幸男江本; Osamu Haruta; 治春田
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】本発明は、押出動作における各シリンダの減速時及び圧力降下時の油圧エネルギーを回収して再利用することで、パイロット圧力や低圧で駆動されるシリンダラインへ圧油を供給する補助ポンプを駆動する電力の消費を削減して、エネルギー消費量の少ない押出プレスを提供することにある。
【解決手段】サイドシリンダ後退、シャーシリンダ上昇及びコンテナシリンダ前進の各動作における減速時と押出終了後のメインラム降圧時に、アキュムレータと前記各シリンダ及びメインラムとの管路に設けた電磁弁を開き前記各シリンダの減速動作時及びメインラム降圧時に得られる油圧エネルギーを回収して前記アキュムレータに蓄圧するとともに、前記アキュムレータの圧力を検出し、該検出した圧力が所定の圧力よりも低い場合には油圧ポンプを駆動して油圧エネルギーを前記アキュムレータに蓄圧するようにしてエネルギー消費量を削減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー消費量を抑えた押出プレスに関し、特に、減速動作時及び圧力降下時の油圧エネルギーを回収して再利用することで省エネルギー効果を高くする押出プレスに関する。

一般に、金属材料、例えば、アルミニウム又はその合金材料などによる押出材（ビレット）を押出プレスにより押出す場合、油圧シリンダで駆動されるメインラムの先端部にはステムが取付けられており、ダイスにコンテナを押付けた状態で、ビレットをステムでコンテナ内に収納する。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、ビレットがステムにて押圧される。そこで、ダイスの出口部から、成形された製品が押出される。

この従来型の押出プレスでは、並列に接続された複数台の可変容量型の油圧ポンプから押出プレスの各油圧シリンダに高圧油を供給して作動させている。そして、例えば、メインラムを駆動するメインシリンダへの圧油の供給は、ステムの作動速度設定器で設定された設定値に基づいて必要油量を求め、その必要油量が可変容量型油圧ポンプ１台分の最大吐出量以下の場合は、可変容量型油圧ポンプ１台を駆動して同ポンプからの吐出油によって必要油量を供給するように流量制御するとともに、残りの可変容量型油圧ポンプをアンロードさせる。また、必要油量が可変容量型油圧ポンプ１台乃至数台分の可変容量型油圧ポンプより多いときは、最大吐出状態又はそれに近い値で駆動した１台乃至複数台の可変容量型油圧ポンプからの吐出油と、その不足分を補うように可変吐出状態で駆動した１台の可変容量型油圧ポンプからの吐出油とによって必要油量を供給するように流量制御するとともに、残りの可変容量型油圧ポンプをアンロードさせることで、省エネルギー効果を高めている。（特許文献１参照）

ところで、従来型の押出プレスでは前述した主ポンプとなる複数台の可変容量型油圧ポンプの他に、可変容量型油圧ポンプに設けられた各ポンプの傾転角を変更して流量制御をおこなうレギュレータ、油圧操作弁のパイロット圧力の供給や低圧で駆動されるシリンダラインへ圧油を供給する複数の補助ポンプを有している。
そして、前記パイロット圧力等を供給する補助ポンプは、押出プレスが運転状態にある場合に常時所定の圧力及び流量を供給し続けるように駆動され、非押出状態であるアイドル時間中であっても、補助ポンプから常に一定の一次圧力が負荷され、無駄に電力を消費していた。

また、前述した従来型の押出プレスでは、シリンダの減速作動時における油圧のブレーキエネルギーやメインシリンダ降圧時の圧油エネルギーは電磁弁を介してタンクに直接還流され、圧油エネルギーを回収して再利用する回路は有していなかった。
特開平５−２８７７７４号公報

本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、その目的は、押出動作における各シリンダの減速時及び圧力降下時の油圧エネルギーを回収して再利用することで、パイロット圧力や低圧で駆動されるシリンダラインへ圧油を供給する補助ポンプを駆動する電力の消費を削減して、エネルギー消費量の少ない押出プレスを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の押出プレスは、サイドシリンダ後退、シャーシリンダ上昇及びコンテナシリンダ前進の各動作における減速時と押出終了後のメインラム降圧時に、アキュムレータと前記各シリンダ及びメインラムとの管路に設けた電磁弁を開き前記各シリンダの減速動作時及びメインラム降圧時に得られる油圧エネルギーを回収して前記アキュムレータに蓄圧するとともに、前記アキュムレータの圧力を検出し、該検出した圧力が所定の圧力よりも低い場合には油圧ポンプを駆動して油圧エネルギーを前記アキュムレータに蓄圧する、パイロット及び補助動作の作動用油圧源を備えたことを特徴としている。

