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1、C H83 消振液压模锻锤打击能量的自动控制吴国庆 ,周井玲 ,沈世德(南通工学院 ,江苏 南通 226007)摘要 :分析了现有的消振液压模锻锤存在的问题 ,提出了改进措施 ,进行了打击能量系统的方案设计 、软件设计 ,实现了打击能量的自动控制 。关键词 :液压模锻锤 ;能量控制 ;可靠性中图分类号 :TH133文献标识码 :B文章编号 :1007 - 9483( 2002) 01 - 0064 - 03Automatic Control of the Ha mmering Energy f or Hydra ul ic Pressure Model C H83WU GU O - Qing
2、, ZHOU J ing - ling , SH EN Shi - de( Nanto ng Instit ute of Technology , J iangsu Nanto ng , 226007 ,China)锤类锻压设备具有打击速度快 ,行程次数多 ,成形工艺好 ,结构简单 ,价格便宜等优点 ,是完成锻造工艺最廉价和 万能的设备 ,但通常广泛使用的蒸汽 空气锤存在能耗大 , 热效率低 ,振动噪声大 ,工作环境差 ,环境污染严重等缺点 ,被国家列为淘汰使用的设备 。液压模锻锤克服了蒸汽锤的缺点 ,成为更新换代的新型锻锤1 。CH83 消振液压模锻锤是根据“液压动头”和“消振模锻 锤的打击
3、系统”两项专利而设计的新型模锻设备 ,其打击方 式和结构形式均为国内首创 ,主要特点是传动效率高 ,节能 效益显著 ,基本消除了打击对基础的振动 。但在长期的生 产实践中也发现了一些问题 ,主要是故障率较高 ,可靠性较能量小于锤头打击能量时 ,锤头的多余能量造成了上下锤头的对击 ,引起锤体剧烈振动 ,造成连接部位松动 ,引发疲 劳断裂 。所以实现打击能量的自动控制 ,减小或消除锻锤 的多余能量 ,可提高液压模锻锤的可靠性 ,减小噪声 ,延长模具的使用寿面 ,使其性能价格比超过进口锤 ,具有一定的经济效益和社会效益2 。1 CH83 液压模锻锤工作原理CH83 - 25A 型消振液压模锻锤的工
4、作 原 理 如 图 1 所 示 。该锤采用 了 以 进 油 方 式 工 作 的 高 集 成 度 液 压 锤 动 力 头 ,专利号 8620187811 ,该动力头主要由环行气液隔离式蓄 势器所包围的工作缸上部 紧 密 集 成 的 液 压 控 制 系 统 所 组 成 ,由打击阀 4 控制锤头的打击工作 。非打击时 ,打击阀 b口进油 , 阀芯向下运动 , 打击阀 4 封闭着锤杆活塞上部的工作油腔 5 与蓄能器油腔 6 的通路 , 工作油腔经打击阀 a 口与 油箱连通而卸荷 , 此时锤头借助于锤杆活塞下腔回程气垫 8 的压力而处于悬空状态 。打击时 , 电磁换向阀 3 换向 , 打击 阀 c 口进
5、油 ,阀芯向上运动打击阀迅速开放 ,此时工作油腔5 与油箱的卸荷通路被切断 , 而蓄势器的油腔 6 与锤杆活 塞上方的工作油腔 5 相联通 ,从而利用蓄势器的能量实现打击 ,在打击行程的任何位置只要一关闭打击阀 ,锤头即能借助于锤杆活塞下腔气势的压力立即回程 ,从而从根本上 消除了传统液压锤所普遍存在的闷模时间长和回程弹击现 象 。由于工作油腔只在打击行程的极短瞬间内处于高压状 态 ,而其余时间内均处于卸荷状态 ,因此也就减少了液压锤 漏油的可能性 。该锤的其余功能如蓄势器的充 、排油 ,油泵的自动卸荷 及锤头调整动作等则由电磁溢流阀和单向电磁卸荷阀等共同完成 。为了实现在机身静止前提下的消振
6、打击 ,本锤的打击 系统 (专利号 86201875 ,包括 1 个主锤头及由 4 个连杆相连 的非正圆的飞轮 ,图 1 中未示) 设计成在打击位置的附近区域 ( 0) 以固定在机身左右立柱上的两个铰轴为支点的11 电磁溢流阀 21 电磁卸荷阀 31 电磁换向阀41 打击阀 51 工作油腔 61 蓄能器油腔71 蓄能器气腔 81 回程气垫 91 锤杆图 1 CH83 消振液压模锻锤工作原理示意图差 ,其原因主要是打击能量不可控制 ,当工件变形所吸收的收稿日期 :2001 - 08 - 29作者简介 :吴国庆 ( 1957 - ) ,男 ,江苏海安人 ,南通工学院高级工程师 ,主要研究方向为机电
