葉 臻，王晉撫

（1.揚(yáng)州捷邁鍛壓機(jī)械有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，作為交通工具的汽車和各種日用不銹鋼制品走進(jìn)千家萬戶，市場需求量日趨增大，更換周期越來越短。在滿足多品種小批量生產(chǎn)的同時(shí)，對大型汽車覆蓋件和不銹鋼制品件的質(zhì)量、成形精度和生產(chǎn)效率提出了更高的要求。雙動(dòng)液壓機(jī)是大型金屬薄板拉深和塑性材料壓制成形的液壓設(shè)備，由于具有壓力、行程和速度等工藝參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜形狀工件、不對稱工件和高強(qiáng)度材料工件的成形，廣泛用于汽車、船舶、航空航天、交通運(yùn)輸和能源設(shè)備等制造行業(yè)，應(yīng)用前景十分廣闊。因此，研制實(shí)用性強(qiáng)、速度快和成形精度高的雙動(dòng)液壓機(jī)已成為裝備制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而保證這些性能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于液壓控制系統(tǒng)的研究。根據(jù)市場需求和趕超世界液壓機(jī)先進(jìn)技術(shù)水平的理念，我公司研制了16MN/10MN 大型數(shù)控雙動(dòng)薄板拉深液壓機(jī)，以此推動(dòng)國內(nèi)液壓機(jī)行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)對該設(shè)備液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)作如下探討，以供讀者參考。

2 主要技術(shù)性能的設(shè)計(jì)參數(shù)

①合模力：16000kN；②拉深力：10000kN；③壓邊力：6000kN；④液壓墊力：4000kN；⑤工作臺(tái)尺寸：4500mm×2500mm；⑥滑塊快下及回程速度：600mm/s；⑦滑塊工作速度：30～50mm/s；⑧位置精度：±0.03 mm；⑨壓力精度：±0.5%；⑩具有四角調(diào)壓功能。

3 液壓系統(tǒng)快速化技術(shù)研究

由于普通液壓機(jī)存在工作臺(tái)面小、運(yùn)行速度慢、生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著產(chǎn)能增加，所以提高液壓機(jī)整個(gè)周期中的運(yùn)行速度、縮短運(yùn)行輔助時(shí)間、加大設(shè)備應(yīng)用范圍和提高自動(dòng)化水平是解決目前生產(chǎn)效率低的有效途徑。

3.1 滑塊空載快速下行和快速回程充排液技術(shù)

充液閥是液壓機(jī)液壓系統(tǒng)中常見的一種液控單向閥，主要用于液壓機(jī)活塞油缸無桿腔或柱塞油缸內(nèi)腔的快速充液和排液，目的是減少泵的設(shè)計(jì)流量，獲得較快的空載下行速度，從而提高設(shè)備的工作效率。當(dāng)滑塊靠自重快速下行時(shí)，油缸內(nèi)腔形成一定的負(fù)壓，充液閥通過自吸將主錐閥芯打開，油箱內(nèi)大量油液注入油缸內(nèi)腔。當(dāng)滑塊快速回程時(shí)，控制油口的低壓油先打開充液閥里的預(yù)卸閥芯進(jìn)行卸壓，然后打開主閥芯使油缸內(nèi)腔油液快速排回油箱。

16MN/10MN 液壓機(jī)拉深滑塊為三缸驅(qū)動(dòng)，空程快速下行速度為600mm/s。按1.5m/s 的吸油流速計(jì)算時(shí)，主缸充液流量為8862L/min，所需的充液閥通徑需要?350mm。為了達(dá)到快速充液效果，自主研發(fā)了一種通徑大（通徑?350mm）、工作壓力高（最大工作壓力31.5MPa）、充液流量大（2.0m/s 流速時(shí)充液流量為11600L/min）的充液閥。在研發(fā)過程中，對關(guān)鍵零件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)對其材料和熱處理工藝作了深入研究。通過多次實(shí)驗(yàn)，檢測的數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)了超大流量的快速低壓充液功能，并具有開啟壓力低，自吸性能好；流道設(shè)計(jì)通暢，流阻??；控制壓力低，復(fù)位可靠等特點(diǎn)，徹底解決了大容腔油缸快速充液和排液的難題。另一方面，由于主缸油液自吸充分，大大縮短了壓制工作時(shí)的升壓時(shí)間。充液閥結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3.2 滑塊快速轉(zhuǎn)慢速的液壓穩(wěn)態(tài)技術(shù)

