昝義文

（中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司，山西 大同 037000）

引言

液壓機(jī)是基于帕斯卡原理實(shí)現(xiàn)鍛壓成型的機(jī)械設(shè)備，通過液體靜壓力來實(shí)現(xiàn)壓制工藝和壓制成型工藝，并廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天和管道等領(lǐng)域[1]。根據(jù)傳遞液體性質(zhì)的不同，液壓機(jī)可分為水壓機(jī)和油壓機(jī)，其中，水壓機(jī)由于壓力過大多用于鍛造和沖壓，而油壓機(jī)壓力相對較小，是最常用的液壓機(jī)類型。液壓機(jī)由主機(jī)、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。近年來，隨著工業(yè)化水平的不斷提高，國內(nèi)外專家對液壓機(jī)開展了大量的優(yōu)化工作。如日本的液壓技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，且電動(dòng)控制和全自動(dòng)化技術(shù)也在不斷應(yīng)用與擴(kuò)展，使得液壓機(jī)在工作效率不變的條件下重量不斷減小，極大地降低了制造成本；而國內(nèi)的液壓技術(shù)雖然在過去幾十年來也有很大的提升，但與西方發(fā)達(dá)國家相比仍然有一定的差距，液壓機(jī)本身的問題依然很多，如經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象、安全性無法保障以及整體結(jié)構(gòu)密封性差，導(dǎo)致穩(wěn)定性不足，產(chǎn)生的噪聲大等，此外，目前我國液壓機(jī)在系統(tǒng)控制方面尚有欠缺，例如人機(jī)協(xié)作不夠，無法實(shí)現(xiàn)特殊情況預(yù)警等[2]。針對以上問題，本文對液壓機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，提出了更好的機(jī)、液、電一體化方案，以增強(qiáng)液壓機(jī)的使用靈活性、安全性、可靠性，使得液壓機(jī)智能化程度顯著提高。

1 液壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

液壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需滿足三個(gè)要求：傳動(dòng)裝置要盡量緊湊，保證上下橫梁鎖緊，擠壓主體；傳動(dòng)系統(tǒng)具備優(yōu)異的自動(dòng)化性能，平穩(wěn)完成整個(gè)操作；應(yīng)具備防潮防寒能力，降低噪音，提高整體的安全性[3]。

與傳統(tǒng)的單油缸控制擠壓不同，本文將液壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源設(shè)置為雙油缸系統(tǒng)——擠壓油缸和鎖模油缸聯(lián)合作用，其中水平位置的擠壓油缸產(chǎn)生擠壓力，垂直位置的油缸產(chǎn)生鎖模力，通過雙環(huán)來確保擠壓過程穩(wěn)定地進(jìn)行。擠壓油缸工作時(shí)先快速向左，再慢速向右，然后快速向右，最后停止，而鎖模油缸是按照快速下降—慢速下降—停留—快速上升—停止的順序進(jìn)行工作?？紤]到快速階段和慢速階段所需液體的流量不同，傳動(dòng)系統(tǒng)選擇高低壓雙泵進(jìn)行調(diào)控，高壓泵用于小排量工作，負(fù)責(zé)對擠壓油缸進(jìn)行慢速度推進(jìn)，低壓泵用于大排量工作，為兩個(gè)油缸的空載快進(jìn)或快退提供動(dòng)力。油缸作為動(dòng)作執(zhí)行部件，其速度的調(diào)控直接影響整體液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作效率，本系統(tǒng)中高壓泵采用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)擠壓油缸的擠壓速度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在擠壓油缸中安裝節(jié)流閥，利用節(jié)流閥調(diào)節(jié)局部流量速度，從而使得供油量和需油量保持相等，速度平穩(wěn)。為保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，采用溢流閥和電磁換向閥共同作用的方式降低流量，低壓泵采用電磁溢流閥。為提高液壓系統(tǒng)的自動(dòng)化性能，液壓機(jī)引入電氣控制系統(tǒng)，在固定行程點(diǎn)設(shè)置傳感器，從而控制整體行程，進(jìn)行啟動(dòng)或轉(zhuǎn)向。下頁圖1為液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)工作原理圖，表1為液壓機(jī)的主要液壓元件的型號。

