CN103372625B - 三缸不等压大型锻造油压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三缸不等压大型锻造油压机，滑块由三个油缸驱动，三个油缸的下腔由油管相连，三个油缸的上腔其中左右两侧油缸由油管相连，中间油缸独立接管。油压机滑块上行时，三个油缸从液压系统获得相同的压力和流量的液压油，滑块下行时两侧油缸和中间油缸在系统中多个阀门控制下其上腔也是相连的；工作时当滑块上的模具接触到工件后，由于工件在压制过程中的反力作用，系统压力在由低到高变化，低压时滑块的速度快，中间油缸输入高压油，两侧油缸输入低压油；压力达到中间值时，两侧油缸输入高压油，中间油缸输入低压油；当压力达到最高值时两侧缸与中间缸同时输入高压油。本发明系统运行可靠，锻造速度快，可节电百分之六十。

Description

三缸不等压大型锻造油压机

技术领域

本发明涉及机械制造领域的锻造设备，更具体的说涉及一种大型锻造油压机。

背景技术

大型锻造油压机是现代装备制造业常用设备，主要用于大型金属构件的锻制，是大型机械制造、大飞机、轮船制造的关键设备，在国防工业中也起到了重要作用，因此大型锻造油压机技术装备水平甚至代表着一个国家的国力。当前我国的大型锻造油压机技术水平和能力已经处于国际先进水平；但是由于油压机技术历史较短和行业技术的沿承，甚然经过国际国内同行的艰苦努力和电脑技术在设计和加工及控制技术等领域的应用使得该技术在近几年得到了迅速发展，但是大型锻造油压机还存在很多技术缺陷没有解决。基本上到现今液压系统泵站仍然采用柱塞泵组、三缸或多缸油压机油缸上腔是相连的、滑块下行(空行)需要大量液压油补给、因此传统技术是在油缸上腔油管接口处安装注油阀、采用注油阀补油，该技术的缺陷是油压机工作的连续性不好，不能充分利用惯性力和实现变压变速功能。由此决定大型锻造油压机的装机容量巨大。大型锻造油压机主体结构目前主要有四柱式和龙门式结构，该结构技术已相当成熟，当前的先进技术是三活塞缸或多活塞缸结构，过去的柱塞缸结构近几年已基本被活塞缸所取代。

现有技术的大型锻造油压机主要存在如下三方面缺陷：

1、机器耗能大、运行不连续。

2、设备造价高、降低设备造价。

3、设备占地面积较大等问题。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种制造成本低、运行能耗低、制造容易、节省资源的锻压设备。

为了达到上述目的，本发明提供一种三缸不等压大型锻造油压机，包括驱动锻造油压机滑块的中间和两侧三个液压油缸，三个所述油缸通过油泵和管路连接液压油箱。其中，所述油泵包括三个并联的柱塞泵和一个高压离心油泵；所述并联的柱塞泵连至一个主供油管路。

所述主供油管路分成三个支路，分别为：第一支路通过中间缸上腔高压进油阀连至中间油缸的上腔油口，第二支路通过两侧缸上腔高压进油阀连至两侧油缸的上腔油口，第三支路通过下腔高压进油阀、油缸下腔油管连至三个油缸的下腔油口。

所述高压离心油泵出口分出第四支路和第五支路，其中，所述第四支路依次通过第一插装式单向阀、下腔进油阀连至所述油缸下腔油管的管路上；所述第五支路连至第二插装式单向阀，所述第二插装式单向阀的出油口分别连通至中间缸上腔低压进油阀、两侧缸上腔低压进油阀以及所述第一插装式单向阀7和所述下腔进油阀之间的油路上；所述中间缸上腔低压进油阀的出油口连通至所述中间缸的上腔油口，所述两侧缸上腔低压进油阀连通至所述两侧油缸的上腔油口。所述中间油口的上腔油口还通过中间缸上腔排油管连接了中间缸上腔排油阀；所述两侧油缸的上腔油口通过一支两侧缸上腔排油管连接了一个两侧缸上腔排油阀；所述三个油缸的下腔油口管路相通并连至一个下腔排油阀。

为了保证油路正常工作，三个柱塞泵的出油口管路上分别依次设置有电磁溢流阀和单向阀。

所述三个油缸的下腔油口还共同连至一个与所述下腔排油阀并联的插装式溢流阀。

本发明以三活塞缸或多活塞缸大型锻造油压机为主体结构为前提情况下而发明的大型锻造油压机新技术。区别在于液压系统各油缸上腔之间不连通、除掉了注油阀、泵站采用了高压离心油泵、除掉了换向阀、而直接采用两位两通插装阀，可直接由电脑根据时间、压力、和滑块位置及要制造的工件工艺参数控制开关实现工作。本发明涉及三缸不等压大型锻造油压机以外的多缸不等压大型锻造油压机、三缸(多缸)不等压锻造油压机设计理论，以及高压离心泵在大型油压机液压系统上使用的理论和技术。

