10MN／16MN数控高性能拉深液压机液压系统研究.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 0 1 3 0 2 0 0 2 0 0 3 1 0 MN／ 1 6 MN 数 控 高性 能 拉 深 液压 机 液 压 系统研 究 叶臻 ，王 晋 抚 1 ． 扬州捷迈锻 压机 械 有 限公 司， 江苏扬州 2 2 5 1 2 7 ； 2 ． 扬 州 工 业 职 业技 术 学 院 ， 江 苏扬 州2 2 5 0 0 0 摘 要 介绍 了提高 双动 拉深液压 机 高性 能 的关键 液压 技术 。 分析 了影 响液压机 快速平 稳运行 和压 边滑块 四角调 平 的原 因， 并对其 液压 回路分 别进 行 了研 究。解决 了双 动液压机 速度 慢和精 度低 等技术难 题 ， 有效提 高 了生 产 频 率 和 综 合 性 能 。 关键 词 液压 传 动与控 制 ； 液压 机 ； 液压 系统 ； 研 究 ； 高性 能 中 图 分 类 号 T G3 1 5 ． 4 文 献 标 识 码 A 1前 言 随着 我 国国 民经 济 的快速发 展 和人 民生活水 平 的不 断提 高 ，作 为交 通工 具 的汽 车 和各种 日用 不锈 钢制 品走 进千 家万户 ， 市场 需求 量 日趋 增大 ， 更 换周 期越 来越 短 。 在满 足多 品种小 批量 生产 的 同时 ， 对大 型 汽车覆 盖件 和不 锈钢制 品件 的质量 、成形 精 度和 生产 效率 提 出了更 高的要 求 。双 动液 压机是 大 型金 属 薄板拉 深和 塑性材 料压 制成形 的液 压设 备 ，由于 具有 压力 、 行程 和速 度等工 艺参 数 的设 定 和调 整 ， 能 够 实现对 复杂 形状 工件 、不对称 工件 和高 强度 材料 工 件 的成 形 ， 广 泛用 于汽 车 、 船舶 、 航 空航 天 、 交 通运 输 和能 源设备 等制 造行业 ，应 用前 景十分 广 阔 。因 基金项 目 江苏省科技 成果转化项 目 B A2 0 0 8 0 8 7 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 7 作者简介 叶臻 1 9 8 1 一 ， 男 ， 工程 师， 从 事锻压 机械装备及液压 系 统研究 -4- 此 ， 研制实 用性 强 、 速 度快和成 形精度 高 的双 动液压 机 已成为装 备 制造业 发展 的一 个重要 环 节 ，而保证 这些 性能 实现 的关键 在于液压 控制 系统 的研究 。根 据 市 场 需 求 和赶 超 世 界 液 压 机 先 进 技 术 水平 的 理 念 ，我公 司研 制 了 1 6 MN／ 1 0 MN大 型数 控 双动 薄 板 拉 深液压 机 ， 以此推 动 国内液压机 行业 的发展 。 现 对 该设 备液 压系 统 的关 键技术 作如下 探讨 ，以供 读 者 参 考 。 2主 要 技 术 性 能 的 设 计 参 数 ① 合 模 力 1 6 0 0 0 k N； ② 拉 深 力 1 0 0 0 0 k N； ③ 压 边 力 6 0 0 0 k N； ④液 压垫 力 4 0 0 0 k N； ⑤ 工 作 台尺 寸 4 5 0 0 mmx 2 5 0 0 mm； ⑥ 滑 块 快 下 及 回 程 速 度 6 0 0 mm／ s ； ⑦ 滑 块 工 作 速 度 3 0 ～ 5 0 mm ／ s ； ⑧ 位 置 精 度 0 ． 0 3 mm； ⑨压力 精度 O ． 5 ％； ⑩ 具有 四角调压 功能 。 3液 压 系统 快 速 化 技 术 研 究 Di s c us s i o n a b o ut s e l e c t i o n o f pr e s s i n wh e e l s p o ke p r o d uc t i o n l i ne X U Shaog uo T e c h n i c a l c e n t e r ， S h a n g h a i Ba o S t e e l Wh e e l Co ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 0 9 4 1 ， C h i n a A b s t r a c t Ai mi n g a t s e l e c t i n g t h e o p t i m a