開式變量泵控快鍛油壓機系統能耗特性實驗研究

姚 靜 任旭輝 曹曉明 趙勁松1, 孔祥東

1.河北省重型機械流體動力傳輸與控制實驗室，秦皇島，0660042.先進鍛壓成形技術與科學教育部重點實驗室，秦皇島，0660043.燕山大學機械工程學院，秦皇島，066004

開式變量泵控快鍛油壓機系統能耗特性實驗研究

姚 靜1, 2, 3任旭輝3曹曉明3趙勁松1,3孔祥東1, 2, 3

1.河北省重型機械流體動力傳輸與控制實驗室，秦皇島，0660042.先進鍛壓成形技術與科學教育部重點實驗室，秦皇島，0660043.燕山大學機械工程學院，秦皇島，066004

針對傳統自由鍛造油壓機泵控系統發熱大以及功率回收率較低等問題，提出了開式變量泵控快鍛油壓機系統，并根據系統的能量流流動狀態，進行了能耗建模分析。以0.6MN泵控油壓機實驗平臺為依托，進行了常鍛工況和快鍛工況下的能耗特性實驗研究, 得出了常鍛工況下的能耗分布規律。實驗結果表明：常鍛工況下的有用功占系統能耗的50%，其有用功所占比值隨負載力的增大而提高；快鍛工況下的有用功占系統能耗的40%以上，其有用功所占比值隨鍛造頻率的增大而提高；開式變量泵控快鍛油壓機系統具有較大的節能優勢。

泵控；油壓機；能耗；節能

0 引言

隨著工業的發展，高性能、低能耗的大型鍛造設備受到越來越多的關注，泵控系統相對于閥控系統在節能上有巨大優勢，因此將泵控技術應用于大功率的鍛造液壓機系統，勢必帶來可觀的經濟效益[1]。

當前，泵控系統主要可歸結為兩大類：變轉速泵控系統和變排量泵控系統。變轉速泵控系統中泵流量的改變是由伺服電機或變頻電機控制泵的轉速來實現的[2]，而變排量泵控系統是利用雙向高壓變量泵構成閉式伺服控制系統。閉式泵控系統的傳動效率雖然較閥控系統有了很大提高，但是對于泵控非對稱缸的液壓系統，由于流量不平衡特性，部分油液排回油箱，不僅帶來一定的系統發熱，而且造成功率回收率較低的問題。

近年來國內外學者對閉式泵控非對稱缸特性做了許多研究。郭凱峰[3]建立了電液變轉速泵控粉末液壓機液壓系統的數學模型，為單向變轉速比例泵控非對稱缸系統設計提供了理論基礎；權龍等[4]基于變轉速和獨立負載口控制思想，采用變轉速電動機與液壓泵配合作為系統動力源，在泵控非對稱缸系統節能方面做了大量研究。ZIMMERMAN等[5]建立了泵控非對稱缸多執行器混合液壓系統模型，采用泵排量控制策略通過仿真驗證了該系統的節能特性，為泵控非對稱缸系統節能研究提出了新方法。

對于液壓機的泵控系統，學者們先后提出了正弦泵控系統、直驅泵控伺服液壓機(變轉速控制)、基于變頻調節的泵閥復合控制等。正弦泵控系統以德國PANKE的高響應徑向柱塞泵為核心元件，在控制精度[6]、卸壓穩定性[7]、動態高響應[8]等方面表現優良，已成功應用于鍛造液壓機[9-10]，但是仍存在流量不平衡問題，而且其高流量的低壓供液系統會造成系統發熱。直驅泵控伺服液壓機為變轉速泵控系統，通過建模和仿真，一定程度上說明了其節能特性[11]，但是受制于變頻電機的響應速度和變頻器較昂貴的投資成本問題，一直未能在重工業領域推廣。基于變頻調節的泵閥復合控制結合了閥控的快速性和泵控的節能性，以期實現系統控制特性和節能特性的雙豐收，但是比例閥的引入不可避免地存在節流損失[12]。因此，準確掌握泵控鍛造液壓機能耗影響因素，對液壓機的整體性能提升有重要意義。

