一種進(jìn)給速度可控的重載鍛壓設(shè)備液壓系統(tǒng)及控制方法與流程

本發(fā)明屬于鍛造領(lǐng)域，具體涉及一種進(jìn)給速度可控的重載鍛壓設(shè)備液壓系統(tǒng)及控制方法。

技術(shù)背景

利用沖擊力或壓力使金屬在砧鐵間或鍛模中變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，這類工藝方法稱為鍛造。鍛壓機(jī)是用于鍛壓成型的專用設(shè)備，其中鍛造液壓機(jī)具有快鍛、普鍛、慢降、保壓等多種功能，能在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力，可滿足有色與黑色金屬的多種鍛造工藝需求，是一種高性能的壓力鍛造設(shè)備。我國鍛造行業(yè)擁有800-18500t等不同噸位的鍛造液壓機(jī)近3000臺(tái)，在鍛造能力上具有國際先進(jìn)水平，但是在鍛造頻次上和國際水平差距較大，特別是重載鍛壓設(shè)備在快鍛頻次上存在著很大差距，國內(nèi)鍛造液壓機(jī)的快鍛頻次一般為45次/min，國外鍛造液壓機(jī)的快鍛頻次一般為90次/min，而且國內(nèi)鍛造液壓機(jī)在快鍛工況下，設(shè)備振動(dòng)很大，實(shí)用性很差。因而，針對重載鍛壓設(shè)備存在的問題，設(shè)計(jì)一種進(jìn)給速度可控的液壓系統(tǒng)和控制方法是具有積極意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種進(jìn)給速度可控的重載鍛壓設(shè)備液壓系統(tǒng)及控制方法，提高了生產(chǎn)效率，對流量需求相對較小，能滿足各種尺寸大、形狀尺寸復(fù)雜的鍛件的加工要求，節(jié)能增效，保證了鍛壓設(shè)備運(yùn)動(dòng)的高精度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種進(jìn)給速度可控的重載鍛壓設(shè)備液壓系統(tǒng)，包括滑塊、設(shè)在滑塊上的位移傳感器、活塞桿與滑塊連接的且對稱布置在滑塊上的雙作用快進(jìn)缸、快進(jìn)液壓油路、活塞桿與滑塊連接的且位于滑塊中部的單作用工進(jìn)缸、工進(jìn)液壓油路、人機(jī)界面和工控機(jī)；快進(jìn)液壓油路和工進(jìn)液壓油路均包括依次連接的油源、單向插裝閥組、方向控制插裝閥組和伺服比例閥，快進(jìn)液壓油路和工進(jìn)液壓油路的油源與單向插裝閥組之間均外接有壓力插裝閥組、單向插裝閥組與方向控制插裝閥組之間均外接有蓄能器，快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥分別與雙作用快進(jìn)缸的有桿腔和無桿腔連接，工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥與單作用工進(jìn)缸的工作腔連接，工進(jìn)液壓油路還包括充液閥組，充液閥組一端接入單作用工進(jìn)缸工作腔、另一端接入單向插裝閥組與方向控制插裝閥組之間，蓄能器、單作用工進(jìn)缸工作腔和雙作用快進(jìn)缸無桿腔附近均外接有油壓傳感器；工控機(jī)分別與人機(jī)界面、單向插裝閥組、壓力插裝閥組、油壓傳感器、方向控制插裝閥組、伺服比例閥、充液閥組和位移傳感器連接。

進(jìn)一步地，充液閥組包括充液閥和二位四通電磁換向閥，在快速合模階段，充液閥單向?qū)?，滑塊快速下行，單作用工進(jìn)缸工作腔通過充液閥大量補(bǔ)油，在快速開模階段，充液閥雙向?qū)?，滑塊快速上行，單作用工進(jìn)缸工作腔通過充液閥回油，在工進(jìn)階段，充液閥不工作。

進(jìn)一步地，方向控制插裝閥組包括方向控制功能插件、方向控制功能蓋板和二位三通電磁換向閥。

進(jìn)一步地，壓力控制插裝閥組包括壓力控制功能插件、電磁溢流功能蓋板和二位四通電磁換向閥。

進(jìn)一步地，單向插裝閥組包括方向控制功能插件和帶遙控口控制蓋板。

進(jìn)一步地，快進(jìn)液壓油路和工進(jìn)液壓油路的單向插裝閥組與方向控制插裝閥組之間均外接有安全閥。

進(jìn)一步地，油源包括油箱、與油箱連接的液壓泵、為液壓泵提供動(dòng)力的電機(jī)以及設(shè)在液壓泵出口端的過濾器和冷卻元件。

進(jìn)一步地，重載鍛壓設(shè)備為150t-2500t鍛造設(shè)備，滑塊的合模和開模速度在50-300mm/s內(nèi)可調(diào)、工進(jìn)速度在5-80mm/s內(nèi)可調(diào)。

