Ｈｖｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆ＳｅＭｓ／Ｎｏ．０８．２０１４ ｄｏｉ：ｌ ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００８－０８１ ３．２０１ ４．０８．００６ ４００ｋＪ全液压模锻锤的液压系统设计 曹 清 ，雷步芳 ，李永堂 ，何忠奎 （１．太原科技大学，山西太原摘０３００２４；２宇通客车，河南郑州４５００６１） 要：根据全液压模锻锤结构形式及其工况的要求，设计了一种用于４００ｋＪ全液压模锻锤的液压系统。其主功能主要包括泵站供油 回路、打击回程回路、寸动对模控制回路、安全保护回路、冷却过滤回路等。为满足打击时系统大流量的需求，采用１４个轴向柱塞泵联 合供油：为实现上锤头快速下行，打击回路采用插装阀差动连接控制液压缸，锤身上跳则依靠与上锤头相连的长连杆带动联通缸柱塞 来实现：工作缸的下腔直接与蓄能器连接，既能在打击时吸收多余的能量防止液压冲击，又能在回程时实现锤头快速回程，减少闷模时 间．延长模具寿命。 关键词：４００ｋＪ；全液压模锻锤；液压系统；锤身微动；插装阀 中图分类号：ＴＨ１３７．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２０１４）０８—００１５—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｈｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｗｈｏｌｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｄｉｅ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ＣＡＯ Ｑｉｎｇ１，ＬＥＩ Ｂｕ－ｆａｎｇ＇，ＬＩ Ｙｏｎｇ－ｔａｎｇａ，ＨＥ Ｚｈｏｎｇ－ｋｕｉ （１．Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｙｕｔｏｎｇ Ｂｕｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００６ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｉｅ ｆｏｒｇｉｎｇ ｈａｍｍｅｒ，ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ４００ＫＪ Ｆｕｌｌ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｉｅ ｆｏｒｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ｐｕｍｐｉｎｇ ｏｉｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｈｉｔ ａｎｄ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｏｐ，Ｊｏｇ ｆｏｒ ｍｏｌｄ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｉｒｎｇ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｌａｒｇｅ ｆｌｏｗ ｏｒｆ ｈｉｔｔｉｎｇ，１４ Ａｘｉｌａ Ｐｉｓｔｏｎ Ｐｕｍｐｓ ａｒｅ ｊｏｉｎｔｅｄ ｆｏｒ ｏｉｌｉｎｇ． Ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｌｕｇ－ｉｎ ｖａｌｖｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｒａｍ ｄｏｗｎｗａｒｄ ｑｕｉｃｋｌｙ， ｓｔｒｉｋｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｕｐ—ｓｔｒｏｋｅ ｈａｍｍｅｒ ｂｏｄｙ．Ａｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ ｉｓ ｄｉｒｅｃｔ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｂ－ｃａｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ， ｗｈｉｃｈ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｂｓｏｒｂ ｅｘｃｅｓｓ ｅｎｅｒｇｙ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｈｏｃｋ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｒｅｔｕｒｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｒａｍ ｆａｓｔ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｄｉｅ ｃｌｏｓｕｒｅ， ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ｌｉｆｅ ｏｆ ｍｏｌｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：４００ｋＪ；ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｉｅ ｆｏｒｇｉｎｇ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｓｍａｌｌ ｕｐ－ｓｔｒｏｋｅ ｈａｍｍｅｒ ｂｏｄｙ；ｐｌｕｇ—ｉｎ ｖａｌｖｅ １ ４００ｋＪ全液压模锻锤及其工作原理 ４００ｋＪ全液压模锻锤是由太原科技大学自主研究 设计的一款新型的液模锻锤。该锤打击能量为４００ｋＪ． 属于大吨位的液压模锻锤；采用纯液压驱动，与液气驱 动相比，完全没有液气互串的问题；采用Ｕ型锤身，Ｘ 型导轨，上锤头在锤身内导向实现对击，导向精度高． 有利于锻件精度的提高：采用独特的液压联动方式，既 充分利用了上锤头的能量．又不需要专门设立联动液 压系统，避免因专门设置液压系统线路的泄漏问题：采 用锤身微动式结构，锤身上跳量仅有１５０ｍｍ．既能避免 对地基的振动又能方便操作 这是砧座式和等速对击 式都无法媲美的。结构示意如图１所示。 １一＿Ｔ作缸２一机架３一上锤头 ４一长连杆５一模具６一Ｕ型锤身 ７一导轨８一中间缸柱塞 ９一侧缸柱塞１Ｏ一联通缸 图１ ４００ｋＪ全液压模锻锤结构示意图 收稿日期：２０１３—１２—３１ 打击时，工作缸在液压系统的作用下快速下行，推 作者简介：曹清（１９８７一），女，广西玉林人，硕士研究生，研究方向：锻压设 备理论及控制。 动上锤头快速下行．同时通过长连杆推动联通缸中的 液压油推动锤身向上跳与快速下行的上锤头实现对 １５ 液压气动与密封／２０１４年第０８期 击。回程时，上锤头由双作用的工作缸带回，下锤头则 直接连接蓄能器，打击时，液压系统瞬时压力增大，蓄 能器可以吸收这部分能量：回程时差动回路换向，工作 依靠其自身的重力势能及其下方的弹簧的合作用力缓 慢回程。其基本参数如表１所示。 表１ ４００ｋＪ全液压模锻锤基本 缸上腔接通油箱，上锤头迅速回程，系统具有闷模时间 短的特点．同时工作缸的上端还设有缓冲装置．锻模打 开后，液压缸缓冲装置启动．上锤头减速上行，避免了 对机架的冲击 单独设立的寸动对模回路，以满足调试 锻模时寸动对模锤头缓慢下行．时停时走的要求。安全 保护油路的设计是考虑锻锤在工作过程中如果出现故 障．系统压力超过安全保护油路油压。对系统的一个安 ２液压系统的设计及工作原理 该锻锤打击能量为４００ｋＪ，驱动原理为纯液压驱动， 全保护作用 冷却过滤回路是对液压油油温控制和杂 质的过滤，确保系统正常工作。 泵站采用ｌ４个斜轴式柱塞泵联合供油．每个泵出 液压联动，需要液压系统满足主油路高压、大流量，控 制油路反应速度灵敏等要求。因此系统打击油路采用 插装阀差动连接回路。打击速度为５ｍ／ｓ，回程则不需要 如此大的速度。模锻锤大多有油闷模时间长，模具寿命 ＶＩ处都安装有由插装阀改装的单向阀．防止逆流。每个 泵都带有插装阀改装的卸荷回路．当系统不需要那么多 油时．启动卸荷回路，高压油直接进入油箱，避免频繁启 动电机和油泵 液压系统的电磁铁动作顺序见表２。 表２液压系统的电磁铁动作顺序 短等缺点。为了克服这些缺点。本系统设计专门的回程 油路。在工作缸的下腔直接连接蓄能器，打击结束后， 电磁阀换向．工作缸上腔接通油箱，上锤头就可以迅速 回程。此外．在锻模安装调试过程中还需要锻锤具有寸 动对模功能 液压系统原理图如图２所示。 整个液压系统由打击回程控制油路、寸动控制油 路、安全保护油路、泵站高压供油油路、冷却过滤油路 及蓄能器组成 整个系统主油路采用的是插装阀集成 技术。具有主油路流量大满足打击能量大的要求；控制 ２．１ 液压系统蓄能 一 打击回程控制油路 启动电机泵组（蓄能期问可以只启动部分电机泵 组．或者让部分卸荷回路启动），泵出来的油液经插装 油路从蓄能器引出。