巨型模锻液压机主动同步控制方案的设计.pdf

2 0 1 2年 2月 第 4 0卷 第 3期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUU CS F e b ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 3 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 3 ． 0 2 9 巨型模锻液压机主动同步控制方案的设计 刘忠伟 ’ 1 ． 湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲 4 1 2 0 0 7 ； 2 ．中南大学机电学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要同步控制系统是巨型模锻液压机上必备的关键装置，其同步控制性能的好坏将直接决定产品的质量。在分析主 工作缸不同步的成因及对同步控制性能影响的基础上，根据巨型模锻液压机同步控制的实际应用问题 ，提出一种基于多点 驱动的主动同步控制方案。 关键词 巨型液压机；同步控制系统；主动同步 中图分类号T P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 31 0 3 3 S c h e me De s i g n f o r t h e Gi a n t F o r g i n g Hy d r a u l i c P r e s s Ac t i v e S y n c h r o n o u s Co n t r o l S y s t e m L I U Z h o n g we i 。 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ，H u n a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，Z h u z h o u H u n a n 4 1 2 0 0 7 ，C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g ，C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ，C h a n g s h a Hu n a n 4 1 0 0 8 3，C h i n a Ab s t r a c t T h e s y n c h r o n o u s c o n t r o l s y s t e m i s t h e e s s e n t i a l d e v i c e t o t h e s l a n t f o r g i n g h y d r a u l i c p r e s s ． I t s s y n c hro n i z a t i o n c o n t r o l p e rfo r ma n c e wi l l d i r e c t l y d e t e rm i n e p r o d u c t q u ali t y ．T h e ma i n c a u s e s o f w o r k i n g c y l i n d e r a s y n c h r o n i s m a n d i t s e ff e c t o n s y n c h r o n o u s c o n tr o l p e rf o rm a n c e w e r e a n aly z e d ． Ac c o r d i n g t o t h e p r a c t i c al p r o b l e ms o f s y n c h r o n o u s c o n t r o l a p p l i c a t i o n．a n a c t i v e s y n c h r o n i s m c o n - t rol s c h e me w a s p r o p o s e d b a s e d o n mu l t i - p o i n t d riv e r ． Ke y wo r d s G i a n t h y d r a u l i c p r e s s ；S y n c h ron i z a t i o n c o n t r o l s y s t e m；Ac t i v e s ync h r o n i s m 随着现代工业的发展，同步驱动技术的应用也 E t 益广泛 ，无论是各种金属加工设备、冶金机械、工程 机械还是航空航天驱动装置，对同步精度的要求越来 越高。同其他方式相 比，液压同步驱动具有结构简 单、组成方便 、易于实现自动控制和适宜大功率的场 合等特点⋯。同时，随着控制元件 主要指电液 比 例阀、电液伺服阀 日趋成熟 ，控制手段和方法不 断提高以及计算机的广泛应用，使得实现精度高、动 态响应快的系统所需的代价和风险 E t 趋减少 。因 此 ，液压同步控制的应用越来越广。 巨型模锻液压机是一种广泛应用于航空、原子 能、汽车、船舶 、电力工业关键部件制造的核心加工 装备 ，它是一个国家国防工业及重型机械制造业水平 和能力的重要体现 。巨型模锻液压机工作时，具有 大惯性、大流量 、负载复杂多变等特点，活动横梁在 偏心力矩的影响下将发生倾斜。若不及时进行纠偏 ， 绝大部分力矩将传递给液压机的框架 ，很容易使液压 机各构件的受力情况恶化，立柱的附加弯曲力矩明显 增加 ，有可能导致总应力超过允许值而发生事故。同 时 ，在模锻液压机上 ，由于模锻件水平尺寸较大，而 且各部位是同时加压成型，其尺寸公差和加工裕量较 小 ，活动横梁的倾斜对模锻件尺寸精度的影响相当明 显，严重时会使金属不能充满模膛而造成废品。若要 求得到尺寸精确、加工裕量小的精密模锻件 ，就更不 容许活动横梁倾斜。因此大型模锻液压机均设置有同 步控制系统 液压同步控制系统 ，这也是区别于 自 由锻液压机的重要标志之一 j 。同步控制系统的作用 就是防止活动横梁在承受偏心力矩时发生倾斜，使其 水平度仍保持在较高精度范围内，以保证模锻件所需 的尺寸精度，同时也有利于改善液压机机架的受力状 态，延长液压机的使用寿命。 为了更好地提高巨型液压机同步控制性能，现从 主工作缸本身不同步对巨型模锻液压机同步控制性能 的影响进行研究，并提出解决措施。 1 液压同步控制的类型 从不同的角度，液压同步控制系统有很多种分类 方法。按输入信号与负载运动量有无关系，可分为主 动同步控制系统和被动同步控制系统。 