成形工艺以其生产效率高、材料浪费少和产品质量高等优点,在制造业中得到越来越广泛的应用。作为成形工艺的实施主体之一,液压成形装备具有公称压力大、功率密度高和自动化程度高等特点,但随之带来的是自重大、运行过程能耗高和能量转换效率低的问题。在能源短缺的背景下,发展液压成形装备的节能控制,对于实现国家的可持续发展具有重要意义。液压成形装备的高能耗主要来源于驱动系统装机功率与负载需求功率的不匹配以及重力势能的浪费严重。通过回顾上述问题的国内外研究现状,我们发现液压成形装备的高能效研究依然面临以下挑战:1.驱动系统为实现最大的功率需求而设计,虽然通过调整其输出可以实现与负载功率的匹配,但驱动系统的输出效率会随着工作点的偏移而降低。如何在能量匹配的过程中兼顾驱动单元本身的能量效率?2.如何解决成形过程中因辅助动作时间长,带来的管路和阀组损耗严重的问题?3.通过对活动横梁下降过程中的重力势能进行回收、存储和再利用,可实现能量的再生,但是在存储和再利用过程中存在着二次能量转换。如何减少势能再生过程中二次能量效率带来的损耗?针对上述亟待解决的关键问题,结合液压成形装备在生产线加工中的广泛应用场景,本文利用数字液压的理念,从液压回路和驱动系统分时共享的角度出发,提出了能量服务化的高效运行方法。将能量作为一种服务提供给各需求的装备用于完成成形任务,并研究了能量服务化系统配置方法、控制策略和任务协调与优化等关键技术。并且根据控制过程中执行部件的动作特点,对装备的运行节拍和驱动系统的组成进行协同优化,达到进一步的节能效果。为液压成形装备的节能高效运行,尤其是批量化多工位生产和连续的生产线加工方式,提供了系统级的节能方案,具有重要的实践意义。论文的研究共分为八章内容:第一章:介绍了液压成形装备节能研究的背景及其必要性,通过回顾液压成形装备和系统的国内外研究工作,发现当前研究中存在的关键问题。最后,阐述了本文的主要研究内容、组织框架及意义。第二章:在分析液压成形装备各部件在成形过程中能量传递和耗散行为的基础上,提出能量服务化的高效运行方法,建立工作过程中各单元的能量流模型。探讨了成形装备运行过程中电能的测量方法及其精度和可靠性,搭建能耗测量系统与状态监控平台,获取成形装备运行过程中的各个状态参数,为提升装备的能效水平奠定基础。第三章:根据液压成形装备动作的功率需求,对能量服务化液压成形装备的系统进行配置。设计多个额定功率不同的子驱动系统组成驱动系统,配置多子驱动系统、多执行部件方案的阀阵和各执行部件子回路,并对各动作的时长进行调整、各子驱动系统进行匹配设计,提升了驱动系统的匹配程度。工作过程中每个子驱动系统只驱动功率需求接近的动作,将不同执行部件功率接近的动作在时间上交错排布。随着各执行部件成形过程的连续进行,实现驱动系统对多执行部件能量供应的服务化。第四章:面向能量服务化液压成形装备,提出了执行部件的动作位置和时长的复合协调控制策略。工作循环中连续不间断被驱动的成形动作采用位置控制的模式,对于其他可能存在间断的辅助动作采用时长控制的模式。提出误差调整方案,对成形动作中可能出现的误差进行调整。搭建能量服务化原型系统,验证了控制策略和误差调整方案的有效性。第五章:为了减少能量服务化系统输入任务的负载波动,降低服务化驱动系统的设计难度,面向小型成形装备,提出了一种双执行部件液压成形装备任务协调技术。将两个执行部件集成到单台液压成形装备上,共同使用驱动系统,并进行节拍协调,实现双执行部件的同时工作。通过减少平均到每个动作中阀组和管路的损耗以及驱动系统损耗的方式,提升液压装备的工作效率,提升任务负载的稳定性,并通过实验进行了验证。第六章:将应用于小型成形装备的双执行部件系统,扩展并应用于大型液压成形装备,对其成形任务进行优化。将两执行部件负载进行合并,使用同一驱动系统,并将其中一执行部件过剩的能量输出为另一执行部件提供能量,减少任务负载的波动。对执行部件的动作进行协调,以减少驱动系统的空闲时间。应用于大型液压成形装备的能量互通方法,不仅可以直接使用执行部件滑块的重力势能,减少因能量存储和再利用产生的能量损耗,而且进一步提升任务负载的稳定性。第七章:对能量服务化液压成形装备的共享驱动系统的组成和工作过程中的调度方案进行优化,提出了面向多执行部件的共享驱动系统的多目标优化策略。通过改变驱动单元中电机泵的组合,产生不同的子驱动系统的配置方案和调度策略。通过评估和对比不同策略下的完工时长和工艺能量消耗,得到双目标均衡的驱动系统配置方案,以达到更好的节能效果,进一步发挥多执行部件共享驱动系统的优势。搭建液压成形装备能量服务化方法的信息物理交互的集成应用平台,分析任务优化前后的能量服务化系统的运行过程,显示出较好的应用前景。第八章:总结本文的主要研究工作,形成研究结论,归纳文章的创新点,对液压成形装备及其工艺过程的后续研究进行展望。