l pr e s s f o r wh e e l s p o k e s t a mp i n g p r o d uc t i o n l i n e ， t he hy d r a ul i c pr e s s me c ha n i c a l p r e s s h a v e b e e n c o mp a r e d a n d a na l y z e d i n de t a i l f r o m s p o k e p r o c e s s ， c a p a c i t y， e n e r g y c o n s u mpt i o n ， c o s t ，o p e r a t i 0 n ＆ ma i n t e n a ne e ，e n v i r o n m e nt a n d o t h e r a s pe c t s ．I t i s h o p e d t o p r o v i d e r e f e r e n c e a n d a i d s for ct i on o f pr e s s i n t he whee l s poke pr oduc t i on l i ne． K e ywo r d s S t e e l wh e e l ； W he e l s po ke l i n e；H y d r a u l i c p r e s ；M e c h a n i c a l pr e s s ；Ef f i c i e n c y；En e g Y。 。 “ “mP t Cos t 由于普通 液压 机存 在工作 台面小 、 运行 速度 慢 、 生产 效率低 的缺点 ， 严重 制约 着产 能增加 ， 所 以提高 液压 机整个 周 期 中的运行 速度 、 缩 短运行 辅 助 时间 、 加大 设备 应用 范 围和提 高 自动化水 平 是解 决 目前生 产效 率低 的有 效途 径 。 3 ． 1 滑 块 空载快 速下 行 和快速 回程 充排 液技术 充液 阀是 液压 机液 压 系统 中常见 的一 种液 控单 向 阀 ， 主 要 用 于 液 压 机 活 塞 油 缸 无 杆 腔 或 柱 塞 油 缸 内腔 的快 速充 液 和排液 ， 目的是减 少泵 的设 计 流量 ， 获得 较快 的空 载下 行速 度 ，从 而 提高设 备 的工 作效 率 。 当滑块靠 自重快 速下行 时 ， 油缸 内腔形 成一 定 的 负压 ， 充 液 阀通过 自吸将 主锥 阀芯打 开 ， 油 箱 内大量 油 液注 入油缸 内腔 。 当滑 块快 速 回程时 ， 控制 油 口的 低 压油 先打开 充液 阀里 的预 卸 阀芯进行 卸 压 ，然后 打 开主 阀芯使 油缸 内腔 油液 快速 排 回油箱 。 1 6 MN ／ 1 0 MN液压 机 拉深 滑块 为 三缸 驱动 ， 空程 快速 下行 速度 为 6 0 0 mm／ s 。按 1 ． 5 n 】 ／ s的 吸油流 速计 算 时 ， 主缸 充 液流 量 为 8 8 6 2 mi n， 所需 的充 液 阀通 径 需要 o 3 5 0 mm。为 了达 到快 速充 液效果 ， 自主研 发 了一种 通 径 大 通径 o 3 5 0 mm 、 工作 压力 高 最 大 工 作 压 力 31 ． 5 MP a 、 充 液 流 量 大 2 ． O m／ s流 速 时 充 液 流量 为 1 1 6 0 0 mi n 的充液 阀 。在 研发 过程 中 ， 对 关 键 零件 进行 了优 化设计 ，同时对 其材 料 和热处 理 工 艺 作 了深入 研究 。 通 过多 次实 验 ， 检测 的数据 符合 技 术 要求 ， 实 现 了超大 流量 的快速 低压 充液 功 能 ， 并 具 有 开启 压力低 ， 自吸性 能好 ； 流道 设计 通 畅 ， 流 阻小 ； 控 制压 力低 ， 复位 可靠 等特 点 ， 彻 底解 决 了大 容腔 油 缸 快速 充液 和排 液 的难 题 。 另 一方 面 ， 由于 主缸油 液 自吸充 分 ， 大大缩 短 了压制 工作 时 的升压 时 间。 充 液 阀结构 如 图 1所 示 。 3 ． 2滑块 快 速转慢 速 的液压 稳态 技术 由 于 大 台 面 的 双 动 液 压 机 滑 块 、油 缸 活 塞 和 模 具 等零 部件 重量 大 ， 下 行速 度快 ， 导 致运 动部 件 的惯 性 大 ， 在快 速 下 行 转 减 速 工 进 时 产 生 很 大 的 冲击 ， 如 何 解 决 6 0 0 m s的 快 速 运 行 的 平 顺 刹 车 是 液 压 控 制 系 统 的 重 点 问题 。