CN108580773B - 一种液压重锤锻造机及其智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压重锤锻造机及其智能控制方法，本发明中配置超重锤头，实现锤头重打慢击的低噪击打工况；通过多功能气室的背压、蓄能罐与调节罐以及各控制阀的协同作用，加之活塞上行最大高度和下行泄油蓄能高度位置改变的调节，锤头输出的打击能量根据工况需要任意调节。实现锤头运行可控、击打噪音低、工件锻透质量好、工作效率高、安全性好的目的。

Description

一种液压重锤锻造机及其智能控制方法

技术领域

本发明涉及一种液压重锤锻造机及其智能控制方法，尤其涉及一种重锤击打式锻造机的液压回路及其智能控制方法，属于锻压装备制造技术领域。

背景技术

传统的电液锤是一种利用液压动力驱动锤头对锻件实施击打成型的锻压设备，因其配置的动力负荷小和打击能量大，而被国内外广泛运用。传统的电液锤式锻造机的动力传动方式分为：单作用式、气液双作用式、双液压作用式，至今已发展到油泵—蓄能器叠加的传动方式，目前通过在自由锻锤砧座基础下采用隔振器，吸收锻造过程中多余能量对基础及环境的影响，解决了自由锻锤的震动问题；而自由锻锤打击过程中的噪声问题，目前无有效解决方法，只能被动地进行噪声屏蔽，降低噪声向外传播声级，但对现场操作者无法减轻噪声带来的伤害。上述解决方案仍存在噪音大、打击力小、锻透层浅、锤头运行难以控制等弊端。究其原因，一是锤头设计的重量轻，每次击打锻件的变形量小，不能改善锻件的心部质量；二是锤头击打工件速度快，产生的噪音和震动非常大；三是锤头的击打过程不可控，因而造成工作效率低、锻件质量差等方面的不足，尤其不能适应现代工业对节能环保的要求。自由锻锤的打击过程中的噪声为冲击噪声，冲击噪声与锻锤打击的末速度相关，降低打击速度能有效降低噪声声级；同时，锻锤打击时锻件变形的流动应力与应变速度即打击速度成指数关系，打击速度降低，锻件的变形流动应力下降，在相同打击能量下锻件的变形量变大，锻件质量得到提高。

发明内容

针对上述背景技术指出的弊端，本发明提出一种液压重锤锻造机及其智能控制方法，它通过设置超大重量的锤头，增大锤头质量、降低打击速度、保证打击能量，并增加控制设备，对锤头的运行速度、打击频次以及打击力度进行有效控制，实现锤头运行可控、击打噪音低、工件锻透质量好、工作效率高、安全性好的目的。

本发明通过以下技术方案实施，一种液压重锤锻造机及其智能控制方法，一方面所述液压重锤锻造机包含：锤头装置、蓄能调节装置、液压控制回路、液压驱动回路、液压动力源、气室平衡管路、智能控制***，所述的锤头装置包含：液压缸体、活塞、活塞杆、锤头，所述的液压缸为单出杆液压缸，有杆腔为油室、无杆腔为气室，所述的锤头固定连接在活塞杆的一端，有杆腔内充入压力油活塞带动锤头向上运动，到达第一设定值高度位置时，气室内的气体受到压缩形成背压，同时锤头向上的速度降低，直至锤头停止运动，完成活塞上行；泄放有杆腔内的压力油回油箱，活塞在气室背压和自身及锤头重量的合力作用向下运动，下行运动到第二设定高度位置时，有杆腔内的压力油进入蓄能罐；所述的气室顶部设有位移传感器，用于测定活塞在液压缸内的位置；所述的蓄能调节装置包含：蓄能罐、调节罐和压力传感器，所述的蓄能罐和调节罐内腔分成上、下两室，上室为气室，下室为液室，所述的蓄能罐和调节罐的气室相连通，且在连通的管路上设置第六控制阀，所述的压力传感器设置在油室或气室中，用于测定蓄能调节装置内的压力；所述的液压控制回路包含：调节回路和控制回路，所述的调节回路由控制阀、液压管路和调节罐组成，所述的液压管路一端与调节罐液室相连通，另一端与液压动力源和油箱相连通，所述的调节罐与油箱相连通液压管路上设置第五控制阀，所述的调节罐与液压动力源相连通液压管路上设置第四控制阀，第四、五控制阀控制调节罐中油的体积，所述的控制回路由控制阀、液压管路和蓄能罐组成，所述的液压管路一端与蓄能罐液室相连通，另一端与液压缸油室相连通，所述的液压管路中设置第三控制阀，第三控制阀开，液压缸油室向蓄能罐充压力油或蓄能罐向液压缸油室供压力油，第三控制阀关，蓄能罐停止进出压力油；所述蓄能罐与调节罐的气室的连管路上设有第六控制阀，用于调节蓄能罐和调节罐气室气体的压强；所述的液压驱动回路包含：液压动力源、控制阀、液压管路，所述的液压管路的一端与液压缸油室相连通，另一端分别与液压动力源和油箱相连通，所述的液压缸油室与油箱相连通的液压管路上设置第二控制阀，所述的压缸油室与液压动力源相连通液压管路上设置第一控制阀，第二控制阀打开，液压缸油室泄油，第二控制阀关闭，液压缸油室停止泄油；第一控制阀打开，液压动力源对液压缸油室供压力油，第一控制阀关闭，液压动力源对液压缸油室停止供压力油；所述的液压动力源为液压泵或蓄能器或液压泵加蓄能器；所述的气室平衡管路包含：进气管、出气管、补气装置、溢流阀，所述的补气装置设置在所述进气管上，多功能气室中气压低于设定值时，补气装置向多功能气室补气，所述的出气管一端与所述多功能气室相连通，另一端与大气相连通，所述的溢流阀设置在所述的出气管上，多功能气室中气压超过设定值时溢流阀泄气；所述的智能控制***包含：PLC可编程控制器、位移传感器、压力传感器、第一、二、三、四、五、六控制阀，所述的PLC可编程控制器、位移传感器、压力传感器、第一、二、三、四、五、六控制阀之间电连接，PLC可编程控制器接受位移传感器、压力传感器信号，根据设定要求指令相应的控制阀开或关。

