CN109572035A - 一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，根据液压机的工艺和设备结构特点，合理地设计各个主缸和回程缸的布置方位，为利用回程缸和对应的主缸进行活动横梁纠偏创造了必要的条件。本发明还公开了大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏方法，当活动横梁任一角的位移值超出允许范围时，行程检测传感器对四个回程缸和/或四个主缸发出纠偏指令信号，直至位移值降至允许的范围内。该方法无需专门设置昂贵的活塞式平衡缸及独立的调平控制系统，充分利用液压机固有的回程缸配置进行活动横梁纠偏，不仅满足液压机功能和性能要求，而且可降低装机功率，提高运行效率，简单可靠；用缸数量少，降低设备重量和项目投资，减少维修费用和生产运行成本。

Description

一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统和方法
技术领域
本发明涉及大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统及方法，属于金属塑性成形液压机技术领域。
背景技术
液压机在偏心载荷工况时，偏心力矩将会使活动横梁发生倾斜，导致产品尺寸和精度不合格。因此，在大型模锻液压机上，为使活动横梁达到一定的水平精度要求，必须装备调平系统或装置，以满足大型精密模锻件成形的工艺需要。
目前，大型模锻液压机所采用的调平系统，主要有如下几种方式：
采用水泵-蓄势器传动系统的大型模锻液压机，介质压力和工作速度难以实现自动调节，一般采用一套独立于水系统的油泵液压传动的封闭的同步补偿系统，即在活动横梁和下横梁的四角上安装四个液压同步缸，以被动或增加缸内被动压力的方式，产生一定的反力矩来对抗活动横梁的倾斜。有的在四个液压同步缸的基础上，利用回程缸节流增加反力矩来平衡偏心力矩。
采用油泵直接传动系统的大型模锻液压机，仍延续了传统的设计思想，独立于主系统设置一个封闭的同步补偿系统，有的在此基础上，增加了主缸的同步调整措施，被称为“主缸主动调平”，也有的仅仅设置了多主缸的主动同步调平系统。
这些调平系统或装置，有的在一定程度上实现了活动横梁的调平功能，有的只是处于理论阶段，但是，增加了设备的投资和提高了生产运行成本，也有的在实践中未获得成功。如某公称力为数万吨级液压机，采用了所谓的“多主缸主动同步调平系统”，至今无法消除多个主缸七上八下的状态，由于主缸的不同步所造成的活动横梁倾斜状态，始终在影响着产品质量的稳定性。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统及方法，创新液压机结构和控制系统设计，从技术可靠、简单、适用和低成本角度，提出了一种活动横梁在偏心载荷下的纠偏调平技术，开发出特大型多向双动精密挤压成形液压机，可广泛适用于海洋工程、船舶、油气、化工、航空航天、兵器、核电工业中复杂难成形产品的多向模挤压、模锻、等温模锻、等压下量成形、等锻比成形、精密成形、超塑性成形等多种金属塑性柔性复合成形工艺，实现该类零件的近净成形。
其具体技术方案如下：一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，包括若干个主缸、活动横梁、若干个回程缸、若干套行程检测传感器装置、主缸比例压力控制阀块、回程缸比例压力控制阀块、若干个主缸/回程缸控制阀块、中心主缸/回程控制阀块，以及液压机的上横梁、下横梁和液压管道。
所述主缸设置在活动横梁与上横梁之间；所述回程缸设置在活动横梁与下横梁之间；所述行程检测传感器设在所述回程缸上；所述主缸比例压力控制阀块设置于上横梁顶部；所述回缸比例压力控制阀块、主缸/回程缸控制阀块和中心缸/回程控制阀块均设置于下横梁的侧面。
更进一步的，主缸有五个，回程缸有四个；五个主缸分布在液压机正交的中心线上，其中一个主缸设在上横梁中心作为中心主缸，其余四个主缸设在在上横梁的四个边上，相邻主缸之间的连线互相垂直，五个主缸呈轴对称的梅花形；所述回程缸设置在下横梁的四个角上，呈对称的正方形；所述主缸到中心主缸的连线，与回程缸到中心主缸的连线之间错开一个夹角α。
更进一步的，所述主缸的缸体和柱塞均通过紧固件分别与活动横梁和上横梁连接固定；所述回程缸的缸体和柱塞均通过紧固件分别与活动横梁下平面和下横梁连接固定。
更进一步的，所述行程检测传感器，采用磁致式位移传感器，其固定端紧固在与下横梁连接的回程缸的柱塞上，其移动端固定在与活动横梁下平面连接的回程缸上。
