CN115921764B - 精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高端装备制造产业，具体涉及精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置及方法，包括轴瓦与轴端轴径冷却循环系统和智能精准控温系统，轴瓦与轴端轴径冷却循环系利用设置冷风循环通道对高频热模锻作业的远离曲拐轴中心线反向的曲轴轴端上部及其配合轴瓦上部的发热源直接进行同步精准冷却作用；智能精准控温系统利用温度传感器、风冷机、电磁阀、PLC控制器来智能控制轴瓦与轴端轴径的温升，双向达到减小双向叠加热变量从而缩小轴瓦与轴端轴径配合间隙目的，产品精度比国家标准提高80％以上，旋转速度(效率)提升40～60％，轴瓦的使用寿命延长40％以上，显著提升精密热模锻传动系统运行精度、效率、可靠性，实现智能绿色制造效果。

Description

精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置及方法

技术领域：

本发明涉及高端装备智能制造领域的金属成形机床装备制造技术领域，具体涉及精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置及方法。

背景技术：

目前，现有热模锻压力机的结构如图8所示，包括机身，机身上部两侧设置安装通孔，安装通孔内分别设置支撑套，支撑套通过螺栓固定于机身上，支撑套内设置轴瓦，轴瓦内设有曲轴，曲轴中部的曲拐外侧设有连杆瓦，连杆瓦设置连杆盖和连杆形成的孔内，连杆瓦、连杆盖和连杆通过双头螺杆、螺母固定在一起，连杆、连杆盖和连杆瓦随曲轴旋转而上下作往复运动。

现有热模锻压力机传动系统的曲轴与连杆瓦、轴瓦组成滑动摩擦副相对转动，曲轴与连杆瓦、轴瓦在工称力作用下相对旋转运动挤压摩擦导致曲轴及连杆瓦、轴瓦温度持续升高，曲轴轴径受热后向外膨胀导致轴径变粗，轴瓦受热向内膨胀导致轴瓦的孔径缩小，造成轴径与轴瓦的配合间隙逐渐减小，一方面，严重制约了精密热模锻压力机传动系统的配合精度及旋转速度的提升；另一方面，还会导致曲轴与轴瓦快速磨损、损伤或抱死停机事故发生。然而，对于曲轴转速较低或精度性能指标要求不高的机械压力机基本可以满足要求，但是对于精密热模锻压力机及生产线则无法满足其高速精密运转、稳定可靠的较高性能要求。随着技术的不断创新，有些技术问题已经得到了初步改善，例如轴及瓦间的快速磨损、损伤或抱死问题，但通过实际应用效果发现，还有其他深层次关键技术难题亟待进一步应用基础研究突破，比如说曲轴(芯轴)轴径的温升热膨胀问题，仅靠轴瓦外侧冷空气智能控温虽破解了国际同类产品油冷专利技术的“卡脖子”关键技术制约，但是还会直接影响到轴与轴瓦的智能控温技术效果，从而严重制约曲轴与轴瓦传动系统(配合间隙)精度及旋转速度(效率)的进一步有效提升。所以，建立精密热模锻压力机曲轴轴径与轴瓦的温升智能控制系统，仍然是制约当前高速精密金属成形机床智能装备性能提升,迫切亟待解决智能制造方面面临的关键性技术难题。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置及方法，本发明解决了精密热模锻压力机轴、瓦之间高速旋转摩擦发热持续温升导致轴及瓦热膨胀严重制约了精密热模锻压力机传动系统配合精度及旋转速度的提升问题，避免轴瓦快速磨损或损伤，延长轴瓦的使用寿命，有效提升了精密锻造的运动速度、精度、生产效率和加工产品质量，实现了精密热模锻压力机及生产线在高效精密智能绿色制造方面的核心关键技术有效突破。

本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：

精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，包括曲轴，所述曲轴两端分别设有轴端，所述轴端上设有轴瓦，所述轴瓦上设有支撑套，所述支撑套安装在机身上，所述机身两侧分别设有轴瓦与轴端轴径冷却循环系统，两轴瓦与轴端轴径冷却循环系统分别与智能精准控温系统连接；

