基于FluidSIM的壓力機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

吳海青

(太原工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，山西 太原 030008)

0 引言

壓力機(jī)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(yīng)用的壓力加工機(jī)械。壓力機(jī)的類型很多，其中四柱式液壓壓力機(jī)最為典型，應(yīng)用也最廣泛。本文以YB32-200型壓力機(jī)為研究對象，對其原有的液壓系統(tǒng)泄壓回路進(jìn)行了改進(jìn)，回路設(shè)計(jì)簡單，可有效防止上液壓缸在快速返回時(shí)在系統(tǒng)中引起壓力沖擊并使上滑塊動(dòng)作不平穩(wěn)的現(xiàn)象。

1 YB32-200型壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

YB32-200型液壓壓力機(jī)主要由床身、工作平臺、導(dǎo)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(dǎo)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(jī)上、下液壓缸的工作循環(huán)

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

3 確定液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)

3.1 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

YB32-200型壓力機(jī)對液壓系統(tǒng)的基本要求有：

(1) 上液壓缸快速下行時(shí)速度為0.06 m/s，慢速加壓時(shí)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(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)半自動(dòng)化控制。

圖2 壓力機(jī)上、下液壓缸的工作循環(huán)

3.2 工作壓力的確定

整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是否合理，關(guān)鍵就在于液壓系統(tǒng)工作壓力的選定。YB32-200型液壓機(jī)的最大總壓力為200 t，最大工作壓力為32 MPa。由于本設(shè)計(jì)為小噸位液壓機(jī)，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(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

根據(jù)壓力機(jī)對液壓系統(tǒng)的基本要求，本文利用FluidSIM液壓仿真軟件設(shè)計(jì)了YB32-200型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，并對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

4.1 上液壓缸的工作循環(huán)仿真

(1) 快速下行：按下啟動(dòng)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(dòng)情況如下：

進(jìn)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(dòng)式溢流閥；J1，J2-節(jié)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(yùn)行中接觸到工件，這時(shí)上液壓缸上腔壓力升高，當(dāng)壓力達(dá)到電接觸式壓力表的上限值時(shí)發(fā)出電信號，使3YA斷電，輔助液壓泵B2卸荷，此時(shí)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(dòng)情況與快速下行時(shí)相同。

(3) 保壓延時(shí)：當(dāng)系統(tǒng)中壓力升高到壓力繼電器1A的調(diào)定壓力時(shí)，發(fā)出電信號使1YA斷電，上液壓缸換向閥H1處于中位，這時(shí)上液壓缸上腔保持壓力不變，保壓時(shí)間由時(shí)間繼電器控制。保壓時(shí)除了液壓泵B1在較低壓力下卸荷外，系統(tǒng)中沒有油液流動(dòng)。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(jī)上液壓缸保壓延時(shí)后上腔的壓力較高，為了防止保壓狀態(tài)向快速返回狀態(tài)轉(zhuǎn)變過快，在系統(tǒng)中引起壓力沖擊并使上滑塊動(dòng)作不平穩(wěn)而設(shè)置了泄壓回路，如圖4所示。經(jīng)過時(shí)間繼電器延時(shí)后發(fā)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(jié)流閥J1和換向閥H4(左位)實(shí)現(xiàn)卸壓，由時(shí)間繼電器控制泄壓時(shí)間，泄壓完成后，發(fā)出電信號，電磁鐵2YA通電，使活塞快速退回，這時(shí)油液流動(dòng)情況如下：

進(jìn)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(jié)流閥J1→換向閥H4左位→油箱。

(5) 原位停止:上滑塊上升至預(yù)定高度，擋塊壓下行程開關(guān)，電磁鐵2YA失電，換向閥H1處于中位，這時(shí)上液壓缸停止運(yùn)動(dòng)，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。

4.2 下液壓缸的工作循環(huán)仿真

(1) 下滑塊向上頂出：按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵6YA通電，換向閥H2右位工作，此時(shí)油液流動(dòng)情況如下：

進(jìn)油路：變量泵B1→換向閥H1中位→換向閥H2右位→單向閥D2→頂出缸下腔。

回油路：頂出缸上腔→換向閥H2右位→油箱。

(2) 下滑塊向上停留：下滑塊向上移動(dòng)至下液壓缸中活塞碰上缸蓋時(shí)便停留在這個(gè)位置上。

(3) 向下退回：經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)后，電磁鐵6YA斷電，5YA通電，換向閥H2左位工作，此時(shí)油液流動(dòng)情況如下：

進(jìn)油路：變量泵B1→換向閥H1中位→換向閥H2左位→頂出缸上腔。

回油路：頂出缸下腔→節(jié)流閥J2→換向閥H2左位→油箱。

(4) 向下原位停止：電磁鐵5YA斷電，換向閥H2處于中位，下滑塊原位停止。

由以上仿真結(jié)果可知，本液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

圖4 泄壓回路

5 創(chuàng)新點(diǎn)

本文設(shè)計(jì)的YB32-200型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)具有如下創(chuàng)新點(diǎn)：

(1) 在上液壓缸上腔泄壓時(shí)，此設(shè)計(jì)沒有采用預(yù)泄換向閥組，采用的是節(jié)流閥J1和電磁換向閥H4，泄壓回路簡單，卸壓過程較快，提高了生產(chǎn)效率。

(2) 上缸快速退回時(shí)，由于回油路上安裝有節(jié)流閥J1，使上液壓缸退回時(shí)運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)。

(3) 下缸下行退回時(shí)，由于回油路上安裝有節(jié)流閥J2，使下液壓缸退回時(shí)運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)。