400kJ全液压模锻锤的液压系统设计.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e Ms ／ No ． 0 8 ． 2 0 1 4 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 8 ． 0 0 6 4 0 0 k J全液压模锻锤的液压系统设计 曹 清 ， 雷步芳 ， 李永 堂 ， 何 忠奎 1 ． 太原科技大学 ， 山西 太原0 3 0 0 2 4； 2宇通客车 ， 河南 郑州4 5 0 0 6 1 摘要 根据全液压模锻锤结构形式及其工况 的要求 ， 设计 了一种 用于 4 0 0 k J全液压模锻锤 的液压系统。其主功能主要包括泵站供 油 回路 、 打击 回程 回路 、 寸动对模控制 回路 、 安全保护 回路 、 冷却过滤回路等。为满足打击时系统大流量的需求 ， 采用 1 4个轴 向柱塞 泵联 合供油 为实现上锤 头快速下行 ， 打击 回路采 用插 装阀差动连接 控制液压缸 ， 锤 身上跳则依靠 与上锤 头相连的长连杆带动联通缸 柱塞 来实现 工作缸的下腔直接与蓄能器连接 ， 既能在打击时吸收多余的能量防止液压冲击 ， 又能在 回程 时实 现锤 头快速 回程 ， 减 少闷模时 间． 延长模 具寿命 。 关键词 4 0 0 k J ； 全液压模锻锤 ； 液压系统 ； 锤身微动 ； 插装 阀 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 8 0 0 1 5 0 3 De s i g n o f Hy d r a u hc S y s t e m f o r t he W h o l e Hy d r a u l i c Di e F o r g i ng M a c h i n e C A O Q i n g 1 ， L E I B u - f a n g ， L I Y o n g - t a n g a ， H E Z h o n g - k u i 1 ． T a i y u a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4， Ch i n a ； 2 ． Y u t o n g B u s C o ． ， L t d ． ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 6 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e s t r u c t u r e a n d c o n d i t i o n s o f t h e w h o l e h y d r a u l i c d i e f o r g i n g h a mme r ， t h e h y d r a u l i c s y s t e m h a s b e e n d e s i g n e d f o r 4 0 0 K J F u l l - h y d r a u l i c d i e f o r g i n g ma c h i n e ．Th e ma i n f u n c t i o n c o n s i s t o f p u mp i n g o i l c i r c u i t ， h i t a n d r e t u r n l o o p ，J o g for m o l d ，s e c u ri t y p r o t e c t i o n a n d C o o l i n g and fi l t e ri n g ．