由于大臺(tái)面的雙動(dòng)液壓機(jī)滑塊、油缸活塞和模具等零部件重量大，下行速度快，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件的慣性大，在快速下行轉(zhuǎn)減速工進(jìn)時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊，如何解決600mm/s 的快速運(yùn)行的平順剎車是液壓控制系統(tǒng)的重點(diǎn)問題。通過對液壓控制系統(tǒng)的反復(fù)研究，采用節(jié)流調(diào)速控制大通徑快速排油插裝閥控制腔的油液流量，有效控制插件的啟閉特性，從而實(shí)現(xiàn)大流量到零流量過渡時(shí)插件的快速和平穩(wěn)關(guān)閉，減小了快轉(zhuǎn)慢時(shí)液壓系統(tǒng)的沖擊力度，降低了設(shè)備的振動(dòng)程度。

液壓原理如圖2 所示。實(shí)現(xiàn)過程為：滑塊快速下行時(shí)2YA3、2YA4 得電，主缸下腔快速排液，當(dāng)滑塊行程檢測裝置發(fā)訊時(shí)2YA3 斷電，滑塊由空程快下速度轉(zhuǎn)入工作壓制速度。由于單向節(jié)流閥與插件2C4 控制腔相通，可調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口大小來實(shí)現(xiàn)對插件的關(guān)閉速度控制，同時(shí)，插件2C4 上開有節(jié)流槽，使插件啟閉過程中流量變化均勻，減小了快轉(zhuǎn)慢時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊。另一方面，通過調(diào)節(jié)插件2C4控制蓋板上節(jié)流調(diào)節(jié)桿來控制插件開口大小，從而有效控制滑塊快下速度，避免主缸上腔吸空出現(xiàn)滑塊加壓停頓現(xiàn)象。當(dāng)插件2C4 快速關(guān)閉后，油液通過插件2C3 背壓下行，先導(dǎo)溢流閥為工作壓制時(shí)的下腔支撐閥，可根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)到合適的支撐壓力。

3.3 主缸卸壓時(shí)間與防沖擊的液壓技術(shù)

大型液壓機(jī)在壓制行程結(jié)束或進(jìn)入保壓狀態(tài)后，油缸和機(jī)身儲(chǔ)存了相當(dāng)大的彈性勢能（油液壓縮和機(jī)架的彈性變形所產(chǎn)生的能量）。若滑塊突然轉(zhuǎn)入回程，勢必產(chǎn)生很大的液壓沖擊，從而造成設(shè)備和管路的劇烈振動(dòng)，降低了系統(tǒng)的安全可靠性和系統(tǒng)的壽命。而且過度延長卸壓時(shí)間會(huì)增加周期，降低設(shè)備的生產(chǎn)效率。因此，隨著液壓系統(tǒng)的高速化發(fā)展，對液壓系統(tǒng)的卸荷時(shí)間與沖擊進(jìn)行了深入研究，全面提高該系列液壓機(jī)的綜合性能和技術(shù)水平。

