賴飛龍
(廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司,福建 廈門 361021)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展的大環(huán)境下,傳統(tǒng)鍛造壓機(jī)系統(tǒng)效率低、能耗高和精度不足等缺點(diǎn)逐步暴露出來(lái),很大程度上制約了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的快速發(fā)展,快速鍛造壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的實(shí)用性與可靠性得到了大幅度升級(jí)。因此,針對(duì)快速鍛造壓機(jī)液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的構(gòu)造、技術(shù)原理、應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析,十分有必要。
快速鍛造壓機(jī)是一種在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用率比較高的設(shè)備,主要是新材料制備、關(guān)鍵零件鍛造的生產(chǎn)任務(wù)。該設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的電子機(jī)械系統(tǒng),涉及多種技術(shù)、系統(tǒng)、元件的應(yīng)用??傮w來(lái)說(shuō),快速鍛造液壓機(jī)的基本構(gòu)成包括4個(gè)。1)主機(jī)系統(tǒng)部分,主要有主機(jī)、工作臺(tái)、上砧快換系統(tǒng)等,該部分主要承擔(dān)核心鍛造工藝任務(wù),包括拔長(zhǎng)、鐓粗等。2)液壓控制系統(tǒng),是為系統(tǒng)提供液壓控制動(dòng)力的核心系統(tǒng)。3)鍛壓操作系統(tǒng),通過(guò)該系統(tǒng)可以完成鍛造機(jī)械化、自動(dòng)化,是促進(jìn)系統(tǒng)升級(jí)的關(guān)鍵。4)電氣系統(tǒng),主要是提供電力、對(duì)電氣機(jī)組進(jìn)行控制,收集信息數(shù)據(jù)的主要系統(tǒng)[1]。
在鍛造生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中,快速鍛造壓機(jī)的運(yùn)行有普通鍛造和快速鍛造兩種工況。其中,普通鍛造工況下,系統(tǒng)壓力數(shù)值是25 MPa,主缸輸出力和回程力分別為20 MN與1 MN,而鍛造頻次約為40 min/次~45 min/次。在快速工況下,電機(jī)功率達(dá)到250 kW,而鍛造頻率約為80 min/次~85 min/次。接下來(lái),對(duì)快速鍛造壓機(jī)的液壓系統(tǒng)主要原理及特點(diǎn)進(jìn)行分析。
通常情況下快速鍛造壓機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行都出于普通鍛造工況,此時(shí)5號(hào)電磁閥通電,系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)而在相關(guān)區(qū)域產(chǎn)生壓力。當(dāng)9號(hào)比例溢流閥通電時(shí),系統(tǒng)鍛造壓力生成。當(dāng)6號(hào)比例閥通電,壓力油由液壓泵輸出,通過(guò)主管道、7號(hào)閥門進(jìn)入主缸。當(dāng)18號(hào)電磁閥通電,同時(shí)系統(tǒng)中16號(hào)及17號(hào)插裝閥啟動(dòng),回升缸和油箱接通。然后,系統(tǒng)活動(dòng)梁向下運(yùn)動(dòng),同時(shí)沖液閥啟動(dòng),為主缸補(bǔ)充液體。當(dāng)所加工的工件成型,編號(hào)為5的電磁閥電力斷開(kāi),液壓泵隨之卸荷。18號(hào)電磁閥電力斷開(kāi),16及17號(hào)閥門斷開(kāi)。19號(hào)閥門通電促使主缸卸荷[2]。當(dāng)系統(tǒng)卸荷完成之后,5號(hào)電磁閥與12號(hào)比例閥接通電力,壓力油由液壓泵輸送到回升缸部件,此時(shí)活動(dòng)梁向上快速移動(dòng),直到達(dá)到限定位置,準(zhǔn)備下一次鍛造,如此循環(huán),如圖1所示。
在快速鍛造壓機(jī)的快速鍛造模式下,液壓泵組啟動(dòng)之后,系統(tǒng)建立足夠的壓力。然后,19號(hào)電磁閥接通電源,系統(tǒng)中的儲(chǔ)能器和回升缸連接,14號(hào)比例溢流閥啟動(dòng),進(jìn)而生成回升壓力。與此同時(shí),9號(hào)比例溢流閥通電之后在系統(tǒng)中生成鍛造壓力。隨后,壓力油依次流經(jīng)主管道、7號(hào)閥門進(jìn)入主缸。然后活動(dòng)梁向下快速運(yùn)動(dòng),執(zhí)行鍛壓作業(yè),同時(shí)回升缸中的油液進(jìn)入儲(chǔ)能器。當(dāng)工件鍛造成型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí),5號(hào)電磁閥關(guān)閉,促使系統(tǒng)液壓泵卸荷。隨后9號(hào)比例溢流閥門關(guān)閉促使主缸卸荷,待主缸壓力降低至設(shè)定的范圍,回升缸因儲(chǔ)能器油壓的作用迅速回升,直到限定位置,伺候再進(jìn)入下一次鍛造作業(yè)。如此循環(huán)。
