锻造液压机的新型阀控系统

郭致富

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摘要：应对气候变化，事关中华民族永续发展，事关人类前途命运，我国将应对气候变化摆在国家治理更加突出的位置，不断消减碳排放量，不断强化自主贡献目标，将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，坚定不移地走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路。要加快发展新一代信息技术，高端装备、航空航天、海洋装备等战略性新兴产业，提高产业链供应链现代化水平。伴随产业升级，环保与节能理念在制造行业的深入，液压系统的传统设计显露出耗能多、震动大、效率低、噪声大等问题。鉴于以上传统液压系统的问题，本公司基于锻造液压机液压系统的特殊性，开发了新型阀控系统。

关键词：锻造液压机；比例插装阀；阀控；可靠

引言

锻造液压机作为我国大型锻件在自由锻造过程中的重要设备，由于我国在大型自由锻造液压机技术方面发展较晚，所以其制约着我国在冶金、化工、电力、船舶、航空航天等行业的发展。因此，各行各业逐渐将其工作目标转向大型自由锻造液压机。据相关部门的统计，目前国内已投产的大型自由锻造液压机有十数余台，在建造的仍有十数余台，占世界大型自由锻造液压机总数的五分之二。本文主要针对大型自由锻造液压机的技术特点进行分析。

1锻造液压机液压系统的研究现状

锻造液压机液压系统从控制方式来看，主要有阀控和泵控两种。对于阀控系统，控制阀动静态特性决定了整个液压系统的性能，所以锻造液压机液压系统中控制阀的性能在一定程度上可以反映液压机的技术水平。锻造液压机控制阀主要经历了滑阀、二通插装阀、三级插装阀和插装式比例阀四个阶段。自20世纪30年代以来，液压系统广泛采用滑阀作为控制阀，但是滑阀受结构的影响，其通流能力小，最大流量只有1000L/min左右；采用间隙密封，容易出现卡死现象；响应速度慢，已经不能满足现在高速、大流量系统的要求。对于小型的、锻造精度要求不高的锻造液压机，基本可以满足。但是对于大型的、流量达几千设置甚至上万的锻造液压机，已经远远不能满足需求了。应液压控制元件高压大流量化、标准化和集成化等发展趋势，20世纪70年代出现了阀芯为锥形结构的锥阀—二通插装阀，这种阀通流能力大，通径可达160mm，理论最大流量高达10000L/min；结构紧凑，可以减少液压管路；其动态响应速度快，阀芯启闭迅速；同时采用电磁阀作为先导阀，控制方便，自动化程度有所提高。20世纪80年代，随着二通插装阀研究的深入，出现了三级插装阀组，其采用电磁阀和小通径的二通插装阀作为先导阀控制大通径的二通插装阀，阀芯启闭更加迅速，响应速度更快，但是由于其组合式的结构各级间参数调试、匹配非常困难，故障检测和维修复杂，所以整体效果并不是很理想。

2锻造液压机的新型阀控系统

2.1可靠性高

对于传统的锻造液压机，由于采用的是普通的电磁阀开关控制，系统中的超压、失压部位很难得到根治，诱发了设备的许多问题，例如，气蚀、爆管、水锤等，设备的维护得不到维修工人的认可。新型阀控系统，按照工件的成型工艺速度要求，通过控制阀芯的开口度，从而控制匹配执行机构所需要的液压系统流量，阀芯的开口度采用的是闭环控制，通过给定使能信号及PID的算法，阀芯快速柔性到达指定位置，相比于常规的开关量控制的二通插装阀，不受液体油温、液体压力等方面影响，有效地消除了系统的超压冲击、失压震动等诱发故障的前期现象。不仅可以非常精确地控制压机运动部件的运动精度，还可以实现完全无冲击的压机的运行操作，从而最大程度地减少了管道的泄漏和压机故障，设备的正常运行时间得到了保障，故障率大大降低，可靠性高。