具有控制流量小、控制稳定、结构 紧凑、反应速度灵敏等特点。打击回路采用差动连接控 制液压缸上腔．具有打击速度大的特点。工作缸的下腔 安全保护油路 阀组７．汇集流到高压油口Ｐ处。经过插装单向阀３１， 给蓄能器蓄能。此时电磁换向阀的电磁铁２ＹＡ，３￣Ａ、 ４ＹＡ均不通电．打击回程．寸动回路的插装阀的控制油 寸动控制油路 １、２５一电机５、２０一安全阀２、２６一泵３、２７、３０一过滤器４、７、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、３１一插装阀 ２８一单向阀２９一冷却器３２一工作缸 ６、２３、２４一电磁换向阀２１一蓄能器图２大型新型液压系统原理图 １６ 口均接高压油．因此油路均不通。 ２．２液压模锻锤提锤（回程） 蓄能器蓄能完毕后．控制油路充满油液。３ＹＡ通电 （１ＹＡ．２ＹＡ、４ＹＡ均不通电），电磁换向阀２４的左位工 作．插装阀１２和ｌ４的控制油口接通油箱，回程油路连 通，液压缸上腔接通油箱，Ｐ口高压油流经插装阀１４， 绕过插装阀１５．与蓄能器２１排出的油液一起流进工作 缸下腔．工作缸上腔的油液排出后流经插装阀１２流回 油箱。活塞向上运动．带动上锤头上行实现提锤。 ２．３液压模锻锤打击 提锤完毕．４ＹＡ通电（１ＹＡ、２ＹＡ、３ＹＡ均不通电）， 电磁换向阀２４换向．右位工作．插装阀１３和ｌ５的控 制油口接通油箱。阀口开启。打击回路连通，油液缸的 上腔接通高压油口．Ｐ口高压油流经插装阀１３流进工 作缸上腔．工作缸下腔的油液排出后流经插装阀ｌ５与 进油口的油液汇集一起流进工作缸上腔实现差动连 接，多余的油液由蓄能器来吸收。活塞带动上锤头快速 下行与上跳的锤身实现对击 ２．４液压模锻锤悬锤 工作缸上行或者下行时如果需要悬锤．只需要令 电磁阀２４两端的电磁铁同时通电或者同时断电使电 磁阀处于中位技能，插装阀１２、１３、１４、１５的控制油口 均接通高压油．阀口全部关闭．工作缸的上下腔的油液 都不排出，即可实现悬锤 ２．５液压模锻锤寸动对模 电磁换向阀２３的电磁铁２ＹＡ通电．右位工作 （１ＹＡ部分通电。让一部分泵卸荷，因为寸动不需要太 多的油液，３ＹＡ、４ＹＡ均不通电），插装阀ｌ６和１７的控 制油ＥＩ接通油箱，阀口开启．寸动回路连通，Ｐ口高压油 流经插装阀１６流进工作缸上腔．工作缸下腔的油液流 经插装阀１７和调速阀２２缓慢流回油箱 电磁铁２ＹＡ 通电时锤头缓慢下行．２ＹＡ断电锤头不动．从而实现寸 动对模。 ２．６液压系统卸荷 电磁铁２ＹＡ、３ＹＡ、４ＹＡ均不通电，打击回程寸动 回路均不连通．油路中的油液不断升高．溢流阀组５达 到开启压力．或者直接令电磁阀组６的电磁铁ＩＹＡ通 电，上位工作，插装阀组４的控制油口接通油箱．阀Ｅｌ 开启。泵出来的高压油直接流经插装阀组４流回油箱 实现系统的卸荷 ２＿７液压系统保护油路 若在锻锤工作过程中出现油压过高时．达到溢流 阀组２０的开启压力．安全保护油路开启．工作缸上下 腔的油液分别直接流经插装阀１８、１９流回油箱，实现 Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．０８．２０１４ 对系统的安全保护作用 此外与工作缸下腔直接连接 的蓄能器也能吸收打击过程中多余的能量。 ３液压系统性能分析 该液压系统采用１４个大流量轴向柱塞泵联合供油 确保了４００ｋＪ打击能量对系统大流量的需求。每个泵的 出口安装有插装阀改装的单向阀，防止逆流对泵的损 坏 打击回路采用差动连接控制工作缸，确保系统打击 速度对上锤头最大打击速度４．１７ｍ／ｓ的需求。通过控制 液压系统的流量来实现打击能量的控制及程控打击， 有效减少因富余能量引起的振动及噪声，进一步提高 节能效率。整个系统采用锥阀式插装阀集成控制，具有 响应速度快、通流量大、结构简单、紧凑，油路最短，流 量、压力损失最小等特点，全液压锤正是依靠这一先进 的技术。才具有高效、节能、快速的特点。采用蓄能器组 合传动．开式回路，控制油路采用液压系统内控，满足 提锤、悬锤、单次轻重打击、连续打击、寸动对模和锻件 顶出等动作。除此之外，为能趁热锻造，还要求系统能 做到每分钟打击次数适当和动作灵活迅速，并能调整 打击能量．以适应和保证多槽模锻对不同锻件所需变 形的要求 参 考 文 献 【１］雷步芳，李永堂．一种新型液压模锻Ｎ［ＪＩ．锻压机械，１９９７，０９（１）． 『２１冀国梁，李永堂．液压模锻锤联通油压求解的几种方法［Ｊ】．锻 压装备与工业炉，２００４，（２）． 『３１董波．全液压模锻锤控制系统的设计和实现『Ｊ］．冶金自动化， ２００８，（１）． 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