轴瓦与轴端轴径冷却循环系统，包括设置在支撑套上的冷却进风孔，所述支撑套上半部与轴瓦之间设有循环冷却通道，所述轴端轴径上远离曲拐的一侧设有多个冷却孔，所述冷却孔轴向设置，所述冷却孔内端设有第一冷风导流器，外端设有第二冷风导流器，所述第一冷风导流器和第二冷风导流器将所有冷却孔呈S形串联连通，所述第二冷风导流器上设有排风孔，所述循环冷却通道始端与冷却进风孔连通，末端通过中间连通气路与位于始端的冷却孔连通；

智能精准控温系统，包括设置在机身上的风冷机，所述风冷机与电磁阀连接，所述电磁阀通过进风管与冷却进风孔连接，所述支撑套内靠近循环冷却通道侧的轴瓦处设有温度传感器，所述温度传感器与PLC控制器连接，所述PLC控制器分别与风冷机和电磁阀连接。

所述中间连通气路包括径向设置在轴瓦上的轴瓦通气孔，所述轴瓦内壁上沿圆周方向设有圆环沟槽，所述轴端上径向设有轴端通气孔，所述轴瓦通气孔一端与循环冷却通道的末端连通，另一端与圆环沟槽连通，所述轴端通气孔一端与圆环沟槽连通，另一端与位于始端的冷却孔连通。

所述支撑套内壁的上半部位置设有循环冷却通道槽A，所述循环冷却通道槽A与轴瓦外壁组合形成封闭的循环冷却通道，所述循环冷却通道槽A始端与冷却进风孔连通，末端与轴瓦通气孔连通；

或者，所述轴瓦上半部的外壁上设有循环冷却通道槽B，所述循环冷却通道槽B与支撑套内壁组合形成封闭的循环冷却通道，所述循环冷却通道槽B始端与冷却进风孔连通，末端与轴瓦通气孔连通。

所述循环冷却通道槽A和循环冷却通道槽B设计成S形。

所述轴端轴径远离曲拐一侧的两端分别设有安装槽，所述安装槽用于安装第一冷风导流器或第二冷风导流器。

多个所述冷却孔沿轴端轴径圆周方向间隔设置。

所述支撑套上设有接头，所述接头将进风管与冷却进风孔连通。

精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控方法，包括如上所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，当温度传感器测得温升达到设定数值时，PLC控制器控制风冷机、电磁阀启动工作向其指定部位输送冷风，所述冷风的温度、流量、流速可根据系统设定参数智能调控，冷风通过进风管、接头、冷却进风孔进入循环冷却通道，冷风在循环冷却通道对轴瓦发热源直接进行精准冷却，然后冷风通过循环冷却通道、轴瓦通气孔、圆环沟槽、轴端通气孔进入位于始端的冷却孔内对轴端发热源直接进行精准冷却，最后冷风从排风孔排出；当温度传感器检测温度恢复到正常设定数值范围内，PLC控制器控制风冷机、电磁阀停止工作。

本发明采用上述技术方案，能够带来如下有益效果：

考虑到温升对精密热模锻传动系统配合精度的重要影响因素，基于温控基础理论应用研究，建立智能控温下的气路控温和温度检测控制集成技术系统，结合创新结构设计与PLC控制器控制集成技术，采用温度数据采集、数据分析、主动预警和提前干预方式，运用冷空气作为降温最廉价介质，工作时由机身上变频调速风冷机、电磁阀结合智能降温系统设置优化参数控制调整各进气口的启停、流量、流速、温度，通过冷空气输入支撑套及轴瓦的冷风通道直接作用，使其完全处于接触状态，能够提供轴端轴径与其轴瓦相配合的整体同步启停全面系统智能快速精准降温，降低高频冲压作业下高速运动的热温升，从而缩小轴径与其轴瓦温升范围，减小热温升对传动环节精度效率大幅度提升的严重制约，通过结构创新设计显著的提升轴径与轴瓦的配合精度、旋转速度。现有技术(国家标准)轴与轴瓦普遍温升为40℃，最高温度不超过70℃，通过本发明的实验和仿真预测证实创新的智能温控系统技术将高速旋转轴端轴瓦处温升范围有效控制在5～20℃内，最高温度不超过40℃，轴瓦、轴端轴径回转运动间隙与轴径比值由现有技术的8～10/1000000优化缩小到3～4/1000000，产品精度比国家标准提高1倍以上，加快旋转速度提升效率50～70％，显著提升整机精度、效率和可靠性，延长轴瓦的使用寿命50％以上。