本文以美國MOOG公司的RKP變量泵為核心驅動元件，構建開式變量泵控快鍛油壓機液壓系統。分析了新系統的能量流動狀態，提出液壓機液壓系統能耗的計算方法，以0.6MN鍛造油壓機平臺為依托進行實驗，通過實驗數據分析新系統能耗的分布規律以及影響因素，意在為液壓機裝備的發展提供節能新原理。

1 系統能耗建模

1.1 系統原理

開式變量泵控快鍛油壓機系統如圖1所示，該系統主要由三聯泵(壓下變量泵、回程變量泵和先導控制油泵三臺泵同軸串聯)、液壓缸、活動橫梁、位移傳感器、壓力傳感器、計算機和NI采集系統等組成。該系統屬于變量泵獨立控制非對稱缸系統，主控元件采用兩臺不同規格的RKP泵(即壓下變量泵和回程變量泵)分別對壓機主缸和回程缸進行獨立控制。

1.電動機 2.壓下變量泵 3.回程變量泵 4.先導油泵 5.充液罐 6.回程缸 7.活動橫梁 8.充液閥 9.位移傳感器油箱 10.主缸 11.回程缸壓力傳感器 12.主缸壓力傳感器 13.計算機 14.NI采集系統 15.卸荷閥 16.油箱圖1 開式變量泵控快鍛油壓機系統簡圖Fig.1 Schematic of fast hydraulic forging press with open variable pump-controlled system

1.1.1 常鍛工況工作過程

常鍛工況為位置開環控制，壓機的動作僅受兩臺雙向變量泵的控制。通過控制操作手柄發生不同的偏移角度，觸發不同的電位計，傳輸不同大小的模擬信號給兩臺雙向變量泵，從而控制兩臺雙向變量泵在“泵工況”與“馬達工況”之間相互切換，實現壓機的下行和回程。

空程快下階段：充液閥打開，充液罐為壓機空程快下提供所需流量，回程變量泵處于馬達工況，通過調節其排量控制活動橫梁速度，同時回收系統能量，對電機軸輸出轉矩。

工進加壓階段：接觸工件后，充液閥關閉，通過調節主缸變量泵的排量實現對活動橫梁的工進速度與主缸壓力的控制，回程變量泵處于馬達工況，此時也伴有少量能量回收。

回程階段：回程初期，壓下變量泵進排油口調換，進入馬達工況，此時伴有能量回收；平穩卸壓后，卸荷閥打開，回程變量泵進入泵工況，給回程缸供油使活動橫梁快速回程，回程速度由回程變量泵的排量調定。

1.1.2 快鍛工況工作過程

快鍛工況為位置閉環控制，由輸入信號與實際位置之間的偏差作為控制信號，分別控制主缸變量泵和回程缸變量泵的排量，實現位置精度控制。此過程中，兩臺變量泵的泵/馬達狀態交替切換，因此快鍛工況下始終伴隨有能量回收。

1.2 系統能耗研究

根據能量流圖(圖2)，分別分析常鍛工況和快鍛工況的能耗。

1.2.1 常鍛工況下系統總能耗計算

液壓泵的總效率由容積效率和機械效率兩部分組成，變量泵的容積效率[13]ηpv和機械效率ηpm分別為

圖2 液壓系統能量流圖Fig.2 Schematic of hydraulic system energy flow

(1)

(2)

式中，Cs為層流泄漏系數；Δp為泵的進出口壓差；μ為油液動力黏度；n為泵的轉速；Cv為層流阻力系數；Tc為與進出口壓差和轉速無關的扭矩損失；β為排量比；Cf為機械阻力系數；qVmax為泵的理論最大流量。

