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技術(shù)特點(diǎn)
電液錘工作原理及設計計算理論
4.1電液錘工作原理  電液錘是在原蒸-空鍛錘的基礎上,利用現代機電液壓技術(shù),研發(fā)成功的一種新型節能環(huán)保型鍛造設備?! ‰娨哄N總的打擊能量由二部分合成,一部分是氮氣膨脹功;另一部分是鍛錘落下部分質(zhì)量所產(chǎn)生的勢能?! ‰娨哄N的驅動(dòng)介質(zhì)是“液壓油+氮氣”。設備主缸上腔為壓縮氮氣,下腔為壓力油,其基本動(dòng)作原理是:主缸下腔進(jìn)油提錘壓縮上腔氮氣,然后通過(guò)隨動(dòng)操作,下腔快速排油實(shí)現打擊?! ?dòng)主電機泵組,系統建壓,當蓄能器充滿(mǎn)油液后,系統處于保壓卸荷狀態(tài)。向上扳動(dòng)操作桿,主閥打開(kāi)進(jìn)油,驅動(dòng)快放閥(二級閥)閉合進(jìn)油,主缸下腔進(jìn)油,驅動(dòng)錘桿錘頭上行,同時(shí)壓縮主缸上腔氮氣蓄能,實(shí)現“提錘”動(dòng)作;向下扳動(dòng)操作桿,主閥排油,驅動(dòng)快放閥打開(kāi),主缸下腔排油,錘桿錘頭在主缸上腔氮氣壓力及自重力的作用下開(kāi)始下行,主缸上腔氮氣釋放壓力,實(shí)現“落錘”動(dòng)作。至此,電液錘就完成了一個(gè)“提錘?落錘”動(dòng)作循環(huán)?! ‰娨哄N的主閥和快放閥是控制整個(gè)設備實(shí)現各種動(dòng)作功能的較為核心的功能部件。二者都是“隨動(dòng)(伺服)”原理設計,其控制關(guān)系是“隨動(dòng)”主閥控制“隨動(dòng)”快放閥。所以,電液錘的主要動(dòng)作功能,都是靠扳動(dòng)操作桿(操作主閥)的速度或幅度來(lái)實(shí)現的?! ≈卮颉焖俅蠓壬舷掳鈩?dòng)操作桿;  輕打——快速小幅度上下扳動(dòng)操作桿;  慢升——緩慢向上扳動(dòng)操作桿;  慢降——緩慢向下扳動(dòng)操作桿;  壓錘——使操作桿處于下位置;  上停錘(提錘待機)——使操作桿處于頂上或上部某一位置;  急收錘——緊急向上扳動(dòng)操作桿。4.2電液錘設計計算數學(xué)模型4.2.1打擊能量的計算或 式中:E——打擊能量(焦)  Po——氮氣初始壓力(帕)  Vo——氮氣原始容積(m3)  ΔV——氮氣膨脹容積=As×S(m3)  As——氮氣驅動(dòng)面積(m2)  S——行程(m)  M——錘頭系統質(zhì)量(公斤)  g——重力加速度(9.81m/s2)4.2.2打擊速度計算4.2.3打擊時(shí)間的計算4.2.4回程油壓的計算式中:Py——回程油壓Fm——摩擦阻力Ah——主缸下腔面積4.2.5氮氣壓縮膨脹過(guò)程描述實(shí)際上,由于氮氣特性所決定,在等溫和絕熱壓縮過(guò)程中,上面公式中P氣是不斷變化的,因此回程油壓P油也是變化的。當錘頭長(cháng)時(shí)間(一般超過(guò)五分鐘)停在底下位置時(shí)(合模),主缸氮氣室溫度與外界溫度相平衡,相當于上圖中的A點(diǎn)。在蓄能器充氣壓力足夠高可使錘頭快速回程到頂的情況下,回程時(shí)主缸氣室的壓力容積狀態(tài)將沿AB絕熱曲線(xiàn)變化,到B點(diǎn)時(shí)溫度高出室溫,容積為V上,壓力為P上,如果立即打擊,則會(huì )沿BA變回去。但此時(shí)如果停在頂上不動(dòng),溫度將會(huì )逐漸降低,壓力將由P上降到P上’,即BC。如果這時(shí)進(jìn)行打擊,氣體將沿絕熱曲線(xiàn)CD變化,P上’下降到P下’,此時(shí)主缸氣室溫度將低于室溫。如果長(cháng)時(shí)間停留在下面(合模),則氮氣溫度將升高,壓力由P下’升到P下,所以有一定的增壓。因上下停留時(shí)間不同,主缸氮氣的PV值實(shí)際上是在A(yíng)BCD之間變化的。由圖可見(jiàn),長(cháng)時(shí)間在下停留后快速回程并立即打擊,所產(chǎn)生的能量比長(cháng)時(shí)間停留在上面高一些,其高出部分即為ABCD之間的面積。