7、一体化 。新技术新工艺65吴国庆 周井玲 沈世德 CH83 消振液压模锻锤打击能量的自动控制杠杆平衡系统 ,这样在打击阶段由于打击系统的动量和近似于零 ,因而打击力在机身内部得以基本平衡 ,这就达到了 消除打击力引起基础振动的目的 。值不同 ,其值由人工事先标定 。在打击动作发生时按照指定的顺序逐次读出 ,作为当次打击动作打击阀的开启时间 。 在 PCSR - 21 系 列 中 可以有 4 组 拨 盘 开 关 提 供 给 用户使 用 。每 组 拨 盘 开 关 可 以 对一个 定 时 器 或 计 数 器 设 定预置 值 , 采 用 标 准 BCD 编 码并由二级管隔离 ,置数范围为2 系统方案设
8、计211 打击能量控制从图 1 可见原机的动力来自液压动力头 ,他由位于中 心的工作缸及其外围的气液隔离蓄势器 、顶部打击及其液压集成控制系统 、一个补气系统和包围着上述部分的油箱所组成 。工作油箱和蓄势器上腔均为油腔而其下腔均为气 腔 。通常在非打击过程中 ,打击阀始终封闭着蓄能器上部与工作油腔之间的通路 ,锤头在气垫压力的作用下迫使上部油腔的油排入油腔而回程 。在打击行程中打击阀迅速开 放 。于是蓄势器上部与工作缸上腔迅速沟通 ,从而实现打 击 。从其工作原理可知实现调节打击能量的方案大致有以 下 3 种 。方案一 :控制液压阀的开启大小 。调节工作油腔内的 油量 、油压 ,从而实现控制打
9、击能量的目的 。但考虑到现有结构的阀门调节相当困难 ,且不能实现实时监控 ,需要对现有机器结构作较大的改动 。随着渗透现象出现 ,控制点会 发生变化 。方案二 :控制锤头上下死点的位置 。由于锤头的打击能量是随着打击行程而变化的 ,而打击行程又随着模具的 闭合高度的不同而不同 ,模具的闭合高度可以通过调整压 力滑块 (锤头) 的上下死点位置来实现 ,所以能用位移传感 器对锤头位置进行测定 ,并进行比较 ,然后对锤头的位置进 行控制 ,从而达到对打击能量的控制 。该方案适用于一次 性同能量级别连续打击 ,但需另外设计附加停锤机构 ,这对 于能量频繁改变的控制系统则又是一较大的弊端 。方案三 :控
10、制打击阀的开启时间 。锤头的打击能量与 工作腔的油量及油压有直接关系 ,可以通过控制打击阀的开启时间来控制工作腔中的油量 ,从而达到控制打击能量的目的 ,该方案简单易行 ,不需改动原有机构 ,也无需增加 任何辅助设施 。控制时间长短可以通过软件实现 。事实上 原机操作人员也是凭经验 感 觉 来 控 制 脚 踏 开 关 的 踩 击 时 间 ,从而控制打击阀的开启时间来实现近似能量打击 。因此确定方案三作为能量控制方案 。212 打击次数和打击能量预选 打击能量预选可以通过外界置数 ,根据不同的工件由拨盘接口读入 ,经过软件处理 ,得到一系列的定时值 ,这些值被送入数据寄存器中保存 。拨盘数据的标
11、定 ,根据锻件 试打时实测的打击能量确定 ,不同的锻件 、不同的材料标定图 2 能量 时间图0 9 999 , 每 次 扫 描 , 系 统 把拨盘值读入 CPU 并送入相应的数据寄存器 ,即第一组拨盘数据送入 R565 , R564 ,第二组拨盘数据送入 R567 , R566 ;第 三组 拨 盘 数 据 送 入 R571 , R570 ; 第 四 组 拨 盘 数 据 送 入 R573 , R572 。打击能量与打击阀开启时间的关系如图 2 所示 。打击 能量 W 为 : W mW =T式中 : W m 为最大打击能量 ; T 为达最大打 击 能 量 时 的 时间 ; t 为打击阀开启时间 ,
