45／50MN快锻油压机液压系统设计分析.pdf

文 章 编 号 t 6 7 2 - 01 2 1 2 0I 1 0 5 0 0 4 9 -0 3 4 5 ／ 5 0 MN快 锻 油压 机 液 压 系统 设 计 分 析 范 玉 林 ，张 营 杰 ， 卫 凌 云 ， 牛勇 金 属挤 压 与锻造 装备 技 术 国家重 点实验 室 ， 中国重 型机械 研 究院 有 限公 司 ， 陕 西西安 7 1 0 0 3 2 摘 要 快锻 油压 机 是 能源 、 军工和 交 通等 重大 装备 制造 的关键 设 备 。本 文分 析 了 4 5 ／ 5 0 MN 快锻 油压机 工 艺 参数要 求 ， 在此 基础 上设 计 了 4 5 ／ 5 0 MN快锻 油压 机 液压 系统 并讨 论 了该 系统 的技 术先 进 性和可 靠 性。 关键 词 流体传 动与控 制 ； 液压 系统 ； 快锻 油 压机 ； 设 计 中 囤 分 类 号 T G3 1 5 ． 4 6 文 献 标 识 码 B 1弓 f 言 近年 来 ， 我 国能 源 、 军 工 、 交 通 等 重 大装 备 制 造 发展迅 猛 ， 大 型复杂 锻件 需求 大 。 快锻 油 压机是 一 种 新 型 锻压设 备 ，用 于钢 锭开 坯和 自由锻件 的压力 加 工 ， 待男U 适 合合 金成 分较 高材 料 的锻造 ， 是 自由锻设 备发 展 的主要 方 向之一 。世 界各 工业 发达 国家都 在 大力 开发 ，特别 是 近年来 液 压技 术和 微 电子技 术 的 飞速发 展 ， 更加 速 了这种 进程 。 由于 快锻 油压 机运行 速 度 、控 制 精度 是保 证 锻 件质量 的重要 指标 ， 而快 锻油 压机 的大 负 载 、 大流 量 对 液压 系统 设计 带来 了很 大 困难 ， 因此 ， 液 压 系统设 计 是 快 锻油 压 机 设计 的关 键 之 一 。本 文 分 析 了 4 5 ／ 5 0 MN快 锻 油压 机 工艺 参 数要 求 ，在 此 基 础上 设 计 了 4 5 ／ 5 0 MN快 锻油 压 机液 压 系统 ， 并 讨 论 了该 系 统 的技术 先 进性 和 可靠性 。 2 4 S ， 5 0 M N 快 锻 技 术 参 数 快 锻 油压 机完 成 的动作 包括 常规 锻造 、快速 锻 造 以及 辅 助动 作 ， 其 中常规锻 造 时包括 快 下 、 加 压 和 回程 ， 快锻 时包 括压 下 和 回程 ， 辅 助动 作包 括移 动 工 作 台和移 砧 台的移 动 。本文 根据 表 1所列 技术 要 求 设 计 了 4 5 ／ 5 0 MN快 锻 油压机 液压 控制 系统 。 3 4 5 ／ 5 0 MN快 锻液 压 系统设 计 液压 控静』 系统 是油 压机 主机 及其 辅助 装 置 的驱 动 部分 。4 0 ／ 4 5 MN快 锻油压 机 的液 压 控制 系统 由泵 站 系统 和控 制 系统 两部分 组成 。泵 站 系统 由油箱 总 基金项 蠢 蓉家科技 重大专矮 硬 强 2 o l o Z x o 4 l 3 - o 2 1 收稿 g期 2 0 1 l o 6 2 7 作者简 介 范玉林 1 9 7 2 一 ， 男 ， 高王 ， 从事锻压设备 与王艺的开 发磅 究 表 1 4 5 ／ 5 0 MN 快 锻 油 压 机 技 术要 求 项 目 参 数 压 机公称 吨位／ MN l 5 ， 3 O 5 最大工作行程， m m 2 l 0 移动工作台缸作用力／ M N { ．6 移动工 作台行程， m m 5 o 工作台移动速度／ mm ／ a 2 5 O 移砧台缸作用力， N l 。