本発明に係る押出プレスでは、サイドシリンダ後退、シャーシリンダ上昇及びコンテナシリンダ前進の各動作における減速時と押出終了後のメインラム降圧時に、タンクに戻される圧油をアキュムレータに蓄圧し、アキュムレータの圧力が所定の圧力より低い場合に油圧ポンプを駆動してアキュムレータに蓄圧してパイロット及び補助動作ラインに圧油を供給することにしたので、従来のように押出動作中に連続して油圧ポンプを運転することがなくなる。これにより、油圧ポンプの駆動時間を短縮することができ、エネルギー消費量の少ない押出プレスを得ることができる。

以下に、本発明の押出プレスの実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は実施形態に係る押出プレスの油圧回路図である。図に示す１０Ａ、１０Ｂは主ポンプである可変容量型油圧ポンプ、１１Ａ、１１Ｂは主ポンプを駆動する電動機であり、主ポンプは並列に配され吐出油が合流する回路構成とされる。２０Ａ〜２０Ｃは電磁弁で切換え操作により主シリンダ５１に、２１Ａ〜２１Ｅは電磁弁で切換え操作によりサイドシリンダ５２Ａ、５２Ｂに、２２Ａ〜２２Ｅは電磁弁で切換え操作によりコンテナシリンダ５３Ａ、５３Ｂに、２３Ａ〜２３Ｅは電磁弁で切換え操作によりシャーシリンダ５４にそれぞれ接続され圧油を給排する。
符号５６は、プレフィルバルブであり主シリンダ５１とタンクの間に設けられており、電磁弁５７の切換え操作により開閉される。

図に示す１２はパイロット及び補助動作ラインに圧油を供給する可変容量型の補助ポンプであり、１３は補助ポンプを駆動する電動機であり、パイロット及び補助動作の作動用油圧源を構成する。３１は回収した油圧エネルギー及び補助ポンプから供給される圧油を蓄圧するアキュムレータ、３２は圧力計、３３はアキュムレータ３１の圧力を検出する圧力検出器である。
１５Ａ、１５Ｂは主ポンプ１０Ａ、１０Ｂの吐出量調整手段で、制御信号とアキュムレータ３１から供給されたパイロット圧により補助ポンプの傾転角度を調整する。
２５Ａ〜２５Ｄは逆止弁であり、油圧エネルギーの回収時においてアキュムレータ３１から各シリンダへの圧油の逆流を防止する。
各電磁弁のパイロット圧力としてＰ２が、可変容量型油圧ポンプ１０Ａ、１０Ｂの吐出量調整手段１５Ａ、１５Ｂにはパイロット圧力としてＰ１が供給される。

次に、図１により圧油エネルギーの回収動作について説明する。本発明においては押出完了後のメインシリンダ５１の降圧エネルギー及びサイドシリンダ５２Ａ、５２Ｂ後退時、コンテナシリンダ５３Ａ、５３Ｂ前進時、シャーシリンダ５４上昇時それぞれの慣性エネルギーを回収することとした。

先ず、押出完了後のメインシリンダ５１の降圧エネルギーの回収について説明する。押出操作は、主ポンプ１０Ａ、１０Ｂから供給される所定の押出速度に設定された油量が電磁弁２０Ａのソレノイドを励磁することでメインシリンダ５１に送り込まれ、メインラムの前進とともに製品が押し出され、押出の完了の時点では、メインシリンダ５１内の圧力は、製品の負荷に相当する圧力が作用している。押出の完了後、電磁弁２０Ａのソレノイドを消磁し、次いで電磁弁２０Cのソレノイドを励磁することで、メインシリンダ５１とアキュムレータ３１の回路が接続される。それによりメインシリンダ５１内に蓄圧された油圧エネルギーは逆止弁２５Ａを介してアキュムレータ３１へ蓄圧され、そして、アキュムレータ３１への供給に伴ってメインシリンダ５１内の圧力も低下する。圧力低下によるメインシリンダ５１からアキュムレータ３１へのエネルギー供給の停止は、図示しないメインシリンダ５１の所定の圧力を検出すること又は電磁弁２０Cのソレノイドを励磁から予め設定された所定の時間を計時の後に電磁弁２０Cのソレノイドを消磁することで行なう。次いで、電磁弁２０Ｂのソレノイドを励磁してメインシリンダ５１内の残圧を降圧することで後退動作に備える。