進(jìn)一步地，蓄能器為氣囊式蓄能器。

一種基于上述進(jìn)給速度可控的重載鍛壓設(shè)備液壓系統(tǒng)的控制方法，第一次對某厚度工件進(jìn)行鍛造時(shí)，對工件進(jìn)行第一次標(biāo)定，得到模具和工件接觸時(shí)刻位移并以此時(shí)的雙作用快進(jìn)缸位移為基點(diǎn)，在后續(xù)的鍛壓過程中，到達(dá)基點(diǎn)之前，工控機(jī)控制工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥關(guān)閉、快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥開啟，雙作用快進(jìn)缸帶動(dòng)滑塊快速合模，接近或到達(dá)位移基點(diǎn)時(shí)，工控機(jī)控制工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥開啟、快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥關(guān)閉，單作用工進(jìn)缸帶動(dòng)滑塊工進(jìn)，最后工控機(jī)控制工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥關(guān)閉、快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥開啟，雙作用快進(jìn)缸帶動(dòng)滑塊快速開模；在快速合模、工進(jìn)和快速開模過程中，位移傳感器實(shí)時(shí)反饋滑塊速度，當(dāng)滑塊速度低于預(yù)定速度時(shí)，工控機(jī)控制伺服比例閥的閥口通流面積增大，當(dāng)滑塊速度高于預(yù)定速度時(shí)，工控機(jī)控制伺服比例閥的閥口通流面積減小。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明將雙作用快進(jìn)缸、單作用工進(jìn)缸和滑塊組合，綜合了雙作用快進(jìn)缸運(yùn)動(dòng)速度快和單作用工進(jìn)缸工作載荷大的特點(diǎn)，滿足加工需求的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，對流量需求相對較??；單向插裝閥組、壓力控制插裝閥組和方向控制插裝閥組均采用插裝閥組結(jié)構(gòu)，具有通流能力大、動(dòng)作靈靈敏、密封性好、抗污性好等優(yōu)點(diǎn)，能滿足各種尺寸大、形狀尺寸復(fù)雜的鍛件的加工要求；蓄能器采用油壓傳感器進(jìn)行壓力監(jiān)控，經(jīng)工控機(jī)反饋給壓力控制插裝閥組，使得蓄能器在液壓系統(tǒng)中起到能量傳遞的作用，達(dá)到了節(jié)能增效的目的；伺服比例閥和位移傳感器對滑塊的位置和速度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，形成閉環(huán)控制，保證了鍛壓設(shè)備運(yùn)動(dòng)的高精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的液壓原理圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的邏輯控制圖。

圖中：1-油源；2-單向插裝閥組；3-壓力插裝閥組；4-安全閥；5-油壓傳感器；6-蓄能器；7-方向控制插裝閥組；8-伺服比例閥；9-滑塊；10-雙作用快進(jìn)缸；11-充液閥組；12-單作用工進(jìn)缸；13-位移傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，一種進(jìn)給速度可控的重載鍛壓設(shè)備液壓系統(tǒng)，包括滑塊9、設(shè)在滑塊9上的位移傳感器13、活塞桿與滑塊9連接的且對稱布置在滑塊9上的雙作用快進(jìn)缸10(雙作用快進(jìn)缸10缸徑小、工作行程長，對稱布置在滑塊9的四個(gè)頂角上)、快進(jìn)液壓油路、活塞桿與滑塊9連接的且位于滑塊9中部的單作用工進(jìn)缸12(單作用工進(jìn)缸12缸徑大、有效工作行程短)、工進(jìn)液壓油路、人機(jī)界面和工控機(jī)；快進(jìn)液壓油路和工進(jìn)液壓油路均包括依次連接的油源1、單向插裝閥組2、方向控制插裝閥組7和伺服比例閥8，快進(jìn)液壓油路和工進(jìn)液壓油路的油源1與單向插裝閥組2之間均外接有壓力插裝閥組3、單向插裝閥組2與方向控制插裝閥組7之間均外接有蓄能器6，快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8分別與雙作用快進(jìn)缸10的有桿腔和無桿腔連接，工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8與單作用工進(jìn)缸12的工作腔連接，工進(jìn)液壓油路還包括充液閥組11，充液閥組11一端接入單作用工進(jìn)缸12工作腔、另一端接入單向插裝閥組2與方向控制插裝閥組7之間，蓄能器6、單作用工進(jìn)缸12工作腔和雙作用快進(jìn)缸10無桿腔附近均外接有油壓傳感器5，快進(jìn)液壓油路和工進(jìn)液壓油路中的油源1、單向插裝閥組2、壓力插裝閥組3、安全閥4、蓄能器6、方向控制插裝閥組7、伺服比例閥8的具體型號(hào)由工作負(fù)載確定；工控機(jī)分別與人機(jī)界面、單向插裝閥組2、壓力插裝閥組3、油壓傳感器5、方向控制插裝閥組7、伺服比例閥8、充液閥組11和位移傳感器13連接。