2 砧台移动速度／ mm ／ s 3 o o 移砧定位精度， mm 2 - 回程力／ MN 6 锻造次数快锻， m i ≥8 0 常锻， m i n 一 2 O 4 O 锻造控制精度／ m m l 传动形式 油泵直接传动 控制形式 手动 、 半 自动 、 自动 、 联动 系统工作压力／ MP a 3 ， 5 路5 锻造加压速度4 5 MN时／ m r r d s l o o 3 O MN时， m m， s l 5 0 1 5 MN时 mm ， s l 7 O 最大空程下降速度／ mn s 3 o 0 可凋 最大回程速度I m n s 3 o0 漏 成 、 主泵 驱 动装置 、 冲洗装 置 台站 、 循 环 装置 台站 、 先 导控 制 台 站 、锻 造 阀专用 控 制站 和检 修储 备油 箱 等 组成 。控 制 系统 由 主倾lj 缸 控制 阀站 、回程缸 控 制 阀 站 、 回程缸 弹跳 系统 、 辅 助 动作 控 制 装 置 、 充 液 罐 系 统 、 管道 及其 附件 等组 成 。 4 9 ‘ 3 ． 1泵 站 系 统 设 计 泵 站 系 统 的 功 能 是 为 系 统 供 油 ， 由 主 泵 电 机装 置 、 辅 助 泵 装 置 、 油箱 总成 、 冲洗 装 置 台站 、 循环 装 置接油 台站 、先导 控 制 台站 和检 修储 备 油 箱 等部 分组 成 。 3 ． 1 ． 1主 泵 规 格 及 台数 的 确 定 油 泵直 接 传动 压机 液 压 系统 所 需 主 泵 总 流 量 取 决 于 压 机 的 最 大 加 压 速 度 ，主 泵 的 台 数 取 决 于 总 流 量 及单 台主泵 的流量 。4 0 ／ 4 5 MN快锻 系统 采 用 排量 为 5 0 0 mL ／ r柱塞 式 定 量 泵 ，考 虑 油 泵 实 际转 速 及 容 积 效 率 的 影 响 ，每 台油 泵 所 能 提 供 的高 压 油 流 量 为 4 8 0 L ／ mi n。根据 计算 ， 本 系统 所需 主 泵 台数 为 1 8台。 3 ． 1 ． 2油 箱规 格 的确定 油泵 直接 传 动大 型液 压 系统 油箱 有效 容 积应 考 虑 因素 包 括 所有 主 泵 的流量 总 和 ， 系统全 部 用 油 的 盛 装 ，油 箱 清洗 工作 的便 利 性 和加 2 [ 2 及 运输 的可行 性 。为满 足要 求 ， 系 统采 用 油箱容 积 为 5 0 m 。 3 ． 1 ． 3主泵控 制 阀块 主 泵控 制 阀块 的作用 是 对 主泵 的工 作状 态 进行 控制 ， 实 现 主泵 加压 工作 及 空载 循环 ， 并 对 主泵 的供 油压 力进 行调 节 。 每 台主泵 的控 制 阀 主要 由循 环 阀 、 单 向 阀及 溢 流 阀组 成 ， 如 图 1所示 。 油箱 冷却水 出口 冷却水人 口 图 2 油箱冷却循环系统 3 ． 1 ． 5先 导 控 制 系 统 先 导控 制系 统专 为普 通插 装锥 阀 的外控 和 辅助 动作 提供 液 压油 ，并 且可 与 主泵 联合 向压机 主 缸供 液 ， 该 系统 与主 系统 共用 油箱 。 先导 控 制系 统主 要 由 两 台变 量泵 、 泵控 制 阀块 、 恒 压 系统 、 过滤器 等 组成 。 3 ． 2控制 系统 设计 控 制 系统 主要用 于 控制 压机 的 主缸 、回程 缸 的 进 液 、 加 压 、 卸 压 、 排 液 等 ， 进 而 实 现 压机 的空 程 、 加 压 、 卸载 、 回程 以及 工作 台和 移砧 台的前 进 和后 退 动 作 。 控 制 系统 主要 由主侧 缸控 制 阀站 、 回程 缸控 制 阀 站 、 回程 缸 弹跳 系统 、 充 液罐 系统 、 辅 助动 作 控 制 装 置 、 高 压管 道及 管 道 附件等 组成 。 3 ． 2 ． 1主缸 控 制 阀系统 主缸 控制 阀 系统 主要 由进 液 阀 、排 液 阀及 充 液 阀三部 分 组成 ， 实 现 主缸 的高压 进 液 、 停 止 及 主缸 内 高压 液 的卸压 、 排 液 等功能 ， 如 图 3所 示 。