CN107234201B - 一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统及控制方法，包括滑块、位移传感器、双作用快进缸、快进液压油路、单作用工进缸、工进液压油路、人机界面和工控机，快进液压油路和工进液压油路均包括油源、单向插装阀组、方向控制插装阀组、伺服比例阀、压力插装阀组、油压传感器和蓄能器，工进液压油路还包括充液阀组，工控机分别与人机界面、单向插装阀组、压力插装阀组、油压传感器、方向控制插装阀组、伺服比例阀、充液阀组和位移传感器连接。本发明提高了生产效率，对流量需求相对较小，能满足各种尺寸大、形状尺寸复杂的锻件的加工要求，节能增效，保证了锻压设备运动的高精度。

Description

一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统及控制方法

技术领域

本发明属于锻造领域，具体涉及一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统及控制方法。

技术背景

利用冲击力或压力使金属在砧铁间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，这类工艺方法称为锻造。锻压机是用于锻压成型的专用设备，其中锻造液压机具有快锻、普锻、慢降、保压等多种功能，能在任意位置输出全部功率和保持所需压力，可满足有色与黑色金属的多种锻造工艺需求，是一种高性能的压力锻造设备。我国锻造行业拥有800-18500T等不同吨位的锻造液压机近3000台，在锻造能力上具有国际先进水平，但是在锻造频次上和国际水平差距较大，特别是重载锻压设备在快锻频次上存在着很大差距，国内锻造液压机的快锻频次一般为45次/min，国外锻造液压机的快锻频次一般为90次/min，而且国内锻造液压机在快锻工况下，设备振动很大，实用性很差。因而，针对重载锻压设备存在的问题，设计一种进给速度可控的液压系统和控制方法是具有积极意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统及控制方法，提高了生产效率，对流量需求相对较小，能满足各种尺寸大、形状尺寸复杂的锻件的加工要求，节能增效，保证了锻压设备运动的高精度。

本发明所采用的技术方案是：

一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统，包括滑块、设在滑块上的位移传感器、活塞杆与滑块连接的且对称布置在滑块上的双作用快进缸、快进液压油路、活塞杆与滑块连接的且位于滑块中部的单作用工进缸、工进液压油路、人机界面和工控机；快进液压油路和工进液压油路均包括依次连接的油源、单向插装阀组、方向控制插装阀组和伺服比例阀，快进液压油路和工进液压油路的油源与单向插装阀组之间均外接有压力控制插装阀组、单向插装阀组与方向控制插装阀组之间均外接有蓄能器，快进液压油路的伺服比例阀分别与双作用快进缸的有杆腔和无杆腔连接，工进液压油路的伺服比例阀与单作用工进缸的工作腔连接，工进液压油路还包括充液阀组，充液阀组一端接入单作用工进缸工作腔、另一端接入单向插装阀组与方向控制插装阀组之间，蓄能器、单作用工进缸工作腔和双作用快进缸无杆腔附近均外接有油压传感器；工控机分别与人机界面、单向插装阀组、压力控制插装阀组、油压传感器、方向控制插装阀组、伺服比例阀、充液阀组和位移传感器连接。

进一步地，充液阀组包括充液阀和二位四通电磁换向阀，在快速合模阶段，充液阀单向导通，滑块快速下行，单作用工进缸工作腔通过充液阀大量补油，在快速开模阶段，充液阀双向导通，滑块快速上行，单作用工进缸工作腔通过充液阀回油，在工进阶段，充液阀不工作。