更进一步的，所述主缸比例压力控制阀块用于检测和控制主缸的压力，其包括三个二位三通电磁控制阀、四个比例压力控制阀和四个压力传感器；位于上横梁边上的每个主缸对应一个比例压力控制阀和压力传感器；所述二位三通电磁控制阀设置在四个主缸进油管道之间，用于隔离或联通各主缸之间压力和流量的传递。
更进一步的，所述回程缸比例压力控制阀块用于检测和控制回程缸的压力；其包括三个二位三通电磁控制阀、四个比例压力控制阀和四个压力传感阀；每个回程缸对应一个比例压力控制阀和一个压力传感器；所述二位三通电磁控制阀用于隔离或联通各回程缸之间压力和流程的传递。
更进一步的，所述主缸/回程缸控制阀块分别与一个主缸和对应的一个回程缸连接，用于实现它们的进油、排油、行程、泄压和安全控制；液压传动系统的进油、排油、控制管道与各主缸/回程缸控制阀块连接；所述中心主缸/回程控制阀块与中心主缸连接，用于实现中心主缸的进油、排油、行程、泄压和安全控制；液压传动系统的进油、排油、控制管道与中心主缸/回程控制阀块连接。
一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏方法，行程检测传感器对活动横梁四角的位移值进行监测，当位移值超出允许的范围时，行程检测传感器对四个回程缸和/或四个主缸发出纠偏指令信号，对其内部压力作出调整，直至位移值降至允许的范围内。
更进一步的，所述位移值包括角位移值和线位移值。
更进一步的，一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏方法，具体包括如下步骤：
步骤(一)：行程检测传感器对活动横梁四角的位移检测，当一个或者相邻的两个回程缸的位移值超出允许范围时，行程检测传感器对相应方位的回程缸发出纠偏指令；
步骤(二)：关闭步骤(一)中所述的回程缸的比例压力控制阀，通过液压传动系统向该回程缸内供油增压而提升平衡反力，同时，使对角线上或对边的回程缸的比例压力控制阀泄压排液，降低支承力；使得回程缸力F与偏心力P平衡，回程缸的位移值恢复至允许范围内，纠偏结束，否则进入步骤(三)；
步骤(三)：当回程缸力F不足以平衡偏心力P时，按偏心力矩发生的方位，使步骤(二)中升压的回程缸相对应的主缸进行旁路泄压，降低该主缸内压力，直至回程缸的位移值恢复至允许范围内。
有益效果：
本发明将直接导致一种全新的特大型多向模双动复合精密挤压成形液压机的实现。其活动横梁倾斜纠偏系统的原理和结构可以广泛应用于各种吨位的模锻液压机、多向模锻液压机、多向模挤压液压机、多向冲压液压机等，可进行各种热塑成形，等温成形工艺。从而带来诸多有益效果：
1)本发明根据多向双动复合挤压液压机的工艺和设备结构特点，合理地设计各个主缸和回程缸的布置方位，为利用回程缸和对应的主缸进行活动横梁纠偏创造了必要的条件。
2)无需专门设置昂贵的活塞式平衡缸及独立的调平控制系统，充分利用液压机固有的回程缸配置进行活动横梁纠偏，不仅满足液压机的功能和性能要求，而且可降低装机功率，提高运行效率，简单可靠；用缸数量少，降低设备重量和项目投资，减少维修费用和生产运行成本。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图，
附图标记列表：1—主缸，2—活动横梁，3—回程缸，4—行程检测传感器，5—主缸比例压力控制阀块，6—回程缸比例压力控制阀块7—主缸/回程缸控制阀块，8—中心主缸/回程缸控制阀块，9—上横梁，10—下横梁，11—液压管道，51—二位三通电磁控制阀，52—比例压力控制阀，53—压力传感器，61—二位三通电磁控制阀，62—比例压力控制阀，63—压力传感器。
图2是本发明的各个主缸和回程缸布置示意图，
附图标记列表：P1-P4—四个主缸，P5—一个中心主缸，Fa-Fd—四个回程缸。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统包括五个主缸1、活动横梁2、四个回程缸3、四套行程检测传感器装置4、一个主缸比例压力控制阀块5、一个回程缸比例压力控制阀块6、四个主缸/回程缸控制阀块7和一个中心主缸/回程缸控制阀块8，以及液压机的上横梁9和下横梁10，通过适宜流速的管道11将各部件、装置与液压传动系统有机地连接起来，从而构成活动横梁倾斜纠偏系统，以满足多向模挤压、模锻、等温模锻、超塑性成形等多种金属塑性柔性复合成形工艺需要。
如图2所示，五个主缸1呈梅花形轴对称地布置在液压机上横梁 9正交的中心线上，其中一个主缸1居于上横梁9中心，四个互为90°布置在上横梁9的四边，主缸1的柱塞通过紧固件与活动横梁2连接；四个回程缸3对称布置在液压机的下横梁四角，回程缸的缸体和柱塞通过紧固件分别与活动横梁2、下横梁连接；主缸与回程缸的布置方位相互错开某一角度，如图2所示为α。除中心主缸外，利用四个主缸和四个回程缸，在同一力平面内向活动横梁施加平衡反力F，形成一个反力矩来平衡偏心力矩，对活动横梁进行纠偏。
