CN105903874B - 一种快速锻造液压机锻造变形功补偿控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种快速锻造液压机锻造变形功补偿控制方法，属于金属自由锻造行业中快速锻造液压机电液伺服控制技术领域,其特征是:在滑块减速下行的过程中，当滑块下行到设定值时，系统开始自动以位置量的形式进行锻造变形功补偿计算。该发明方法简单易懂，易于实现，改善了系统的控制性能，有效的克服了现有控制方法的不足，实现了滑块压下量的精确控制和锻造过程中锻造变形功的回收利用，提高了快速锻造液压机的锻造能力、控制精度和响应速度，为快速锻造液压机的控制方法提供了一种新思路，对现实的生产具有指导意义。

Description

一种快速锻造液压机锻造变形功补偿控制方法
技术领域
本发明属于金属自由锻造行业中快速锻造液压机电液伺服控制技术领域，具体涉及一种快速锻造液压机锻造变形功补偿控制方法。
背景技术
快速锻造液压机是60年代在自由锻造设备的基础上发展起来的一种锻压设备,是自由锻造设备发展的主要方向之一。快速锻造液压机由于锻造速度快、控制精度高、自动化程度高，被认为是锻造设备的重点发展方向之一，是目前替代大型自由锻锤及中小型普通水压机的主要设备。随着科技的不断进步和锻造行业的迅猛发展，人们对锻件的尺寸精度、压下量的控制精度、能量回收率和速度控制提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速锻造液压机的新型控制方法——锻造变形功补偿控制方法。该发明方法有效的克服了现有控制方法的不足，实现了滑块压下量的精确控制和锻造过程中变形功的回收利用，提高了快速锻造液压机的锻造能力、控制精度和响应速度。
本发明为解决传统快速锻造液压机的缺点所提出的技术方案是：
在快速锻造过程中，通过工控机和PLC的结合，运用SCL、C++和梯形图等语言编写程序，使PLC可编程控制器完成手动控制和采样，在工控机中建立数据库完成经验数据的计算并将此数据返还给PLC以完成最终的自动控制从而完成锻造过程。
1)系统首先判断滑块是否快速下行运动到指定位置；
2)当滑块达到指定位置后系统自动切换为滑块减速下行；
3)在滑块减速下行的过程中，当滑块下行到设定值S≤S0(位置设定目标值)时，系统开始自动进行锻造变形功补偿计算(以位置量的形式进行补偿)，从而实现了压下量的精确控制和锻造变形功的回收利用。锻造变形功的补偿系数为kω，具体计算方法下面已给出；
4)当滑块达到指定位置完成锻造过程后系统自动进行滑块泄压；
5)系统泄压完成后滑块自动快速回程；
6)当滑块快速回程到指定位置后系统自动切换为减速回程；
7)减速回程到指定位置；
8)系统停止或者返回第1)步骤进行第二次锻造。
在该发明中，给出了快速锻造机锻造变形功的补偿系数计算方法，具体计算过程如下：
快速锻造液压机锻造过程中锻造变形功的计算公式为：
其中，ω件＝εFkV件，平均变形程度为S均为锻件的平均高度
ω件为锻造变形功；A件为锻件截面积；
ε为最后一次锻造时的平均变形程度；
Fk为最后一次锻造温度下金属的变形抗力；
V件为锻件体积；
在滑块下降过程中根据能量守恒定律可以得到第t-1时刻和第t时的能量守恒方程：
Apn-1Sn-1＝mtan-1Sn-1+Bpvn-1Sn-1+ωn-1
ApnSn＝mtanSn+BpvnSn+ωn
上面两式作差同时进行变形，得到：
A(pnSn-pn-1Sn-1)＝mt(anSn-an-1Sn-1)+Bp(vnSn-vn-1Sn-1)+(ωn-ωn-1)
其中，
ωn为第n次锻造成型的锻造变形功；
ωn-1为第n-1次锻造成型的锻造变形功；
mt为活塞及负载折算到活塞上的总质量；
Bp为活塞及负载的粘性阻尼系数；
实际锻造过程是一个高频锻造过程(60次/min-120次/min)，系统在相邻两次内加速度a变化很小，速度v的变化也很小，mt(anSn-an-1Sn-1)和Bp(vnSn-vn-1Sn-1)几乎为零，所以为简化控制过程将这两项忽略不计，从而将上式化简得到：
A(pnSn-pn-1Sn-1)＝ωn-ωn-1＝FkSnA件-FkSn-1A件＝FkA件(Sn-Sn-1)
则锻造变形功补偿系数kω为
该式中
kω为锻造变形功补偿系数；
pn为第n次锻造成型主液压缸工作腔的压力值；
pn-1为第n-1次锻造成型主液压缸工作腔的压力值；
Sn为第n次锻造成型主液压缸活塞杆的位移；
Sn-1为第n-1次锻造成型主液压缸活塞杆的位移；
A为主液压缸柱塞面积；
Fk为金属的变形抗力；
A件为锻件截面积；
为变形速度系数，与锻件尺寸有关；
z为应力不均匀系数，一般取1.2
q为摩擦力、锻件形状、应力状态影响系数，一般取2.4
σ为变形抗力。
设锻造变形功补偿量为位置量S补偿，则
其中，S0为设定位置目标值。
本发明的优点：
(1)本发明通过锻造变形功补偿系数的引入，保证了压下量的精确控制和变形功的回收利用，实现了快速锻造机最大程度的高效、节能，同时实现了多物理量的多重控制，提高了电液伺服系统的自动化程度。
(2)本发明的控制方法简单易懂，易于实现，改善了系统的控制性能。
(3)本发明的实现为快速锻造液压机的控制方法提供了一种新思路，对现实的生产具有指导意义。
附图说明
图1为本发明快速锻造液压机变形功补偿控制方法流程图。
具体实施方式
在快速锻造过程中，通过工控机和PLC的结合，运用SCL、C++和梯形图等语言编写程序，使PLC可编程控制器完成手动控制和采样，在工控机中建立数据库完成经验数据的计算并将此数据返还给PLC以完成最终的自动控制从而完成锻造过程。
1)系统首先判断滑块是否快速下行运动到指定位置；
2)当滑块达到指定位置后系统自动切换为滑块减速下行；
3)在滑块减速下行的过程中，当滑块下行到设定值S≤S0(位移设定值)时，系统开始自动进行锻造变形功补偿计算，从而实现了压下量的精确控制和变形功的回收利用。锻造变形功的补偿系数为kω，具体计算方法下面已给出；
4)当滑块达到指定位置完成锻造过程后系统自动进行滑块泄压；
5)系统泄压完成后滑块自动快速回程；
6)当滑块快速回程到指定位置后系统自动切换为减速回程；
7)减速回程到指定位置；
8)系统停止或者返回第1)步骤进行第二次锻造。

