基于FluidSIM的壓力機液壓控制系統設計與仿真

2020-06-22 14:21:36吳海青

機械工程與自動化 2020年3期

吳海青

(太原工業學院機械工程系，山西太原 030008)

0 引言

壓力機是鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成型、打包等工藝中廣泛應用的壓力加工機械。壓力機的類型很多，其中四柱式液壓壓力機最為典型，應用也最廣泛。本文以YB32-200型壓力機為研究對象，對其原有的液壓系統泄壓回路進行了改進，回路設計簡單，可有效防止上液壓缸在快速返回時在系統中引起壓力沖擊并使上滑塊動作不平穩的現象。

1 YB32-200型壓力機的結構組成

YB32-200型液壓壓力機主要由床身、工作平臺、導柱、上滑塊、上液壓缸、上滑塊模具、下滑塊模具和下液壓缸組成，如圖1所示。

1-床身；2-工作平臺；3-導柱；4-上滑塊；5-上液壓缸；6-上滑塊模具；7-下滑塊模具；8-下液壓缸

2 壓力機上、下液壓缸的工作循環

圖2為壓力機上、下液壓缸的工作循環。為完成一般的壓制工藝，要求上液壓缸驅動上滑塊完成“快速下行→慢速加壓→保壓延時→快速返回→原位停止”的工作循環；下液壓缸完成“向上頂出→停留→向下退回→原位停止”的動作。

3 確定液壓系統的主要技術參數

3.1 壓力機液壓系統的設計要求

YB32-200型壓力機對液壓系統的基本要求有：

(1) 上液壓缸快速下行時速度為0.06 m/s，慢速加壓時的速度為0.015 m/s，回程速度為0.045 m/s，上滑塊最大行程為500 mm，下滑塊頂出行程為200 mm。

(2) 液壓機能夠實現半自動化控制。

圖2 壓力機上、下液壓缸的工作循環

3.2 工作壓力的確定

整個液壓系統設計的是否合理，關鍵就在于液壓系統工作壓力的選定。YB32-200型液壓機的最大總壓力為200 t，最大工作壓力為32 MPa。由于本設計為小噸位液壓機，本著對液壓元件要求低、液壓缸的活塞面積小、重量輕、成本低的原則，初選工作壓力為25 MPa。

4 液壓系統的設計與仿真

根據壓力機對液壓系統的基本要求，本文利用FluidSIM液壓仿真軟件設計了YB32-200型液壓機液壓系統，并對液壓系統進行了仿真。設計的液壓系統原理圖如圖3所示。

4.1 上液壓缸的工作循環仿真

(1) 快速下行：按下啟動按鈕，電磁鐵1YA、3YA通電，上液壓缸換向閥H1左位工作，二位三通電磁換向閥H3左位工作，油液流動情況如下：

進油路：變量泵B1→換向閥H1左位→單向閥D1→上液壓缸上腔；輔助液壓泵B2→換向閥H3左位→上液壓缸上腔。

回油路：上液壓缸下腔→液控單向閥K1→換向閥H1左位→換向閥H2中位→油箱。

B1-軸向柱塞式高壓變量泵；B2-輔助變量泵；Z1-上液壓缸；Z2-下液壓缸；H1-上液壓缸換向閥；H2-下液壓缸換向閥；H3-二位三通電磁換向閥；H4-兩位兩通電磁換向閥；Y1，Y2，Y3，Y4-直動式溢流閥；J1，J2-節流閥；D1，D2-普通單向閥；K1-液壓單向閥；1A-壓力繼電器

(2) 慢速加壓：上滑塊在運行中接觸到工件，這時上液壓缸上腔壓力升高，當壓力達到電接觸式壓力表的上限值時發出電信號，使3YA斷電，輔助液壓泵B2卸荷，此時加壓速度便由軸向柱塞式高壓變量泵B1的流量來決定，主油路的油液流動情況與快速下行時相同。

(3) 保壓延時：當系統中壓力升高到壓力繼電器1A的調定壓力時，發出電信號使1YA斷電，上液壓缸換向閥H1處于中位，這時上液壓缸上腔保持壓力不變，保壓時間由時間繼電器控制。保壓時除了液壓泵B1在較低壓力下卸荷外，系統中沒有油液流動。其卸荷油路為：液壓泵B1→換向閥H1中位→換向閥H2中位→油箱。

(4) 泄壓快速返回：由于液壓機上液壓缸保壓延時后上腔的壓力較高，為了防止保壓狀態向快速返回狀態轉變過快，在系統中引起壓力沖擊并使上滑塊動作不平穩而設置了泄壓回路，如圖4所示。經過時間繼電器延時后發出電信號，兩位兩通電磁換向閥H4電磁鐵得電，使上液壓缸上腔壓力通過節流閥J1和換向閥H4(左位)實現卸壓，由時間繼電器控制泄壓時間，泄壓完成后，發出電信號，電磁鐵2YA通電，使活塞快速退回，這時油液流動情況如下：

進油路：液壓泵B1→換向閥H1右位→液控單向閥K1→上液壓缸下腔。

回油路：上液壓缸上腔→節流閥J1→換向閥H4左位→油箱。

(5) 原位停止:上滑塊上升至預定高度，擋塊壓下行程開關，電磁鐵2YA失電，換向閥H1處于中位，這時上液壓缸停止運動，液壓泵B1在較低壓力下卸荷，由于液控單向閥K1和安全閥Y2的支承作用，上滑塊懸空停止。