行程检测传感器装置4安装在回程缸3上，其固定端紧固在与下横梁连接的回程缸柱塞上，移动端固定在与活动横梁2下平面连接的回程缸体上。活动横梁下平面内任一方位发生超过允许水平度的倾斜，都可以由行程检测传感器4检测出来，进而向相应方位的主缸或回程缸比例压力控制阀52或62发出纠偏指令，进行位置闭环控制；同时，由相应方位的回程缸压力传感器53或63进行闭环补偿。
主缸比例压力控制阀块5安装于液压机的上横梁9各主缸1附近，包括三个二位三通电磁控制阀51、四个比例压力控制阀52和四个压力传感器53，用于参与活动横梁纠偏的主缸的压力检测和控制。每个主缸设置一个比例压力控制阀和一个压力传感器，可独立调压，与回程缸比例压力控制阀组合实现纠偏调平功能。二位三通电磁控制阀用于隔离或联通各主缸之间压力和流量的传递。
回程缸比例压力控制阀块6安装于液压机的下横梁10各回程缸 4附近，包括三个二位三通电磁控制阀61、四个比例压力控制阀62 和四个压力传感器63，用于参与活动横梁纠偏的回程缸的压力检测和控制。每个回程缸设置一个比例压力控制阀和一个压力传感器，可独立调压，与主缸比例压力控制阀组合实现纠偏调平功能。二位三通电磁控制阀用于隔离或联通各回程缸之间压力和流量的传递。
主缸/回程缸控制阀块7分别用于一个主缸和对应的一个回程缸的进油、排油、行程、泄压和安全控制。液压传动系统的进油、排油、控制管道将与各主缸/回程缸控制阀块连接。所述中心主缸/回程控制阀块8与中心主缸连接，用于实现中心主缸的进油、排油、行程、泄压和安全控制；液压传动系统的进油、排油、控制管道与中心主缸/ 回程控制阀块8连接。
当活动横梁与液压机的立柱之间的单边导向间隙为3mm时，长度为5700mm的活动横梁在偏心载荷作用下将倾斜0.173°，其一端最大下倾8.55mm。但是，并非在活动横梁产生最大倾斜角或最大位移值后，或接近行程终点时才纠偏，而应在超过设定的水平度要求的角位移值时就进行随动纠偏，所需的纠偏力并不一直是最大值。
通常，液压机的回程力约为公称力的10～13％，平衡活动横梁运动部分重量的溢流压力仅相当于回程压力的40％，尚有60％的压力提升空间。因此，利用回程缸的反力，根据活动横梁倾斜的角位移值，使远离偏心载荷中心的一个或两个回程缸内的压力自动升压，靠近偏心载荷中心的回程缸内的压力自动减小，构成一个力闭环随动纠偏自适应调平系统。
利用四个主缸和四个回程缸力的一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏方法如下：
(1)设置于活动横梁四角的四个位移传感器，可分别检测活动横梁四角的位移值。当一个或者相邻的两个回程缸的位移值超出允许范围时，行程检测传感器对相应方位的回程缸发出纠偏指令。
(2)关闭步骤(一)中所述的回程缸的比例压力控制阀，通过液压传动系统向该回程缸内供油增压而提升平衡反力，同时，使对角线上或对边的回程缸的比例压力控制阀泄压排液，降低支承力；使得回程缸力F与偏心力P平衡，回程缸的位移值恢复至允许范围内，纠偏结束，否则进入(3)。
(3)当回程缸力F不足以平衡偏心力P时，则辅助以主缸旁路比例溢流降压调平控制策略。按偏心力矩发生的方位，使升压的回程缸相对应的主缸进行旁路泄压，适度降低该主缸内压力。详见表1。表1为回程缸力与主缸旁路泄压组合表。
表1

Claims (10)

1.一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，其特征在于：包括若干个主缸(1)、活动横梁(2)、若干个回程缸(3)、若干套行程检测传感器(4)、主缸比例压力控制阀块(5)、回程缸比例压力控制阀块(6)、主缸/回程缸控制阀块(7)、中心主缸/回程控制阀块(8)，以及液压机的上横梁(9)、下横梁(10)和管道(11)；
所述上横梁(9)、活动横梁(2)和下横梁(10)从上至下依序设置，所述主缸(1)设置在活动横梁(1)与上横梁(9)之间；所述回程缸(3)设置在活动横梁(2)与下横梁(10)之间；所述行程检测传感器(4)设置在回程缸(3)上；所述主缸比例压力控制阀块(5)和回缸比例压力控制阀块(6)分别设置于上横梁(9)、下横梁(10)上，分别用于检测和控制主缸(1)和回程缸(3)的压力；所述主缸/回程缸控制阀块(7)的P1-P4口和Fa-Pd口分别与主缸(1)和回程缸(3)的相应标识号的接口连接，所述中心缸/回程控制阀块(8)的P5口和Fe口与中心主缸(1)的相应标识号的接口连接，所述主缸/回程缸控制阀块(7)和中心缸/回程控制阀块(8)均用于主缸/回程缸实现进油、排油、行程、泄压和安全控制。
