静压造型线液压系统的组成及控制.pdf

装备技术 E q u ip me n t T e c h n o lo g y 静压造型线液压系统的组成及控制 赵林栋’ ，李来升’ ，文明’ ，董韶宜 ，杜鑫’ ，季 虎’ ，王利’ 1 ．济 南铸造 锻压机 械研 究所 有 限公司 ，山东济南2 5 0 3 0 6 ； 2 ． 山东 电力 工程咨 询 院有 限公司 ，山东济南2 5 0 0 1 3 摘要 本文叙述 了静压造型线液压系统的组成和功能，以及液压系统在运行过程 中的控制。 关键词 静压造型线； 液压系统 温度控制 压力控制 中图分类号 T G 2 3 1 ． 6； 文献标识码 A； 文章编号 1 0 0 6 - 9 6 5 8 2 0 1 2 0 5 - 0 0 0 4 - 4 随着技术 的进步 ，近几年静压造型线 以 自动 化程度高、成型率高、表面硬度高且均匀、型腔 表面光滑等优点逐渐成为各铸造厂的首选设备。 静压造 型线 的主要驱动方式为液压 ，液压驱 动的优点是可以实现无极调速『】 】 ，在同等输出功率 下 ，液压传动装置的体积小 、重量轻、扭矩大、 受力好 ，可实现无间隙传 动 ，运动平稳 。采用液 压 油作 为传 动介 质 ，使液 压元 件有 自我 润滑作 用 ，大大提高其使用寿命。液压元件标准化、系 列化 ，方便于设计、制造和推广应用。本文对静 压造型线的液压系统组成和功能以及在使用过程 中的控制进行 了描述。 1 静压造型线液压系统的组成和功能 静压造型线 的液压系统主要 由液压泵站 、蓄 能器站 、阀组、运动单元 、管路、过滤系统、温 控系统等组成。通过液压泵站向系统中注入压力 油供给到各个使用终端 ，由阀组控制油缸或马达 运动来实现造型线的运行。 1 液压泵站 液压泵站是液压系统的心脏 ，它主要 由变量 泵 、定量泵 、循环泵 、阀组 、油箱 、温度控制系 统 、压力控制系统 、过滤 系统 、冷却系统 、加热 系统 、回油系统等组成 。其功能是为整个液压 系 统提供压力和温度可控 、流量稳定 、符合精度要 求的压力油。 收稿 日期 2 0 1 2一O 81 O 稿件编号 1 2 0 8 0 9 7 作者简介 赵林栋 1 9 8 3 一，男 ，从事静压造型设备研发 2蓄能器站 蓄能 器站 是 由蓄 能器 、氮气 瓶 、阀组 等 组 成 ，是液压系统 中的能量存储设备 。其功能是 在 系统空闲时储存压力油 ，在系统需要油时对系统 进行快速补油 ，以稳定整个系统 的压力。 3阀组 阀组是 由阀块和各种功能阀组成 。其作用是 通过相应的电气控制 ，根据 阀的 自身功能来控 制 运动单元工作 ，以满足我们实际生产中的各种要 求。 4运动单元 运动单元 由油缸 、马达这些 以液压油为能量 而运动的设备组成。其功能是通过它们的伸缩或 旋转来完成设备的动作。 5管路 管路由无缝钢管、液压软管、截止阀、管路 法兰 、接头 、三通等组成 。其功能是将压力油输 送到各控制阀组及运动单元 ，并将 回油路里 的油 输送 回油箱 。 6过滤系统 过滤 系统 由吸油过滤 、回油过滤 、循环过滤 三大部分组成 ，分别是在相应工况下起到过滤液 压油的作用 。 7 温控系统 温控 系统 由温度 传感器 、加热系统和冷却 系 统组成。加热系统有 电加热管加热和管路阻尼加 热两部分组成。冷却一般有风冷 、水冷 、油冷三 种方式。 4 I II FM T中国铸造装备与技术 5 ／ 2 0 1 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m E q u ip m e n t T e c h n o lo g y 装备技术 2 液压系统在静压造型线中的重要性 静压造型线 的驱动方 式多样 ，除液压驱动外 主要还有气动驱动和电动驱动 ，但是相对其余这 两种方式液压驱动有着不 可替代 的作用 ，它们 的 特点分析如下。 1 气动驱动 气动系统的组成与液压比较 相近 ，其主要 由气源 、储气包 、气源处理 系统 、 阀组 、管路 、运动单元 等组成 。