I n o r d e r t o me e t l a r g e fl o w for h i t t i n g ，1 4 A x i al P i s t o n P u m p s a r e j o i n t e d for o i l i n g ． T h e c y l i n d e r i s c o n t r o l l e d b y d i f f e r e n t i a l c o n t r o l o f fl u i d c y l i n d e r b a s e d o n p l u g - i n v alv e d ri v i n g t h e u p p e r r a m d o wn wa r d q u i c k l y ， s t ri k i n g w i t h t h e s ma l l u p s t r o k e h a mme r b o d y ． An a c c u mu l a t o r i s d i r e c t - c o n n e c t e d t o t h e s u b- c a v i t y o f t h e c y l i n d e r ， w h i c h n o t o n l y a b s o r b e x c e s s e n e r g y p r e v e n t i n g h y d r a u l i c s h o c k ， b u t a l s o r e t u r n t h e u p p e r r a m f a s t ， r e d u c i n g t i me o f d i e c l o s u r e ， e x t e n d i n g l i f e o f mo l d ． Ke y wo r d s 4 0 0 k J ； t h e wh o l e h y d r a u l i c d i e f o r g i n g； h y d r a u l i c s y s t e m s ma l l u p - s t r o k e h a mme r b o d y； p l u g i n v a l v e 1 4 0 0 k J 全液压模锻锤及其工作原理 4 0 0 k J全液压模锻锤是 由太 原科 技大学 自主研究 设计 的一款新型的液模锻锤 。该锤打击能量为 4 0 0 k J ． 属 于大 吨 位 的液 压 模 锻锤 ； 采 用纯 液 压 驱 动 ， 与 液气 驱 动相比，完全没有液气互串的问题 ；采用 U型锤身 ， X 型导轨 ， 上锤头在锤身内导向实 现对击 ， 导 向精度 高 ． 有利于锻件精度的提高 采用独特 的液压联动方式 ， 既 充分利用 了上锤头的能量 ．又不需要专门设立联动液 压 系 统 ， 避免 因专 门设 置 液 压 系 统线 路 的泄漏 问题 采 用锤身微动式结构 ， 锤身上跳量仅有 1 5 0 mm． 既能避免 对地基的振动又能方便操作 这是砧座式和等速对击 式都无法媲美 的。结构示意如 图 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 3 1 作者简介 曹 清 1 9 8 7 一 ， 女 ， 广西玉林人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向 锻压设 备理论及控 制。 1 一 _T作缸2 一 机架3 一 上锤头 7 一 导轨8 一 中间缸柱塞 4 一 长连杆5 一 模具6 一 U型锤 身 9 一 侧缸柱塞 1 O 一 联通缸 图 1 4 0 0 k J全液压模锻锤结构示意图 打击时 ， 工作缸在液压系统 的作用下快速下行 ， 推 动上锤头快速下行 ．同时通过长连杆推动联通缸 中的 液 压油推动锤 身 向上跳 与快速下行 的上锤 头实现对 1 5 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 0 8期 击 。 回程 时 ， 上 锤 头 由双 作 用 的工 作 缸 带 回 ， 下 锤 头 则 依靠其 自身 的重力势能及其下方的弹簧 的合作用力缓 慢 回程。其基本参数如表 1 所示 。 表 1 4 0 0 k J全 液压模锻锤基本 2 液压 系统 的设计及 工作 原理 该锻锤打击能量为4 0 0 k J ， 驱动原理为纯液压驱动 ， 液压联动 ， 需要液压系统满足主油路高压 、 大流量 ， 控 制油路反应速度灵敏等要求 。因此系统打击油路采用 插装阀差动连接回路。