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了解一下全液壓模鍛錘的工作原理 |
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模型鍛造是金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形并充滿模膛而獲得鍛件的方法。模鍛件尺寸精度高，機(jī)械加工余量小，鍛件的纖維組織分布更為合理，可進(jìn)一步提高零件的使用壽命。模鍛生產(chǎn)率高，操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。液壓模鍛錘作為蒸―空模鍛錘的升級(jí)換代產(chǎn)品，具有能量利用率高，節(jié)約能源，節(jié)約投資，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較多的一種模鍛設(shè)備。
但是液壓模鍛錘也存在故障率較高，可靠性較差，噪聲嚴(yán)重等問(wèn)題，其原因主要是打擊能量不可控制。當(dāng)工件變形所吸收的能量小于錘頭打擊能量時(shí)，錘頭的多余能量造成了上下錘頭的對(duì)擊，引起錘體劇烈振動(dòng)，造成連接部位松動(dòng)，引發(fā)疲勞斷裂。所以建立全液壓模鍛錘液壓缸的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)打擊能量的精確控制，可提高液壓模鍛錘的可靠性和能量有效利用，具有十分重要的實(shí)際意義。
液壓模鍛錘自動(dòng)化程度高，打擊不同的工件時(shí)，只需稍微改變?cè)O(shè)置即可實(shí)現(xiàn)。模鍛錘液壓缸上腔為無(wú)桿腔，下腔為有桿腔，是上下腔雙作用的單活塞桿液壓缸，通過(guò)控制上腔壓強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)錘頭的運(yùn)動(dòng)。
2.1、模鍛錘液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)一般是由動(dòng)力元件，執(zhí)行元件，控制元件，工作介質(zhì)和輔助裝置組成的，系統(tǒng)各部分組成一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體。液壓系統(tǒng)動(dòng)力元件為液壓泵，工作介質(zhì)為油；執(zhí)行元件為單桿雙作用液壓缸，其上下腔均采用油壓驅(qū)動(dòng)，油壓由油泵和蓄能器及差動(dòng)回路聯(lián)合控制，液壓缸下腔始終連通蓄能器，控制系統(tǒng)只對(duì)液壓缸上腔控制；控制元件為液壓閥；輔助裝置包括蓄能器，濾油器，油箱，熱交換器，油管，管接頭，壓力表等。
打擊時(shí)，打擊閥使上下腔連通，靠液壓缸有桿下腔和無(wú)桿上腔面積差實(shí)現(xiàn)錘頭快速運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)打擊閥的控制實(shí)現(xiàn)錘頭的提錘，懸錘，打擊，放錘等機(jī)械動(dòng)作。
溢流閥4是一種液體壓力控制閥，在模鍛錘液壓系統(tǒng)中主要起定壓溢流作用和安全保護(hù)作用；節(jié)流閥5是通過(guò)改變節(jié)流截面或節(jié)流長(zhǎng)度以控制液壓油流量，在對(duì)模時(shí)此閥可以實(shí)現(xiàn)錘頭微動(dòng)；蓄能器6是液壓系統(tǒng)中的一種能量?jī)?chǔ)蓄裝置，與液壓缸下腔相通，它上腔充高壓氮?dú)猓虑怀湟簤河�。在錘頭向下快速打擊時(shí)，液壓系統(tǒng)瞬時(shí)壓力增大，蓄能器可以吸收這部分的能量，轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓縮能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)提錘和打擊閥開(kāi)啟，上腔進(jìn)油時(shí)，又將氣體壓縮能轉(zhuǎn)變?yōu)橛蛪耗埽瑢?shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量的暫時(shí)儲(chǔ)存及釋放，保證整個(gè)系統(tǒng)壓力正常。打擊閥7采用二位三通一進(jìn)一出常開(kāi)式換向電磁閥，通電時(shí)油路開(kāi)啟向油缸上腔進(jìn)油，準(zhǔn)備打擊，斷電時(shí)出油用以卸荷，迅速提錘，通過(guò)控制其進(jìn)油路開(kāi)啟時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)打擊能量的精確控制。
2.2、液壓模鍛錘的工作原理
液壓模鍛錘根據(jù)鍛件生產(chǎn)工藝隨時(shí)調(diào)整打擊次數(shù)和打擊能量，控制系統(tǒng)通過(guò)控制電磁閥的通斷，可以實(shí)現(xiàn)提錘，打擊，懸錘等各種動(dòng)作循環(huán)，也可以實(shí)現(xiàn)重打和輕打，單打和連打。
液壓模鍛錘工作過(guò)程主要包括以下幾方面：
按啟動(dòng)按鈕，電機(jī)帶動(dòng)油泵啟動(dòng)，溢流閥進(jìn)入工作狀態(tài)，主油路升壓，液壓油進(jìn)入油缸下腔和蓄能器下腔，準(zhǔn)備提錘。