以一台50MN(锻造能力5000吨)锻造油压机为例、传统50MN(锻造能力5000吨)锻造油压机主要参数(见表1传统50MN锻造油压机相关参数表)：

采用本发明一台50MN(锻造能力5000吨)锻造油压机的主要参数(见表2本发明50MN锻造油压机参数表)：

表1 传统50MN锻造油压机相关参数表

表2 本发明50MN锻造油压机相关参数表

从传统50MN锻造油压机相关参数表和本发明50MN锻造油压机相关参数表两表的对比中不难看出：第一、在两台机器功能基本相同情况下主滑块下降和上升速度不同，本发明50MN锻造油压机主滑块升降速度无级变速，下行、当安装在滑块上的胎具快要接触到工件时滑块的速度自动无级减速，以不至于使胎具和工件产生强烈撞击又能保持一个合理的初速度压制工件，惯性力得到合理利用又节省了时间；上行、当滑块上行时滑块的运行速度呈先匀加速和后匀减速的运动过程，滑块的最大速度与行程有关、大行程时其最大速度大于每秒500mm。这是因为本发明锻造油压机液压系统采用了大流量高压离心油泵和油缸上下腔设计了独立排油管路和独立排油阀，运行时高压离心油泵的压力和流量的变化范围非常大，这一性能对于油压机的无级变速非常有利，而且高压离心油泵的效率可达百分之六十四、当系统压力超过了离心油泵吐出口压力时，高压离心油泵自动停止供油，油泵处于接近空转状态，此时高压离心油泵消耗的能量极小。当滑块下行时、滑块的运行速度开始时基本呈自由落体过程，当滑块上的胎具快要接触到工件时滑块的运行速度呈匀减速过程；这也是因为本发明三缸不等压锻造油压机液压系统采用了大流量高压离心油泵和油缸上下腔设计了独立排油管路和独立排油阀，并且高压离心油泵中压段设计了中间抽头，因为滑块下行时高压离心油泵排出流量极大，由于液压油的粘度影响使得高压离心油泵的电机电流超过了滑块上行时的电流，采用中间抽头时高压离心油泵流量增大同时保证了电机电流在整个工况下为最小。研究和实践表明该发明的三缸不等压大型锻造油压机除了可以节省大量电能外还可以节约大量的固定资产投资并且性能优于传统大型锻造油压机。要想研制成结构和功能先进的大型锻造油压机就必须将油压机设计成三缸或多缸不等压结构和采用高压离心油泵作为油压机主油泵。

本发明大型锻造油压机，包括安装于油压机主体上的活塞式油缸，滑块由三个大型油缸驱动，三个油缸的下腔由油管相连，三个油缸的上腔其中左右两侧油缸由油管相连，中间油缸独立接管。油压机滑块上行时，三个油缸从液压系统获得相同的压力和流量的液压油，滑块下行时两侧油缸和中间油缸在系统中多个阀门控制下其上腔也是相连的；工作时当滑块上的模具接触到工件后，由于工件在压制过程中的反力作用，系统压力在由低到高变化，低压时滑块的速度快，中间油缸输入高压油，两侧油缸输入低压油；压力达到中间值时，两侧油缸输入高压油，中间油缸输入低压油；当压力达到最高值时两侧缸与中间缸同时输入高压油；为了液压系统的装机功率最小并获得最大的压制速度，本发明液压系统泵组采用了高低压并联泵组，并且低压泵采用了高压多级离心油泵；实验证明该系统运行可靠，锻造速度快，可节电百分之六十。本发明三缸不等压大型锻造油压机其性能优越，可节约中投资30％，耗电同比下降50～60％以上，制造容易、节省资源。

附图说明

图1是本发明大型锻造油压机的液压系统图；

图2是本发明大型锻造油压机中滑块下行的油路图；

图3是本发明大型锻造油压机中一级压力的油路图；

图4是本发明大型锻造油压机中二级压力的油路图；

图5是本发明大型锻造油压机中三级压力的油路图；

图6是本发明大型锻造油压机中滑块上升的油路图。

图中，高压离心油泵1、油箱2、柱塞泵3、电磁溢流阀4、单向阀5、高压油总管6、插装式单向阀7、高压离心油泵中间抽头8、插装式单向阀9、低压管10、高压离心油泵管11等组成了液压系统泵站，和由插装式溢流阀12、下腔排油阀13、下腔进油阀14、下腔高压进油管15、下腔高压进油阀16、两侧缸上腔高压进油阀17、中间缸上腔高压进油阀18、中间缸上腔低压进油阀19、两侧缸上腔低压进油阀20、两侧缸上腔排油阀21、中间缸上腔排油阀22、中间缸上腔排油管23、两侧缸上腔排油管24、两侧缸上腔低压进油管25、中间缸上腔低压进油管26、两侧缸上腔进油管27、油缸下腔油管28、右油缸29、下腔连接管30、中间油缸31、左油缸32、下腔排油管33。