表1 液壓元件明細(xì)

圖1 液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)工作原理圖（mm）

2 液壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

液壓機(jī)通過電氣控制系統(tǒng)控制各動(dòng)作執(zhí)行，根據(jù)實(shí)際需要，液壓機(jī)執(zhí)行動(dòng)作基本為直線運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)主要通過控制2個(gè)電機(jī)、7個(gè)電磁鐵（DT）運(yùn)行來完成系統(tǒng)開關(guān)、鎖模、擠壓等動(dòng)作。首先控制低壓泵開啟，進(jìn)入鎖模模式；1DT和2DT進(jìn)行卸荷操作，以提高液壓速度，5DT負(fù)責(zé)控制運(yùn)動(dòng)方向，在保壓階段加載第六個(gè)電磁鐵6DT，使其從上往下推動(dòng)；在擠壓階段，由4DT從右往左擠壓，開啟第三個(gè)電磁鐵以實(shí)現(xiàn)快退；7DT為直接卸荷裝置，能夠加快擠壓速度。目前電氣控制系統(tǒng)由兩種主要方式：可編程控制器（PLC）和繼電器-接觸器控制。PLC的自動(dòng)化效果最好，但設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高，而繼電器-接觸器控制是通過觸動(dòng)調(diào)控按鈕、控制開關(guān)等元件，使得電路連通，從而實(shí)時(shí)控制電動(dòng)機(jī)，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低且易于維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)液壓機(jī)的半自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)[4]，因此本文最終選擇繼電器-接觸器控制系統(tǒng)來控制液壓機(jī)運(yùn)行。

本文設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)由供電柜、操作臺、接觸器和顯示屏等組成。圖2為操作臺面板，圖中各個(gè)數(shù)字表示各功能區(qū)：1為溫度控制區(qū)，上面為溫度控制表，可以直接顯示模具的設(shè)置溫度和實(shí)時(shí)溫度，左邊的按鍵可以靈活調(diào)節(jié)用于設(shè)置溫度，下面的四個(gè)控制開關(guān)為手動(dòng)溫度控制裝置，當(dāng)溫度不能達(dá)到設(shè)定值時(shí)可手動(dòng)控制進(jìn)行溫度補(bǔ)償；2為油缸動(dòng)作控制器，可直接控制擠壓油缸和鎖模油缸的各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)；3為擠壓距離顯示表，主要顯示擠壓油缸移動(dòng)的距離；4為指示燈區(qū)，不同的顏色表示液壓機(jī)不同的工作狀態(tài)；5為變頻控制器，主要作用是調(diào)節(jié)電機(jī)電源的頻率；6為油泵電機(jī)控制區(qū)，分別控制高壓和低壓油泵電動(dòng)機(jī)的開啟和停止、加載和卸荷以及限流閥的加載和卸荷。

圖2 電氣控制操作臺

液壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的工作過程：當(dāng)液壓機(jī)啟動(dòng)后，型腔打開放入胚料，打開電氣控制箱內(nèi)的電源開關(guān)，檢查顯示器等部件是否正常工作，設(shè)置模具溫度，按下控制器啟動(dòng)按鈕，上橫梁沿著垂直方向移動(dòng)到擠壓工作臺上，鎖模油缸驅(qū)動(dòng)，給上橫梁的筋板不斷加壓，使得上下模緊密地閉合，然后開啟加熱鍵，將模具和胚料加熱到設(shè)定溫度，繼續(xù)調(diào)節(jié)上下模位置，直至鎖模壓力滿足要求，啟動(dòng)擠壓油缸，對棒材施加壓力，擠壓結(jié)束后，各部件返回初始狀態(tài)。

3 結(jié)論

優(yōu)化后的液壓機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：對傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙油缸控制，穩(wěn)固加強(qiáng)了擠壓過程，延長了設(shè)備使用壽命，并且可實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度擠壓；采用繼電器-接觸器控制模式，提高了擠壓的準(zhǔn)確性，降低了人力成本，實(shí)現(xiàn)了智能化控制。經(jīng)過優(yōu)化后的液壓機(jī)，其生產(chǎn)效率和安全系數(shù)顯著提高，為我國工業(yè)的飛速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。