其各相关单元 的 功能与液压系统不尽相同 ，气 动系统 中返 回的气 体通过 阀体上 的消音器直接排放 到空气 中 ，不像 液 压 系统有 专 门 的回油路 ，把液 压油输 送 回油 箱 。 ①气动驱动的优点 空气取之于大气 ，成本 低廉 ；安装 、控制方便 ；无污染 、无排放 、后期 维修方便。 ②气动驱动的缺点 介质为压缩空气 ，工业 压缩空气 的使 用压力 一般不超过 1 MP a ，这就决 定了以它为动力源 的气缸 的输 出力要远 远小于油 缸；空气的可压缩性强，在使用过程中如果受到 大于压缩 空气所产生 的反 向力时会产生逆 向的误 动作。 2电动驱动 电动驱动的运动单元主要指减 速电机、变频电机、伺服电机等 ，以电力为动力源 输出一定 的扭矩来实现设备的动作 。减速 电机 在 额定功率下输出额定 的转速和扭矩。变频 电机 在 减速 电机的基础上增加了变频器控制 ，可以改变减 速电机的输出转速 ，以调整设备运行的快慢 。伺服 电机 增加了伺服控制器及编码器，可精确控制设 备的运行状态。 ① 电动控制 的优点 电做为直接能源相对于 气动和液压没有能量转换过程 中的损失 。电动控 制的电线连接简单直接。 ② 电动控 制 的缺点 电缆 线需 要走 到设 备 上 ，动力 电一般都为3 8 0 V，所 以在使用过程 中必 须做好有效的接地以及其他 安全保护措施 。另外 电动元件在控制设备运行方 面有一定 的局 限性 ， 比如升降设备 、水平推送设 备 ，如果使用 电动方 式将导致设备的结构比较复杂。 3液压驱动 液压驱动 的优缺点如下 ①液压驱动 的优点 造型线的液压 系统一般 使用4 6 抗磨液压油 ，液压油拥有 良好的流动性 ， 中国铸造装备与技术 5 ／ 2 0 1 2 0FM T 5 易产生稳定 的系统压力以保证液压执行元件稳定 可靠运行 ；在需要相同扭矩的情况下 ，液压马达 的体积要远远小于 电机的尺寸 ，能 明显减少设备 的 占用 空 间 ；造 型线 液 压系 统提供 的压 力 可达 1 1 MP a ～ 1 2 MP a ，液压运动执行元件输 出的力量远 远大 于气动 系统 的执行元件 ；液压 系统 的标准化 程度 、集成化程度高，可有效提高设计效率和可 靠性 ；在整个 电路控制 中都使用的2 4 V弱电 ，干扰 小 、安全性好 。 ②液压驱动的缺点 相对于气动驱动和电动 驱动 ，液压驱动 的安装是最复杂且对施 工人员 的 技能素质要求最高 的 ，因为整个高压 回路 由无缝 管 、接头 、法 兰和密封组成 ，焊接和酸洗 以及安 装密封等工作必须 由专业 的施工人员实施 才能保 证 良好 的安装效果 ，以确保后期的正常使用 。 从 以上分析可以明确 ，相对于气动和电动 ， 液压驱动在 静压造 型线 中应作为主要驱动方式 ， 而在实际的使用 中也证 明了这一点 。现阶段的造 型线主要是 以油缸 为主动力源 ，行程过长和需要 旋转的设备使用马达或电机 ，部分不需要直接受 力且驱动力小的运动部件使用气缸 。静压造型线 主机在压实过程 中就是使用多个油缸驱动 的多触 头对型砂进行压实，以获得硬度均匀、符合性能 要求 的砂型。 3 静压造型线液压系统的控制 如果把整个静压造型线 比喻成一个人 的话 ， 各个设备就是骨架 ，液压 油就是血液 。静压造型 线是否能够可靠稳定运行与液压系统的控制有着 重要关系 。那么怎样合理的控制液压 系统 呢 ，我 们从压力控制 、温度控制 、过滤系统 、蓄能器站 几个方面分别做以简述。 3 ． 1 压力控制 液压系统压力的稳定性直接影 响到设备运 行 的平稳性 ，为 了保证整条静压造型线平稳可靠 的运转 ，系统压力波动范 围一般不要超 过设定压 力 的 5 ％。过 大 的压差 浮动会 引起设备 运行不 到位 、损坏砂 型等 问题 。泵站 的压力调 整方式如 下 1 变量泵压力的调整 变 量泵 本身 自带 压力 调 节 ，目前 静压 造 型 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 装备技术 E q u ip m e n t T e c h n o lo g y 线液压站一般标准配备一 台带标准型压力补偿变 量控制器 的轴 向柱塞泵 。