王 磊，馬訓(xùn)鳴，劉亞洲

（西安工程大學(xué) 機電工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

在現(xiàn)代工業(yè)中，鍛造工藝隨著歷史的發(fā)展也在逐步創(chuàng)新，有些金屬零部件要在各種復(fù)雜環(huán)境下工作，就需要通過鍛造制造。對于高端、精尖的工業(yè)、交通和軍用產(chǎn)品，更是必須采取合理的鍛造工藝才能夠滿足其嚴苛的加工要求[1]。根據(jù)鍛造壓機的工作介質(zhì)來分類，液壓機分為水壓機和油壓機兩種[2,3]。

當(dāng)前，中小型自由鍛造液壓機以油壓機為主，主要采用油泵直接傳動。其優(yōu)點在于[4-7]高精度、高頻次、高柔性、高效節(jié)能、初期投資成本低。缺點是易燃、污染環(huán)境、維修維護成本高、油液清潔度要求苛刻、故障率高。

中大型自由鍛造液壓機以水壓機為主，主要采用泵-蓄勢器傳動，這種傳動形式中有較大的蓄勢器，用來貯存高壓液體平衡泵的負荷。其優(yōu)點在于[8]：蓄勢器內(nèi)有高壓液體，基本維持系統(tǒng)壓力在蓄勢器中的壓力波動范圍之內(nèi)；不僅工作平穩(wěn)，而且在沖孔和鐓粗等需要大的行程速度時，可以由蓄勢器供給高壓水，以保證瞬間獲得較高的工作速度；多臺壓機共用一個泵站，利用率較高，總投資較?。徽麄€系統(tǒng)能量消耗與壓機工作行程成比例關(guān)系，與工件的變形阻力并沒有關(guān)系。缺點是：傳動效率低；較大的蓄勢器導(dǎo)致設(shè)備龐大，要求泵房有較高的高度以便于安裝；這種形式介質(zhì)多為乳化液，產(chǎn)生的氣蝕問題容易導(dǎo)致液壓元件的使用壽命大大縮短。

基于以上所述油泵直接傳動和泵-蓄勢器傳動的優(yōu)缺點，作者設(shè)計了一種基于比例插裝閥的油控水泵-蓄勢器傳動系統(tǒng)，此系統(tǒng)主回路介質(zhì)為乳化液，采用插裝閥控制，控制回路介質(zhì)為液壓油，通過電磁換向閥等通過控制蓋板達到控制插裝閥開合的目的，并最終控制壓機的動作。此系統(tǒng)繼承了水壓機和油壓機的工作平穩(wěn)，壓力波動小、可采用聯(lián)合泵站等優(yōu)點。

1 液壓系統(tǒng)工作原理

如圖1所示，本系統(tǒng)為2000t自由鍛造油壓機，系統(tǒng)共有兩個高壓氣罐，一個高壓水罐，一個低壓水罐，一個緩沖罐；采用一個小油箱，一個大水箱的設(shè)計，水箱主要提供主回路所需的乳化液，油箱主要提供控制回路所需的液壓油，控制回路與主回路采用插裝閥連接在一起，充分利用油系統(tǒng)的控制精度高等特點精確控制主回路中的乳化液，達到高精度、防火等油控水系統(tǒng)的優(yōu)點。

根據(jù)鍛壓工況要求，設(shè)備操作可分為普通鍛造和快速鍛造。

1.1 普通鍛造

圖1 液壓系統(tǒng)工作原理

如圖1所示，工作時，電磁閥YV4得電，油泵停止打壓循環(huán)，控制回路開始升壓至31.5MPa，其中壓力31.5MPa由溢流閥調(diào)定；待油壓穩(wěn)定后，YV1、YV2、YV3三個電磁閥得電，主回路水泵開始打壓。電磁閥YV5得電時，其控制的插裝閥打開，充液罐充液，緩沖罐充液；充液完成后電磁閥YV5失電，插裝閥關(guān)閉，充液完成。充液完成后，電磁閥YV15得電、YV14失電，高壓水泵向高壓水罐中沖入31.5MPa高壓水。壓機壓下時，電磁閥YV7失電，切斷壓力油與回程缸的通路，電磁閥YV10得電，回程缸無桿腔泄壓，電磁閥YV6得電，所控制的插裝閥打開，壓力油進入三個柱塞缸，由于壓機活動橫梁自重較大，下降速度較高，柱塞缸內(nèi)壓力較小，緩沖罐及低壓罐中的低壓乳化液充液進入柱塞缸中，充液完成后，高壓罐中的高壓乳化液進入工作缸，減少所需的泵的數(shù)量。至此完成普通鍛造時的壓下動作。壓下結(jié)束，回程時，電磁閥YV6失電，插裝閥關(guān)閉，切斷高壓水與三個工作缸的通路；電磁閥YV7、YV10得電，其控制的插裝閥打開，回程缸無桿腔內(nèi)通入高壓水；電磁閥YV13得電，控制插裝閥啟閉，將高壓水送至液控單向閥控制腔，此時液控單向閥打開，三個工作缸內(nèi)的高壓水通過液控單向閥回到緩沖罐中，回程完成。

1.2 快速鍛造

油泵組液壓泵啟動，水泵組液壓泵啟動，低壓水罐、緩沖罐沖入低壓水，高壓罐中充入高壓水，低壓罐、高壓罐中的水位穩(wěn)定后，開始鍛造時，電磁閥YV14、YV10得電，回程缸無桿腔與高壓水罐相通，壓下時，電磁閥YV6得電，高壓水泵動作，向三個工作缸通入高壓水，壓機活動橫梁向下運動；回程時，電磁閥YV6失電，切斷主泵與工作缸之間的連接管路，電磁閥YV13得電，液控單向閥控制口通入高壓，三個工作缸排液至緩沖罐中?；爻谈着c高壓罐相連，其作用類似于液壓彈簧，減少了回程缸充液、增壓的過程，最大限度地提高了系統(tǒng)快鍛時的工作頻次。

2 結(jié)論

綜上分析，該新型自由鍛造水壓機液壓控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

（1）系統(tǒng)壓力波動小，工作平穩(wěn)。

（2）主回路以乳化液為介質(zhì)，減小前期一次性投資和后期維護的投資；控制回路采用液壓油，提高控制精度，達到精密控制。

（3）該系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，在高溫環(huán)境下，乳化液相對液壓油具有防火等特性。

（4）該系統(tǒng)具有較強的靈活性與適應(yīng)性，可通過不同的邏輯滿足不同的工況。

自由鍛造液壓機要求系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、控制精度高，本文所介紹的液壓系統(tǒng)滿足了該自由鍛造液壓機的工藝要求。

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