12、 t T 。 通过外部置数控制打击阀的开启时间 ,就可控制打击能量 。另外 ,用 N 0 , N 1 两个输入点来确定打击次数 , CM 0 CM 3 4 个中间继电器分别代表第一次到第四次打击有效 ,详见表 1 。表 1 打击次数实现表N 0N 1打击次数CM 0CM 1CM 2 CM 3001012103114在程序中可专门设置一个计数器 CN T620 ,计数器范围为 14 ,用来表示 14 次打击 ,且分别对应于 4 个不同 的定时器 T Y0 T Y 3 。由拨盘开关读入并存在数据寄存器 中 ,其值经过软 件 处 理 送 入 另 外 的 寄 存 器 中 , 这 些 值 即 为 T Y
13、 0 T Y3 的延时值 ,即 4 个打击阀的开启时间 。3 系统软件根据系统的控制要求和设计方案 ,在实现能量控制的 同时 ,采用自动打击 、单步打击 、单次打击 3 种工作方式 ,以适应不同的工艺要求 ,增加锤的功能 。 系统主程序结构框图如图 3 所示 。662002 年 1 月机械设计与制造工程第 31 卷第 1 期图 3 系统主程序结构框图参考文献 :4 应用实例李永堂 1 我国液压模锻锤技术现状和发展前景 J 1 锻压机械 ,1997 ( 4) :22 - 251李永堂 ,罗上银 1 液压模锻锤M 1 北京 :机械工业出版社 ,19921上海汽车齿轮二厂生产的轿车变速箱拨叉是形状较
14、复杂的薄壁锻件 ,如图 4 所示 。1990 年以前使用 1 000t 压力 机 ,生产效率低 ,模具使用寿面为 3 000 次左右 。1990 年以12(上接第 17 页)CASE 库模块 : 保存了设计结果 ,每一条记录代表一个设计 结论 ,记录的每个属性表示设计结论的各个方面 ,以参数 、 文字或图形等形式保存 。图形字段与 CAD 环境实现动态 链接 ,在 CASE 库中可以直接激活 CAD 环境 , 对图形进行 编辑修改 ,编辑修改的结果又可以保存在 CASE 库中 ,实现 KB E 与 CAD 的动态集成 。在 CASE 库中还可以直接保存 以往成功的设计实例 ,使 CASE 库成
15、为战斗部设计方案的 工程信息管理工具 。图 4 拨叉后使用 CH83 - 25 消振液压模锻锤 , 提高了生产效率和模 具使用寿面 ,模具的平均使用寿面为 3 500 次 ,锻件的金属 流动性好 ,模具有 3 个模堂 ,每件打 3 锤 ,其中第二锤和第 三锤吸收的打击能量较小 ,多余的打击能量造成上下锤头 的对击 ,引起强烈的振动和噪声 ,故障率较高 ,一级保养周 期为 30 天左右 。最近几年该厂先后使用 3 台程控液压模 锻锤 ,对打击能量和打击次数实现预选 ,第一锤用全能量打 击 ,第二锤用 80 %的能量打击 ,第三锤用 60 %的能量打击 , 减少了多余能量 ,提高了锻锤的可靠性 、
16、模具的使用寿面和 工件质量 ,模具的使用寿面增加至 5 000 次以上 ,一级保养 周期增加至 90 天以上 ,效果明显 。3 结束语将 KB E 思想融入 CAD 技术 , 并引入常规战斗部设计 领域 ,实现从战斗部性能参数设计 、草图设计到设计结果评 估 、设计知识存储等过程 ,将有效地提高设计效率 ,改进设 计质量 ,并可实现设计知识的存储与重用 。参考文献 :蒋浩征 ,周兰庭 ,蔡汉文 1 火箭战斗部设计原理 M 1 北京 :国防工业出版社 ,19821钱立新 1 防空战斗部威力评定与目标毁伤 J 1 中国工程物 理研究院一九九八年科技年报 ,1999 :139 - 1401Peng
17、Yingho ng , Zhao Zhen , Ruan Xueyu. Applicatio n of KB Etechnology in Die & Mold Design A . The p roceedings of t he1st internatio nal co nference o n die and mold technology C . China Machine Press ,2000 :80 - 86115 结 论a1 实现打击能量的控制 ,可减少多余打击能量引起的 冲击振动 ,提高工作可靠性 。b1 实现自动打击 、单步打击 、单项打击 3 种方式 ,提高 了机器的功能 。c1 可采用智能控制技术 ,实现打击能量的优化控制 。23