通 过 对 液 压 控 制 系 统 的反 复研 究 ， 采 用 节 流 调 速 控 制 大 通 径 快 速 排 油 插 装 阀 控 制 腔 的 油 液 流量 ， 有 效 控制 插 件 A X 1 -r 图 1充液阀结构示 意图 1 ．壳体2 ．控制 活塞3 ． 截止型主阀芯 4 ．截止型先导阀芯5 ， 6 ． 压缩弹簧 的启 闭特性 ，从 而实 现大流 量到零 流 量过 渡时插 件 的快速 和平 稳关 闭 ，减 小 了快转慢 时液 压 系统 的冲 击 力度 ， 降低 了设 备 的振动程 度 。 液 压原 理如 图 2所 示 。 实 现过程 为 滑块快 速下 行 时 2 YA3 、 2 YA4得 电 ， 主缸 下 腔快 速 排液 ， 当滑块 行 程 检测装 置 发讯 时 2 YA3断 电 ，滑块 由空 程 快下 速 度 转 入 工 作 压 制 速 度 。 由 于 单 向 节 流 阀 与 插 件 2 C 4控 制 腔相通 ，可调节 节 流 阀的开 口大小 来 实现 对 插 件 的关 闭速 度 控 制 ， 同 时 ， 插 件 2 C 4上 开 有 节 流槽 ， 使插 件启 闭过程 中流 量变 化均匀 ， 减 小 了快转 慢 时 产生 的液压 冲击 。另一 方面 ， 通过调 节插 件 2 C 4 控 制 盖板上 节流 调节 杆来控 制插 件开 口大 小 ，从而 有 效 控制滑 块快 下速 度 ，避 免 主缸上 腔 吸空 出现滑 块加压停 顿现象 。 当插 件 2 C 4快速 关 闭后 ，油液 通 过插件 2 C 3背压下行 ， 先 导溢流 阀为工作 压制 时的下 腔支撑 阀 ， 可根据具体情 况调节到合适 的支撑压力 。 图 2 快速转慢速的液压稳态 回路 3 ． 3主缸卸 压 时间与 防 冲击 的液 压技术 大 型 液 压 机 在 压 制 行 程 结 束 或 进 入 保 压 状 态 后 ， 油缸 和机 身储存 了相 当大 的弹性 势 能 油 液压 缩 和 机架 的弹性 变形所 产 生 的能量 。 若 滑块 突然转 入 回程 ， 势 必产 生很大 的液 压 冲击 ， 从 而造成 设备 和 管 路 的剧烈 振 动 ，降低 了系统 的安全 可靠 性和 系统 的 寿命 。 而且 过度 延长卸 压 时间会 增加周 期 ， 降低设 备 的生产效 率 。因此 ， 随着 液压 系统 的高速 化发展 ， 对 液 压系统 的卸 荷 时间与 冲击进 行 了深入研 究 ，全 面 提 高该 系列液 压机 的综合 性能 和技术 水平 。 该 液压 机 的卸压 与 冲击 液 压 回路 如 图 3所 示 。 该 回路包 括两 部分 功能 ， 即保 压和快 速卸 压功 能 。 从 图中可 以看 出 ， 当 电磁 阀 2 YA5和 3 YA6断 电 时 ， 插 装 阀 2 C 6和充 液 阀均 处 于关 闭状 态 ， 主缸 上腔 进 行 图3 卸压与防冲击液压回路 腔 一 一 u F 一 、、 L 一 事 保压 。当主缸 进行 卸压 时 ， 电磁 阀 2 YA5得 电 ， 插装 阀 2 C 6开启 ， 其 开 口量 大小 可通 过 调节 螺杆 进 行 调 节 ， 从 而可 控制卸 压 的快 慢 ， 当主缸 压力 降到 压力传 感器所 设定 值或 达到延 时继 电器所 设时 间时 ，电磁 阀 3 YA6得 电 ， 充 液 阀控制 活塞 被开 启 ， 对 主缸 上 腔 进行 充分 卸荷 ， 从 而减 少 了卸 荷 时的液压 冲击 。 对 于 不 同的充液 阀 ， 由于控 制活 塞的直径 与行 程不 同 ， 所 以其 腔 内容积不 同 ， 因此 ， 将 减压 阀 3 F 1的压 力和节 流 阀 3 F 2的流 量匹 配好也是 减少 冲击 和缩短 卸压 时 间 的关 键 点 。 4压 边 滑 块 四角 调 压 技 术 该 设备 压边滑 块采用 的四角调 压技术 是一 项 国 内领先 技术 ， 由于 能使滑块 各 点受力 较均匀 ， 具 有抗 偏载 、 调 平精 度 高 、 泄 压 时间短 等 优 异性 能 ， 使 得该 设 备适 合高 精密零 件 的成 形工 艺 ，可避免 在成 形过 程 中压 边滑块 出现 偏载 和不 同步 的情 况 ，从 而 有效 提高精 密零 件在成 形过程 中的精度 。