等温锻造液压机的四角调平控制系统

文章编号16720121201006002803等温锻造液压机的四角调平控制系统韩其义，山东力丰重型机床有限公司张英男天津分公司，天津300134摘要介绍了等温锻造液压机在等温锻造时的一种四角调平控制方案，通过现场等温锻造验证，表明该设计方案在等温锻造的四角调平控制中是行之有效的。关键词机械制造；四角调平；等温锻造；液压机中图分类号TG3154文献标识码B1引言带四角调平系统的等温锻造液压机，是我国发收稿日期20100907作者简介韩其义1961一，男，工程师，从事机械设计与自动化表4右偏载路径上节点位移值路径1路径2路径3起点位移MM077814540664终点位移，MM188436061614极值，MM30080026右偏载状态下，读取图14中标注点左右方向的位移值分别为一0133MM、一0046MM，即在右偏载力的作用下，上、下模具间隙值变化了0087MM。5结论通过有限元分析方法，获得了结构在公称力载荷状态下的应力和位移云图，进而得出结构的应力集中情况及变形情况。非偏载公称力载荷作用下，液压机机身应力在30MPA40MPA范围内，滑块与导柱接触处的最大集中应力值在170MPA左右。上横梁、下横梁、滑块的变形值分别为148MM、1165MM、0238MM。展新型航空航天高新技术工程中所需的重大设备，主要适用于航空高强度材料等温超塑性成形新工艺。因被锻材料塑性差，变形抗力大，变形速率要求严格，锻造丁艺复杂，因此，液压机的设计制造都应偏载状态下，机身应力值在60MPA以下；滑块与导柱接触区域最大应力值在200MPA左右。左偏载力作用下模具间隙值变化了0136MM，上梁、滑块、下梁的倾斜值分别变化了1107MM、2266MM、0953MM。右偏载力作用下模具间隙值变化了0087MM，倾斜值分别为一1106RAM、一2152RAM、095MM。【参考文献】1中国机械工程学会塑性工程学会【M】锻压手册北京机械工业出版社，2007102刘相新，盂宪颐ANSYS基础与应用教程【M】北京科学出版社，2O063】王尚斌，孙宇，张庆飞5000KN机械压力机机身有限元分析锻压技术，2009，1L19123【4】李月仙，元秀梅基于ANSYS的注塑机前模板有限元分析册机械工程及自动化，2008，270715王春寒在ANSYS软件中高强度预紧力的施加方法【J四川建筑，20062140141满足工艺对结构形式、刚度、强度、机械精度，特别是对滑块运动速度及滑块平面位置的控制精度的特殊要求，以便改善产品精度，提升产品质量。这里，等温锻造液压机采用了新型组合大型框架主机结构，滑块采用5缸驱动。主缸是一个可产生主吨位压力的柱塞缸，滑块四角分布4个调平缸，为活塞缸。目前，对等温锻造液压机工作参数作了如下要求速度范围000505MMS，实现恒速控制，滑块下平面精度在01MMM内2系统设计控制方式21四角调平理论在等温锻造高强度材料时，因单位面积材料上变形抗力不一致，容易导致滑块受力偏载而发生弹性变形此处假设模具不发生变形，难以保证压制产品精度。为此，在设计液压机时，应使滑块具备四角调平功能，以抵消滑块偏载变形。滑块在压制产品过程中，可以从滑块四角的各直线位移数显尺检测出其各自所对应调平缸的实时位置数据，同时并将这4组数据与主缸的直线位移数显尺检测出的数据进行比较，然后再根据各自比较所得的差值数据进而输出电信号，决定液压调平系统控制各自对应的调平缸作用力的状况，以抵消滑块在等温锻造工艺过程中受力偏载而发生的弹性变形，进而达到理想调平效果。例如，调平缸的直线位移数显尺数值位置高于中间主缸直线位移数显尺数值位置，说明此处安装的调平缸对应的滑块点上位置发生弹性变形，已经高于滑块中心位置，此时通过其液压控制系统供给调平缸一个向下的作用力，以消除此处滑块的弹性变形量。图1所示为调平作用受力状况。同理，当调平缸的直线位移数显尺数值位置低于中间主缸直线位移数显尺数值位置时，此处就需要液压控制系统供给调平缸一个向上的作用力，以消除此处滑块的弹性变形量。由上述分析可知，达到调平效果要求，需要满足主缸图1调平作用受力简图如下条件M调平力矩偏载力矩V凋平速度主缸速度22液压系统等温锻造液压机的四角调平控制要求严格，在其液压传动系统中，高控制精度及反应灵敏度一直是一个较难解决的难题。为此，采取了以下几个方面的措施。1为了保证调平控制系统和主液压控制系统的简单性及独立性，将调平控制系统和主液压控制系统分别做成独立的泵阀液压控制系统，以防干涉，并为调试及检修提供了简单的平台。2理论上可以认为滑块受力均匀，压制工艺过程中不存在偏载情况，并且针对等温锻造工艺特点，其压制速度一般情况在000505MMS之间，根据V调平速度I，主缸速度的要求，可以知道实际调平缸调平工作所需要的流量是很小的。同时，在假设滑块压制工艺过程中不存在偏载情况，为了尽可能保证4个调平缸同步下行，所以从理论上考虑选取4个小型柱塞定量泵，每个柱塞定量泵供给各自的调平缸流量，以便从宏观上保证调平缸的同步运动和滑块平衡下行。3为保证液压机滑块下平面01MMM的高精度，根据阀控系统具备高精度和高动态响应及功率小的特点，采用比例伺服阀及补偿同步偏差形成的闭环回路，组合成一套液压调平系统。每套调平系统都采用独立液压控制单元，每套比例伺服控制阀安装在各对应调平缸缸体上。一方面进一步提高同步精度、调平精度和高响应效果的控制，另一方面又能够便于跟踪管理和系统维护。4比例伺服阀流量可以按输入的电信号连续地、按比例或非线性地控制液压系统的流量，有效地解决超调问题。根据直线位移数显尺比较的实时数值，当有大误差时，比例伺服阀根据电信号阀口以大流量方式开启，以使阀芯能以最短时间达到并跟踪其给定的位置；当误差达到一个允许的小误差时，比例伺服阀阀口根据电信号以小流量开启，并且根据MMM。23在液较大的速图2液压原理图1泵2电机3过滤器4压力传感器5溢流阀6比例伺服阀应，而同时在等温锻造恒速运行T,J又要求速度波动很小，即要求系统的稳态指标要高。为了达到设计要求，采用积分分离PID控制方法，研制了一种具有高可靠性和可维护性的锻造液压机控制系统，完成了X,T液压机的恒速度、同步、调平的控制。在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如图3所示。图3模拟PID控制系统原理框图简单来说，PID控制器各校正环节的作用如下比例环节可及时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数I，且I越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引人一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，缩短调节时间，保证调平缸具备高动态响应性能。经过现场负载实验，被锻材料采用800C变形高温合金，测得的调平缸调平曲线如图4所示，完全满足等温锻造工艺精度01RNMM的使用要求。LLLIIIIIILL1LLLIILLIILII一L号调平缸孽一2号调平缸一3号调平缸F一4号调平缸LIIIIIIFFFFIINS图4调平缸调平曲线图3结束语现场生产表明，液压机的控制精度使锻造出的产品质量达到保证，说明该液压系统设计成功。选用比例伺服阀控制作为调平系统，满足了高动态响应，高精度要求，此系统安全可靠，安装、调试、维护方便。【参考文献】1陶永华新型PID控制及其应用北京机械工业出版社，2002F2】章宏甲，黄谊，王积伟液压与气压传动M】北京机