液压模锻锤打击能量仿真分析

液压模锻锤打击能量仿真分析

1液压模锻锤的优缺点液压设备的优点是节能、振动小、噪声低、易于自动控制。这是蒸馏水模压换工的理想设备。打击能量对于液压模锻锤来说是最关键的重要参数之一,不仅是机械设计要实现的主要性能参数,而且是数据控制的关键所在。所以建立正确的液压模锻锤打击能量的数学模型,对于该设备进行打击能量及打击次数的程序控制具有重要意义。2缸顶杆顶起锤头的打击液压模锻锤工作原理如图1所示。当锤头处于下限位置时,由气源向工作缸充入0.6MPa的气体,并通过闸阀使气体密封在工作缸内。空载启动主电机,使电磁换向阀得电,主油泵加载,将油箱中的油压入主油路进入主机回程缸内,使回程缸顶杆顶起锤头。锤头的质量和工作缸内气体压力完全由回程缸内油压所支承并使锤头升至上限位置。此时,工作缸内气体被压缩,在接近开关的作用下电磁换向阀失电使油泵卸荷,至此,完成了打击前的准备工作,锤头处于准备打击的状态。当电磁换向阀得到信号时,控制油就会打开液控单向阀使回程缸和支承缸接通,回程缸内的油压降低。于是锤头在工作缸内压缩空气的压力和自身重力的作用下向下打击。回程缸内的压力油通过液控单向阀进入支承缸内,同时支承缸柱塞通过拉杆—杠杆系统使锤身向上迎击,实现对击。电磁换向阀失电使液控单向阀关闭,支承缸内的油又由主油泵压入回程缸内,同时锤身也降到下限位置,锤头升至上限位置再度压缩工作缸内气体。此时,一个工作循环结束,同时下一次循环也准备就绪。3缓冲器的工作原理液压模锻锤上锤头和两个回程杆在上腔气体的膨胀以及自身的重力势能作用下向下加速运动,与此同时,下锤头在联通油压和缓冲器(弹簧)的共同作用下上跳,与上锤头实现对击。在这一过程中克服摩擦阻力及下锤头的重力势能转化为上、下锤头的动能。上锤头在上腔气体的膨胀以及自身的重力势能作用下向下加速运动,可以由下式表示:式中:pq——气室的压力,Pa;V——气室的容积,m3;x——打击行程,m;Ms——上锤头系统的质量,kg;g——重力加速度,m/s2。由于打击过程时间很短,因此,工作缸内的气体变化可以看作是绝热膨胀过程,由pVk=常数导出下列诸式:式中:p0——气室初始压力,Pa;V0——气室初始容积,m3;V——与pq对应的气室的容积,m3;k——绝热系数(对氮气取k=1.4)。式中:V1——气室在上锤头系统位于设定的上顶点时的容积,m3;Aq——柱塞的横截面积,m2;Ss——上锤头系统打击时最高点。式中:V2——气室在上锤头系统位于打击时最低点时的容积(V2受装模高度影响),m3;式中:H——装模高度,m;H0——设备设定的最小装模高度,m。由以上各式得出:在本系统中,可以将缓冲器的势能与锤身的重力势能作为一个系统的能量之间的相互转化,所以△E可以由下式表达:式中:Mx——下锤头系统的质量,kg;γ——下锤头系统与上锤头系统的质量比;ck——缓冲器的刚度系数,N/m;f2——上锤头向下打击时所受摩擦阻力,取摩擦系数为0.05;x2——设备静止时缓冲器的压缩量,m;x1——当次工作锤身上跳至最高点时缓冲器的压缩量,m。则有:由以上公式可以看出:决定打击能量的因素主要是打击行程的大小、初始充气压力的大小和装模高度的大小。4初始压力范围仿真我们对液压模锻锤打击能量的数学模型进行了仿真,通过对输入参数的改变,对CJ83-50型液压模锻锤在初始充气压力为0.6MPa,不同的装模高度和打击行程下进行了仿真模拟,仿真所得打击能量结果与实测打击能量(实测数据采取检测打击前的锤头和锤身运动速度)结果的比较见表1,所得结果与实测结果偏差很小,证明该仿真模型是正确的,仿真结果是可信的。5不同初始预防气体膨胀功的影响通过仿真分析,得出了CJ83-50型液压模锻锤初始充气压力、装模高度和打击行程对打击能量的影响关系曲线(图2~4)。(1)在最大打击行程和最小装模高度的情况下,初始充气压力对输出的打击能量的影响关系:由图2可以看出,初始充气压力对气体膨胀功的大小具有决定作用,打击能量随初始充气压力的增加而增大,所以在一定范围内,初始充气压力适当增加有利于提高打击能量。(2)在初始气体压力p0=5×105Pa,最高回程高度下,装模高度对打击能量的影响如图3所示:装模高度对气体膨胀功的大小具有一定的影响作用,装模高度减小,增加了气体的压缩行程,也就是增加了气体膨胀功及重力势能,使打击能量增加。因此,在模具设计当中,取较小的模具闭合高度有利于提高打击能量。(3)在初始气体压力p0=5×105Pa,最小装模高度下,回程高度对设备输出的打击能量的影响关系如图4所示:回程高度对气体膨胀功的大小具有决定作用,液压模锻锤打击能量数据控制就是通过控制该设备回程高度来实现的,回程高度增大,就会增加打击能量。6液压模锻锤打击能量的仿真分析(1)由液压模锻锤打击能量计算值与实测值的比较,证明本文建立的数学模型是正确可靠的,可以为液压模锻