附图说明：

图1为本发明实施例1精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1中间连通气路的结构示意图；

图3为本发明实施例1轴端的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例1支撑套的仰视结构示意图；

图5为本发明实施例1温度传感器的安装结构示意图；

图6为本发明实施例2精密温锻曲轴连杆智能测控温升装置的结构示意图；

图7为本发明实施例2轴瓦的俯视结构示意图；

图8为现有热模锻压力机的结构示意图；

图中，1、曲轴，2、轴端，3、轴瓦，4、支撑套，5、机身，6、冷却进风孔，7、循环冷却通道，8、曲拐，9、冷却孔，10、第一冷风导流器，11、第二冷风导流器，12、排风孔，13、中间连通气路，14、风冷机，15、电磁阀，16、进风管，17、温度传感器，18、轴瓦通气孔，19、圆环沟槽，20、轴端通气孔，21、循环冷却通道槽A，22、循环冷却通道槽B，23、安装槽，24、接头。

具体实施方式：

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

在本发明中，术语“轴向”、“径向”、“圆周方向”、“端部”、“A”、“B”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的位置。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“设置”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，“设有”和“设置”可以是固定安装，也可以是可拆卸安装，或成一体；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-5所示，精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，包括曲轴1，所述曲轴1两端分别设有轴端2，所述轴端2上设有轴瓦3，所述轴瓦3上设有支撑套4，所述支撑套4安装在机身5上，所述机身5两侧分别设有轴瓦与轴端轴径冷却循环系统，两轴瓦与轴端轴径冷却循环系统分别与智能精准控温系统连接；

轴瓦与轴端轴径冷却循环系统，包括设置在支撑套4上的冷却进风孔6，所述支撑套4上半部与轴瓦3之间设有循环冷却通道7，所述轴端2轴径上远离曲拐8的一侧设有多个冷却孔9，所述冷却孔9轴向设置，所述冷却孔9内端设有第一冷风导流器10，外端设有第二冷风导流器11，所述第一冷风导流器10和第二冷风导流器11将所有冷却孔9呈S形串联连通，所述第二冷风导流器11上设有排风孔12，所述循环冷却通道7始端与冷却进风孔6连通，末端通过中间连通气路13与位于始端的冷却孔9连通；精密热模锻压力机生产线模锻过程中，连杆上下反复运动到靠近下死点公称压力角范围时，越接近下死点时轴端轴径与轴瓦的上部开始受挤压力作用的滑动面比压最大，实际测试发现远离曲轴1中心位置曲拐相反方向的轴端2上部轴径及连杆运动到下死点位置对应的上部轴瓦3形成相互作用的发热根源。拟解决制约传动系统的精度、效率提升关键核心技术难题是如何同时控制轴端2轴径与轴瓦3温升，基于温升理论应用基础研究，金属每升高1℃热变形的增加量为1/100000，而热温升直接影响精密热模锻压力机传动系统配合精度的间隙改变包括轴瓦3温升内孔缩小、轴端2轴径温升变粗双向叠加作用结果，所以，只有针对发热根源的痛点，依靠智能温控应用研究进一步创新结构设计，精准控制高频锻压作业下高速旋转的发热源热温升，从轴端2轴径与轴瓦3发热源同步控温减小其配合间隙热变量，才能达到提升传动系统的精度、旋转速度，从根本上破解精密热模锻压力机传动系统的精度、效率显著提升的技术难题。本申请正是将循环冷却通道7设置在轴瓦3发热源处，将冷却孔9设置在轴端2轴径发热源对应处，从而进行精准快速冷却。

