劉曉暉
(寧夏天地奔牛實業(yè)集團有限公司,寧夏石嘴山 753001)
1991年,寧夏天地奔牛實業(yè)集團有限公司由徐州鍛壓設(shè)備制造廠引進1臺YB32-500型四柱式萬能液壓機,以2臺30 kW和1臺1.5 kW電機泵組驅(qū)動,用于備料過程中的金屬壓力加工工藝。該設(shè)備采用按周期連續(xù)運行工作制,系統(tǒng)采用普通閥控制,目前內(nèi)泄嚴重,高壓行程速度不夠,上壓慢,保壓時壓力下降太快,無法進行正常使用。考慮到主缸、頂出缸以及充液閥等執(zhí)行、控制元件性能良好,予以保留,利用插裝閥控制技術(shù),對原有液壓系統(tǒng)進行了設(shè)計改造。
二通插裝閥有通斷兩種狀態(tài),可以進行邏輯運算,屬于邏輯閥,具有通流能力大、控制自動化程度高、響應(yīng)特性好等優(yōu)點。本液壓系統(tǒng)設(shè)計中主要選用華德L系列方向和壓力控制功能的二通插裝閥,如LFA32WEA-6XCA10型二通插裝閥。該閥具有方向控制功能,其核心元件是插裝元件,是一種液控型、單控制口裝于油路主級中的液阻單元。通過將一個或多個插裝單元進行不同組合,并配以相應(yīng)的先導(dǎo)控制級,可以組成方向、壓力、流量等控制單元。二通蓋板式插裝閥是插裝閥的主流產(chǎn)品,其插件、插裝孔、蓋板組件等基本構(gòu)件標準化、通用化、模塊化程度高,插裝元件互換性好,便于更換維修。二通插裝閥被直接裝入集成塊內(nèi)腔,省去了管件,實現(xiàn)了無管集成,可減少因泄漏、振動、噪聲和配管引起的故障,提高了系統(tǒng)可靠性。
較原系統(tǒng)中大量采用滑閥相比,二通插裝閥采用微型結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)控制,在同一主級上復(fù)合壓力、流量和方向諸多功能,有極佳的可控性。由于是閥座式結(jié)構(gòu),內(nèi)泄漏小,沒有卡阻現(xiàn)象,有良好的響應(yīng)性,能實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換,通流能力大,特別適合小壓力損失下的高壓、大流量場合,新系統(tǒng)選用的二通插裝閥作為控制元件,有效利用了其通流能力大、動態(tài)響應(yīng)快、密封性能好、功率損失小等優(yōu)點,很好的滿足了液壓機的多工況工作要求。
采用ISO VG56液壓油,油溫控制在50℃(黏度為35 mm2/s),主壓力10 MPa,先導(dǎo)壓力15 MPa,流量調(diào)整閥設(shè)定壓力225 L/min;被試閥入口a處采用英寸×30 cm鋼管,被試閥入口b處采用英寸×16 cm鋼管,先導(dǎo)管路c處采用英寸×16 cm鋼管,先導(dǎo)管路d處采用英寸×100 cm橡膠管,進行二通插裝閥的動態(tài)特性測試(圖1,圖2)。
圖1 測試回路
圖2 二通插裝閥動態(tài)特性測試曲線
(1)保留原系統(tǒng)執(zhí)行元件和充液閥??紤]到主缸、頂出缸以及充液閥性能良好,為降低改造成本,新系統(tǒng)設(shè)計中予以保留。
(2)采用二通插裝閥作為主要控制單元設(shè)計和集成液壓系統(tǒng)。二通插裝閥內(nèi)阻小、響應(yīng)快、泄漏少、多機能,功率匹配合理,特別適用于液壓機的高壓大流量工況需要。
(3)節(jié)能環(huán)保設(shè)計。采用集成泵組,選用2臺63YCY14-1B的壓力補償變量軸向柱塞泵供油,用2臺22 kW電機驅(qū)動工作,按日均工作15.5 h,年工作300 d,工業(yè)電價按0.5元人民幣(/kW·h)計算,每年可節(jié)省電費4萬余元人民幣。
(4)優(yōu)化泵站設(shè)計。加裝液位控制器,在油箱液位到達低點時報警,提醒操作保養(yǎng)人員加注油液;引入外部冷卻系統(tǒng),防止熱量過高導(dǎo)致的油液老化變質(zhì),改善泵站技術(shù)狀態(tài)。
以半自動定壓成型工藝動作說明液壓原理(圖3),電磁鐵動作順序見表1。按下SB7、SB8按鈕,電機啟動,系統(tǒng)空負載運行,按下下行按鈕,電磁鐵YV1、YV2、YV6通電,壓力補償變量軸向柱塞泵輸出的油液,經(jīng)閥 1,2,3,5,7,9,11,25 進入主缸上腔,在活塞自重和壓力油的作用下,滑塊快速下行。插裝閥1,2起單向閥作用,防止油液倒流,插裝閥3用于油泵卸荷,插裝閥5,7做壓力閥,分別控制頂出缸下腔和上腔壓力,插裝閥9,11分別用于控制主缸下腔和上腔工作壓力。當碰到行程開關(guān)SQ2時,YV6斷電YV7通電,滑塊在泵37,38供入主缸上腔的壓力油推動下慢速下行并壓制,此時,溢流閥16在主缸下腔產(chǎn)生背壓,使滑塊慢速下行。當主缸上腔壓力達到電接點壓力表BP3的調(diào)定壓力時,電接點壓力表發(fā)訊,使YV1,YV2斷電,主缸上腔開始保壓,油泵卸荷,同時保壓延時繼電器KT1開始計時(調(diào)節(jié)范圍為(0~20)min),保壓完畢。KT1 發(fā)訊,YV1,YV3,YV7 通電,打開充液閥39的小閥芯卸荷,繼而使主閥完全打開,待主缸上腔壓力卸至電接點壓力表BP3的下限發(fā)訊或由時間繼電器KT2發(fā)訊,YV7斷電,37,38供油經(jīng)插裝方向閥8進入主缸下腔,上腔快速排液,滑塊快速回程。當滑塊碰到上限開關(guān)SQ1時,電磁換向閥的電磁鐵YV1和YV3斷電,回程停止。按下“頂出”按鈕SB10,YV1,YV5通電,泵供油經(jīng)4進入頂出缸下腔,下缸頂出,插裝方向閥4用于控制頂出缸下腔進油方向,溢流閥14作為頂出缸上腔的安全閥使用。按下“退回”按鈕SB11,YV1,YV4通電,泵供油經(jīng)插裝方向閥6進入頂出缸上腔,下缸退回。至此,一個工作循環(huán)結(jié)束。
圖3 設(shè)計改造后的液壓系統(tǒng)原理
表1 電磁鐵動作順序
采用蓋板式二通插裝閥作為液壓系統(tǒng)控制元件,配以外部水冷系統(tǒng)和液位控制器,實現(xiàn)了無管集成,降低了回路壓力損失與溫升,減少了系統(tǒng)振動和噪聲,提高了液壓系統(tǒng)運行平穩(wěn)性和工作效率,功率匹配合理,節(jié)能效果明顯,極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,同時節(jié)約了設(shè)備購置成本。
[1]雷天覺.新編液壓工程手冊[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1998.
[2]張利平.液壓閥原理、使用與維護(第3版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014.
[3]張利平.液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
[4]王益群,高殿榮.液壓工程師技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.
[5]邢鴻雁,張磊.實用液壓技術(shù)300題(第3版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.