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電液錘結構組成
(1)液壓站部分:主要有油箱、主電機油泵組、濾油系統、電磁卸荷閥組、液壓站本體、管路等組成。(2)動(dòng)力頭部分:主要有箱體梁、專(zhuān)用閥(三閥)、蓄能器、主油缸、主氣缸、副氣罐、緩沖缸組件、銅套軸承等組成。(3)落下部分:主要有上模具(砧塊)、錘頭、錐套、錘桿等組成。(4)油液冷卻(加熱)部分:分二種冷卻方式,一種是板式冷卻器冷卻方式,一種是電制冷冷卻方式?! ?nbsp;板式冷卻器冷卻方式主要有板式冷卻器、油循環(huán)電機泵組、水循環(huán)電機泵組等組成?! ?nbsp;電制冷冷卻方式主要有冷凝機組、油循環(huán)電機泵組及獨立電氣控制部分等組成?! ?nbsp;油液加熱裝置主要有電加熱器組成,且主要在冬季北方寒冷地區使用。(5)氮氣站部分:主要有氮氣瓶組、高壓球閥、固定架等組成。(6)管路部分:主要有進(jìn)油高壓鋼管及膠管、回油鋼管及軟連接、高壓氮氣鋼管及膠管、管路支架等組成。(7)操作部分:主要有主操作桿、副操作桿、軸承及固定件等組成。(8)電氣控制部分:主要有PLC主控柜、機旁操作柜、壓力傳感件、油溫傳感件、液位傳感件、霍爾開(kāi)關(guān)組件、光電傳感件(特殊要求時(shí)有)、現場(chǎng)電纜等組成。(9)潤滑部分:分人工澆油潤滑、手動(dòng)油泵注油潤滑和電動(dòng)油泵注油潤滑三種方式。對電液錘來(lái)說(shuō),一般選用前二種方式。(10)機身部分:主要有機身及固定件、橡膠墊、導軌及墊板、導軌固定件、上連接板、下連接板(自由鍛)、等組成。(11)砧座部分:主要有砧座、砧墊(自由鍛)、模座、下砧(自由鍛)等組成。(12)基礎部分:分墊木基礎和彈簧阻尼隔振基礎?!  |木基礎主要有墊木及聯(lián)接螺栓、鋼混地坑、瀝青砂石、地腳螺栓等組成?!  椈勺枘岣粽窕A主要有彈簧阻尼隔振單元、基礎塊(鋼混或鋼板)、鋼混地坑、地腳螺栓等組成。
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我公司電液錘結構性能優(yōu)點(diǎn)
(1)打擊能量可在一定范圍內任意調節。這一設計特點(diǎn),為用戶(hù)在鍛造大中小鍛件時(shí),有效利用設備提供了方便,拓寬了設備的工藝范圍。提醒:有些用戶(hù),為了提高班產(chǎn)量,隨便調節打擊能量,導致設備超負荷運行,這樣對設備是不利的,應慎重。(2)足夠的打擊能量。有些廠(chǎng)家生產(chǎn)的電液錘,很多用戶(hù)反映打擊無(wú)力,達不到額定打擊能量。其原因是系統設計問(wèn)題或違反(不懂)電液錘這方面的設計理論,犯下了原則性錯誤。用戶(hù)自己比較,都反映我公司電液錘打擊有勁,能量充足。(3)具有“專(zhuān)用閥”技術(shù),操作靈活自如。電液錘“專(zhuān)用閥”是控制鍛錘完成全部動(dòng)作功能核心的系統部件,如果“專(zhuān)用閥”系統設計不合理,就會(huì )導致設備操作不靈活。有些廠(chǎng)家生產(chǎn)的電液錘,操作“重打”動(dòng)作沒(méi)問(wèn)題,其它動(dòng)作,如:輕打、慢升、慢降卻很不靈活,就是這個(gè)原因,而這種問(wèn)題很容易造成安全事故。(4)動(dòng)力頭箱體梁均衡剛度結構設計。箱體梁是電液錘關(guān)鍵受力部件。箱體梁設計為方形箱體而不是階梯形箱體結構,經(jīng)過(guò)計算機“有限元”剛度分析設計計算,確保鍛錘打擊時(shí)所產(chǎn)生的沖擊力,不會(huì )導致箱體梁變形,影響設備精度和穩定性。而階梯形箱體梁勢必產(chǎn)生兩端剛度不均勻,階梯端剛度薄弱變形,容易導致箱體焊縫開(kāi)裂漏油,且破壞設備精度。(5)低的內泄,低的能耗。液壓系統“專(zhuān)用閥”屬非標液壓元件,存在一定量的內泄是不可避免的。