智能精准控温系统，包括设置在机身5上的风冷机14，所述风冷机14与电磁阀15连接，所述电磁阀15通过进风管16与冷却进风孔6连接，所述支撑套4内靠近循环冷却通道7侧的轴瓦3处设有温度传感器17，所述温度传感器17与PLC控制器连接，所述PLC控制器分别与风冷机14和电磁阀15连接。考虑到温升对精密热模锻传动系统配合精度的重要影响因素，基于温控基础理论应用研究，建立智能控温下的气路控温和温度检测控制集成技术系统，结合创新结构设计与PLC控制器控制集成技术，采用温度数据采集、数据分析、主动预警和提前干预方式，运用冷空气作为降温最廉价介质，工作时由机身5上变频调速风冷机14、电磁阀15结合智能降温系统设置优化参数控制调整各进气口的启停、流量、流速、温度，通过冷空气输入支撑套4及轴瓦3的冷风通道直接作用，使其完全处于接触状态，能够提供轴端2轴径与其轴瓦3相配合的整体同步启停全面系统智能快速精准降温，降低高频冲压作业下高速运动的热温升，从而缩小轴径与其轴瓦3温升范围，减小热温升对传动环节精度效率大幅度提升的严重制约，通过结构创新设计显著的提升轴径与轴瓦的配合精度、旋转速度。现有技术(国家标准)轴与轴瓦普遍温升为40℃，最高温度不超过70℃，通过本发明的实验和仿真预测证实创新的智能温控系统技术将高速旋转轴端2轴瓦3处温升范围有效控制在5～20℃内，最高温度不超过40℃，轴瓦3、轴端2轴径回转运动间隙与轴径比值由现有技术的8～10/1000000优化缩小到3～4/1000000，产品精度比国家标准提高1倍以上，加快旋转速度提升效率50～70％，显著提升整机精度、效率和可靠性，延长轴瓦的使用寿命50％以上。

所述中间连通气路13包括径向设置在轴瓦3上的轴瓦通气孔18，所述轴瓦3内壁上沿圆周方向设有圆环沟槽19，所述轴端2上径向设有轴端通气孔20，所述轴瓦通气孔18一端与循环冷却通道7的末端连通，另一端与圆环沟槽19连通，所述轴端通气孔20一端与圆环沟槽19连通，另一端与位于始端的冷却孔9连通。给出中间连通气路13的具体结构，实现两处冷却区域的串联连通。

所述支撑套4内壁的上半部位置设有循环冷却通道槽A21，所述循环冷却通道槽A21与轴瓦3外壁组合形成封闭的循环冷却通道7，所述循环冷却通道槽A21始端与冷却进风孔6连通，末端与轴瓦通气孔18连通。给出一种循环冷却通道7的具体实现方式。

所述循环冷却通道槽A21设计成S形。便于循环冷却。

所述轴端2轴径远离曲拐8一侧的两端分别设有安装槽23，所述安装槽23用于安装第一冷风导流器10或第二冷风导流器11。实现第一冷风导流器10和第二冷风导流器11安装在轴端2上。

多个所述冷却孔9沿轴端2轴径圆周方向间隔设置。实现对发热源处的均匀快速冷却。

所述支撑套4上设有接头24，所述接头24将进风管16与冷却进风孔6连通。便于气路连通。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

如图6-7所示，所述轴瓦3上半部的外壁上设有循环冷却通道槽B22，所述循环冷却通道槽B22与支撑套4内壁组合形成封闭的循环冷却通道7，所述循环冷却通道槽B22始端与冷却进风孔6连通，末端与轴瓦通气孔18连通。给出另一种循环冷却通道7的具体成型方式。

