快锻液压机运动惯性的分析与研究

快锻液压机运动惯性的分析与研究

一、快锻液压机的铸造技术随着机械工业、国防工业和航天工业的快速发展，对优质铵、耐磁性钢的需求日益增长。因此，人们对自由裂纹的尺寸精度和生产效率有了越来越高的要求。因此，高速液体压机的制造速度和压下精度的要求也有所增加。二、比例插装阀控制系统工作原理快锻液压机控制的关键是设计拟合锻压过程中的锻造曲线,使锻造曲线不因锻造过程负载工况的不同而出现大的突变点,而且在上、下死点减速达到平稳过渡。理想的锻造曲线一般为正弦曲线。目前,技术水平最高的是德国潘克公司制造的正弦泵传动系统,但由于其价格高、维护成本高,国内广泛应用的是三级插装阀系统和以电液比例插装阀为主的比例控制系统。正弦泵控制系统动态响应速度高、效率高、控制灵活、运动平稳,运动曲线见图1。应用较广的插装阀控制系统,属于继电器控制模式,响应较慢;在不同动作过渡时,压机系统会出现瞬时振动,而且液压机的快速性受到开关阀启闭响应时间的制约,从图2可以看出,在压机空程下降快接近工件时,液压机有“刹车”现象,卸压卸荷时间也很长,返程到上死点若不需要停滞则会产生较大超调,这些不仅影响压机工作效率而且会导致压机的振动由华中科技大学和兰州兰石重工新技术有限公司研发的以大通径电液比例控制阀为主的比例控制系统的快锻液压机本文所研究的快锻液压机液压系统采用电液比例控制系统,其响应快、控制精度高等特点非常适合于快锻液压机。并采用比例快锻回路,可通过PLC控制系统控制快锻方式下比例插装阀开口度大小,得到理想的快锻曲线,使锻造速度和锻造精度更容易实现。下面就此种控制方式进行PLC程序方案设计和仿真研究。三、比例控制快锻回路快锻液压机常用的锻造方式为常锻、快锻和镦粗。常锻一般为开环控制适用于需要有大变形量的手动控制。镦粗是长时间保压过程,一般是把钢锭或柱形坯料沿轴向锻成各种饼形或圆盘形。快锻是以位置精度和锻造速度为目标的闭环控制,往往与操作机联动,自动化程度高。快锻时,锻件的变形量一般控制在5mm以内,压机锻造行程一般不超过30mm,快锻次数高达80次/分以上。因此,快锻液压机的快锻性能成为衡量一个国家锻造机械制造业自动化水平和能力的重要标准之一。本文所研究的快锻液压机快锻时采用比例控制快锻回路,如图4所示,此回路适用于主缸和回程缸的进排液全部使用大通径电液比例插装阀的系统。压机压下时,V2和V4工作。回程时,V3和XV1同时投入工作完成一个工作循环。1.比例阀的设计特点快锻液压机进行快锻时的计算机控制方框图如图5所示,这是典型的闭环控制系统,根据位移误差量的大小及其符号正负来实时控制四个比例阀的开口度和动作,对液压系统、测试系统、计算机控制系统及控制软件设计等要求较高。每个比例阀使用单独的PID控制器,使快锻液压机既能满足快锻特性,又能使其控制性能达到最优。2.快锻过程控制快锻液压机采用快锻控制是闭环控制,属于自动操作方式,因此程序的设计比较复杂。根据液压机快锻工作原理与计算机控制工序,快锻液压机快锻程序设计为:在主操作台上选择压机自动模式,压机进入自动运行状态。在启动压机前,通过锻造参数设定界面设置压机行程高度、锻造频率、上给定点和下给定点位置。压机快锻过程控制是闭环控制,给定位移曲线为理想的正弦曲线,正弦曲线按固定频率以弧度递增的方式给定,在压机的下给定点设置给定曲线的停滞等待程序,因为在给定曲线达到下给定点后,由于阀的响应和主缸建压等都需要时间,液压机的实际位移量会滞后,所以必须判断实际位移量是否也到达下给定点,如果实际位移量也到达下给定点,那么给定曲线再次按固定频率完成弧度的递增。在保证锻造速度和锻造尺寸精度的前提下实现快锻液压机平稳无冲击运行,主要是根据位移误差量的大小及正负来实时控制四个比例阀的开口度和动作来完成。快锻控制方案设计主要分为两部分:给定位移曲线和实际位移曲线部分,四个比例阀的PID控制部分。设计方案如图6所示。利用西门子公司的STEP7-400软件对设计方案进行梯形图语言编程。四、真结果1图1利用PLCSIMV5.4SP3软件进行仿真实验。给定输入为正弦曲线,频率1.5Hz,幅值0.01m。仿真结果见图7。从图中可知,压机在运行前两个周期出现振动和超调,然后逐渐趋于稳定,位移曲线越来越平滑,由于压机本身运动惯量大,而且PID控制器存在一定的时间滞后,因此从图中可以看出,位移输出曲线存在滞后,时间约为0.2s,但是压机的运动频率能跟踪上输入频率,稳定后位置精度在要求的±1mm范围之内。仿真结果如下:五、快锻过程控制方案设计本文着重对快锻液压机快锻过程进行分析,设定理想的锻造曲线,并进行PLC控制方案设计。设计方案时,包含给定位移曲线和实际位移曲线的比较等待设计,以及四个比