目前巨型模锻液压机同步控制系统是一类控制量 为恒值的液压位置反馈控制系统，要求被控对象保持 在某一设定的位置。系统的输入信号是负载运动量的 函数，称为被动同步控制系统。作者提出的驱动系统 施加同步控制，其实质是一种以力为主要目标的位置 与力混合控制同步系统，它的输入信号与负载运动量 无关，所以也称为主动同步控制。 收稿日期2 0 1 1 0 2 2 3 基金项目湖南省科技厅资助项目 2 0 1 1 F J 3 0 0 6 作者简介刘忠伟 1 9 6 8 一 ，博士研究生 ，研究方 向为机电液传动与控制、复杂机电系统建模。E m a i l l z w 9 0 3 6 1 2 6 ． C O rn。 第 3期 胡绍波 等面向大平面光学玻璃的射流抛光喷嘴设计 -1 1 1 I 4 0 l 2 0 1 0 0 8 0 邑 6 o 4 O 2 0 0 图 5 喷嘴收缩段长度对出口面射流速度的影响 3 ． 2 ． 4 关于喷嘴过渡段长度 z 的数值模拟 在此 仿 真 模 拟 中，保 持 喷 嘴 出 口宽 度 c 0 ． 3 m m，喷嘴收缩角 a 2 3 。 ，喷嘴收缩段长度 L 7 IT I I T I ，在边界条件和初始条件不变的情况下 ，分别 使喷嘴过渡段长度为 2 、2 ． 5 、3 、3 ． 5 、4 m m，对喷 嘴出口面的射流速度进行 比较。 图6为喷嘴过渡段长 ” 度与喷嘴出口面射流速度 一‘ 之间 的关 系 图。可 以看 6 0 出喷嘴过渡段长度 z 对 4 0 出 口面射 流速度 影 响较 2 0 小，随着过渡段长度的增 ． i 大，喷嘴出口面射流速度 呈减小趋势 。 图6 喷嘴过渡段长度对出 从上述的4组模拟仿 口面射流速度的影响 真实验可看出选择合适的喷嘴几何参数和射流入口 压力 ，可使喷嘴出 口射流速度超过 5 0 m ／ s ，满足大 平面光学玻璃抛光工艺对射流流量的要求。 4结论 1 传统的锥直型针形喷嘴所能达到的射流流 量较小 ，射流抛光加工效率低，不能满足大平面光学 玻璃的生产要求。作者对传统喷嘴进行改进，设计了 应用于大平面光学玻璃抛光的新型喷嘴。 2 喷嘴的结构形状和几何参数决定 了射流的 流动特性，设计合适的喷嘴结构和优化喷嘴几何参数 可达到提高射流抛光效率的目的。 3 喷嘴内流场仿真结果表明，文中设计 的喷 嘴设计方案可满足大平面光学玻璃抛光的要求。仿真 结果显示喷嘴出口射流速度随着喷嘴收缩角度和喷 嘴收缩段长度的增大而增大，随着喷嘴出口宽度的增 大而减小，喷嘴过渡段长度对喷嘴出口射流速度的影 响较小，在几何参数一定的条件下，射流速度随入口 压力的升高而增大。因此 ，提高喷嘴入口压力，选择 较小的喷嘴出口宽度、较大的喷嘴收缩角度和收缩段 长度可有效地提高射流抛光的加工效率。 参考文献 【 1 】 杨力． 先进光学制造技术[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 1 ． 【 2 】 方慧． 液体喷射抛光技术[ D ] ． 苏州 苏州大学， 2 0 0 4 ． 【 3 】 施春燕 ， 袁家虎， 伍凡， 等． 射流抛光喷嘴的设计[ J ] ． 光 电工程 ， 2 0 0 8 ， 3 5 1 2 1 3 1 1 3 5 ． 【 4 】 张兆顺 ， 崔桂香． 流体力学[ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 5 】马艳 洁， 梁政， 陈卓． 磨料射流切割钻杆 的喷嘴设计 [ J ] ． 机械设计与制造， 2 0 0 9 5 2 4 2 6 ． 【 6 】王科社 ， 负海龙， 顾瑞龙． 高压 水射流 喷嘴特性研究 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 7 6 7 6 7 8 ． 【 7 】B O O I J S i l v i a M， F A N L E O l i v e r W， B R A A T J o s e p h J M ． S h a p i n g w i t h F l u i d J e t P o l i s h - i n g b y F o o t p r i n t Op t i mi z a t i o n [ J ] ． A p p l i e d O p t i c s ， 2 0 0 4， 4 3 1 6 7 6 9 ． 【 8 】WH E L A N B r i a n P ， R O B I N S O N A n th o n y J ． N o z z l e G e o m e - t r y E ff e c t s i n L i q u i d j e t A r r a y I m p i n g e m e n t [ J ] ． A p p l i e d T h e r ma l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 9， 2 9 2 2 1 12 2 2 1 ． 上接第 1 0 5页 如果 A B，也就是主工作缸 1 快于主工作缸 3 ，程 序就调用相应的 P I D控制器，且把小值 B作 为 P I D 模块的设定值 ，A为反馈值 ，P I D模块 的输 出值和 做减法 ，以减小主工作缸 1 所对应的流量 比例阀 的给定 电压 ，以减小流量 ，降低主工作缸 1的速 度 ，使主工作缸 3赶上主工作缸 1 ，从而使活动横 梁 达到平 衡 。 4 结束语 现有巨型液压机中往往是采用在活动横梁下方的 四角增设4个被动液压缸，补偿活动横梁在工作过程 中产生的同步误差。由于被动补偿方式一方面增加了 设备开发与维护费用 ，且有一些特殊的液压机 由于空 间尺寸问题，不能布置被动同步系统 ；另一方面布置 被动同步系统的液压机在卸荷返程时，由于液压控制 回路响应滞后会产生很大的反偏角，严重制约了液压 机同步精度的提高。作者根据巨型模锻液压机同步控 制的实际应用问题，提出了一种基于多点驱动的主动 同步控制方案。 参考文献 【 1 】 李军伟， 赵克定， 吴盛林． 双电液伺服马达同步模糊控制 系统的研究[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 3 1 1 1 51 1 6 ． 【 2 】 倪敬． 钢管包装电液伺服系统控制策略及其应用研究 [ D ] ． 杭州 浙江大学， 2 0 0 6 ． 【 3 】 姚保森． 我国锻造液压机 的现状及发展[ J ] ． 锻压装备 与制造技术 ， 2 0 0 5 ， 4 0 3 2 83 0 ． 【 4 】 俞新陆． 液压机的设计与应用[ M ] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 6 ． 1 2 ．