該液壓機(jī)的卸壓與沖擊液壓回路如圖3 所示。該回路包括兩部分功能，即保壓和快速卸壓功能。從圖中可以看出，當(dāng)電磁閥2YA5 和3YA6 斷電時(shí)，插裝閥2C6 和充液閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，主缸上腔進(jìn)行保壓。當(dāng)主缸進(jìn)行卸壓時(shí)，電磁閥2YA5 得電，插裝閥2C6 開啟，其開口量大小可通過調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可控制卸壓的快慢，當(dāng)主缸壓力降到壓力傳感器所設(shè)定值或達(dá)到延時(shí)繼電器所設(shè)時(shí)間時(shí)，電磁閥3YA6 得電，充液閥控制活塞被開啟，對主缸上腔進(jìn)行充分卸荷，從而減少了卸荷時(shí)的液壓沖擊。對于不同的充液閥，由于控制活塞的直徑與行程不同，所以其腔內(nèi)容積不同，因此，將減壓閥3F1 的壓力和節(jié)流閥3F2 的流量匹配好也是減少?zèng)_擊和縮短卸壓時(shí)間的關(guān)鍵點(diǎn)。

4 壓邊滑塊四角調(diào)壓技術(shù)

該設(shè)備壓邊滑塊采用的四角調(diào)壓技術(shù)是一項(xiàng)國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)，由于能使滑塊各點(diǎn)受力較均勻，具有抗偏載、調(diào)平精度高、泄壓時(shí)間短等優(yōu)異性能，使得該設(shè)備適合高精密零件的成形工藝，可避免在成形過程中壓邊滑塊出現(xiàn)偏載和不同步的情況，從而有效提高精密零件在成形過程中的精度。其四角調(diào)壓的工作原理為：對工件進(jìn)行壓邊時(shí)，壓邊滑塊的四角均安裝一個(gè)相同噸位的液壓油缸，通過電液比例調(diào)壓系統(tǒng)單獨(dú)控制其壓力，壓力值由壓力傳感器測量并換算成實(shí)際壓邊力，然后將實(shí)際總壓邊力數(shù)據(jù)傳到PLC 控制器，由PLC 控制器對實(shí)際總壓邊力和預(yù)設(shè)理論總壓邊力曲線進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整。其四角調(diào)壓液壓原理如圖4 所示。

通過該技術(shù)的運(yùn)用，雙動(dòng)液壓機(jī)在拉深壓邊過程中，液壓機(jī)在偏載的情況下使壓邊滑塊周邊壓力平衡工作，其調(diào)平精度達(dá)0.05mm 以內(nèi)，提高了工件的成形精度。

5 結(jié)論

通過對大型高性能拉深液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的研究，結(jié)合實(shí)際工作需要，順利完成了10MN/16MN 雙動(dòng)液壓機(jī)的試制工作，并成功交付用戶使用。該設(shè)備很好地解決了液壓系統(tǒng)中諸多技術(shù)難題，對速度控制、壓力控制和精度調(diào)整等關(guān)鍵液壓技術(shù)進(jìn)行研究，最終確定了合理的液壓控制方案，并對液壓系統(tǒng)元件進(jìn)行了精心選擇。實(shí)現(xiàn)了壓機(jī)整個(gè)液壓系統(tǒng)快速、平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行，并大大縮短了設(shè)備的運(yùn)行周期時(shí)間，減輕了沖擊與振動(dòng)力度，提高了工作效率和設(shè)備壽命，改善了工人的工作環(huán)境，同時(shí)也增強(qiáng)了企業(yè)在同行業(yè)中的產(chǎn)品競爭力。

[1]俞新陸.液壓機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

[2]天津鍛壓機(jī)床廠.中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算[M].天津：天津人民出版社，1967.

[3]雷天覺.新編液壓工程手冊[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.[4]葉 臻，王晉撫.液壓系統(tǒng)故障的預(yù)防方法——清洗法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，46（4）：49-51.

[5]李 南，高永梅，等.液壓機(jī)卸壓沖擊的研究[J].新技術(shù)新工藝，2009，44（4）.

[6]王秋敏，李曉莉.大型液壓機(jī)的主缸液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2008，（2）.