但如果內泄嚴重,設備待機狀態(tài)下油泵電機仍將頻繁工作,不但浪費電,而且也降低相關(guān)功能件的使用壽命,所以必須嚴格控制這些“專(zhuān)用閥”的加工精度,大程度減少內泄量。我公司“專(zhuān)用閥”全部在高精度數控機床上加工,嚴格保證其設計間隙,確保其具有低的內泄量和低的能耗。(6)防止油氣互串的獨特結構設計。一是采用高質(zhì)量奧地利進(jìn)口“愛(ài)科”牌密封圈;二是在錘桿活塞上,利用“縫隙減壓”原理,使油、氣壓力在活塞上基本平衡,這樣即使密封圈磨損,也不致使大量油液串至氮氣腔。實(shí)踐證明,這一獨特的結構設計,可以有效防止油氣互串現象的頻繁發(fā)生。(7)系統壓力數顯停機安全保護功能。當霍爾開(kāi)關(guān)(易損件)失效時(shí),如果操作人員不注意,系統壓力超壓,設備就會(huì )處于高壓溢流狀態(tài)工作,導致系統發(fā)熱,嚴重者可導致油管爆裂;當油管偶然出現斷裂,如果不及時(shí)停機,就會(huì )跑掉很多油。為了避免此類(lèi)現象發(fā)生后造成不良后果,我公司為系統設置了超壓和失壓數顯停機安全保護功能,可有效避免不良后果的產(chǎn)生。(8)油液自動(dòng)加熱、冷卻功能。當油液溫度低于10℃,系統自動(dòng)對油液進(jìn)行加熱,至20℃時(shí)自動(dòng)停止加熱;當油液溫度達到35℃時(shí)(可調),冷卻系統自動(dòng)開(kāi)機冷卻,冷卻到35℃(可調),冷卻系統自動(dòng)停止冷卻。油溫超過(guò)50℃,系統報警,55℃自動(dòng)停機。(9)多霍爾開(kāi)關(guān)控制功能。第 一個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)失效后,不必立即停機更換,以免影響正在進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程,造成鍛件重復加熱,浪費能源。這時(shí)其它霍爾開(kāi)關(guān)繼續控制設備工作。待完成該班班產(chǎn)后,再停機更換失效的霍爾開(kāi)關(guān)。
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我公司電液錘技術(shù)規范
8.1設備功能規范8.1.1打擊能量可在一定范圍內任意調整。8.1.2能夠靈活可靠實(shí)現重打、輕打、慢升、慢降、急收錘、壓錘、提錘待機(上停錘)功能。8.1.3 電液錘不能實(shí)現“悠錘”操作(這是與蒸-空鍛錘的區別)。8.1.4 具有電氣和液壓系統自動(dòng)安全保護功能(見(jiàn)“第6項”)。8.1.5 具有系統自動(dòng)冷卻和加熱控制功能。8.1.6具有壓力及油溫數控功能。8.1.7鍛錘基礎具有彈簧阻尼隔振功能(用戶(hù)要求時(shí)配置)。8.2主要零部件材料及加工技術(shù)規范8.2.1砧座和機架?! 〔捎描T鋼材質(zhì),砧座材料牌號ZG200-400,機架材料ZG230-450,采用真空脫氣電弧爐(而非中頻爐)熔煉,執行JB/T5000.6-2007《重型機械通用技術(shù)條件  鑄鋼件》標準。鑄鋼件機加工前后各探傷一次,探傷標準需滿(mǎn)足JB/T5000.14-2007《重型機械通用技術(shù)條件  鑄鋼件無(wú)損探傷》中Ⅲ級標準要求?! 榱舜_保砧座和機架零件成品精度(尺寸、形狀和幾何精度),其機械加工工序全部采用大型數控鏜銑床加工。8.2.2錘頭和模座  采用鍛鋼材質(zhì),材料牌號為35CrMo,VD+LF鋼錠。用4000噸液壓機鍛造,“三鐓三拔”工藝,鍛比大于3.0,確保鍛件內在質(zhì)量。鍛后和熱處理后各進(jìn)行一次探傷,探傷標準需滿(mǎn)足GB/T5402-91 《鍛件超聲波探傷技術(shù)條件》中Ⅱ級標準要求?! ″N頭上的導軌槽和燕尾槽以及模座上的燕尾槽進(jìn)行表面淬火處理,深度≥2.0毫米。淬火后在專(zhuān)用導軌磨床上磨削加工,保證粗糙度1.6級?! ”WC錘頭和模座的整體調質(zhì)硬度,承擊時(shí)不會(huì )產(chǎn)生局部“塌陷”和整體變形現象。