另一方面所述一种液压重锤锻造机智能控制方法包括配置超大重量的锤头，其重量是相同吨位传统电液锤锤头重量的2—6倍，打击能量与传统电液锻锤相同，实现锤头低速低噪击打工况下工件得到超大锤头压力；通过设定多功能气室的初始压力配合调节锤头的运行速度，在多功能气室背压的作用下提高活塞下行初始响应速度；蓄能调节装置中的蓄能罐在需要时将锤头下行过程中的压力油储存并调节锤头下行速度，改变调节装置气室内的气体压强和调节罐油室的油量，从而改变蓄能罐对液压缸压力油的反作用力；通过改变第一设定值高度与第二设定值高度之差值，调节锤头击打工件的速度，差值越大锤头击打工件的速度越大，差值越小锤头击打工件的速度越小，同时第一设定值越高，锤头势能量越大，锤头击打工件的能力就越强；锤头输出的打击能量根据工况需要可任意调节。

锤头上行，第三控制阀打开，调节装置对液压缸油室供油，调节罐内的油压降低，调节罐内的油压降低到一定压力或锤头上行到一定位置时，第三控制阀关闭，同时打开第一控制阀，液压动力源向所述的液压缸油室供压力油，压力油继续推动活塞上行，活塞杆带动锤头向上到达第一设定值高度位置，此过程中活塞压缩多功能气室中的气体，多功能气室中气体形成背压；关闭第一控制阀打开第二控制阀，所述的液压缸油室中压力油排入油箱，多功能气室中气体压力与锤头自身重力使锤头快速下行，到达第二设定值高度位置，关闭第二控制阀打开第三控制阀，所述的液压缸油室中压力油压入蓄能罐，蓄能罐与调节罐气室中气体被压缩，压力油的能量储存在蓄能罐中，同时蓄能罐与调节罐气室中被压缩气体的反作用力通过连接管路挤压液压缸油室中的压力油，压力油向上挤压活塞，调节锤头下行速度。

打开第四控制阀关闭第五控制阀，液压动力源对调节罐充压力油，调节罐中油量增加；打开第五控制阀关闭第四控制阀，调节罐向油箱放压力油，调节罐中油量减少；由于调节罐与蓄能罐气室相连通，因此通过第四、第五控制阀的打开和关闭改变调节罐中油量，可使蓄能罐、调节罐油室和气室的压力改变；

