新型自由锻造水压机液压控制系统的研究

王 磊，马训鸣，刘亚洲

（西安工程大学 机电工程学院，陕西 西安 710048）

在现代工业中，锻造工艺随着历史的发展也在逐步创新，有些金属零部件要在各种复杂环境下工作，就需要通过锻造制造。对于高端、精尖的工业、交通和军用产品，更是必须采取合理的锻造工艺才能够满足其严苛的加工要求[1]。根据锻造压机的工作介质来分类，液压机分为水压机和油压机两种[2,3]。

当前，中小型自由锻造液压机以油压机为主，主要采用油泵直接传动。其优点在于[4-7]高精度、高频次、高柔性、高效节能、初期投资成本低。缺点是易燃、污染环境、维修维护成本高、油液清洁度要求苛刻、故障率高。

中大型自由锻造液压机以水压机为主，主要采用泵-蓄势器传动，这种传动形式中有较大的蓄势器，用来贮存高压液体平衡泵的负荷。其优点在于[8]：蓄势器内有高压液体，基本维持系统压力在蓄势器中的压力波动范围之内；不仅工作平稳，而且在冲孔和镦粗等需要大的行程速度时，可以由蓄势器供给高压水，以保证瞬间获得较高的工作速度；多台压机共用一个泵站，利用率较高，总投资较省；整个系统能量消耗与压机工作行程成比例关系，与工件的变形阻力并没有关系。缺点是：传动效率低；较大的蓄势器导致设备庞大，要求泵房有较高的高度以便于安装；这种形式介质多为乳化液，产生的气蚀问题容易导致液压元件的使用寿命大大缩短。

基于以上所述油泵直接传动和泵-蓄势器传动的优缺点，作者设计了一种基于比例插装阀的油控水泵-蓄势器传动系统，此系统主回路介质为乳化液，采用插装阀控制，控制回路介质为液压油，通过电磁换向阀等通过控制盖板达到控制插装阀开合的目的，并最终控制压机的动作。此系统继承了水压机和油压机的工作平稳，压力波动小、可采用联合泵站等优点。

1 液压系统工作原理

如图1所示，本系统为2000t自由锻造油压机，系统共有两个高压气罐，一个高压水罐，一个低压水罐，一个缓冲罐；采用一个小油箱，一个大水箱的设计，水箱主要提供主回路所需的乳化液，油箱主要提供控制回路所需的液压油，控制回路与主回路采用插装阀连接在一起，充分利用油系统的控制精度高等特点精确控制主回路中的乳化液，达到高精度、防火等油控水系统的优点。

根据锻压工况要求，设备操作可分为普通锻造和快速锻造。

1.1 普通锻造

图1 液压系统工作原理

如图1所示，工作时，电磁阀YV4得电，油泵停止打压循环，控制回路开始升压至31.5MPa，其中压力31.5MPa由溢流阀调定；待油压稳定后，YV1、YV2、YV3三个电磁阀得电，主回路水泵开始打压。电磁阀YV5得电时，其控制的插装阀打开，充液罐充液，缓冲罐充液；充液完成后电磁阀YV5失电，插装阀关闭，充液完成。充液完成后，电磁阀YV15得电、YV14失电，高压水泵向高压水罐中冲入31.5MPa高压水。压机压下时，电磁阀YV7失电，切断压力油与回程缸的通路，电磁阀YV10得电，回程缸无杆腔泄压，电磁阀YV6得电，所控制的插装阀打开，压力油进入三个柱塞缸，由于压机活动横梁自重较大，下降速度较高，柱塞缸内压力较小，缓冲罐及低压罐中的低压乳化液充液进入柱塞缸中，充液完成后，高压罐中的高压乳化液进入工作缸，减少所需的泵的数量。至此完成普通锻造时的压下动作。压下结束，回程时，电磁阀YV6失电，插装阀关闭，切断高压水与三个工作缸的通路；电磁阀YV7、YV10得电，其控制的插装阀打开，回程缸无杆腔内通入高压水；电磁阀YV13得电，控制插装阀启闭，将高压水送至液控单向阀控制腔，此时液控单向阀打开，三个工作缸内的高压水通过液控单向阀回到缓冲罐中，回程完成。

1.2 快速锻造

油泵组液压泵启动，水泵组液压泵启动，低压水罐、缓冲罐冲入低压水，高压罐中充入高压水，低压罐、高压罐中的水位稳定后，开始锻造时，电磁阀YV14、YV10得电，回程缸无杆腔与高压水罐相通，压下时，电磁阀YV6得电，高压水泵动作，向三个工作缸通入高压水，压机活动横梁向下运动；回程时，电磁阀YV6失电，切断主泵与工作缸之间的连接管路，电磁阀YV13得电，液控单向阀控制口通入高压，三个工作缸排液至缓冲罐中。回程缸与高压罐相连，其作用类似于液压弹簧，减少了回程缸充液、增压的过程，最大限度地提高了系统快锻时的工作频次。

2 结论

综上分析，该新型自由锻造水压机液压控制系统有如下优点：

（1）系统压力波动小，工作平稳。

（2）主回路以乳化液为介质，减小前期一次性投资和后期维护的投资；控制回路采用液压油，提高控制精度，达到精密控制。

（3）该系统安全、稳定，在高温环境下，乳化液相对液压油具有防火等特性。

（4）该系统具有较强的灵活性与适应性，可通过不同的逻辑满足不同的工况。

自由锻造液压机要求系统安全、稳定、控制精度高，本文所介绍的液压系统满足了该自由锻造液压机的工艺要求。

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