メインシリンダ５１からアキュムレータ３１に供給できる容積δＶ（ｃｍ^３）は、シリンダの容積とその圧力により決定される。その容積は、以下の（１）式により表すことができる。
δＶ＝δＰ×Ｖ×１０^−３／（Ｋ’／１０００）・・・・・・・（１）
［但し、δＰ：押出終了時の圧力とアキュムレータ蓄圧基準圧との差圧（ＭＰａ）
Ｖ：加圧前の押出終了時におけるメインシリンダ体積（ｃｍ^３）
Ｋ’：見かけの体積弾性係数（ＭＰａ）］
上記において見かけの体積弾性係数としたのは、体積弾性係数を空気の混入率により補正したことによる。
例えば、（１）式を用いδＰ＝８（ＭＰａ）、Ｖ＝２２６５３９０（ｃｍ^３）、Ｋ’＝１１２８（ＭＰａ）とした場合、アキュムレータ３１に１６．１リットルの圧油をエネルギーとして回収することができる。

次に、サイドシリンダ５２Ａ、５２Ｂ後退時における圧油エネルギーの回収について説明する。押出の完了の後にサイドシリンダ５２Ａ、５２Ｂを操作してメインラムを後退させる。この後退動作は、電磁弁２１Ａのソレノイドと電磁弁２１Ｄのソレノイドを励磁することで回路が接続されることで行なわれる。所定の後退減速位置を検出し、電磁弁２１Ｄのソレノイドを消磁すると共に電磁弁２１Ｅのソレノイドを励磁することで、サイドシリンダ５２Ａ、５２Ｂのヘッド側とアキュムレータ３１との回路が接続され、押出後退動作の慣性エネルギーが圧油エネルギーとして逆止弁２５Ｂを介してアキュムレータ３１へ蓄圧される。エネルギーの回収は所定の減速ストロークを検出することで完了し、以降、電磁弁２１Ａのソレノイドを励磁した状態で、電磁弁２１Ｄのソレノイドを励磁すると共に電磁弁２１Ｅのソレノイドを消磁して後退動作を継続、所定の停止位置で停止をする。電磁弁２１Ｃ及び電磁弁２１Ｂは押出動作の回路を構成し、それぞれのソレノイドを励磁することでサイドシリンダ５２Ａ、５２Ｂは前進する。

コンテナシリンダ５３Ａ、５３Ｂ前進動作は、電磁弁２２Ａ及び２２Ｄのソレノイドを励磁することにより行なわれる。コンテナが前進してダイスに当接する直前の所定の位置で減速動作に切り替える。減速時に、電磁弁２２Ａのソレノイドを励磁した状態で電磁弁２２Ｄのソレノイドを消磁するとともに電磁弁２２Ｅを励磁することで、コンテナシリンダ５３Ａ、５３Ｂのヘッド側とアキュムレータ３１との回路が接続され、コンテナシリンダ前進動作の慣性エネルギーが圧油エネルギーとして逆止弁２５Ｃを介してアキュムレータ３１へ蓄圧される。コンテナが前進完了し停止する直前の位置を検出することでアキュムレータ３１への蓄圧を終了する。以降、電磁弁２２Ａのソレノイドを励磁した状態で電磁弁２２Ｅのソレノイドを消磁するとともに電磁弁２２Ｄを再び励磁することでコンテナの前進動作は完了する。
電磁弁２２Ｃ及び電磁弁２２Ｂはコンテナシリンダ５３Ａ、５３Ｂの後退動作の回路を構成し、それぞれのソレノイドを励磁することでコンテナシリンダ５３Ａ、５３Ｂは前進する。

さらに、シャーシリンダ５４上昇時における慣性エネルギーの回収について説明する。押出終了後にシャーが下降してディスカードを切断する。シャーシリンダ５４の下降は、電磁弁２３Ｃ及び電磁弁２３Ｂのソレノイドを励磁することで回路構成され動作する。シャーシリンダ５４の上昇は、電磁弁２３Ａのソレノイドを励磁することでシリンダのロッド側に圧油を供給し、電磁弁２３Ｄのソレノイドを励磁することによりヘッド側の油がタンクへ還流されることで行なわれる。シャーシリンダ５４の上昇完了前の所定の位置で減速動作に切り換える。減速動作は、電磁弁２３Ａのソレノイドを励磁した状態で電磁弁２３Ｄを消磁するとともに電磁弁２３Ｅを励磁することで行なわれる。減速動作において、電磁弁２３Ｅを励磁することでシャーシリンダ５４のヘッド側とアキュムレータ３１との回路が接続され、シャーシリンダ上昇動作の慣性エネルギーが圧油エネルギーとして逆止弁２５Ｄを介してアキュムレータ３１へ蓄圧される。所定の減速ストロークを移動した後、電磁弁２３Ａのソレノイドは励磁したまま電磁弁２３Ｅのソレノイドを消磁と電磁弁２３Ｄを励磁することでシャーシリンダ５４は上昇端まで移動して停止する。

