淺析快速鍛造壓機液壓系統及控制系統

賴飛龍

（廈門虹鷺鎢鉬工業有限公司，福建 廈門 361021）

0 引言

隨著社會經濟、工業生產技術不斷發展的大環境下，傳統鍛造壓機系統效率低、能耗高和精度不足等缺點逐步暴露出來，很大程度上制約了現代工業的發展。隨著自動化控制技術的快速發展，快速鍛造壓機的液壓系統和控制系統的實用性與可靠性得到了大幅度升級。因此，針對快速鍛造壓機液壓系統及控制系統的構造、技術原理、應用要點進行分析，十分有必要。

1 快速鍛造液壓機的構成

快速鍛造壓機是一種在當今工業生產領域中應用率比較高的設備，主要是新材料制備、關鍵零件鍛造的生產任務。該設備是一個復雜的電子機械系統，涉及多種技術、系統、元件的應用。總體來說，快速鍛造液壓機的基本構成包括4個。1）主機系統部分，主要有主機、工作臺、上砧快換系統等，該部分主要承擔核心鍛造工藝任務，包括拔長、鐓粗等。2）液壓控制系統，是為系統提供液壓控制動力的核心系統。3）鍛壓操作系統，通過該系統可以完成鍛造機械化、自動化，是促進系統升級的關鍵。4）電氣系統，主要是提供電力、對電氣機組進行控制，收集信息數據的主要系統[1]。

2 液壓系統工作原理

在鍛造生產活動當中，快速鍛造壓機的運行有普通鍛造和快速鍛造兩種工況。其中，普通鍛造工況下，系統壓力數值是25 MPa，主缸輸出力和回程力分別為20 MN與1 MN，而鍛造頻次約為40 min/次～45 min/次。在快速工況下，電機功率達到250 kW，而鍛造頻率約為80 min/次～85 min/次。接下來，對快速鍛造壓機的液壓系統主要原理及特點進行分析。

2.1 普通鍛造

通常情況下快速鍛造壓機的生產運行都出于普通鍛造工況，此時5號電磁閥通電，系統運行進而在相關區域產生壓力。當9號比例溢流閥通電時，系統鍛造壓力生成。當6號比例閥通電，壓力油由液壓泵輸出，通過主管道、7號閥門進入主缸。當18號電磁閥通電，同時系統中16號及17號插裝閥啟動，回升缸和油箱接通。然后，系統活動梁向下運動，同時沖液閥啟動，為主缸補充液體。當所加工的工件成型，編號為5的電磁閥電力斷開，液壓泵隨之卸荷。18號電磁閥電力斷開，16及17號閥門斷開。19號閥門通電促使主缸卸荷[2]。當系統卸荷完成之后，5號電磁閥與12號比例閥接通電力，壓力油由液壓泵輸送到回升缸部件，此時活動梁向上快速移動，直到達到限定位置，準備下一次鍛造，如此循環，如圖1所示。

2.2 快速鍛造

在快速鍛造壓機的快速鍛造模式下，液壓泵組啟動之后，系統建立足夠的壓力。然后，19號電磁閥接通電源，系統中的儲能器和回升缸連接，14號比例溢流閥啟動，進而生成回升壓力。與此同時，9號比例溢流閥通電之后在系統中生成鍛造壓力。隨后，壓力油依次流經主管道、7號閥門進入主缸。然后活動梁向下快速運動，執行鍛壓作業，同時回升缸中的油液進入儲能器。當工件鍛造成型達到標準時，5號電磁閥關閉，促使系統液壓泵卸荷。隨后9號比例溢流閥門關閉促使主缸卸荷，待主缸壓力降低至設定的范圍，回升缸因儲能器油壓的作用迅速回升，直到限定位置，伺候再進入下一次鍛造作業。如此循環。

圖1 快速鍛造壓機液壓系統構造示意

3 系統的構成分析

快速鍛造壓機的液壓系統是實現該設備核心功能的基礎系統，其主要由主泵、低壓供液系統、高壓系統及其他輔助性質的設備構成。其中，主泵是為液壓系統提供主要動力的基礎系統，主要功能是為壓機主控閥站提供高壓油液。而低壓供液系統的主要功能是為以主泵為代表的多種系統提供必需的液壓油，同時，其還可以在壓機快速向下運動時為主缸提供必要的油液，避免該環節中供液不足進而產生負壓的問題。