忽略主軸的機械損失，壓下變量泵的輸入功率P11、回程變量泵的輸入功率P12分別為

(3)

(4)

式中，pp1為壓下變量泵高壓口壓力；pp2為回程變量泵高壓口壓力；Dp1為壓下變量泵的排量； Dp2為回程變量泵的排量；ηpm1為壓下變量泵機械效率；ηpm2為回程變量泵機械效率。

壓下泵、回程泵的輸入功率之和P1為

P1=P11+P12

(5)

壓下變量泵的輸出功率P21、回程變量泵的輸出功率P22分別為

(6)

(7)

式中，ηpv1為壓下變量泵容積效率；ηpv2為回程變量泵容積效率。

壓下泵的功率損失ΔP11、回程泵的功率損失ΔP12分別為

(8)

(9)

液壓泵的功率損失之和為

ΔP1=ΔP11+ΔP12

(10)

變量泵處于馬達工況的容積效率ηmv與機械效率ηmm分別為

(11)

(12)

處于馬達工況的變量泵與液壓缸容腔相連，考慮管路的沿程壓力損失，則壓下變量泵輸入功率P31、回程變量泵輸入功率P32分別為

(13)

(14)

式中，pm1為壓下泵在馬達工況時的吸油口壓力；pm2為回程泵在馬達工況時的吸油口壓力。

處于馬達工況的壓下變量泵的輸出功率P41、回程變量泵的輸出功率P42為

(15)

(16)

式中，ηmm1為壓下變量泵在馬達工況時的機械效率；ηmm2為回程變量泵在馬達工況時的機械效率。

壓下變量泵和回程變量泵回收功率之和為

P2=P41+P42

(17)

壓下泵的功率損失ΔP21、回程泵的功率損失ΔP22分別為

(18)

(19)

兩泵功率損失之和為

ΔP2=ΔP21+ΔP22

(20)

考慮管路的沿程壓力損失[14]:

(21)

式中，ζ為壓力損失系數；ρ為液壓油密度；vl為油液流速。

液壓管路功率損耗為

ΔP3=Δpl|A1+A2||v|

(22)

式中，A1為主缸面積；A2為回程缸面積；v為活動橫梁速度。

液壓缸功率損耗[14]為

ΔP4=FF|v|+Qv|pA-pB|

(23)

式中，FF為作用于液壓缸的等效摩擦力；pA為主缸的壓力；pB為回程缸的壓力；Qv為液壓缸等效容積損失。

為了提高壓機回程速度，回程階段卸荷閥完全打開，完成平穩卸荷后，流經卸荷閥的節流能耗損失為

ΔP5=p11qj

(24)

式中，p11為卸荷后的主缸壓力；qj為流經卸荷閥的流量。

系統的有用功包括鍛件變形、克服慣性力、阻尼力以及摩擦力所做的功。則液壓缸的有用功功率為

P6=|pAA1-pBA2||v|

(25)

由于先導控制油泵為定量泵且輸出壓力一定，因此先導油泵功率損耗為常數P7。

根據能量守恒定律，常鍛過程中液壓系統的總能耗為

P=P1-P2=ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4+
ΔP5+P6+P7

(26)

1.2.2 快鍛工況下的系統總能耗計算

快鍛工況下，充液缸不向系統提供流量，卸荷閥不開啟，不存在此部分的節流損失，則快鍛過程中系統的總能耗為

P=P1-P2=ΔP1+ΔP2+ΔP3+
ΔP4+P6+P7

(27)

快鍛工況下有用功比重為

η=P6/P

(28)

2 實驗研究

2.1 實驗采集系統介紹

為了檢驗該系統的節能效果，本文依托0.6MN泵控油壓機實驗平臺進行開式變量泵控油壓機系統能耗研究。實驗平臺如圖3所示，油壓機及液壓傳動系統基本參數如表1所示。該實驗平臺本體為三梁四柱結構，最大設計鍛造能力為0.6MN，工作缸由三個主缸和兩個回程缸組成。電控部分采用了NI公司的CompactPIO控制采集平臺，控制采集系統使用了LabVIEW圖形化開發工具。