具体实施方式

图1是本发明三缸不等压大型锻造油压机液压系统原理结构图，构成该系统的主要零部件33件，由这些零部件和辅助管路、控制管路、集成油路等组成的液压系统的运行驱动油压机主体滑块上行、下行和工件的压制程序。

具体说，如图1所示，三缸不等压大型锻造油压机，由高压离心油泵1、油箱2、柱塞泵3(多台泵组)、电磁溢流阀4(每台柱塞泵配一件)、单向阀5(每台柱塞泵配一件)、高压油总管6、插装式单向阀7、高压离心油泵中间抽头8、插装式单向阀9、低压管10、高压离心油泵管11等组成了液压系统泵站，和由插装式溢流阀12、下腔排油阀13、下腔进油阀14、下腔高压进油管15、下腔高压进油阀16、两侧缸上腔高压进油阀17、中间缸上腔高压进油阀18、中间缸上腔低压进油阀19、两侧缸上腔低压进油阀20、两侧缸上腔排油阀21、中间缸上腔排油阀22、中间缸上腔排油管23、两侧缸上腔排油管24、两侧缸上腔低压进油管25、中间缸上腔低压进油管26、两侧缸上腔进油管27、油缸下腔油管28、右油缸29、下腔连接管30、中间油缸等组成的集成油路；此外，还包括油压机本体等部分。

图1中，泵站与集成油路部分由高压油总管6、低压管10、高压离心泵出油管11相连接；集成油路与油压机主体上的油缸之间由中间缸上腔排油管23、两侧缸上腔排油管24、两侧缸上腔低压进油管25、中间缸上腔低压进油管26、两侧缸上腔进油管27、油缸下腔油管28、下腔排油管33连接。为了说明方便，图中上略去如液压油过滤系统、加热冷却系统压力及温度检测系统等、没有对控制油路进行详细说明、没有对主体和电控系统进行详细说明。

液压系统泵站，由高压离心油泵1、油箱2、柱塞泵3(多台泵组)、电磁溢流阀4(每台柱塞泵配一件)、单向阀5(每台柱塞泵配一件)、高压油总管6、插装式单向阀7、高压离心油泵中间抽头8、插装式单向阀9、低压管10、高压离心油泵管11等组成。在高压离心泵中段设计高压离心油泵中间抽头8、插装式单向阀9。

图1中，左油缸32、右油缸29中间油缸31三个油缸下腔油管连通；插装式溢流阀12、下腔排油阀13、下腔进油阀14、下腔高压进油管15、下腔高压进油阀16相连；左油缸32、右油缸29两个油缸上腔油管相连通并与两侧缸上腔排油管24、两侧缸上腔低压进油管25两侧缸上腔高压进油阀17、两侧缸上腔低压进油阀20、两侧缸上腔排油阀21相连接；中间缸31上腔不与左右缸上腔相连通。中间缸上腔排油管23、中间缸上腔低压进油管26、中间缸上腔高压进油阀18、中间缸上腔低压进油阀19与中间缸31上腔相连通。

本发明三缸不等压大型锻造油压机的工作过程，可参照图2-6所示五种工作状态说明。图2-6中，分别示出了工作状态下起有效作用的阀门、管路；而图中未示出的其他阀门、管路，在各个图表示的工作状态下分别处于无效状态，也就是说阀门处于关闭状态，管路处于不流通液压油的状态等。下面结合附图1-6说明本发明油压机的工作过程。

柱塞泵组向系统提供高压油，在工件压制过程中使工件获得最大的压制力；高压离心油泵1向系统提供大流量压力较低的液压油，高压离心泵1加上柱塞泵组向系统提供的大流量压力较低的液压油的压力和流量足可以推动油缸上行带动油压机滑块快速向上移动(其最大速度可达500mm/s)；滑块下行时系统处于微压状态，大量的液压油是经过高压离心油泵中间抽头管11进入系统的，当滑块上的胎具快要接触到工件时通过调整下腔排油阀13的开度大小控制滑块的胎具以合适的初速度接触到工件，当胎具接触到工件后，油缸上腔压力迅速提高、安装在高压离心油泵中间管上的插装式单向阀9关闭，高压离心油泵1泵出的液压油全部经高压离心油泵出油管11进入系统，当系统压力升至高压离心油泵额定压力时，两侧油缸上腔高压进油阀17关闭，柱塞泵组的高压油经中间油缸上腔高压进油阀18全部进入中间油缸31、高压离心泵1泵出的低压油经两侧缸上腔低压进油阀20继续对两侧油缸供油，这就是本发明所称一级压力(详见图3)；图3为一级压力油路图，图中箭头所示的方向为系统中油的流向，所有阀门处于开通状态，关闭的阀门和管路被省略；一级压力为两侧缸由高压离心油泵产生的压力同中间缸由柱塞泵组产生的高压力的合力(两低加一高)。