在本實(shí)施例中，充液閥組11包括充液閥和二位四通電磁換向閥，充液閥組11的電信號(hào)接口與工控機(jī)數(shù)字量輸入輸出模塊連接，在快速合模階段，充液閥單向?qū)?，滑塊9快速下行，單作用工進(jìn)缸12工作腔通過充液閥大量補(bǔ)油，在快速開模階段，充液閥雙向?qū)?，滑塊9快速上行，單作用工進(jìn)缸12工作腔通過充液閥回油，在工進(jìn)階段，充液閥不工作。方向控制插裝閥組7包括方向控制功能插件、方向控制功能蓋板和二位三通電磁換向閥(功能等效為二位二通換向閥)，方向控制插裝閥的電信號(hào)接口與工控機(jī)數(shù)字量輸入輸出模塊相連。壓力控制插裝閥組包括壓力控制功能插件、電磁溢流功能蓋板和二位四通電磁換向閥，壓力控制插裝閥組的電信號(hào)接口與工控機(jī)數(shù)字量輸入輸出模塊連接。單向插裝閥組2包括方向控制功能插件和帶遙控口控制蓋板(功能等效為單向閥)?？爝M(jìn)液壓油路和工進(jìn)液壓油路的單向插裝閥組2與方向控制插裝閥組7之間均外接有安全閥4，安全閥4保證油路不會(huì)因故障而壓力過高發(fā)生事故。油源1包括油箱、與油箱連接的液壓泵、為液壓泵提供動(dòng)力的電機(jī)以及設(shè)在液壓泵出口端的過濾器和冷卻元件，油源1為工進(jìn)液壓油路和快進(jìn)液壓油路提供穩(wěn)定的流量，并能有效控制系統(tǒng)中液壓油的污染度和溫度。重載鍛壓設(shè)備為150t-2500t鍛造設(shè)備，滑塊9的合模和開模速度在50-300mm/s內(nèi)可調(diào)、工進(jìn)速度在5-80mm/s內(nèi)可調(diào)。蓄能器6為氣囊式蓄能器6。