圖3 0.6 MN泵控油壓機實驗系統Fig.3 0.6 MN hydraulic forging press system

主缸面積(m2)7.86×10-3工進行程(mm)50回程缸面積(m2)3.18×10-3空程下降最高速度(mm/s)60公稱壓力(N)5.5×105常鍛工進最高速度(mm/s)50回程力(N)5.5×104回程最高速度(mm/s)60

2.2 泵控油壓機能耗實驗研究

為了研究開式變量泵控油壓機系統不同工況下的能耗分布規律，以及不同負載力對有用功比重的影響，本文進行了實驗研究。

2.2.1 常鍛工況能耗實驗研究

2.2.1.1 常鍛工況能耗分析

油壓機典型的常鍛工作過程一般分為空程快下、加壓工進、保壓、卸壓、回程以及停止。

常鍛工況下活動橫梁的位移和壓力曲線如圖4所示。

(a)位移曲線

(b)壓力曲線圖4 常鍛工況實驗曲線Fig.4 Experimental curve of regular forging condition

由圖4a可以發現,整個過程中，活動橫梁位移曲線較為平滑，沒有明顯的抖動；圖由4b可以發現主缸壓力在空程快下階段和快速回程的階段基本一致，由于工進時速度相對較小，導致主缸壓力減壓速度稍慢。

圖5所示為主要元件的功率變化曲線，圖中功率為正值表示能量損耗，負值表示能量回收。由圖5可知：空程快下階段，回程泵的能量回收隨著活動橫梁的速度而變化，此時能量回收的主要是橫梁的重力勢能；壓下階段，壓下泵對鍛件做功，回程泵有少量的能量回收；保壓和卸壓階段，主要元件消耗功率很??；快速回程階段，卸荷閥產生節流損失，回程泵克服重力和摩擦力對活動橫梁做功；快速回程的初期，壓下泵有少量的能量回收。

圖5 主要元件功率變化曲線Fig.5 Curves of main components power

用常鍛工況下的能耗公式分別計算各階段能耗，得各階段能耗分布如表2所示。由式(17)計算系統回收能量約1831 J，約占系統能耗的8.8%，整個常鍛過程中無溢流損失，保壓、停止和待機狀態能耗非常小，工進階段消耗的有用功比重接近50%。

表2 各工作過程的能耗表

2.2.1.2 不同負載力對有用功比重的影響

在研究不同負載力對有用功比重的影響的實驗過程中，通過不同尺寸的鉛錠來模擬負載大小，負載力隨著鉛錠尺寸的增大而增大。負載等級分別為1.0×105N、1.5×105N和2.0×105N，不同負載力下的常鍛能耗分布如圖6所示。

圖6 不同負載下的能耗分布Fig.6 Energy consumption distribution underdifferent loads

由圖6可知，相同形變量下，系統中有用功隨著負載的增大而增大，總能耗也增大，但其他損失基本不變。因此，一定負載范圍內，隨著負載的增大，系統的有用功比重會不斷提高。常鍛過程中，應盡量使壓機工作在較大出力狀態。

2.2.2 快鍛工況能耗實驗研究

2.2.2.1 不同鍛造行程下的能耗分析

為研究相同頻率、不同鍛造行程下系統的能耗和效率，給定頻率為1Hz的正弦信號，行程分別為10mm、20mm、30mm，實驗曲線如圖7所示。

對比圖7中位移曲線可知：位移跟蹤效果較好，回程略有超調，接觸鍛件后位移滯后增大；隨著行程的增大，鍛件的壓下量逐漸減小，且位移精度逐漸變差，但位置誤差都能控制在1mm以內。對比圖7中壓力曲線可知：下行過程中，主缸和回程缸壓力均呈上升趨勢，接觸鍛件后，主缸壓力升高，回程缸壓力下降；回程運動時，回程缸出現較大壓力抖動；上行過程中主缸壓力保持在低壓狀態，回程缸壓力隨著位移的增大而降低，回到最高點時，回程缸壓力降為最低；隨著行程的增大，加速度變大，因此主缸和回程缸壓力的幅值均有所增大。