打开第六控制阀向蓄能罐和调节罐气室内充气，气室压强增大，向外放气，气室压强降低，实现蓄能调节装置对液压缸油室中压力油反作用力的改变。

进一步地，所述的位移传感器的一端设置在多功能气室的顶部。

进一步地，所述的活塞及活塞杆上沿活塞运动方向设有盲孔，所述的位移传感器的另一端与所述的盲孔相对运动。

进一步地，所述的蓄能罐与调节罐气室直径大于液室直径。

本发明中液压缸与第二控制阀之间设置限量泄油控制装置，采用液压油罐、压力传感器和控制阀的组合设置，控制锤头在下行过程中发生意外情况时的运行速度，确保设备和人身财产的安全。

本发明中配置超重锤头，实现锤头重打慢击的低噪击打工况；通过多功能气室的背压、蓄能罐与调节罐以及各控制阀等协同作用，加之对活塞上行高度和下行泄油蓄能高度位置的调节，实现锤头输出的打击能量根据工况需要任意调节的目的。本发明具有击打震动小、噪音低、工件心部形变大、质量好、工作效率高、安全性好的特点。

附图说明

附图1为本发明的第一种实施方式的示意图。

附图1中：1为液压动力源，2、7为电液比例阀，3、10、11为开关阀，4为锤头装置，401为液压缸体，402为活塞，403为活塞杆，404为液压缸油室，405为多功能气室，406为锤头，5为单向阀，6为泄压阀，8为蓄能罐，9为调节罐，12为位移传感器，13为PLC可编程控制器，14为三位三通电磁换向阀。

附图2为本发明的第二种实施方式的示意图。

附图2中：1为液压动力源，2、3、7、15为电液比例阀，4为锤头装置，401为液压缸体，402为活塞，403为活塞杆，404为液压缸油室，405为多功能气室，406为锤头，5为补气装置，6为泄压阀，8为蓄能罐，9为调节罐，10、13为压力传感器，12为位移传感器，11为三位四通电磁换向阀，14为PLC可编程控制器，16为液压油罐、17为三位三通电磁换向阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步解释说明，它是本发明的一种实施方式。

实施例一：

如附图1所示，活塞402、活塞杆403、设置在液压缸体401内，打开电液比例阀2，液压动力源1向液压缸油室404供压力油，压力油推动活塞402上行，活塞杆403带动锤头406向上，并到达第一设定值高度位置，此过程中活塞402压缩多功能气室405中的气体，多功能气室405中气体形成背压；关闭电液比例阀2打开开关阀3，液压缸油室404中压力油排入油箱，多功能气室405中气体压力与锤头406自身重力使锤头406快速下行，到达第二设定值高度位置，关闭开关阀3打开电液比例阀7，液压缸油室404中压力油压入蓄能罐8，蓄能罐8与调节罐9气室中气体被压缩，压力油的能量储存在蓄能罐8中，同时蓄能罐8与调节罐9气室中被压缩气体的反作用力通过连接管路挤压液压缸油室404中的压力油，压力油向上挤压活塞402，减低锤头406下行速度。

打开开关阀10关闭开关阀11，液压动力源1对调节罐9充压力油，调节罐9中油量增加；打开开关阀11关闭开关阀10，调节罐9向油箱放压力油，调节罐9中油量减少；由于调节罐9与蓄能罐8气室相连通，因此通过开关阀10和开关阀11的打开和关闭改变调节罐9中油量；三位三通电磁换向阀14左路通电，气源向蓄能罐8和调节罐9气室内充气压强增大，三位三通电磁换向阀14右路通电，气室向外放气压强降低，由此，可使蓄能罐8、调节罐9油室和气室的压力改变，实现蓄能调节装置对液压缸油室404中压力油反用力的改变。

位移传感器12设置在多功能气室405顶部，它测定活塞402的实时高度位置，传递给PLC可编程控制器13，根据设定值和测量值PLC可编程控制器13指令各控制阀打开和关闭，达到实时调节液压缸油室404中的压力油的压力，从而实现锤头406运行速度可任意调节的目的。

活塞402下行时，多功能气室405中的压力低于某一工况下的设定值，单向阀5自动打开进气；活塞402上行过程中，多功能气室405中的压力高于某一工况下的设定值，泄压阀6自动打开泄压。