主 工作 缸 设 置 两套 相 同的控 制 阀系 统 ，两个 侧缸 共 用一 套 控 制 阀系统 。 由于 压机 运 动部分 的质量 相对 较 大 ， 且 主 缸 的行 程 及直 径均 较 大 ， 为 了保证 压机 平 稳运 行 ， 减 小 因液压 冲击 而造 成 的设 备振 动 ，主 缸排 液 阀采 用 锻 造 压机 专用 阀。该 阀 的显著 特点 就 是 可 以按 照设 定 的理想 曲线 进行 启 闭动 作 ，从 而实 现压 机 各动 作 转换 时 的平稳 过 渡 ，即从 源 头上 减少 造 成设 备振 动 的液 压 冲 击 。 3 ． 2 ． 2回 程 缸 控 制 阀 块 两 个 回 程 缸 并 接 共 用 一 个 控 制 阀 块 。该 阀块 主 要 由进液 阀 、 快 降 阀 、 慢 降 阀 、 平 衡 阀 、 排 液 阀及 安 全 阀等部 分组 成 ， 实现 高压 进 液 、 关 闭及 回程 缸 内高 压 液 的卸压 排 液及 背压 排放 等 功 能 ，进 而 实 现动 梁 的 快 、慢速 空 程下 降 、动 梁质 量平 衡及 快 速 回程 等 动 作 。 3 ． 2 ． 3 回程 缸 弹 跳 系 统 回程 缸 弹跳 系统 在 压机 精锻 时 ，借 助 于蓄 能 器 的蓄压特 性 ， 进行 压 机 自动 回程 动作 。 因 蓄能器 工 作 特性 与 压机 回程 需求 相 吻合 ，工作 时 只需要 控 制 主 缸工 作 医 力即可实 现快 锻要 求 ， 且 压机运 行平 稳 ， 控 制 精 度 高 ， 是 一 种 新 型先 进 的 控 制 方 法 。 3 ． 2 ． 4辅 助 动作控 制 阀块 移动 工作 台 横 向移砧 台的控制 阕 主要 由进 液 阀 、 排 液 阀 、 补液 阀及安 全 阀等 部分 组成 ， 实 现工 作 台 移 动 缸 的 高 压 进 液 、 关 闭 、 缸 内 排 液 及 超 程 补 液 等 功能 ， 进 而实 现工作 台的前进 、 后 退 及停 止动作 。 3 ． 2 ． 5充 液 罐 系 统 充液 系统 的 主要作 用是 在 动梁快 速 下降 时 向 主 缸 和侧缸 的上 腔提 供 大量低 压 油液 ，并 在动 梁 回程 时 接 收 主 缸 和 侧 缸 上 腔 的大 量 排 油 。 压 机 在 加 压 工 作 时 ，通 过 充液 系统 关闭工 作缸 高压 与 充液低 压 之 问 的 连 接 。 其 回路 参 见 图 3所 示 。 囝 3 主缸控制 阑系统 4液压 系统 的技术 特点 油 压机 使用性 能 和可靠 性 直接 由液 压控 制 系统 水 平决 定 ， 为保证 压 机动作 的快 速性 和平 稳性 ， 提高 锻 件 尺 寸 的控 制 精 度 ， 4 5 ／ 5 0 MN快 锻 油 压机 液 压 系 统 具 有 如 下 先 进 性 。 1 快 锻 压 机 主缸 排 液 阀采 用 进 口的 比例 控 制 高性 能 比例 阀控 制 与 泵 的 容积 变 量控 制 _楣 结 合 ， 系 统控 制精 度高 、响 应频 率高 、工 作过 程运 行稳 定 性 好 。 高 性 能 比 例 阀 可 以按 照 设 定 的 理 想 曲 线 进 行 启 闭动作 ， 从 而实 现压 机各 动作 转换 时 的平稳 过 渡 ， 从 源头上 减 少造成 设备 振 动 的液 压冲击 。 2 快 速锻 造过 程 中对压 机 回程过 程采 用 “ 容 积 控 制 ” 方 式 进行 控 制 ， 压 机 回程速 度 快 、 回程 高 度定 位 准 确 可 靠 。 3 三 个 主工作 缸分 别控 制 ， 易于 实现 压机 的控 制和 压力 分级 ， 提高 了压 机使 用操控 的灵活 性 ， 满 足 了压机 在 多种锻 造制 度 和工艺 情况 下 的需要 。 4 实 现 了压 机 的压 力调 节及压 力保 护 。 