进一步地，方向控制插装阀组包括方向控制功能插件、方向控制功能盖板和二位三通电磁换向阀。

进一步地，压力控制插装阀组包括压力控制功能插件、电磁溢流功能盖板和二位四通电磁换向阀。

进一步地，单向插装阀组包括方向控制功能插件和带遥控口控制盖板。

进一步地，快进液压油路和工进液压油路的单向插装阀组与方向控制插装阀组之间均外接有安全阀。

进一步地，油源包括油箱、与油箱连接的液压泵、为液压泵提供动力的电机以及设在液压泵出口端的过滤器和冷却元件。

进一步地，重载锻压设备为150T-2500T锻造设备，滑块的合模和开模速度在50-300mm/s内可调、工进速度在5-80mm/s内可调。

进一步地，蓄能器为气囊式蓄能器。

一种基于上述进给速度可控的重载锻压设备液压系统的控制方法，第一次对某厚度工件进行锻造时，对工件进行第一次标定，得到模具和工件接触时刻位移并以此时的双作用快进缸位移为基点，在后续的锻压过程中，到达基点之前，工控机控制工进液压油路的伺服比例阀关闭、快进液压油路的伺服比例阀开启，双作用快进缸带动滑块快速合模，接近或到达位移基点时，工控机控制工进液压油路的伺服比例阀开启、快进液压油路的伺服比例阀关闭，单作用工进缸带动滑块工进，最后工控机控制工进液压油路的伺服比例阀关闭、快进液压油路的伺服比例阀开启，双作用快进缸带动滑块快速开模；在快速合模、工进和快速开模过程中，位移传感器实时反馈滑块速度，当滑块速度低于预定速度时，工控机控制伺服比例阀的阀口通流面积增大，当滑块速度高于预定速度时，工控机控制伺服比例阀的阀口通流面积减小。

本发明的有益效果是：

本发明将双作用快进缸、单作用工进缸和滑块组合，综合了双作用快进缸运动速度快和单作用工进缸工作载荷大的特点，满足加工需求的同时提高了生产效率，对流量需求相对较小；单向插装阀组、压力控制插装阀组和方向控制插装阀组均采用插装阀组结构，具有通流能力大、动作灵灵敏、密封性好、抗污性好等优点，能满足各种尺寸大、形状尺寸复杂的锻件的加工要求；蓄能器采用油压传感器进行压力监控，经工控机反馈给压力控制插装阀组，使得蓄能器在液压系统中起到能量传递的作用，达到了节能增效的目的；伺服比例阀和位移传感器对滑块的位置和速度实现精准控制，形成闭环控制，保证了锻压设备运动的高精度。

附图说明

图1是本发明实施例的液压原理图。

图2是本发明实施例的逻辑控制图。

图中：1-油源；2-单向插装阀组；3-压力控制插装阀组；4-安全阀；5-油压传感器；6-蓄能器；7-方向控制插装阀组；8-伺服比例阀；9-滑块；10-双作用快进缸；11-充液阀组；12-单作用工进缸；13-位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统，包括滑块9、设在滑块9上的位移传感器13、活塞杆与滑块9连接的且对称布置在滑块9上的双作用快进缸10(双作用快进缸10缸径小、工作行程长，对称布置在滑块9的四个顶角上)、快进液压油路、活塞杆与滑块9连接的且位于滑块9中部的单作用工进缸12(单作用工进缸12缸径大、有效工作行程短)、工进液压油路、人机界面和工控机；快进液压油路和工进液压油路均包括依次连接的油源1、单向插装阀组2、方向控制插装阀组7和伺服比例阀8，快进液压油路和工进液压油路的油源1与单向插装阀组2之间均外接有压力控制插装阀组3、单向插装阀组2与方向控制插装阀组7之间均外接有蓄能器6，快进液压油路的伺服比例阀8分别与双作用快进缸10的有杆腔和无杆腔连接，工进液压油路的伺服比例阀8与单作用工进缸12的工作腔连接，工进液压油路还包括充液阀组11，充液阀组11一端接入单作用工进缸12工作腔、另一端接入单向插装阀组2与方向控制插装阀组7之间，蓄能器6、单作用工进缸12工作腔和双作用快进缸10无杆腔附近均外接有油压传感器5，快进液压油路和工进液压油路中的油源1、单向插装阀组2、压力控制插装阀组3、安全阀4、蓄能器6、方向控制插装阀组7、伺服比例阀8的具体型号由工作负载确定；工控机分别与人机界面、单向插装阀组2、压力控制插装阀组3、油压传感器5、方向控制插装阀组7、伺服比例阀8、充液阀组11和位移传感器13连接。