2.根据权利要求1所述的一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，其特征在于：主缸(1)有五个，回程缸(3)有四个；五个主缸(1)分布在液压机正交的中心线上，其中一个主缸(1)设在上横梁中心作为中心主缸，其余四个主缸(1)设在上横梁的四个边上，相邻主缸(1)之间的连线互相垂直，五个主缸(1)呈轴对称的梅花形；所述回程缸(3)设置在下横梁的四个角上，呈正方形；所述主缸(1)到中心主缸的连线，与回程缸(3)到中心主缸的连线，在同一水平面上错开一个夹角α。
3.根据权利要求1所述的一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，其特征在于：所述主缸(1)的缸体和柱塞通过紧固件分别与上横梁和活动横梁上平面连接固定；所述回程缸(3)的缸体和柱塞通过紧固件分别与活动横梁下平面和下横梁连接固定。
4.根据权利要求3所述的一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，其特征在于：所述行程检测传感器(4)，采用磁致式位移传感器，其固定端紧固在与下横梁连接的回程缸(3)的柱塞上，其移动端固定在与活动横梁下平面连接的回程缸(3)的缸体上。
5.根据权利要求1所述的一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，其特征在于：所述主缸比例压力控制阀块(5)包括三个二位三通电磁控制阀(51)、四个比例压力控制阀(52)和四个压力传感器(53)；位于上横梁上靠近主缸(1)的位置，每个主缸(1)对应一个比例压力控制阀(52)和压力传感器(53)；所述二位三通电磁控制阀(51)位于各主缸(1)的进油管道(11)之间，用于隔离或联通各主缸(1)之间压力和流量的传递。
6.根据权利要求1所述的一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，其特征在于：所述回程缸比例压力控制阀块(6)包括三个二位三通电磁控制阀(61)、四个比例压力控制阀(62)和四个压力传感阀(63)；每个回程缸(3)对应一个比例压力控制阀(62)和一个压力传感器(63)；所述二位三通电磁控制阀(63)位于各回程缸(3)的进油管道(11)之间，用于隔离或联通各回程缸(3)之间压力和流程的传递。
7.根据权利要求1所述的一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏系统，其特征在于：所述主缸/回程缸控制阀块(7)包括四个主缸/回程缸控制阀，每个主缸/回程缸控制阀分别与一个主缸和对应的一个回程缸连接，用于实现它们的进油、排油、行程、泄压和安全控制；液压传动系统的进油、排油、控制管道与各主缸/回程缸控制阀连接；所述中心主缸/回程控制阀块(8)，所述中心主缸/回程控制阀块(8)与中心主缸连接，用于实现中心主缸的进油、排油、行程、泄压和安全控制；液压传动系统的进油、排油、控制管道与中心主缸/回程控制阀块(8)连接。
8.一种大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏方法，其特征在于：行程检测传感器监测活动横梁四角的位移值，当位移值超出允许的范围时，行程检测传感器发出纠偏指令信号至四个回程缸和/或四个主缸，对其内部压力作出调整，直至位移值降至允许的范围内。
9.根据权利要求8所述的大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏方法，其特征在于：所述位移值包括角位移值和线位移值。
10.根据权利要求8所述的大型模锻液压机活动横梁倾斜纠偏方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(一)：行程检测传感器对活动横梁四角的位移监测，当一个或者相邻的两个回程缸的位移值超出允许范围时，行程检测传感器对相应方位的回程缸发出纠偏指令；
步骤(二)：关闭步骤(一)中所述的回程缸的比例压力控制阀，通过液压传动系统向该回程缸内供油增压而提升平衡反力，同时，使对角线上或对边的回程缸的比例压力控制阀泄压排液，降低支承力；使得回程缸力F与偏心力P平衡，回程缸的位移值恢复至允许范围内，纠偏结束，否则进入步骤(三)；
步骤(三)：当回程缸力F不足以平衡偏心力P时，按偏心力矩发生的方位，使步骤(二)中升压的回程缸相对应的主缸进行旁路泄压，降低该主缸内压力，直至回程缸的位移值恢复至允许范围内。
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