圖1 快速鍛造壓機(jī)液壓系統(tǒng)構(gòu)造示意
快速鍛造壓機(jī)的液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)該設(shè)備核心功能的基礎(chǔ)系統(tǒng),其主要由主泵、低壓供液系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)及其他輔助性質(zhì)的設(shè)備構(gòu)成。其中,主泵是為液壓系統(tǒng)提供主要?jiǎng)恿Φ幕A(chǔ)系統(tǒng),主要功能是為壓機(jī)主控閥站提供高壓油液。而低壓供液系統(tǒng)的主要功能是為以主泵為代表的多種系統(tǒng)提供必需的液壓油,同時(shí),其還可以在壓機(jī)快速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)為主缸提供必要的油液,避免該環(huán)節(jié)中供液不足進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)壓的問(wèn)題。
在快速鍛造壓機(jī)的液壓系統(tǒng)中,高壓系統(tǒng)是發(fā)揮控制功能的主體。為了滿足快速鍛造的加工需求,要確保系統(tǒng)在短行程中完成更多的鍛造作業(yè),那么對(duì)系統(tǒng)的控制能力要求較高。近年來(lái),比例伺服技術(shù)不斷進(jìn)步,其在快速鍛造壓機(jī)的液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越深入?;诖?,系統(tǒng)主缸和回程缸的進(jìn)液、排液都使用了流量更大的比例插裝閥。這種構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)系統(tǒng)各部位閥門的開(kāi)啟角度、速度進(jìn)行靈活控制,促使液壓系統(tǒng)能夠在高負(fù)荷狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)可以降低系統(tǒng)各部件的振動(dòng)和沖擊[3]。
快速鍛造壓機(jī)液壓系統(tǒng)中的輔助配置的功能在于控制壓機(jī)組的一些輔助性質(zhì)的動(dòng)作,例如控制橫向砧機(jī)工作臺(tái)的移動(dòng)。在活動(dòng)梁的快速下降環(huán)節(jié),主泵輸出壓力油進(jìn)入主缸,而油液在回程缸中直接向充液缸排入。在自然重力的驅(qū)使下,油液將迅速進(jìn)入主缸,如此形成油液的循環(huán)。在主缸加壓的環(huán)節(jié)中,技術(shù)人員將接近鍛件安裝在壓機(jī)上面,然后關(guān)閉相應(yīng)閥門,再通過(guò)支撐閥門排出回程缸內(nèi)的油液,進(jìn)而提升主缸壓力,再關(guān)閉充液閥門。此時(shí),受到主泵壓力的影響,主缸柱塞將穩(wěn)定回落,進(jìn)而完成鍛件的加工作業(yè)。在主缸卸壓的環(huán)節(jié)中,當(dāng)主缸加壓作業(yè)完成后,應(yīng)當(dāng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下對(duì)主缸壓力進(jìn)行有效釋放。此時(shí)可以發(fā)揮比例插裝閥的作用,排出主缸油液,并且還能夠確保油液排出的速率足夠平緩迅速,避免系統(tǒng)出現(xiàn)震動(dòng)。壓機(jī)回程是快速鍛造壓機(jī)液壓系統(tǒng)一個(gè)作業(yè)回合中的收尾環(huán)節(jié),當(dāng)主缸卸壓完成之后,系統(tǒng)將關(guān)閉回程缸的排液閥門,然后主泵油液進(jìn)入回程缸,達(dá)到回程壓機(jī)的目的。
隨著現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)要求越來(lái)越高,快速鍛造壓機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜,這意味著系統(tǒng)中線路、元件類型多且相對(duì)龐雜。因此,傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)不適用。在當(dāng)代技術(shù)環(huán)境下,應(yīng)當(dāng)積極采用PLC(可編程控制器)控制系統(tǒng),滿足快速鍛造壓機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制需求。
例如,某快速鍛造壓機(jī)系統(tǒng)中,技術(shù)人員廣泛應(yīng)用了MODBUSplus、PROFBUS等現(xiàn)場(chǎng)控制總線系統(tǒng),然后使用PLC、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制單元以及控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng),構(gòu)建了一套系統(tǒng)專用的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。基于PLC、計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)快速鍛造壓機(jī)各個(gè)系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀寫,再基于相關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制輸入和輸出。