由圖8可知：下行過程中，能量回收隨著回程缸壓力的升高而增大，壓下泵和重力同時對系統做功；接近鍛件后，活動橫梁減速，能量回收隨著速度的降低而減少，壓下泵對鍛件做功；上行初始階段，壓下泵有少許能量回收，隨著活動橫梁上升速度的提高，主缸壓力保持在低壓狀態，回程泵的功率隨著活動橫梁速度的增大而增大，主要用于克服慣性力、重力和摩擦力做功。對比功率曲線，系統的功率回收主要發生在下行過程中。在相同的鍛造頻率下，隨著鍛造行程的增大，回程泵的回收功率明顯增多。

由快鍛工況下總能耗式(27)以及有用功比重式(28)計算出系統一個周期的總能耗和有用功比重，如表3所示。

由表3可知：開式變量泵控油壓機系統快鍛工況下，同一頻率時系統的總能耗隨著鍛造行程的增大而增大；有用功比重始終保持在40%以上，鍛造行程對其有一定影響。

(a)行程10 mm時位移曲線

(b)行程10 mm時壓力曲線

(c)行程20 mm時位移曲線

(d)行程20 mm時壓力曲線

(e)行程30 mm時位移曲線

(f)行程30 mm時壓力曲線圖7 頻率1 Hz時不同行程的實驗曲線Fig.7 Different strokes experiment curves at 1 Hz

(a)行程10 mm

(b)行程20 mm

(c)行程30 mm圖8 頻率為1 Hz時不同行程的功率曲線Fig.8 Different strokes power curves at 1 Hz

鍛造行程(mm)總能耗(J)有用功比重(%)1021644.12048645.43094841.1

2.2.2.2 不同鍛造頻率能耗分析

為研究相同行程不同頻率下系統的能耗和效率，設置鍛造行程為20 mm，鍛造頻率分別為0.75 Hz、1 Hz、1.25 Hz，實驗曲線如圖9所示。

對比圖9中位移曲線可知：接觸鍛件后位移滯后較大；隨著鍛造頻率的增大，位移跟隨性能逐漸變差，鍛造精度也逐漸降低，因此系統的穩定性下降，但位置誤差都控制在1 mm以內，滿足精度要求。對比壓力曲線可知:下行時主缸和回程缸壓力緩慢上升，接觸鍛件后主缸壓力迅速上升，上行過程中壓力較為平滑，主缸壓力緩慢卸除；隨著鍛造頻率的增大，加速度增大，因此主缸和回程缸的壓力幅值也逐漸增大。

(a)0.75 Hz時位移

(b)0.75 Hz時壓力

(c)1 Hz時位移

(e)1.25 Hz位移

(f)1.25 Hz時壓力圖9 不同頻率下行程20 mm實驗曲線Fig.9 Different frequencies experiment curves underthe stroke of 20 mm

由圖10可知：下行時壓下泵和回程泵功率都隨著活動橫梁速度的提高而提高；上行時，回程泵主要克服重力、慣性力和摩擦力做功。隨著鍛造頻率的增大，功率回收也越來越大。

(a)0.75 Hz時功率

(c)1.25 Hz時功率圖10 不同頻率下行程20 mm功率曲線Fig.10 Different frequencies power curves under thestroke of 20 mm