在本实施例中，充液阀组11包括充液阀和二位四通电磁换向阀，充液阀组11的电信号接口与工控机数字量输入输出模块连接，在快速合模阶段，充液阀单向导通，滑块9快速下行，单作用工进缸12工作腔通过充液阀大量补油，在快速开模阶段，充液阀双向导通，滑块9快速上行，单作用工进缸12工作腔通过充液阀回油，在工进阶段，充液阀不工作。方向控制插装阀组7包括方向控制功能插件、方向控制功能盖板和二位三通电磁换向阀(功能等效为二位二通换向阀)，方向控制插装阀的电信号接口与工控机数字量输入输出模块相连。压力控制插装阀组包括压力控制功能插件、电磁溢流功能盖板和二位四通电磁换向阀，压力控制插装阀组的电信号接口与工控机数字量输入输出模块连接。单向插装阀组2包括方向控制功能插件和带遥控口控制盖板(功能等效为单向阀)。快进液压油路和工进液压油路的单向插装阀组2与方向控制插装阀组7之间均外接有安全阀4，安全阀4保证油路不会因故障而压力过高发生事故。油源1包括油箱、与油箱连接的液压泵、为液压泵提供动力的电机以及设在液压泵出口端的过滤器和冷却元件，油源1为工进液压油路和快进液压油路提供稳定的流量，并能有效控制系统中液压油的污染度和温度。重载锻压设备为150T-2500T锻造设备，滑块9的合模和开模速度在50-300mm/s内可调、工进速度在5-80mm/s内可调。蓄能器6为气囊式蓄能器6。

在本发明中，人机界面通过数据线与工控机相连，用于输入工作参数和操作命令，能提取和记录锻压设备的工作状态；工控机通过数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块分别与各个液压元件和传感器连接，形成闭环的反馈调节机制，通过对对应的液压元件的控制实现对滑块9轻载快进和重载工进两工步瞬时切换和对重载锻压设备运行动作的控制；伺服比例阀8的电信号接口与工控机的模拟量输入输出模块连接，控制伺服比例阀8的阀芯位置及开度大小可以实现对滑块9运动方向和运动速度的控制，双作用快进缸10在伺服比例阀8的控制下实现快速合模和快速开模，单作用工进缸12在伺服比例阀8的控制下为工进阶段提供主动力且锻压速度可调，在快速合模和快速开模阶段，双作用快进缸10提供主动力，通过滑块9带动单作用工进缸12运动，单作用工进缸12通过充液阀组11补油和回油，在工进阶段，单作用工进缸12提供主动力，通过滑块9带动双作用快进缸10运动，并克服锻件变形力做功；方向控制插装阀对滑块9的运动起到开关作用；油压传感器5的电信号接口与工控机模拟量输入输出模块连接，用于实现压力监控；压力控制插装阀组起到控制压力油的卸荷及加载的作用，蓄能器6能够吸收和释放压力油、起到能量传递的作用，蓄能器6的压力由油压传感器5监控经工控机反馈给压力控制插装阀组，当监控压力高于蓄能器6最大工作压力时，压力控制插装阀组发挥卸荷功能，蓄能器6单独给系统供油，当监控压力低于蓄能器6最小工作压力时，压力控制插装阀组保证系统最大工作压力，油源1给蓄能器6补油；单向插装阀组2对蓄能器6的工作方向起到了限制作用；位移传感器13的电信号接口与工控机的模拟量输入输出模块连接，能够监测滑块9的位移，并将获得数据传输给工控机，工控机对其进行差分运算得到滑块9速度。

如图2所示，一种基于上述进给速度可控的重载锻压设备液压系统的控制方法，第一次对某厚度工件进行锻造时，对工件进行第一次标定，得到模具和工件接触时刻位移并以此时的双作用快进缸10位移为基点，在后续的锻压过程中，到达基点之前，工控机控制工进液压油路的伺服比例阀8关闭、快进液压油路的伺服比例阀8开启，双作用快进缸10带动滑块9快速合模，接近或到达位移基点时，工控机控制工进液压油路的伺服比例阀8开启、快进液压油路的伺服比例阀8关闭，单作用工进缸12带动滑块9工进，最后工控机控制工进液压油路的伺服比例阀8关闭、快进液压油路的伺服比例阀8开启，双作用快进缸10带动滑块9快速开模；在快速合模、工进和快速开模过程中，位移传感器13实时反馈滑块9速度，当滑块9速度低于预定速度时，工控机控制伺服比例阀8的阀口通流面积增大，当滑块9速度高于预定速度时，工控机控制伺服比例阀8的阀口通流面积减小。