压 机 自 动 运行 闷 车时 ， 压机将 自动卸 压并 回程 ， 从 而起 到保 护压机 的作用 ，并 减少 了泵 长期 高压 溢流 丽造 成 的 系 统 发 热 现 象 。 5 设 计 了大容 量 的冷 却 过滤循 环 系统 ， 控 制 液 压 系统 介质 的湿度 ， 保证 液压 系统介 质 的清 洁度 ， 满 足 压 机 连 续 运 行 的 要 求 。 6 液 压控 制 系统 主要 部 件按 照功 能 进行 分 块 集 成 ， 在 加工 制造 厂 完成组 装 和调试 试 验 ， 保 证 了安 装 质量 ， 将 安装调 试 工作量 转移 到加 工供 货过 程 ， 极 大地 减 少 了用户 现场 工作量 ， 缩 短 了安装 调试 周期 。 【 参 考文 献 】 【 l 3 陈上达 ．国内外重型锻压设备的发展 、现状 和趋势 ， 重 型机械 ， 1 9 8 8 ， 1 2 l 一 5 ． [ 2 J 蔡墉． 我国自由锻液压机和大型锻件生产的发展历程． 大型铸 锻件 ， 2 0 0 7 ， 1 3 7 4 4 。 [ 3 】 徐字谨， 韩大卫， 黄新， 裴志强， 张营杰 ， 王殿楹． 快速锻造油压 机组主机结构形式与选型 重型机械， 2 0 0 4 ， 6 4 5 - - 4 7 ． 【4 j 李贵闪 ， 何 晓燕 ， 荣≥ ＆ 杰． 我 国液压机行业 的现状及发展 ． 锻压装 备与制造技术， 2 0 0 6 ， 4 1 4 1 7 1 9 ． 【 5 ] 高俊峰 ． 我国快锻液 压机 的发展与 现状 ， 锻压技 术 ， 2 0 0 8 ， 6 l 一 5 De s i g n a n d a n a l y s i s o f h y d r a u l i c s y s t e m f o r 4 5 ／ 5 0 MN h i 曲 一 s p e e d f o r g i n ghy dr a uli cpr e s s F AN Yu l i n， Z HANG Yi n g j i e， WEI L i n g y u n ， NI U Yo n g S t a t e Ke y La b o r a t o r y o f Me t a l Ex t r u s i o n a n d Fo r g i n g Eq u i p me n t ， Chi n a Na t i o na l He a v y Ma c h i n e Re s e a r c I n s t i t u t e C o 。 ， L t d 。 ， Xi “ a n 7 1 0 0 3 2 ， S h a n x i Ch i n a Abs t r ac t Th e ma i n t e c hn i c a l p a r a m e t e r s o f t h e 45 ／ 5 0M N hi g h -s p e e d f o r g i ng h y d r a u l i c pr e s s h a v e a n a l y z e d i n t h e t e x t ． T h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e 4 5 ／ 5 0 MN h i g h - s p e e d f o r g i n g h y d r a u l i c p r e s s h a s b e e n d e s Th e a d v a n t a g e s a n d r e l i a b i l i t y o f t he s y s t e m h a v e b e e n d i s c us s e d． Ke y wo r ds Hy d r a u l i c s y s t e m ；Hi g h- s pe e d f o r g i ng p r e s s ；De s i g n