实施例二：

如附图2所示，活塞402、活塞杆403、设置在液压缸体401内，打开电液比例阀2，液压动力源1向液压缸油室404供压力油，压力油推动活塞402上行，活塞杆403带动锤头406向上，并到达第一设定值高度位置，此过程中活塞402压缩多功能气室405中的气体，多功能气室405中气体形成背压；关闭电液比例阀2打开电液比例阀3，液压缸油室404中压力油排入液压油罐16，多功能气室405中气体压力与锤头406自身重力使锤头406快速下行，到达第二设定值高度位置，关闭电液比例阀3打开电液比例阀7，液压缸油室404中压力油压入蓄能罐8，蓄能罐8与调节罐9气室中气体被压缩，压力油的能量储存在蓄能罐9中，同时蓄能罐8与调节罐9气室中被压缩气体的反作用力通过连接管路挤压液压缸油室404中的压力油，压力油向上挤压活塞402，减低锤头406下行速度，同时打开电液比例阀15液压油罐16内的油回油箱。

将三位四通电磁换向阀11与液压动力源1接通，液压动力源1对调节罐9充压力油，调节罐9中油量增加；将三位四通电磁换向阀11与油箱接通，调节罐9向油箱放压力油，调节罐9中油量减少；由于调节罐9与蓄能罐8气室相连通，因此通过三位四通电磁换向阀11接通方式不同改变调节罐9中油量，导致蓄能罐8、调节罐9油室和气室的压强改变，打开三位三通电磁换向阀17向蓄能罐8和调节罐9气室内充气气压增加，气室向外放气气压降低，使蓄能罐8和调节罐9气室的压强改变，实现蓄能调节装置对液压缸油室404中压力油反作用力的改变。

位移传感器12设置在多功能气室405顶部，它测定活塞402的实时高度位置，传递给PLC可编程控制器14，根据设定值和测量值PLC可编程控制器14指令各控制阀打开和关闭，从而达到改变和调节液压缸油室404中的压力油的压力。

活塞402下行时，多功能气室405中的压力低于某一工况下的设定值，补气装置5进气；活塞402上行过程中，多功能气室405中的压力高于某一工况下的设定值，泄压阀6打开泄气。

活塞402下行时，首先打开电液比例阀3将压力油排入压力油罐16，活塞402下行到第二设定高度位置，上述过程中压力传感器13将压力信息传递给PLC可编程控制器14，当压力传感器13检测到的压力值达到设定值，PLC可编程控制器14指令关闭电液比例阀3打开电液比例阀15，压力油罐16中的油排入油箱。此设计保证了锤头406下降过程的安全。

在上述两实施例中，活塞402上行的初始阶段，首先打开电液比例阀7，蓄能罐8内的压力油充入液压缸油室404中，活塞402向上运动，蓄能罐8油室内的油压降低到一定压力或锤头406上行到一定位置时，PLC可编程控制器14指令电液比例阀7关闭，打开电液比例阀2，液压动力源1向液压缸油室404供压力油，活塞402继续向上运动，实现回程。

Claims (2)

1.一种液压重锤锻造机，其特征在于：它包含锤头装置、蓄能调节装置、液压控制回路、液压驱动回路、液压动力源、气室平衡管路、智能控制***，所述的锤头装置包含：液压缸体、活塞、活塞杆、锤头，所述的液压缸为单出杆液压缸，有杆腔为油室、无杆腔为气室，所述的锤头固定连接在活塞杆的一端，有杆腔内充入压力油活塞带动锤头向上运动，到达第一设定值高度位置时，气室内的气体受到压缩形成背压，同时锤头向上的速度降低，直至锤头停止运动，完成活塞上行；泄放有杆腔内的压力油回油箱，活塞在气室背压和自身及锤头重量的合力作用向下运动，下行运动到第二设定高度位置时，有杆腔内的压力油进入蓄能罐；所述的气室顶部设有位移传感器，用于测定活塞在液压缸内的位置；所述的蓄能调节装置包含：蓄能罐、调节罐和压力传感器，所述的蓄能罐和调节罐内腔分成上、下两室，上室为气室，下室为液室，所述的蓄能罐和调节罐的气室相连通，且在连通的管路上设置第六控制阀，所述的压力传感器设置在油室或气室中，用于测定蓄能调节装置内的压力；所述的液压控制回路包含：调节回路和控制回路，所述的调节回路由控制阀、液压管路和调节罐组成，所述的液压管路一端与调节罐液室相连通，另一端与液压动力源和油箱相连通，所述的调节罐与油箱相连通液压管路上设置第五控制阀，所述的调节罐与液压动力源相连通液压管路上设置第四控制阀，第四、五控制阀控制调节罐中油的体积，所述的控制回路由控制阀、液压管路和蓄能罐组成，所述的液压管路一端与蓄能罐液室相连通，另一端与液压缸油室相连通，所述的液压管路中设置第三控制阀，第三控制阀开，液压缸油室向蓄能罐充压力油或蓄能罐向液压缸油室供压力油，第三控制阀关，蓄能罐停止进出压力油；所述蓄能罐与调节罐的气室的连管路上设有第六控制阀，用于调节蓄能罐和调节罐气室气体的压强；所述的液压驱动回路包含：液压动力源、控制阀、液压管路，所述的液压管路的一端与液压缸油室相连通，另一端分别与液压动力源和油箱相连通，所述的液压缸油室与油箱相连通的液压管路上设置第二控制阀，所述的压缸油室与液压动力源相连通液压管路上设置第一控制阀，第二控制阀打开，液压缸油室泄油，第二控制阀关闭，液压缸油室停止泄油；第一控制阀打开，液压动力源对液压缸油室供压力油，第一控制阀关闭，液压动力源对液压缸油室停止供压力油；所述的液压动力源为液压泵或蓄能器或液压泵加蓄能器；所述的气室平衡管路包含：进气管、出气管、补气装置、溢流阀，所述的补气装置设置在所述进气管上，多功能气室中气压低于设定值时，补气装置向多功能气室补气，所述的出气管一端与所述多功能气室相连通，另一端与大气相连通，所述的溢流阀设置在所述的出气管上，多功能气室中气压超过设定值时溢流阀泄气；所述的智能控制***包含：PLC可编程控制器、位移传感器、压力传感器、第一、二、三、四、五、六控制阀，所述的PLC可编程控制器、位移传感器、压力传感器、第一、二、三、四、五、六控制阀之间电连接，PLC可编程控制器接受位移传感器、压力传感器信号，根据设定要求指令相应的控制阀开或关；