由快鍛工況下總能耗式(27)以及有用功比重式(28)計算出系統一個周期的總能耗和有用功比重，如表4所示。

表4 不同頻率下系統能耗與有用功比重

由表4可知：開式變量泵控油壓機系統的總能耗隨著鍛造頻率的增大而略有增大；有用功比重也隨著鍛造頻率的增大而增大。

3 結論

(1)本文提出開式變量泵控非對稱缸原理，通過實驗測試了開式變量泵控油壓機的常鍛工況在預定工序下的性能，量化了功率能耗曲線和能耗分布情況。同時對快鍛工況在不同鍛造頻率、不同行程的條件下進行實驗研究，得出快鍛工況下系統的能耗特性，并驗證了該系統節能的優越性。

(2)常鍛工況實驗結果表明，工進和回程階段功率損耗比重最大，分別為49.2%和35.9%；能量回收主要發生在空程快下階段和快速回程的開始階段，約為系統能耗的8.8%；有用功比重隨著負載力的增大而提高，因此當油壓機工作在最大出力狀態時，可以增大系統有用功比重。

(3)快鍛工況下，有用功占系統能耗的40%以上；在其他條件不變時，有用功比重受到鍛造行程的影響且有用功比重隨鍛造頻率的增大而增大。

[1] 李楠. 22 MN快鍛液壓機計算機控制系統設計與應用研究[D]. 秦皇島：燕山大學, 2009. LI Nan. Designing and Applied Research on Computer Control System of 22 MN Fast Forging Hydraulic Press[D].Qinhuangdao：Yanshan University, 2009.

[2] 邱兆湘. 直驅式電液伺服裝置油源及系統性能的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學, 2007. QIU Zhaoxiang. Properties Research on Oil Source and System of Direct Drive Electro-Hydraulic Servo Device[D]. Harbin ：Harbin Institute of Technology, 2007.

[3] 郭凱峰. 單向變轉速比例泵控非對稱缸系統控制方法研究[D].上海：上海交通大學,2013. GUO Kaifeng. Research on the Control Method of Asymmetrical Cylinder Driven by Single-direction Variable Rotational Speed Hydraulic Pump[D]. Shanghai：Shanghai Jiao Tong University, 2013.

[4] 權龍, NEUBERT T, HELDUSER S.轉速可調泵直接閉環控制差動缸伺服系統靜特性[J]. 機械工程學報, 2002, 38(3): 144-148. QUAN Long, NEUBERT T, HELDUSER S. Research on the Static Performance of Electro-Hydraulic Servo System with Speed Variable Pump[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2002, 38(3):144-148.

[5] ZIMMERMAN J, HIPPALGAONKAR R，IVANTYSYNOVA M. Optimal Control for the Series-parallel Displacement Controlled Hydraulic Hybrid Excavator[C]//ASME Symposium on Fluid Power and Motion Control. Arlington, 2011: 129-136.

[6] 陳柏金, 鐘紹輝, 盛宏偉. 泵直接傳動式鍛造液壓機研究[J]. 液壓與氣動, 2001(2):21-23. CHEN Baijin, ZHONG Shaohui, SHENG Hongwei, et al. Research on Forging Hydraulic Press with Pump Driving Directly[J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics, 2001(2):21-23.

[7] 艾超, 孔祥東, 劉勝凱,等. 基于噪聲聲強最弱的泵控壓機卸壓特性研究[J]. 鍛壓技術, 2013,38 (6) : 80-84. AI Chao，KONG Xiangdong，LIU Shengkai，et al．Research of Pressure-relief Characteristics of Pump-controlled Press Based on the Weakest Noise Intensity[J]. Forging & Stamping Technology，2013，38 (6)：80-84.

[8] 艾超, 孔祥東，劉勝凱，等. 泵控液壓機蓄能器快鍛回路控制特性影響因素研究[J]. 鍛壓技術, 2014,39(2):89-95. AI Chao，KONG Xiangdong，LIU Shengkai，et al．Study on the Influence Factors of Control Characteristics of Accumulator Fast Forging Circuit for Pump-controlled Hydraulic Press[J]. Forging & Stamping Technology，2014,39(2):89-95.