其 四角调压 的 工作原 理为 对工 件进行 压边 时 ， 压边 滑块 的 四角均 安装一 个相 同 吨位 的液 压油缸 ，通 过 电液 比例 调压 系统单 独控 制其压 力 ，压 力 值 由压力 传感 器测 量并 换算成 实 际压边力 ，然后 将 实际总 压边力 数据 传到 P L C控 制器 ， 由 P L C控 制器 对实 际 总压边 力 和 预设 理论 总压边 力 曲线 进行 闭环调 整 。其 四角 调压 液压 原 理 如 图 4所 示 。 通 过该 技术 的运用 ，双动 液压 机在拉 深压 边过 程 中 ，液压机 在偏 载 的情 况下使 压边 滑块周 边 压力 平衡 工作 ， 其 调 平精 度达 0 ． 0 5 ram 以 内 ， 提高 了工 件 的 成 形 精 度 。 5结 论 通 过 对 大 型高 性 能 拉 深 液 压 机 液 压 系统 的研 究 ， 结合 实 际工作 需 要 ， 顺利 完 成 了 1 0 MN／ 1 6 MN双 缸 4 缸 3 缸 2 缸 1 图 4 四角凋压液压原理图 动液压 机 的试 制工作 ， 并成 功交 付用户 使用 。 该设 备 很 好地解 决 了液压 系统 中诸 多技 术难题 ，对 速度 控 制 、 压力 控制 和精度调 整等关 键液 压技 术进行 研究 ， 最 终确定 了合 理 的液 压控制 方案 ，并对 液压 系统 元 件 进行 了精心选 择 。 实 现 了压机 整个 液压 系统快 速 、 平稳 、 可靠 地运 行 ， 并 大大缩 短 了设 备 的运行周 期 时 间 ， 减轻 了冲击 与振动 力度 ， 提高 了工作 效率 和设 备 寿命 ， 改善 了工 人 的工 作环境 ， 同时也增 强 了企 业 在 同行 业 中的产 品竞争 力 。 【 参 考文献 】 [ 1 】 俞新陆． 液压机[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 8 4 ． [ 2 ] 天津 锻压 机床厂． 中小型液压机设计计算 [ M1 ． 天津 天津 人民出 版社 ， 1 9 6 7 ． 【 3 J3 雷天觉．新编液压工程手册[ M] E 京 北京理工大学出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 4 】 叶臻 ， 王晋抚 ．液压系统故障的预 防方法清洗法 [ J l_ 锻压装 备与制造技术， 2 0 1 1 ， 4 6 4 4 9 5 1 ． 【 5 】 李南， 高永梅， 等． 液压机卸压冲击的研究[ J 1 ． 新技术新工艺， 2 0 0 9， 4 4 4 ． [ 6 】 王秋敏 ， 李晓莉 ．大型液压机的主缸液压系统设计改进四． 现代制 造技术与装备 ， 2 0 0 8 ， 2 ． St u dy o n hy d r a ul i c s y s t e m o f 1 0 M N／ 1 6 M N hi g h p e r f o r ma n c e d e e p- dr a wi n g hy d r au l i c p r e s s YE Zhe n ， W ANG J i n f u 1 ． Ya n g z h o u J F MMRI Me t a l f o r mi n g Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， Ya n g z h o u 2 2 5 1 2 7 ， J i a n g s u Ch i n a ； 1 2 2 5 0 0 0 ， J i a n g s u C h i n a e e p d r a wi n g h y d r a u l i c p r e s s h a s b e e n g o f h y d r a u l i c p r e s s a n d f o u r c o r n e r s c l o o p s h a v e b e e n s t u d i e d ．F i n a l l y ， t h e d r a u l i c p r e s s h a v e b e e n s o l v e d ， wh i c h ；Hy d r a u l i c t e c h n o l o g y；Hi g h s p e e d；