趙文久

摘 要：鍛造工藝是工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展中的關(guān)鍵性技術(shù)之一，目前，鍛造工藝主要應(yīng)用于我國(guó)的冶煉，航空，汽車等各項(xiàng)機(jī)械制造過(guò)程，直接推動(dòng)了我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的步伐。在鍛造過(guò)程中，快速鍛造油壓機(jī)逐漸以其優(yōu)勢(shì)取代了傳統(tǒng)的水壓機(jī)，成為了鍛造工藝中主要使用的鍛造手段。文章對(duì)快速鍛造油壓機(jī)的發(fā)展進(jìn)程，設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作原理以及控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡闡述，旨在進(jìn)一步發(fā)展其鍛造工藝，提高機(jī)械制造領(lǐng)域的鍛造水平。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；電器控制系統(tǒng)；控制原理

工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)在我國(guó)呈現(xiàn)高速的發(fā)展態(tài)勢(shì)，以往的小型鍛造設(shè)備和系統(tǒng)早已不能夠滿足日益增長(zhǎng)的工業(yè)需要，隨著工業(yè)鍛造規(guī)模的擴(kuò)大，大型鍛造設(shè)備的市場(chǎng)需求日益緊迫，擴(kuò)大鍛造設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率成為了目前急需解決的問(wèn)題。為了滿足工業(yè)鍛造需要，快速鍛造油壓機(jī)設(shè)備正在不斷改進(jìn)和完善中，在快速鍛造油壓機(jī)液壓系統(tǒng)中使用PLC電氣控制系統(tǒng)對(duì)于該行業(yè)是一項(xiàng)新的嘗試。PLC電器控制系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和電子數(shù)處理系統(tǒng)綜合演變而來(lái)的，它是一種數(shù)字化中心數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，改變了過(guò)去在鍛造過(guò)程中需要龐大的控制裝置才能完成鍛造過(guò)程控制的情況，只需要通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的變成模塊操作就可以完成控制任務(wù)，系統(tǒng)控制人員在操作時(shí)，可以根據(jù)鍛造需要設(shè)定不同的控制指令，編制不同的控制程序，這些程序被錄入到PLC控制系統(tǒng)之后，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行鍛造操作控制，大大提高了生產(chǎn)的效率，實(shí)現(xiàn)了鍛造過(guò)程的自動(dòng)化操作。

將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于鍛造油壓機(jī)是鍛造工藝的一大突破，PLC系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)壓機(jī)中的液壓設(shè)備進(jìn)行控制來(lái)發(fā)揮其作用的。目前，我國(guó)對(duì)于液壓系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和使用已經(jīng)不再局限于對(duì)國(guó)外技術(shù)的模仿和單純的引進(jìn)，在此領(lǐng)域，我國(guó)已經(jīng)能夠獨(dú)立研發(fā)和制造，并且所生產(chǎn)的液壓系統(tǒng)都具有較高的技術(shù)含量，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。鍛造壓機(jī)中的液壓設(shè)備主要存在以下幾種結(jié)構(gòu)并具有各自的操作特點(diǎn)。

三梁四柱式。該種液壓設(shè)備是較為傳統(tǒng)的液壓種類之一，主要應(yīng)用于不銹鋼等小型部件鍛造過(guò)程中，其設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，操作起來(lái)也更為便捷，其主要構(gòu)造部分包括油缸，主機(jī)身，液壓設(shè)備，送料裝備等，目前大多數(shù)為國(guó)產(chǎn)制造。

兩柱下拉式。兩柱下拉式液壓設(shè)備是近年來(lái)我國(guó)主要使用的鍛造液壓系統(tǒng)，該種設(shè)備主要具有密封性能好，內(nèi)部部件不易受到外部污染和磨損，其設(shè)備的穩(wěn)固性也較高，位置不易發(fā)生偏移。同時(shí)，其缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，拉桿在運(yùn)轉(zhuǎn)由于角度發(fā)生變化，極易發(fā)生變形問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備的生產(chǎn)效能降低。

雙柱斜置式。雙立柱斜置式液壓系統(tǒng)是在雙柱下拉式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，該項(xiàng)液壓設(shè)備是目前我國(guó)最新同時(shí)也是規(guī)模最大的液壓設(shè)備。雙立柱斜置式液壓設(shè)備可以將聯(lián)動(dòng)拉桿所構(gòu)成的矩形與工作帶之間形成的角度在需要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕嵌日{(diào)整，使整體結(jié)構(gòu)框架更具使用靈活性，并提高了結(jié)構(gòu)的總承載力，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提高人員操作的靈活性和安全性，在出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)也更加容易發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)以便于盡快進(jìn)行維修。該系統(tǒng)不僅適用于傳統(tǒng)的液壓鍛造設(shè)備，還適用于立式鍛造設(shè)備，具有實(shí)用范圍廣泛的優(yōu)點(diǎn)。另外，該種液壓裝置的生產(chǎn)尺寸具有較大的調(diào)節(jié)范圍，能夠鍛造不同尺寸的部件，適應(yīng)大型零部件的鍛造需要。

在這三種基本液壓系統(tǒng)中，雙柱斜置式系統(tǒng)的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)較前兩種鍛造液壓系統(tǒng)生產(chǎn)更具靈活性，能夠滿足生產(chǎn)的不同需要，也更適合于現(xiàn)代化鍛造需要，因此，受到各大生產(chǎn)企業(yè)的高度重視。