[9] PANKER M.Drive of Forging Press and Improvement in Environment Control[J].Metall. Plant Technol., 2005, 11: 143-149.

[10] KONNERTH U. A Hydraulic High-speed Tryout Press for the Simulation of Mechanical Forming Processes[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2001, 111(1/3):159-163.

[11] 鄭洪波,孫友松. 節能型直驅泵控伺服液壓機及其能耗實驗研究[J]. 鍛壓技術,2014,39(1):80-85. ZHENG Hongbo，SUN Yousong．Research on Energy-saving Direct-drive Pump-controlled Servo Hydraulic Press and Its Energy Consumption Experiment[J]．Forging & Stamping Technology，2014，39(1)：80-85.

[12] 翟富剛, 李雪冰, 姚靜,等. 快鍛液壓機泵閥復合控制系統節能性研究[J]. 中國機械工程, 2015, 26 (6): 2154-2159. ZHAI Fugang, LI Xuebing, YAO Jing，et al．Study on Energy Saving Characteristics of Valve and Pump Compound Control Forging Hydraulic Press[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26 (6): 2154-2159.

[13] 葉敏, 易小剛, 蒲東亮.液壓泵效率與排量特性試驗研究[J].中國工程機械學報,2013, 11(2):157-161. YE Min, YI Xiaogang, PU Dongliang. Experi-mental Research on Efficiency and Displacement Properties of Hydraulic Pumps[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2013, 11(2) :157-161.

[14] RAHMFELD R，IVANTYSYNOVA M. Displacement Controlled Linear Actuator with Differential Cylinder—a Way to Save Primary Energy in Mobile Machines[C]//5th International Conference on Fluid Power Transmission and Control. Hangzhou, 2001:296-301.

(編輯 王旻玥)

Experimental Study on Energy Consumption Characteristics of Fast Hydraulic Forging Press with Open Variable Pump-controlled System

YAO Jing1,2,3REN Xuhui3CAO Xiaoming3ZHAO Jingsong1,3KONG Xiangdong1,2,3

1.Hebei Province Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control,Qinhuangdao，Hebei,066004 2.National and Local Joint Engineering Center for Advanced Forging Press Forming Technology and Equipment,Qinhuangdao，Hebei,066004 3.College of Mechanical Engineering，Yanshan University,Qinhuangdao，Hebei,066004

Aiming at the problems of low power recovery and large heat release of the conventional pump-controlled system free forging hydraulic press, a fast hydraulic forging press with open variable pump-controlled system was proposed, and its energy consumption model was analyzed according to the energy flow. Based on 0.6 MN pump-controlled system free forging hydraulic press experimental platform, laws of energy consumption distribution on regular and fast forging conditions were obtained. The results show that the active power remains 50% of system energy consumption under regular forging conditions, and the ratio of active power increases with load power increasing. The active power remains above 40% of system energy consumption under fast forging conditions, and the ratio of active power increases with the forging frequency increasing. The results verify that the fast hydraulic forging press with open variable pump-controlled system has a great energy-saving advantage.

pump-controlled system; hydraulic press; energy consumption; energy-saving

2016-04-15

國家自然科學基金資助項目(51575471)；河北省自然科學基金資助重點項目(E2016203264)

TH137.5

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.04.015

姚 靜，女，1978年生。燕山大學機械工程學院副教授、博士。主要研究方向為重型機械流體傳動與控制系統和新型液壓元件。發表論文20余篇。E-mail：jyao@ysu.edu.cn。任旭輝，女，1991年生。燕山大學機械工程學院碩士研究生。曹曉明，男，1990年生。燕山大學機械工程學院博士研究生。趙勁松，男，1983年生。燕山大學機械工程學院講師?？紫闁|，男，1959年生。燕山大學機械工程學院教授、博士研究生導師。