所述循环冷却通道槽B22设计成S形。便于对发热源循环冷却。

精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控方法，包括如上所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，当温度传感器17测得温升达到设定数值时，PLC控制器控制风冷机14、电磁阀15启动工作向其指定部位输送冷风，所述冷风的温度、流量、流速可根据系统设定参数智能调控，冷风通过进风管16、接头24、冷却进风孔6进入循环冷却通道7，冷风在循环冷却通道7对轴瓦3发热源直接进行精准冷却，然后冷风通过循环冷却通道7、轴瓦通气孔18、圆环沟槽19、轴端通气孔20进入位于始端的冷却孔9内对轴端2发热源直接进行精准冷却，最后冷风从排风孔12排出；当温度传感器17检测温度恢复到正常设定数值范围内，PLC控制器控制风冷机14、电磁阀15停止工作，达到轴端2轴径与其轴瓦3相对应配合的整体同步启停智能快速精准风冷控温效果。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，其特征在于，包括曲轴，所述曲轴两端分别设有轴端，所述轴端上设有轴瓦，所述轴瓦上设有支撑套，所述支撑套安装在机身上，所述机身两侧分别设有轴瓦与轴端轴径冷却循环系统，两轴瓦与轴端轴径冷却循环系统分别与智能精准控温系统连接；

轴瓦与轴端轴径冷却循环系统，包括设置在支撑套上的冷却进风孔，所述支撑套上半部与轴瓦之间设有循环冷却通道，所述轴端轴径上远离曲拐的一侧设有多个冷却孔，所述冷却孔轴向设置，所述冷却孔内端设有第一冷风导流器，外端设有第二冷风导流器，所述第一冷风导流器和第二冷风导流器将所有冷却孔呈S形串联连通，所述第二冷风导流器上设有排风孔，所述循环冷却通道始端与冷却进风孔连通，末端通过中间连通气路与位于始端的冷却孔连通；

智能精准控温系统，包括设置在机身上的风冷机，所述风冷机与电磁阀连接，所述电磁阀通过进风管与冷却进风孔连接，所述支撑套内靠近循环冷却通道侧的轴瓦处设有温度传感器，所述温度传感器与PLC控制器连接，所述PLC控制器分别与风冷机和电磁阀连接。

2.根据权利要求1所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，其特征在于，所述中间连通气路包括径向设置在轴瓦上的轴瓦通气孔，所述轴瓦内壁上沿圆周方向设有圆环沟槽，所述轴端上径向设有轴端通气孔，所述轴瓦通气孔一端与循环冷却通道的末端连通，另一端与圆环沟槽连通，所述轴端通气孔一端与圆环沟槽连通，另一端与位于始端的冷却孔连通。

3.根据权利要求2所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，其特征在于，所述支撑套内壁的上半部位置设有循环冷却通道槽A，所述循环冷却通道槽A与轴瓦外壁组合形成封闭的循环冷却通道，所述循环冷却通道槽A始端与冷却进风孔连通，末端与轴瓦通气孔连通；

或者，所述轴瓦上半部的外壁上设有循环冷却通道槽B，所述循环冷却通道槽B与支撑套内壁组合形成封闭的循环冷却通道，所述循环冷却通道槽B始端与冷却进风孔连通，末端与轴瓦通气孔连通。

4.根据权利要求3所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，其特征在于，所述循环冷却通道槽A和循环冷却通道槽B设计成S形。

5.根据权利要求4所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，其特征在于，所述轴端轴径远离曲拐一侧的两端分别设有安装槽，所述安装槽用于安装第一冷风导流器或第二冷风导流器。

6.根据权利要求5所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，其特征在于，多个所述冷却孔沿轴端轴径圆周方向间隔设置。

7.根据权利要求6所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，其特征在于，所述支撑套上设有接头，所述接头将进风管与冷却进风孔连通。

8.精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控方法，包括权利要求7所述的精密热模锻压力机曲轴轴瓦智能温控装置，当温度传感器测得温升达到设定数值时，PLC控制器控制风冷机、电磁阀启动工作向其指定部位输送冷风，所述冷风的温度、流量、流速可根据系统设定参数智能调控，冷风通过进风管、接头、冷却进风孔进入循环冷却通道，冷风在循环冷却通道对轴瓦发热源直接进行精准冷却，然后冷风通过循环冷却通道、轴瓦通气孔、圆环沟槽、轴端通气孔进入位于始端的冷却孔内对轴端发热源直接进行精准冷却，最后冷风从排风孔排出；当温度传感器检测温度恢复到正常设定数值范围内，PLC控制器控制风冷机、电磁阀停止工作。