為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)需要，快速鍛造液壓機(jī)的使用范圍正日趨擴(kuò)大，較傳統(tǒng)的液壓設(shè)備而言，快速鍛造液壓機(jī)的制造速度快，生產(chǎn)出來(lái)的部件尺寸精度高，一部液壓機(jī)還能夠同時(shí)帶動(dòng)多部鍛造設(shè)備進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提升了鍛造的效率，與此同時(shí)，快速鍛造液壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化，可以在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整材料輸入量和鍛造條件，并能夠?qū)㈠懺鞙囟瓤刂圃跇?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證鍛造成品的質(zhì)量。

1 液壓傳動(dòng)和控制系統(tǒng)

“電液伺服控制的二通插裝閥”和“液壓泵直接傳動(dòng)”是目前最為廣泛應(yīng)用的控制方式，其強(qiáng)大的可控性和維護(hù)工作的簡(jiǎn)易性得到了業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)同。其設(shè)計(jì)思路如圖1示。

在快速鍛造過(guò)程中，工作缸進(jìn)油閥始終保持常開(kāi)狀態(tài)，液壓泵也始終保持大流量輸出，電液伺服閥從關(guān)閉狀態(tài)到開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，工作缸的壓力從電液伺服閥卸荷，流量通過(guò)伺服閥進(jìn)入低壓系統(tǒng)（油箱），主工作缸近似為無(wú)壓狀態(tài)，此時(shí)回程缸將通過(guò)蓄能器積蓄的壓力釋放，使活動(dòng)橫梁上升；電液伺服閥從開(kāi)啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，主工作缸由卸荷狀態(tài)進(jìn)入帶壓狀態(tài)，使活動(dòng)橫梁下降，并且給蓄能器積蓄能量。由此可以看出，電液伺服閥以很高的頻率在開(kāi)啟與關(guān)閉狀態(tài)之間來(lái)回的切換，就實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)橫梁不斷地上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滿足了壓機(jī)快速性的要求，而準(zhǔn)確調(diào)節(jié)電液伺服閥的開(kāi)口度可以對(duì)活動(dòng)橫梁的位置進(jìn)行精確的控制。

2 快速鍛造壓機(jī)的控制原理

快速鍛造壓機(jī)的控制原理如圖2所示。PLC接收操作臺(tái)和觸摸屏的給定操作信號(hào)，根據(jù)給定信號(hào)控制鍛造壓機(jī)的液壓泵站系統(tǒng)、壓機(jī)的控制系統(tǒng)、1#操作機(jī)和2#操作機(jī)的動(dòng)作。快速鍛造壓機(jī)的三大特點(diǎn)中，“快”就是要求鍛造速度快，最快鍛造次數(shù)要達(dá)到每分鐘（75～85）次。這樣就要求鍛造壓機(jī)鍛造一次的時(shí)間為700～800ms?！熬本褪清懠叽缇纫蟾?，精度為+1mm。在一次鍛造過(guò)程中，位置量一般在40mm左右，要求采樣數(shù)據(jù)每毫米不小于2個(gè)。這樣，根據(jù)香農(nóng)（Shannon）采樣定理，數(shù)據(jù)采樣頻率的下限為：ωs≥2max。

式中：ω max-被采樣輸入信號(hào)中所含的最高頻率，單位為Hz；ωs-采樣頻率，單位為Hz。

在一次鍛造過(guò)程中采樣點(diǎn)在80個(gè)以上，這就要求每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣周期不大于10ms，也就要求CPU掃描周期要控制在10ms以內(nèi)， 才能對(duì)尺寸檢測(cè)作出精確反應(yīng)，通過(guò)運(yùn)算來(lái)控制壓機(jī)的尺寸精度?！奥?lián)”就是與操作機(jī)的聯(lián)動(dòng)，壓機(jī)每鍛造一次，操作機(jī)前進(jìn)一定距離或鍛件旋轉(zhuǎn)一定角度（觸摸屏設(shè)定），提高快速鍛造壓機(jī)的生產(chǎn)效率，這無(wú)疑也增加了程序量和控制的復(fù)雜程度，增加了CPU處理程序的時(shí)間。

3 電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 建立一個(gè)共享數(shù)據(jù)塊，例如DB100，以單整為數(shù)據(jù)類型存入伺服閥開(kāi)口度值（單位為千分?jǐn)?shù)，“0”表示開(kāi)口度為零，即關(guān)閉狀態(tài)，“1000”表示開(kāi)口度為最大）。

3.2 位置控制精度對(duì)于提高鍛件的質(zhì)量和材料利用率非常重要，因此如何修正位置誤差是實(shí)現(xiàn)高精度的關(guān)鍵。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用誤差反饋補(bǔ)償?shù)姆绞叫拚乱淮五懺斓奈恢媒o定值，來(lái)達(dá)到逐次減小誤差的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

在鍛造工業(yè)中使用PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的對(duì)鍛造油壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化控制，是目前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用的中心控制系統(tǒng)，在鍛造過(guò)程中使用PLC控制系統(tǒng)，可以提高控制系統(tǒng)對(duì)于鍛造數(shù)據(jù)和計(jì)算的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)不同特點(diǎn)和不同類型的鍛造效果，隨著系統(tǒng)技術(shù)的不斷改進(jìn)，該項(xiàng)技術(shù)具有越來(lái)越光明的發(fā)展前景。

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