打击速度为 5 m ／ s ， 回程则不需要 如此大的速度。模锻锤大多有油闷模时间长 ， 模具寿命 短等缺点。为了克服这些缺点 。 本系统设计专门的回程 油 路 。 在工作缸的下 腔直接连接蓄能器 ， 打击结束 后 ， 电磁 阀换向 ． 工作缸上腔接通油箱 ， 上锤头就可以迅速 回程。此外 ． 在锻模安装调试过程中还需要锻锤具有寸 动对模功能 液压系统原理图如图 2所示 。 整个液压系统由打击 回程控制油路 、寸动控制油 路 、 安全保 护油路 、 泵站高压供油油路 、 冷却过滤油路 及蓄能器组成 整个系统主油路采用的是插装阀集成 技术 。 具有 主油路流量大满足打击能量大的要求 ； 控制 油路从蓄能器引出 。 具有控制流量小 、 控制稳定 、 结构 紧凑、 反应速度灵敏等特点。打击 回路采用差动连接控 制液压缸上腔 ． 具有打击速度大的特点。工作缸的下腔 1 6 直 接 连 接 蓄 能器 ， 打 击 时 ， 液压 系统 瞬 时 压 力 增 大 ， 蓄 能器 可 以吸 收这 部分 能量 回程 时差 动 回路 换 向 ， 工 作 缸上腔接通油箱 ， 上锤头迅速 回程 ， 系统具有闷模时间 短的特点 ． 同时工作缸 的上端还设有缓冲装置 ． 锻模打 开后 ， 液压缸缓 冲装置启动 ． 上锤头减速上行 ， 避免 了 对机架的冲击 单独设立 的寸动对模 回路 ， 以满足调试 锻模时寸动对模锤头缓慢下行 ． 时停时走的要求 。安全 保护油路 的设计是考虑锻锤在工作过程中如果出现故 障． 系统压力超过安全保护油路油压 。 对系统 的一个安 全保护作用 冷却过滤回路是对液压油油温控制和杂 质 的过滤 ， 确保系统正常工作 。 泵站采用 l 4个斜轴式柱塞泵联合供油 ．每个泵出 V I 处都安装有 由插装阀改装的单 向阀． 防止逆流。每个 泵都带有插装阀改装的卸荷 回路 ． 当系统不需要那么多 油时 ． 启动卸荷回路 ， 高压油直接进入油箱 ， 避免频繁启 动电机和油泵 液压系统的电磁铁动作顺序见表 2 。 表 2液压 系统 的电磁铁动作顺序 2 ． 1 液压系统蓄能 启动 电机泵组 蓄能期问可 以只启动部分电机泵 组 ． 或者让部分 卸荷 回路启动 ， 泵 出来 的油液经插装 阀组 7 ． 汇集流到高压油 口P处 。 经过插装单 向阀 3 1 ， 给蓄能器蓄能 。此时电磁换 向阀的电磁铁 2 Y A， 3 A、 4 Y A均不通电． 打击 回程 ． 寸动 回路的插装阀的控制油 安全保护油路 寸动控制油路 打击回程控制油路 1 、 2 5 一 电机2 、 2 6 一 泵3 、 2 7 、 3 0 一 过滤器4 、 7 、 1 2 、 1 3 、 1 4 、 1 5 、 1 6 、 1 7 、 1 8 、 1 9 、 3 1 一 插装阀 5 、 2 0 一 安全 阀6 、 2 3 、 2 4 一 电磁换向阀2 1 一 蓄能器2 8 一 单 向阀2 9 一 冷却器3 2 一 工作缸 图 2大型新型液压 系统原理 图 一 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ．0 8 ． 2 01 4 口均接高压油 ． 因此油路均不通 。 2 ． 2液压 模 锻锤 提锤 回程 蓄能器蓄能完毕后 ． 控制油路充满油液 。 3 Y A通电 1 Y A． 2 Y A、 4 YA均不通 电 ，电磁换向阀 2 4的左位工 作 ． 插装阀 1 2和 l 4的控制油 口接通油箱 ， 回程油路连 通 ，液压缸上腔接通油箱 ， P口高压油流经插装 阀 1 4， 绕过插装阀 1 5 ． 与蓄能器 2 1排出的油液一起流进工作 缸 下 腔 ． 工 作 缸 上 腔 的油 液 排 出后 流 经 插装 阀 1 2流 回 油 箱 。活 塞 向上 运动 ． 带 动上 锤 头上 行 实现 提锤 。 2 ． 3液压模锻锤打击 提锤完毕 ． 4 Y A通电 1 Y A、 2 YA、 3 Y A均不通电 ， 电 磁 换 向阀 2 4换 向 ． 右 位 工 作 ． 插 装 阀 1 3和 l 5的控 制油 口接通油箱 。 阀 口开启 。 打击 回路连通 ， 油液缸 的 上腔接通 高压油 口． P口高压油流经插装 阀 1 3流进工 作缸上腔 ． 