某大型水压机的驱动系统和控制系统绪论1.doc

-1-1绪论1.1课题的来源和研究的意义自上世纪50年代以来，我国的液压技术取得了飞速的发展，就水压机来说，1961年12月，上海江南造船厂成功地建成国内第一台12000吨水压机，这台水压机的制造成功，为中国重型机械工业填补了一项空白，也为我国的锻造事业跨进世界先进行列起了重要作用。它主要用于锻造有色金属合金的一般锻件和带孔的复杂锻件，特别是用于锻造航空航天工业需要的特殊加工部件，如飞机大梁、机翼龙骨、长征火箭和巡肮导弹的端环等。它也是锻造万吨巨轮发动机主轴、大型发电机转子轴、大型轧钢机架、炮管及导弹壳等不可缺少的设备。万吨水压机建成后，为国家电力、冶金、化学、机械和国防工业等部门锻造了大批特大型锻件；30多年来，仍在正常运转，为社会主义建设作出了重大的贡献。本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，传统的水压机不管是结构、功能、吨位、操作系统还是控制系统都显得比较陈旧和落后。比如结构过于复杂、工作的压力比较小、体积庞大。因此，现在研究水压机仍有十分重要的意义，尤其是对现有的水压机系统和结构进行改造十分必要。1.2液压机的发展概况液压传动相对于机械机械传动来说是一门新技术，但自从18世纪末，英国制成世界上第一台水压机以来，液压技术已经发展了两百多年。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大-2-战结束后，液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。1884年在英国曼彻斯特首次使用了锻造钢锭用的锻造水压机，由于它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快，1893年建造了当时最大的120MN的锻造水压机。随着航空工业的迅速发展，模锻液压机的公称压力不断提高。1934年德国制造了70MN的模锻水压机，第二次世界大战期间，德国又制造了一台300MN的模锻水压机。1955年左右，美国先后制造了二台315MN及二台450MN的大型模锻水压机。此外在英国、法国、联邦德国也都先后建造过200MN300MN的各种大型模锻液压机，而在法国安装的由苏联设计与制造的650MN模锻液压机，则是西欧目前最大的一台。由于液压机在工作中的广泛适应性，它还普遍应用于国民经济的各个部门，如板材成形，粉末冶金、管、线型材积压、胶合板压制、打包、人造金刚石、耐火砖压制、电缆包覆、炭极压制成形、轮轴压装、较直等等。各种类型的中小型液压机发展十分迅速，有力地促进了各种工业的发展。1949年以前，我国没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机制造工业，只有一些修配用的小型液压机。1949年以后，我国迅速建立了自主的完整工业体系。我国已能自行设计和制造汽车、机车、发电设备、轧钢设备、飞机、火箭、人造卫星等产品，这些都促进各种液压机的发展。19571962年间，我国已开始自行设计、自行制造各种锻压设备，其中有近30台10000KN到31500KN的中型锻造水压机及二台120MN到125MN的大型锻造水压机，同时，也初步建立了一支设计和制造液压机的技术队伍。我国的液压技术开始于上世纪50年代，但是真正意义上的液压技术的发展开始于上世纪80年代。50年代，我国自行设计制造了1000吨的水压机，这在当时，它对我国锻造工业起着积极的推动作用。因此，一个时期以来它成为我国工业战线的佼佼者。80年代以来，液压机技术有了飞速发展，主要表现在以下几个方面：1.迅速采用数控（NC）及计算机控制（CNC）技术，以实现工艺过程自动化及提高各运动部分的控制精度。例如中小型锻造液压机在逐步实现液压机及操作机联动的基础上可以采取计算机程序控制，在锻件高度方向的尺寸公差，已可控制在1mm左右，目前，中小型快锻液压机已有取代老式蒸汽空气自由锻锤的趋势。在中小型模锻液压机方面，采用微机辅助的检测控制系统，可以根据压力大小来补偿工作台、机架、滑块及模具等环节受载变形带来的误差，从而使滑快停止位置达到很高的精度.在液压板料折弯机中，采用计算机控制的自动弯曲补偿装置，可经常保持折弯机床身和上横梁之间的平行度，从而保证了3m长的薄板弯曲件沿弯曲线的角度偏差在0.5度。CNC知道弯管机可以存储一千多个程序段，可以知道弯曲不同弧度的管-3-子，送进、夹紧、折弯自动化。可编程微处理机控制的知道矫正液压机，其控制块包括检测、计算和存储，在考虑毛坯原始弯曲程度、材料硬度性能等原始条件下，经过计算机运算，可得出优化的矫正过程。从一种矫正工件换到另一种所需辅助时间仅为几分钟。矫正过程中出现的问题可随时在屏幕上显示出来，以便于修正。2.采用各种先进的快速滑阀或插装阀，减少阀的换向时间，使阀的响应时间减少到10ms以下。3.采用各种有效的缓冲扎，以减少冲载时的振动及噪声，扩大液压机的应用范围。4.逐步向柔性加工系统（FMS）发展，即把微电子技术、自动检测反馈、工业机器人和自动仓库结合在一起，将多台不同功过程中出现的问题可随时在屏幕上显示出来，以便于修正。5.出现了快速换模装置，它包括设立中间模具库、模具转台、横向换毡装置及快速夹紧机构等，以适应多品种小批量的市场需求。例如Hasenclever的20MN下拉式锻造液压机上，已能将换一副毡子的时间由15分钟减少到1分钟。又如瑞典制造的DP200A_10型深拉延液压机，模具初调在机外进行，安装完毕后进入压力机，新型夹紧装置使模具在液压机上的拆装时间不到1分钟，同时完成行程、压力的调整，再借助待加工板材进行生产调整，2分钟内即可投入生产。1.3液压机的特点液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。液压机的工作循环一般包括停止，冲液行程，工作行程及回程。液压机的液压系统包括各种高、低压泵，各种高低压容器（油箱、冲液罐等），各种阀及相应的连接管道。液压机的工作介质主要有两种，采用乳化液的一般称为水压机，采用油的称为油压机，两种都称为液压机。乳化液由质量分数为2%的乳化脂和质量分数为98%的软水搅拌而成，它应具有较好的防腐蚀和防锈能力，并有一定的润滑作用。乳化液价格便宜，不燃烧，不易污染场地，故耗液量大的以及热加工用的液压机，多采用乳化液作为工作介质。液压机与其他锻压设备相比具有以下特点：1基于液压传动的原理，执行元件（缸及注塞或活塞）结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间和较长的工作行程，因此，适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。-4-2在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转换点长时间保压，这对许多工艺来说，都是十分需要的。3可以用简单的办法（各种阀）在一个工作循环中调压或限压，不易超载，容易保护各种模具。4滑块的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑块行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制或改变。5滑块速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应工艺过程对滑块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节可与压力及行程无关。6与锻锤相比，工作平稳，撞击、振动和噪声较小，对工人健康、厂房周围环境及设备本身都有很大好处。液压机的缺点是：1用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。2由于工作缸内升压及降压都需要一定时间，阀的换向也需要一定的时间，而且空程速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机。3由于液体有可压缩性，在快速卸载时，可能会引起液压机本体或液压系统的振动，因此不太适合于冲载、剪切等工艺。4工作液体有一定的使用寿命，到一定的时间应更换。1.4液压传动的优缺点液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：1.由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。2.液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。