在該快速鍛造壓機(jī)的控制系統(tǒng)中,控制計(jì)算機(jī)是控制核心,其通過(guò)PLC及網(wǎng)絡(luò)通信模塊,對(duì)系統(tǒng)各部件壓力、溫度、移動(dòng)等數(shù)據(jù)采集起來(lái),提供給計(jì)算機(jī)及技術(shù)人員進(jìn)行分析和應(yīng)用。同時(shí),將相關(guān)控制參數(shù)寫入進(jìn)PLC,再通過(guò)人員調(diào)整或系統(tǒng)自動(dòng)化識(shí)別控制,對(duì)系統(tǒng)各部件狀態(tài)進(jìn)行顯示和評(píng)估。顯然,基于這種技術(shù)構(gòu)造,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍛壓機(jī)各部件運(yùn)動(dòng)關(guān)系的有效協(xié)調(diào),同時(shí)還可以按照系統(tǒng)各個(gè)位置傳感器反饋的信息,對(duì)鍛壓機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。
隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展,在快速鍛造壓機(jī)的控制系統(tǒng)中,監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值也越來(lái)越高。在該快速鍛壓機(jī)系統(tǒng)中,監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)PLC收集的各類參數(shù)進(jìn)行分析,重點(diǎn)對(duì)操作機(jī)各個(gè)時(shí)段及環(huán)節(jié)的壓力、位置、溫度等參數(shù)進(jìn)行處理,生成各類具有利用價(jià)值的統(tǒng)計(jì)表、統(tǒng)計(jì)圖?;诖?,可以協(xié)助系統(tǒng)及技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行預(yù)估和判斷,并在故障發(fā)生時(shí)迅速鎖定故障源,同時(shí)還可以為系統(tǒng)故障的處理和應(yīng)對(duì)提供重要依據(jù)。
值得一提的是,隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,智能技術(shù)概念中的模糊理論、專家系統(tǒng)將子啊快速鍛造壓機(jī)系統(tǒng)中得到應(yīng)用?;诖耍梢詫?shí)現(xiàn)鍛造系統(tǒng)的進(jìn)一步升級(jí),在提升系統(tǒng)控制精準(zhǔn)度以及智能化水平方面,有重要的作用。例如,基于專家系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍛造設(shè)備各類故障的深入分析,再結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)管理理念,進(jìn)一步提高對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)管理水平。
綜上所述,在如今多元化的生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中,鍛造工藝在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。尤其是在關(guān)鍵元器件的生產(chǎn)制造當(dāng)中,快速鍛造壓機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用不可或缺。隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,快速鍛造壓機(jī)中的液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)都得到了全面優(yōu)化與升級(jí)。相關(guān)生產(chǎn)單位及技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重視對(duì)快速鍛造壓機(jī)液壓系統(tǒng)兩種模式的原理的研究,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)要求及環(huán)境,合理使用相關(guān)功能及模式,進(jìn)一步發(fā)揮系統(tǒng)價(jià)值。同時(shí),還需要在設(shè)備控制系統(tǒng)當(dāng)中積極應(yīng)用現(xiàn)代PLC、計(jì)算機(jī)、信息化技術(shù),提高系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平,并協(xié)助技術(shù)管理人員做好系統(tǒng)管理。只有這樣,才能全面提升快速鍛造壓機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性、安全性,同時(shí)滿足當(dāng)代社會(huì)節(jié)能降耗的關(guān)鍵要求。