当压力继续升高后、中间缸上腔高压进油阀18关闭，两侧缸上腔高压进油阀17打开，来自柱塞泵组的高压力油经两侧缸上腔高压进油阀17进入两侧油缸，来自高压离心油泵的低压油经中间缸上腔低压进油阀19进入中间缸，这就是本发明所称的二级压力(详见图4)；二级压力为两侧缸由柱塞泵组产生的高压力同中间缸由高压离心泵产生的低压力的合力(两高加一低)。

当压力再继续升高后、中间缸上腔高压进油阀18打开，两侧缸上腔高压进油阀17继续开启，来自柱塞泵组的高压力油经两侧缸上腔高压进油阀17、18进入三个油缸上腔，来自高压离心油泵的低压油被单向阀关闭，这就是本发明所称的三级压力(详见图5)；三级压力为柱塞泵组产生的高压力同时进入三缸(两高加一高)。

当滑块完成按电脑设定的程序后即一次压制任务完成，滑块在电脑指令下迅速向上升起、两侧缸上腔排油阀21、中间缸上腔排油阀22开启，上腔液压油经上腔排油阀进入油箱，同时下腔高压进油阀16、下腔进油阀14开启、下腔排油阀13关闭。来自泵站的液压油经下腔高压进油阀16、下腔进油阀14进入油缸下腔，当滑块将至设定位置前上腔两侧缸排油阀21、中间缸上腔排油阀22关闭，下腔高压进油阀16、下腔进油阀14关闭，上行结束，详见图6(滑块上行油路图)。

滑块下行、进入第二次连续工况详见图2(滑块下行油路图)，关于下行这里不再赘述，另须说明在本发明的液压系统下腔油路上设计了插装式溢流阀12，该阀是一个系统保护阀，正常情况下此阀始终处于关闭状态，只有当下腔排油阀失灵时开启以保护系统的安全。另该发明在系统中多个部位设计有压力传感器，这些传感器和电脑连接随时对系统进行检测和控制以保证系统的安全。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三缸不等压大型锻造油压机，包括驱动锻造油压机滑块的中间和两侧三个油缸，三个所述油缸通过油泵和管路连接液压油箱(2)；其特征在于，

所述油泵包括三个并联的柱塞泵(3)和一个高压离心油泵(1)；所述并联的柱塞泵(3)连至一个主供油管路；所述主供油管路分成三个支路，分别为：第一支路通过中间缸上腔高压进油阀(18)连至中间油缸的上腔油口，第二支路通过两侧缸上腔高压进油阀(17)连至两侧油缸的上腔油口，第三支路通过下腔高压进油阀(16)、油缸下腔油管(28)连至三个油缸的下腔油口；

所述高压离心油泵(1)出口分出第四支路和第五支路，其中，所述第四支路依次通过第一插装式单向阀(7)、下腔进油阀(14)连至所述油缸下腔油管(28)的管路上；所述第五支路连至第二插装式单向阀(9)，所述第二插装式单向阀(9)的出油口分别连通至中间缸上腔低压进油阀(19)、两侧缸上腔低压进油阀(20)以及所述第一插装式单向阀(7)和所述下腔进油阀(14)之间的油路上；所述中间缸上腔低压进油阀(19)的出油口连通至所述中间缸的上腔油口，所述两侧缸上腔低压进油阀(20)连通至所述两侧油缸的上腔油口；

所述中间油口的上腔油口还通过中间缸上腔排油管(23)连接了中间缸上腔排油阀(22)；

所述两侧油缸的上腔油口通过一支两侧缸上腔排油管(24)连接了一个两侧缸上腔排油阀(21)；

所述三个油缸的下腔油口管路相通并连至一个下腔排油阀(13)。

2.根据权利要求1所述三缸不等压大型锻造油压机，其特征在于，所述三个柱塞泵(3)的出油口管路上分别依次设置有电磁溢流阀(4)和单向阀(5)。

3.根据权利要求1或2所述三缸不等压大型锻造油压机，其特征在于，所述三个油缸的下腔油口还共同连至一个与所述下腔排油阀(13)并联的插装式溢流阀(12)。