本发明将双作用快进缸10、单作用工进缸12和滑块9组合，综合了双作用快进缸10运动速度快和单作用工进缸12工作载荷大的特点，满足加工需求的同时提高了生产效率，对流量需求相对较小；单向插装阀组2、压力控制插装阀组和方向控制插装阀组7均采用插装阀组结构，具有通流能力大、动作灵灵敏、密封性好、抗污性好等优点，能满足各种尺寸大、形状尺寸复杂的锻件的加工要求；蓄能器6采用油压传感器5进行压力监控，经工控机反馈给压力控制插装阀组，使得蓄能器6在液压系统中起到能量传递的作用，达到了节能增效的目的；伺服比例阀8和位移传感器13对滑块9的位置和速度实现精准控制，形成闭环控制，保证了锻压设备运动的高精度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：包括滑块、设在滑块上的位移传感器、活塞杆与滑块连接的且对称布置在滑块上的双作用快进缸、快进液压油路、活塞杆与滑块连接的且位于滑块中部的单作用工进缸、工进液压油路、人机界面和工控机；

快进液压油路和工进液压油路均包括依次连接的油源、单向插装阀组、方向控制插装阀组和伺服比例阀，快进液压油路和工进液压油路的油源与单向插装阀组之间均外接有压力控制插装阀组、单向插装阀组与方向控制插装阀组之间均外接有蓄能器，快进液压油路的伺服比例阀分别与双作用快进缸的有杆腔和无杆腔连接，工进液压油路的伺服比例阀与单作用工进缸的工作腔连接，工进液压油路还包括充液阀组，充液阀组一端接入单作用工进缸工作腔、另一端接入单向插装阀组与方向控制插装阀组之间，蓄能器、单作用工进缸工作腔和双作用快进缸无杆腔附近均外接有油压传感器；

工控机分别与人机界面、单向插装阀组、压力控制插装阀组、油压传感器、方向控制插装阀组、伺服比例阀、充液阀组和位移传感器连接。

2.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：充液阀组包括充液阀和二位四通电磁换向阀，在快速合模阶段，充液阀单向导通，滑块快速下行，单作用工进缸工作腔通过充液阀大量补油，在快速开模阶段，充液阀双向导通，滑块快速上行，单作用工进缸工作腔通过充液阀回油，在工进阶段，充液阀不工作。

3.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：方向控制插装阀组包括方向控制功能插件、方向控制功能盖板和二位三通电磁换向阀。

4.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：压力控制插装阀组包括压力控制功能插件、电磁溢流功能盖板和二位四通电磁换向阀。

5.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：单向插装阀组包括方向控制功能插件和带遥控口控制盖板。

6.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：快进液压油路和工进液压油路的单向插装阀组与方向控制插装阀组之间均外接有安全阀。

7.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：油源包括油箱、与油箱连接的液压泵、为液压泵提供动力的电机以及设在液压泵出口端的过滤器和冷却元件。

8.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：重载锻压设备为150T-2500T锻造设备，滑块的合模和开模速度在50-300mm/s内可调、工进速度在5-80mm/s内可调。

9.如权利要求1所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统，其特征在于：蓄能器为气囊式蓄能器。

10.一种基于权利要求1-9任一所述的进给速度可控的重载锻压设备液压系统的控制方法，其特征在于：第一次对某厚度工件进行锻造时，对工件进行第一次标定，得到模具和工件接触时刻位移并以此时的双作用快进缸位移为基点，在后续的锻压过程中，到达基点之前，工控机控制工进液压油路的伺服比例阀关闭、快进液压油路的伺服比例阀开启，双作用快进缸带动滑块快速合模，接近或到达位移基点时，工控机控制工进液压油路的伺服比例阀开启、快进液压油路的伺服比例阀关闭，单作用工进缸带动滑块工进，最后工控机控制工进液压油路的伺服比例阀关闭、快进液压油路的伺服比例阀开启，双作用快进缸带动滑块快速开模；在快速合模、工进和快速开模过程中，位移传感器实时反馈滑块速度，当滑块速度低于预定速度时，工控机控制伺服比例阀的阀口通流面积增大，当滑块速度高于预定速度时，工控机控制伺服比例阀的阀口通流面积减小。