前述した各シリンダの慣性エネルギーは、慣性負荷圧力Ｐ（ＭＰａ）として以下の（２）式により表すことができる。
Ｐ＝（Ｗ＋Ｆ）×ｖ^２／２×９８０×Ａ×Ｓ・・・・・・・（２）
［但し、Ｗ：荷重（Ｎ）
Ｆ：シリンダ出力（Ｎ）
ｖ：シリンダの移動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）
Ａ：シリンダ面積（ｃｍ^２）
Ｓ：減速ストローク（ｍｍ）］
そして、（２）式で得られた慣性圧力Ｐとアキュムレータの基準圧力Ｐ１との差圧δＰ及び減速ストローク容積を（１）式に代入することでアキュムレータに回収できる容積が算出される。例えば、Ｗ＝１５６９０６、Ｆ＝６９３１８３、ｖ＝３４０、Ａ＝１４１３、Ｓ＝４の場合、慣性負荷圧力Ｐは８．８６で、０．５７リットルの圧油をエネルギーとして回収することができる。

図２は、工程時間と回収エネルギーとの関係を説明する図面である。図２において縦軸はアキュムレータに蓄圧される圧力を、横軸は工程の時間を表している。
図２によるとアキュムレータ３１の基準圧力（最低補償圧力）はＰａｃｃに設定されており、斜線で示す範囲がサイドシリンダ後退、シャーシリンダ上昇、コンテナシリンダ前進の各減速動作に伴う慣性エネルギー及びメインシリンダの降圧エネルギーがアキュムレータに回収されて蓄圧されていることを示し、ライン圧力が低下する押し出し工程において補助ポンプを制御して所定の基準圧力（最低補償圧力）Ｐａｃｃをアキュムレータに蓄圧して一定の圧力に維持した状態を示している。
図２において回収されアキュムレータに蓄圧された圧力が低下するのはプレスの作動に伴って圧油が消費されることによる。
そして、押出工程ではエネルギーの回収が無く、プレフィルバルブ５６の操作や主ポンプである可変容量型油圧ポンプの傾転角を制御して流量制御等で圧油が消費されることによるものである。

本発明の形態において、パイロット及び補助動作ラインに圧油を供給する可変容量型の補助ポンプの駆動を電動機による駆動としたが、補助ポンプの駆動にサーボモータを用い必要油量及び圧力が確保できるように回転数可変制御を用いた構成であってよい。
また、主ポンプの構成は１台であっても、２台以上の複数台数の押出プレスにおいて適応する。さらに、本発明は、コンテナのフロント若しくはリアにビレットを供給するショートストローク型の押出プレスや従来型の押出プレスにも適用できる。特に、メインシリンダ容積の大きな従来型の押出プレスにあってはエネルギーの回収が大きく、省エネルギーの効果も大きい。これは、降圧エネルギーがメインシリンダの容積に比例することによる。
なお、本発明におけるエネルギー回収動作時の減速は、各シリンダに供給する流量の制御によらず、アキュムレータへの還流に伴って発生する背圧のブレーキ作用によるものとする。

以上説明したように、本発明ではシリンダの減速動作における慣性エネルギー及びメインシリンダの降圧エネルギーを回収してアキュムレータに蓄圧して再利用する構成とした。これにより、回収したエネルギーを再利用する動作の間は主ポンプの制御用パイロットなどを供給する補助ポンプの動作時間を削減することができ、エネルギー消費を少なくした押出プレスを提供することができた。
さらには、

本発明の押出プレスの油圧回路を説明する図面である。本発明の押出プレスの工程時間と回収エネルギーとの関係を説明する図面である。従来の押出プレスの油圧回路を説明する図面である。

符号の説明

１２補助ポンプ
１３電動機
２０Ａ〜２０Ｃ電磁弁
２１Ａ〜２１Ｅ電磁弁
２２Ａ〜２２Ｅ電磁弁
２３Ａ〜２３Ｅ電磁弁
３１アキュムレータ
３３圧力検出器
５１メインシリンダ
５２Ａ、５２Ｂサイドシリンダ
５３Ａ，５３Ｂコンテナシリンダ
５４シャーシリンダ

Claims

サイドシリンダ後退、シャーシリンダ上昇及びコンテナシリンダ前進の各動作における減速時と押出終了後のメインラム降圧時に、アキュムレータと前記各シリンダ及びメインラムとの管路に設けた電磁弁を開き前記各シリンダの減速動作時及びメインラム降圧時に得られる油圧エネルギーを回収して前記アキュムレータに蓄圧するとともに、前記アキュムレータの圧力を検出し、
該検出した圧力が所定の圧力よりも低い場合には油圧ポンプを駆動して油圧エネルギーを前記アキュムレータに蓄圧する、パイロット及び補助動作の作動用油圧源を備えたことを特徴とする押出プレス。