所述位移传感器的一端设置在多功能气室的顶部，所述的活塞及活塞杆上沿活塞运动方向设有盲孔，所述的位移传感器的另一端与所述的盲孔相对运动；

所述的蓄能罐与调节罐气室直径大于液室直径。

2.一种应用权利要求1所述液压重锤锻造机的智能控制方法，其特征在于：包含配置超大重量的锤头，其重量是相同吨位传统电液锤锤头重量的2—6倍，打击能量与传统电液锻锤相同，实现锤头低速低噪击打工况下工件得到超大锤头压力；通过设定多功能气室的初始压力配合调节锤头的运行速度，在多功能气室背压的作用下提高活塞下行初始响应速度；蓄能调节装置中的蓄能罐在需要时将锤头下行过程中的压力油储存并调节锤头下行速度，改变调节装置气室内的气体压强和调节罐油室的油量，从而改变蓄能罐对液压缸压力油的反作用力；通过改变第一设定值高度与第二设定值高度之差值，调节锤头击打工件的速度，差值越大锤头击打工件的速度越大，差值越小锤头击打工件的速度越小，同时第一设定值越高，锤头势能量越大，锤头击打工件的能力就越强；锤头输出的打击能量根据工况需要可任意调节；

锤头上行，第三控制阀打开，调节装置对液压缸油室供油，调节罐内的油压降低，调节罐内的油压降低到一定压力或锤头上行到一定位置时，第三控制阀关闭，同时打开第一控制阀，液压动力源向所述的液压缸油室供压力油，压力油继续推动活塞上行，活塞杆带动锤头向上到达第一设定值高度位置，此过程中活塞压缩多功能气室中的气体，多功能气室中气体形成背压；关闭第一控制阀打开第二控制阀，所述的液压缸油室中压力油排入油箱，多功能气室中气体压力与锤头自身重力使锤头快速下行，到达第二设定值高度位置，关闭第二控制阀打开第三控制阀，所述的液压缸油室中压力油压入蓄能罐，蓄能罐与调节罐气室中气体被压缩，压力油的能量储存在蓄能罐中，同时蓄能罐与调节罐气室中被压缩气体的反作用力通过连接管路挤压液压缸油室中的压力油，压力油向上挤压活塞，调节锤头下行速度；

打开第四控制阀关闭第五控制阀，液压动力源对调节罐充压力油，调节罐中油量增加；打开第五控制阀关闭第四控制阀，调节罐向油箱放压力油，调节罐中油量减少；由于调节罐与蓄能罐气室相连通，因此通过第四、第五控制阀的打开和关闭改变调节罐中油量，可使蓄能罐、调节罐油室和气室的压力改变；

打开第六控制阀向蓄能罐和调节罐气室内充气，气室压强增大，向外放气，气室压强降低，实现蓄能调节装置对液压缸油室中压力油反作用力的改变。

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