在快速鍛造壓機的液壓系統中，高壓系統是發揮控制功能的主體。為了滿足快速鍛造的加工需求，要確保系統在短行程中完成更多的鍛造作業，那么對系統的控制能力要求較高。近年來，比例伺服技術不斷進步，其在快速鍛造壓機的液壓系統中的應用也越來越深入。基于此，系統主缸和回程缸的進液、排液都使用了流量更大的比例插裝閥。這種構造的優勢在于可以對系統各部位閥門的開啟角度、速度進行靈活控制，促使液壓系統能夠在高負荷狀態下穩定運行，同時可以降低系統各部件的振動和沖擊[3]。

快速鍛造壓機液壓系統中的輔助配置的功能在于控制壓機組的一些輔助性質的動作，例如控制橫向砧機工作臺的移動。在活動梁的快速下降環節，主泵輸出壓力油進入主缸，而油液在回程缸中直接向充液缸排入。在自然重力的驅使下，油液將迅速進入主缸，如此形成油液的循環。在主缸加壓的環節中，技術人員將接近鍛件安裝在壓機上面，然后關閉相應閥門，再通過支撐閥門排出回程缸內的油液，進而提升主缸壓力，再關閉充液閥門。此時，受到主泵壓力的影響，主缸柱塞將穩定回落，進而完成鍛件的加工作業。在主缸卸壓的環節中，當主缸加壓作業完成后，應當在穩定的狀態下對主缸壓力進行有效釋放。此時可以發揮比例插裝閥的作用，排出主缸油液，并且還能夠確保油液排出的速率足夠平緩迅速，避免系統出現震動。壓機回程是快速鍛造壓機液壓系統一個作業回合中的收尾環節，當主缸卸壓完成之后，系統將關閉回程缸的排液閥門，然后主泵油液進入回程缸，達到回程壓機的目的。

4 控制系統的構成

隨著現代生產活動要求越來越高，快速鍛造壓機系統的結構越來越復雜，這意味著系統中線路、元件類型多且相對龐雜。因此，傳統的集中控制系統不適用。在當代技術環境下，應當積極采用PLC（可編程控制器）控制系統，滿足快速鍛造壓機系統的自動化控制需求。

例如，某快速鍛造壓機系統中，技術人員廣泛應用了MODBUSplus、PROFBUS等現場控制總線系統，然后使用PLC、工業現場總線控制單元以及控制計算機系統，構建了一套系統專用的實時控制系統。基于PLC、計算機及互聯網技術，可以實現對快速鍛造壓機各個系統、節點數據的實時讀寫，再基于相關節點進行控制輸入和輸出。

在該快速鍛造壓機的控制系統中，控制計算機是控制核心，其通過PLC及網絡通信模塊，對系統各部件壓力、溫度、移動等數據采集起來，提供給計算機及技術人員進行分析和應用。同時，將相關控制參數寫入進PLC，再通過人員調整或系統自動化識別控制，對系統各部件狀態進行顯示和評估。顯然，基于這種技術構造，可以實現對鍛壓機各部件運動關系的有效協調，同時還可以按照系統各個位置傳感器反饋的信息，對鍛壓機各個運動作業環節進行監測和調節。

隨著技術進一步發展，在快速鍛造壓機的控制系統中，監測計算機系統的應用價值也越來越高。在該快速鍛壓機系統中，監測計算機負責對PLC收集的各類參數進行分析，重點對操作機各個時段及環節的壓力、位置、溫度等參數進行處理，生成各類具有利用價值的統計表、統計圖。基于此，可以協助系統及技術人員對系統故障進行預估和判斷，并在故障發生時迅速鎖定故障源，同時還可以為系統故障的處理和應對提供重要依據。

值得一提的是，隨著現代技術的進一步發展，智能技術概念中的模糊理論、專家系統將子啊快速鍛造壓機系統中得到應用。基于此，可以實現鍛造系統的進一步升級，在提升系統控制精準度以及智能化水平方面，有重要的作用。例如，基于專家系統可以實現對鍛造設備各類故障的深入分析，再結合風險管理理念，進一步提高對系統的維護管理水平。

5 結語

綜上所述，在如今多元化的生產活動當中，鍛造工藝在各個領域中發揮了至關重要的作用。尤其是在關鍵元器件的生產制造當中，快速鍛造壓機系統的應用不可或缺。隨著現代社會經濟不斷發展，快速鍛造壓機中的液壓系統、控制系統都得到了全面優化與升級。相關生產單位及技術人員應當重視對快速鍛造壓機液壓系統兩種模式的原理的研究，結合實際生產要求及環境，合理使用相關功能及模式，進一步發揮系統價值。同時，還需要在設備控制系統當中積極應用現代PLC、計算機、信息化技術，提高系統自動化控制水平，并協助技術管理人員做好系統管理。只有這樣，才能全面提升快速鍛造壓機系統的運行效率、穩定性、安全性，同時滿足當代社會節能降耗的關鍵要求。