2.2液压技术

对于传统的泵-蓄势器传动水压机技术，这种技术一直处于恒压的情况下进行运动，这种工作模式下工作速度受到锻件变形抗力的影响；而现阶段生产的大型自由锻造液压机基本上处于恒流量传动模式，与锻件变形抗力没有关系，泵直接传动的压机速度与泵的数量有直接关系，现阶段的大型自由锻造液压机优点就在于其速度一直保持在恒定的值，这就使得锻件在锻造过程中精度得到了保证，相较于泵-蓄势器传动水压机而言其精度方面得到了大幅度提高，对于这两种机器的锻造性能和基本特点，又可以将其分为水压机和油压机。现阶段的大型自由锻造液压机属于油压机，相对而言具有低能耗、高精度、低投入和高寿命的特点，这是现阶段全球大型自由锻造液压机发展的主要方向。对于油压机而言，液压控制系统可分为泵控系统和阀控系统，目前市场上几乎所有的大型自由锻造液压机都采用这两种控制方式。泵控系统主要用于油品精度高、效率高、功率大的工作场合。泵控系统的代表为德国威普克—潘克的正弦驱动系统，通过控制油泵实现对油缸运动方向和运动速度的控制并可无级变速。阀控系统具有高精度和高频响的特点，现阶段大多数液压机采用阀控系统，其通过电液伺服阀控制油缸的运动方向，并同时控制油泵输出的油液的流量大小来控制油缸的运动速度。

目前我国国内的泵控系统相对国外而言较为薄弱，市场上所流行的泵控系统主要是德国和法国的泵控系统，对于现阶段大型自由锻造液压机的泵控系统而言，只有德国生产的泵控系统符合我国现阶段对大型锻件的要求。

2.3电气技术

现有的大型自由锻造液压机的电气系统在一定程度上都是采用PLC进行控制，具有相关的人机交互界面，这个人机交互界面通常是由工控机担任，还有承担工业现场的主控制器的作用。大型自由锻造液压机的操作机和锻造液压机同样是具备PLC控制单元，此外操作机和锻造液压机的控制单元是相互独立的。然后操作机和锻造液压机通过高速数据总线进行数据交互，实时的采集相关数据，如：滑块位置、温度、锻造压力等，这就在一定程度上实现了对各种设备的统领控制，此外还具有单独控制功能。对于一般性的操作机和锻造液压机通常情况下共用一个单独的操作控制台，这就仅仅需要一个操作员进行单独操作即可。电控设备的主泵驱动一般情况下采用10千伏的高压电机，有时候同样采用6千伏的高压电机。

结语

航空航天、船舶、导弹等军工国防工业，以及大型运输机、高速列车、城市轨道交通等现代化交通运输业的快速发展，自主研发研制的关键产品，均需大型化、整体化的锻件，如百万千瓦级火电和超临界、超超临界核电用汽轮机转子、特大支承辊、大型高温高压厚壁筒体、船用大功率低速柴油机组合曲轴等，而这些锻件的生产需要必须配备大吨位、高精度和高效率的锻造液压机，因此，锻造液压机向大型化、自动化、精密化、紧凑化和成套化等方向发展是必然趋势。锻造液压机的新型阀控系统，解决了国产锻造机液压系统暴露出耗能多、震动大、效率低、噪声大等问题。鉴于以上传统液压系统的问题，本公司基于锻造液压机液压系统的特殊性，开发了锻造液压机新型阀控系统，大大提升了液压系统的可靠性、平稳性，大大提高了锻造产品的制造质量和工作效率，降低了工人的劳动强度，改善了劳动环境，其技术已达到国际先进水平，具有显著的社会效益和经济效益，助力了企业的发展，同时也推动了整个行业的技术升级。

参考文献

[1]姚静.锻造液压机液压控制系统关键技术研究［D］.秦皇岛：燕山大学工学博士学位论文，2009：15-18.

[2]李贵闪，翟华.电液比例控制技术在液压机中的应用［J］.锻压装备与制造技术，2005（6）：28-30.

[3]高峰，郭为忠，宋清玉．重型制造装备国内外研究与发展[J]．机械工程学报，2010，（19）：92-107．