打擊閥通電，進(jìn)油路開(kāi)啟，來(lái)自油泵，蓄能器以及通過(guò)差動(dòng)回路引來(lái)的下腔油的高壓油進(jìn)入上腔，實(shí)現(xiàn)錘頭的快速下行。
打擊閥斷電，上腔接通油箱回油，上腔卸壓，錘頭立即快速回程。
錘頭升至一定位置即可進(jìn)行打擊或放錘，錘頭升至最上位置，將觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān)，停止提錘。
打擊工序完畢，裝入下一工件時(shí)，打擊閥不通電，靠下腔油和蓄能器平衡油壓實(shí)現(xiàn)懸錘。同時(shí)錘頭設(shè)有安全銷，以防事故和意外打擊的發(fā)生。
3液壓缸模型的試驗(yàn)分析打擊能量對(duì)于液壓模鍛錘來(lái)說(shuō)是最重要的參數(shù)之一，不僅是機(jī)械設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的主要性能參數(shù)，而且是數(shù)據(jù)控制的關(guān)鍵所在。所以建立正確的液壓模鍛錘打擊能量的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于該設(shè)備進(jìn)行打擊能量及打擊次數(shù)的程序控制具有重要意義。
3.1、液壓缸的模型建立
液壓模鍛錘液壓缸是單桿雙作用活塞缸，上下兩腔的有效工作面積不相等。考慮模鍛錘的實(shí)際工作環(huán)境，由能量守恒定律對(duì)活塞進(jìn)行受力分析。液壓缸活塞的總受力由液壓缸上腔對(duì)活塞的力f1，下腔對(duì)活塞的力f2，油液對(duì)活塞的阻力f以及活塞桿上外加負(fù)載fg組成。它們的計(jì)算式如下：
f合=f1-f2-f-fg
由動(dòng)量定理得液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)方程：
f合t=mvp=mxw
利用matlab/simulink仿真軟件，根據(jù)式建立了液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)的非線性模型，實(shí)現(xiàn)了圖形化交互方式下錘頭打擊及回程仿真的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
本文設(shè)定液壓模鍛錘上腔活塞面積100cm2，下腔活塞面積a1=80cm2。活塞桿上外加負(fù)載fg=100n.
活塞粘性摩擦系數(shù)dx=2ns/m.液壓缸活塞，活塞桿及錘頭質(zhì)量m=300kg.采用ode45法進(jìn)行200s的仿真，通過(guò)添加示波器可以方便的觀察上下腔壓強(qiáng)以及液壓缸活塞位置和速度輸出隨時(shí)間的變化的情況。輸入信號(hào)為一系列階躍信號(hào)。液壓缸下腔壓強(qiáng)p下始終為10mpa.設(shè)定錘頭向下運(yùn)動(dòng)的位移和速度為正方向。
參見(jiàn)試驗(yàn)結(jié)果，可以作如下分析：
從0到20時(shí)刻上腔壓強(qiáng)為9mpa，下腔壓強(qiáng)為10mpa，p上a2-fg=p下a1，這時(shí)活塞受力平衡，錘頭速度為0，處于靜止?fàn)顟B(tài)�？梢钥闯龃硕螘r(shí)刻錘頭的動(dòng)能為0.
從20到70時(shí)刻上腔壓強(qiáng)變?yōu)?mpa，活塞受的合外力方向向上，錘頭由平衡狀態(tài)位置開(kāi)始向上提錘，速度由0變?yōu)?4m/s，錘頭向上移動(dòng)了200mm.可看出此段時(shí)刻錘頭的動(dòng)能為2400j.
90到120時(shí)刻上腔壓強(qiáng)升為19mpa，活塞受的合外力方向向下，活塞加速向下運(yùn)動(dòng)，錘頭速度由0變?yōu)?.7m/s，錘頭向下移動(dòng)了200mm，回到初始位置�？梢钥闯龃硕螘r(shí)刻錘頭的動(dòng)能為6600j.
在140到190時(shí)刻上油腔壓強(qiáng)為3mpa，活塞受的合外力方向向上，活塞上升提錘200mm，速度為-4m/s.可以看出此段時(shí)刻錘頭的動(dòng)能為2400j.
從70到90時(shí)刻，120到140時(shí)刻，190到200時(shí)刻，上油腔壓強(qiáng)都為9mpa，活塞受力平衡，活塞靜止，速度為0.可以看出此段時(shí)刻錘頭的動(dòng)能為0.
對(duì)液壓模鍛錘工作原理進(jìn)行研究，建立了液壓缸的運(yùn)動(dòng)模型。通過(guò)對(duì)液壓模鍛錘打擊過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，為模鍛錘設(shè)計(jì)提供了參數(shù)依據(jù)，降低了開(kāi)發(fā)成本，為實(shí)際運(yùn)行中設(shè)定打擊能量的大小和打擊次數(shù)提供理論依據(jù)；同時(shí)打擊能量的精確控制能避免多余打擊的能量，節(jié)能降耗，從而有望大大提高工作效率，實(shí)現(xiàn)能源的有效利用。
相信大家看完文章都有所了解了吧。希望上面的內(nèi)容能給大家?guī)?lái)一些幫助和建議，如需了解更多相關(guān)資訊，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注我們哦!
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