8.2.3錘桿  采用40CrNiMoA鍛鋼材質(zhì),鍛后和熱處理后各進(jìn)行一次探傷,探傷標準需滿(mǎn)足GB/T5402-91 《鍛件超聲波探傷技術(shù)條件》中Ⅰ級標準要求。錘桿表面滾壓加工,粗糙度達到0.4級,以滿(mǎn)足高速運動(dòng)和密封的要求。8.2.4動(dòng)力頭箱體梁  采用整體焊接結構,中間主缸座采用整體20鍛件,四周箱體采用Q235中厚鋼板,用CO2保護焊連續焊接,焊后對焊縫進(jìn)行探傷處理,保證焊縫無(wú)缺陷,并整體退火處理,確保其具有足夠的強度和剛度?! 〔捎脭悼冂M銑床整體機加工,以確保其各部分尺寸、形狀和幾何精度。8.2.5主缸、蓄能器缸和緩沖缸  采用45調質(zhì)厚壁鋼管毛坯,經(jīng)專(zhuān)用機床加工而成。內孔滾壓加工,粗糙度達到0.4級,確保其密封和相對高速運動(dòng)的要求。8.2.6油箱  采用Q235鋼板及型鋼組焊而成,焊后不得有明顯變形,平面度誤差達到1.5/1000,對角線(xiàn)誤差達到3.0/1000。油箱上面開(kāi)有二個(gè)450×600方形人孔門(mén),以方便維修及清潔油箱?! ∶芊庠囼灒汉负髮λ泻缚p及開(kāi)孔進(jìn)行密封試驗,用煤油涂抹焊縫和開(kāi)孔密封面,不得有任何滲漏現象?! ∏鍧嵍缺WC措施:鋼板除銹→組焊→內部焊縫打磨清理→拌和油面精細清理→立即涂液壓油→立即密封油箱。確保油箱清潔度滿(mǎn)足JB/T9954-1999《鍛壓機械液壓系統  清潔度》中19/16級標準要求。8.2.7錘桿密封采用進(jìn)口高質(zhì)量“愛(ài)科”牌密封圈,大幅度提高系統密封壽命,避免了頻繁更換密封圈的煩惱。8.2.8采用華德斜軸式柱塞泵,輸油效率高,使用壽命長(cháng)。8.3電器設備技術(shù)規范8.3.1電氣設備主要包括:PLC主控柜一臺,機旁操作箱二個(gè)(主機旁一個(gè),液壓站上一個(gè)),數顯壓力表,數顯溫度計,霍爾開(kāi)關(guān),電機,現場(chǎng)電纜等。8.3.2電源8.3.2.1電源為380V/220V—50Hz,三相四線(xiàn)制。8.3.2.2 PLC控制柜使用AC220V—50Hz。8.3.2.3 當電源電壓、頻率在下列范圍內變化時(shí),所有電器設備和控制系統均能正常工作:       交流電源:(+5%~-10%)Ue       頻    率:±2% 50Hz長(cháng)期       當電壓在-22.5%Ue,時(shí)間不超過(guò)1分鐘。8.3.2.4 全部電機采用普通異步電動(dòng)機,防護等級不低于IP54。8.3.2.5 主控柜采用GGD標準柜,防護等級不低于IP54。8.3.2.6 控制柜鋼板厚度不低于1.5mm,采用冷軋板,外表涂漆顏色為乳白色。8.3.2.7 控制柜內端子排留有20%備用量。8.3.2.8 所有電纜均采用銅芯線(xiàn),保證其截面積具有足夠的載流能力。電纜敷設設時(shí),均有橋架保護。8.3.2.9 指示燈顏色,按國標設計。8.4電氣控制技術(shù)規范8.4.1 電液錘工作全部由PLC控制完成。8.4.2 PLC控制及檢測范圍8.4.2.1 電機的啟動(dòng)、工作、停止。8.4.2.2 霍爾開(kāi)關(guān)信號的檢測與控制。第 一個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)失效,其它霍爾開(kāi)關(guān)繼續控制系統工作。8.4.2.3 壓力檢測與控制。工作壓力數顯,超壓和失壓數顯與保護。8.4.2.4 油溫檢測與控制。將采集的油溫信號進(jìn)行處理并控制加熱和冷卻系統(電制冷機組對冷卻過(guò)程單獨自動(dòng)控制)。8.4.2.5 冷卻系統控制。油溫超標自動(dòng)停機。8.4.2.6 油位檢測與控制。液位低于設定值,電機停止工作。8.4.2.7 系統卸荷檢測與控制。蓄能器滿(mǎn),系統自動(dòng)卸荷。
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