Claims (1)

1.一种快速锻造液压机锻造变形功补偿控制方法，其特征是在滑块减速下行的过程中，当滑块下行值S≤位置设定目标值S0时，系统开始自动进行锻造变形功补偿计算，该补偿计算方法采用位置量的形式进行补偿，从而实现了压下量的精确控制和锻造变形功的回收利用；锻造变形功补偿方法为位置量S补偿补偿，计算公式为：
该式中
S为滑块下行值；
S0为位置设定目标值；
kω为锻造变形功补偿系数；
pn为第n次锻造成型主液压缸工作腔的压力值；
pn-1为第n-1次锻造成型主液压缸工作腔的压力值；
Sn为第n次锻造成型主液压缸活塞杆的位移；
Sn-1为第n-1次锻造成型主液压缸活塞杆的位移，
锻造变形功的补偿系数为kω，具体计算方法下面已给出，快速锻造液压机锻造过程中锻造变形功的计算公式为：
其中，ω件＝εFkV件，平均变形程度为S均为锻件的平均高度
ω件为锻造变形功；A件为锻件截面积；
ε为最后一次锻造时的平均变形程度；
Fk为最后一次锻造温度下金属的变形抗力；
V件为锻件体积；
在滑块下降过程中根据能量守恒定律可以得到第t-1时刻和第t时的能量守恒方程：
Apn-1Sn-1＝mtan-1Sn-1+Bpvn-1Sn-1+ωn-1
ApnSn＝mtanSn+BpvnSn+ωn
上面两式作差同时进行变形，得到：
A(pnSn-pn-1Sn-1)＝mt(anSn-an-1Sn-1)+Bp(vnSn-vn-1Sn-1)+(ωn-ωn-1)
其中，
ωn为第n次锻造成型的锻造变形功；
ωn-1为第n-1次锻造成型的锻造变形功；
mt为活塞及负载折算到活塞上的总质量；
Bp为活塞及负载的粘性阻尼系数；
实际锻造过程是一个高频锻造过程，所述的高频锻造过程锻造频率为60次/min-120次/min，系统在相邻两次内加速度a变化很小，速度v的变化也很小，mt(anSn-an-1Sn-1)和Bp(vnSn-vn-1Sn-1)几乎为零，所以为简化控制过程将这两项忽略不计，从而将上式化简得到：
A(pnSn-pn-1Sn-1)＝ωn-ωn-1＝FkSnA件-FkSn-1A件＝FkA件(Sn-Sn-1)
则锻造变形功补偿系数kω为
该式中
A为主液压缸柱塞面积；
为变形速度系数，与锻件尺寸有关；
z为应力不均匀系数，取1.2；
q为摩擦力、锻件形状、应力状态影响系数，取2.4；
σ为变形抗力。
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