工作缸下腔的油液排 出后流经插装阀 l 5与 进 油 口的 油 液 汇 集 一 起 流 进 工 作 缸 上 腔 实 现 差 动 连 接 ， 多余 的油液 由蓄能器来 吸收。活塞带动上锤头快速 下行与上跳的锤身实现对击 2 ． 4液压 模锻 锤 悬锤 工作缸上行或者下行时如果需要悬锤 ．只需要令 电磁 阀 2 4两 端 的 电磁 铁 同 时通 电或 者 同 时 断 电使 电 磁 阀处于 中位技能 ，插装阀 1 2 、 1 3 、 1 4 、 1 5的控制油 口 均接通高压油 ． 阀 口全部关闭 ． 工作缸的上下腔的油液 都不排出 ， 即可实现悬锤 2 ． 5液压 模 锻锤 寸 动对 模 电磁 换 向 阀 2 3的 电 磁 铁 2 Y A 通 电 ． 右 位 工 作 1 Y A部 分通 电。 让一部分泵卸荷 ， 因为寸动不需要太 多的油液 ， 3 Y A、 4 Y A均不通电 ， 插装 阀 l 6和 1 7的控 制油 E I 接通油箱 ， 阀 口开启 ． 寸动 回路连通 ， P口高压油 流经插装 阀 1 6流进工作缸上腔 ． 工作缸下腔的油液流 经插装 阀 1 7和调速阀 2 2缓慢流 回油箱 电磁铁 2 Y A 通 电时锤头缓慢下行 ． 2 Y A断电锤头不动 ． 从而实现寸 动 对模 。 2 ． 6液压 系统 卸 荷 电磁 铁 2 Y A、 3 Y A、 4 Y A 均 不 通 电 ，打 击 回程 寸 动 回路 均 不连 通 ． 油 路 中的 油液 不 断 升 高 ． 溢 流 阀组 5达 到开启 压 力 ．或 者直 接令 电磁 阀组 6的 电磁铁 I Y A通 电 ， 上位工作 ， 插装 阀组 4的控制油 口接通油箱 ． 阀 E l 开启 。泵出来 的高压油直接流经插装 阀组 4流 回油箱 实现系统 的卸荷 2 _ 7液压 系统 保 护 油路 若在锻锤工作过程中出现油压过高时 ．达到溢流 阀组 2 0的开启压力 ． 安全保护油路开启 ． 工作缸上下 腔 的油液分别直接流经插装 阀 1 8 、 1 9流 回油箱 ，实现 对系统 的安全保护作用 此外与工作缸下腔直接连接 的蓄能器也能吸收打击过程 中多余的能量。 3 液压 系统 性能分析 该液压系统采用 1 4个大流量轴向柱塞泵联合供油 确保了 4 0 0 k J打击能量对系统大流量 的需求 。 每个泵 的 出 口安装有插装 阀改装 的单 向阀 ，防止逆流对泵的损 坏 打击 回路采用差动连接控制工作缸 ， 确保系统打击 速度对上锤头最大打击速度 4 ． 1 7 m ／ s 的需求。通过控制 液压系统的流量来 实现打击 能量 的控制及 程控打击 ， 有效减少 因富余能量引起的振动及 噪声 ，进一步提高 节能效率。整个系统采用锥 阀式插装 阀集成控制 ， 具有 响应速度快 、 通 流量大 、 结构简单 、 紧凑 ， 油路最短 ， 流 量 、 压力损失最小等特点 ， 全液压锤正是依靠这一先进 的技术 。 才具有高效 、 节能 、 快速 的特点。采用蓄能器组 合传动 ． 开式 回路 ， 控制油路采用液压系统 内控 ， 满足 提 锤 、 悬 锤 、 单 次 轻重 打 击 、 连 续 打击 、 寸动 对模 和锻 件 顶 出等动作 。除此之外 ， 为能趁热锻造 ， 还要求系统能 做到每分钟打击次数适 当和动作灵活迅速 ，并能调整 打击能量 ．以适应和保证多槽模锻对不同锻件所需变 形 的要求 参 考 文 献 【 1 ] 雷步芳， 李 永堂． 一种新型液压模锻N[ J I ． 锻压机 械， 1 9 9 7 ， 0 9 1 ． 『 2 1 冀 国梁， 李 永堂． 液压模 锻锤联通 油压求解 的几种 方法[ J 】 ． 锻 压装备与工业炉， 2 0 0 4 ， 2 ． 『 3 1 董 波． 全液 压模锻锤 控制 系统 的设计 和实 现『 J ] ． 冶金 自动化， 2 0 0 8 ， 1 ． 『 4 1 周 恩涛 ， 徐学新 ． 液压 系统设计元器 件选型手册[ M 】 ． 北京 机 械工业 出版社． 2 0 0 7 ． [ 5 】 李 永 堂 ， 罗 上银 ． 液 压 模锻 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