在本發(fā)明中，人機(jī)界面通過數(shù)據(jù)線與工控機(jī)相連，用于輸入工作參數(shù)和操作命令，能提取和記錄鍛壓設(shè)備的工作狀態(tài)；工控機(jī)通過數(shù)字量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊分別與各個(gè)液壓元件和傳感器連接，形成閉環(huán)的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，通過對對應(yīng)的液壓元件的控制實(shí)現(xiàn)對滑塊9輕載快進(jìn)和重載工進(jìn)兩工步瞬時(shí)切換和對重載鍛壓設(shè)備運(yùn)行動(dòng)作的控制；伺服比例閥8的電信號(hào)接口與工控機(jī)的模擬量輸入輸出模塊連接，控制伺服比例閥8的閥芯位置及開度大小可以實(shí)現(xiàn)對滑塊9運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制，雙作用快進(jìn)缸10在伺服比例閥8的控制下實(shí)現(xiàn)快速合模和快速開模，單作用工進(jìn)缸12在伺服比例閥8的控制下為工進(jìn)階段提供主動(dòng)力且鍛壓速度可調(diào)，在快速合模和快速開模階段，雙作用快進(jìn)缸10提供主動(dòng)力，通過滑塊9帶動(dòng)單作用工進(jìn)缸12運(yùn)動(dòng)，單作用工進(jìn)缸12通過充液閥組11補(bǔ)油和回油，在工進(jìn)階段，單作用工進(jìn)缸12提供主動(dòng)力，通過滑塊9帶動(dòng)雙作用快進(jìn)缸10運(yùn)動(dòng)，并克服鍛件變形力做功；方向控制插裝閥對滑塊9的運(yùn)動(dòng)起到開關(guān)作用；油壓傳感器5的電信號(hào)接口與工控機(jī)模擬量輸入輸出模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)壓力監(jiān)控；壓力控制插裝閥組起到控制壓力油的卸荷及加載的作用，蓄能器6能夠吸收和釋放壓力油、起到能量傳遞的作用，蓄能器6的壓力由油壓傳感器5監(jiān)控經(jīng)工控機(jī)反饋給壓力控制插裝閥組，當(dāng)監(jiān)控壓力高于蓄能器6最大工作壓力時(shí)，壓力控制插裝閥組發(fā)揮卸荷功能，蓄能器6單獨(dú)給系統(tǒng)供油，當(dāng)監(jiān)控壓力低于蓄能器6最小工作壓力時(shí)，壓力控制插裝閥組保證系統(tǒng)最大工作壓力，油源1給蓄能器6補(bǔ)油；單向插裝閥組2對蓄能器6的工作方向起到了限制作用；位移傳感器13的電信號(hào)接口與工控機(jī)的模擬量輸入輸出模塊連接，能夠監(jiān)測滑塊9的位移，并將獲得數(shù)據(jù)傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)對其進(jìn)行差分運(yùn)算得到滑塊9速度。

如圖2所示，一種基于上述進(jìn)給速度可控的重載鍛壓設(shè)備液壓系統(tǒng)的控制方法，第一次對某厚度工件進(jìn)行鍛造時(shí)，對工件進(jìn)行第一次標(biāo)定，得到模具和工件接觸時(shí)刻位移并以此時(shí)的雙作用快進(jìn)缸10位移為基點(diǎn)，在后續(xù)的鍛壓過程中，到達(dá)基點(diǎn)之前，工控機(jī)控制工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8關(guān)閉、快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8開啟，雙作用快進(jìn)缸10帶動(dòng)滑塊9快速合模，接近或到達(dá)位移基點(diǎn)時(shí)，工控機(jī)控制工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8開啟、快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8關(guān)閉，單作用工進(jìn)缸12帶動(dòng)滑塊9工進(jìn)，最后工控機(jī)控制工進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8關(guān)閉、快進(jìn)液壓油路的伺服比例閥8開啟，雙作用快進(jìn)缸10帶動(dòng)滑塊9快速開模；在快速合模、工進(jìn)和快速開模過程中，位移傳感器13實(shí)時(shí)反饋滑塊9速度，當(dāng)滑塊9速度低于預(yù)定速度時(shí)，工控機(jī)控制伺服比例閥8的閥口通流面積增大，當(dāng)滑塊9速度高于預(yù)定速度時(shí)，工控機(jī)控制伺服比例閥8的閥口通流面積減小。

本發(fā)明將雙作用快進(jìn)缸10、單作用工進(jìn)缸12和滑塊9組合，綜合了雙作用快進(jìn)缸10運(yùn)動(dòng)速度快和單作用工進(jìn)缸12工作載荷大的特點(diǎn)，滿足加工需求的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，對流量需求相對較??；單向插裝閥組2、壓力控制插裝閥組和方向控制插裝閥組7均采用插裝閥組結(jié)構(gòu)，具有通流能力大、動(dòng)作靈靈敏、密封性好、抗污性好等優(yōu)點(diǎn)，能滿足各種尺寸大、形狀尺寸復(fù)雜的鍛件的加工要求；蓄能器6采用油壓傳感器5進(jìn)行壓力監(jiān)控，經(jīng)工控機(jī)反饋給壓力控制插裝閥組，使得蓄能器6在液壓系統(tǒng)中起到能量傳遞的作用，達(dá)到了節(jié)能增效的目的；伺服比例閥8和位移傳感器13對滑塊9的位置和速度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，形成閉環(huán)控制，保證了鍛壓設(shè)備運(yùn)動(dòng)的高精度。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。