除变量泵本 身压力可调 外 ，在P口管路上还 接有一个溢流 阀 ，见原理 图 见图1 。调整时以变量泵本身的压力调节为 图1 变量 泵原理 图 准 ，P口溢流阀作 为保护阀存在 。在调整过程中应 首先将泵的调节阀和保护 阀全部调到无压力 ，然 后分别调整这两个调压 阀让压力交替上升 ，在压 力升高过程 中应 以2 MP a 为一个节点 ，每个节点都 要检查管路是否正常。到泵本身压力调到正 常工 作压力且保护阀调到 比工作压力大 1 ． 5 MP a 左右时 为止 ，将两个 阀的调整螺杆背死 ，此时变量泵 的 调压结束 。 2定量泵压力的调整 定 量泵本身不带压 力调节 ，它通过P口管路 上 的溢流阀来控制本路 的压力 。一般造型线选用 的定量泵是叶片泵或齿轮泵 。第一次开泵调压时 应先将溢流阀压力调到最低 ，开泵后从0 往上逐级 上调 ，每个节点都要停顿一下以检查管路是否正 常 。调到工作压力后将 阀锁死 。如果有多台定量 泵应一台一台的逐个调压。原理见图2 。 3 当所有的泵调压结束后，应依次将泵打 图2 定量泵原理 图 开 、负荷 ，通过总压力表和各分压力表查看是否 调整正常 ，如果工作正常 ，泵的调压完成 。 3 ． 2 温度控制 静压造型线液压系统 的温度控制过程是通过 接收来 自油箱上的温度传感器传来的信号 ，得出 油箱 内液压油 的温度 ，然后通过程序控制加热系 统和冷却系统【 2 对油温进行调节 。 加热系统中的阻尼加热一般安装在 回路 的两 个终端 ，这样可 以有效避免盲 区 ；电加热和冷却 系统一般安装在循环泵系统上 。 液压系统正常工作有一个最佳 温度范 围 ，过 低 的油温容易导致各执行元件运行不灵活 ，甚至 对液压泵造成一定的损坏等问题 ；过 高的油温又 容易造成大量液压密封件的软化 、老化进而 出现 系统漏油等一 系列现象 ，并且还会导致液压油质 量的恶化 以至带来很多其他相关 问题 。由此看来 过高或过低 的油温对静压造型线液压 系统都是很 不利的。 根据多年的现场调试经验 ，我们得 出油温与 泵站控制之间的关系如表1 。 表1 油温与泵站控制之间的关系表 温度 泵站控制 O ℃ 0 C 及以下温度时不得开泵，应对油箱进行加热。 0 ℃一 1 0 ℃ 此时不得开变量和定量泵 ，但可以开循环泵，加热。 1 O ℃～ 2 5 ℃ 当温度高于1 0 C时可以开定量泵，加热。 2 5 ℃- 4 7 ℃ 只有温度在2 5 C以上才能开变量泵，到4 5 ℃加热取消。 4 7 ℃- 5 3 ℃ 在此温度造型线工作状况最好，开冷却系统 。 5 5 ℃ 此时温度过高报警提示检查冷却系统。 6 O ℃ 此时所有的泵卸荷并自动停止。 3 ． 3 过滤系统 要想保持液压系统的稳定，那么保证液压油 的油质是关键。造型线用油一般要求过滤精度为 1 0 m。为了保护液压泵在泵的吸油 口安装了吸油 过滤器 ；为了保证 回油箱 的油是清洁的 ，在 回油 路上安装 了 回油过滤器 ；同时在循 环泵系统里需 配备循环过滤器 ，随时对油箱内的液压油进行过 滤 。部分 液压阀对液压油 的清洁度较高 ，所 以在 各分油路安装了相应要求的过滤器。比如静压造 型机工作 台举 升所用 的高频响 阀，其要求过滤精 度为5 IX m，为此需专 门安装一个过滤器 以满足该 阀对液压油的要求。 静压造型线在开始单机动作调试前 ，要对液 压管路进行冲洗 ，冲洗时间一般不要低 于1 2 h ，冲 6 I it FM T中国铸造装备与技术 5 ／ 2 0 1 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m E q u ip me n t T e c h n o lo g y 装备技术 洗完毕后要检查并 清理 回油滤芯 。在 以后的生产 过程 中也要经常清洗滤芯 ，一般建议最初造型线 使用 1 个月后需要对所有滤芯进行检查并清洗 ，正 常生产后可每季度 对过滤 系统检查一次 ，必要时 更换滤芯。 3 ． 4 蓄能器站 蓄能器站的工作原理是在氮气瓶中充满 比系 统压力低0 ． 5 MP a 左右 的压缩氮气 ，氮气与蓄能器 一 端连通 ，蓄能器的另一端接 到主压力管路上 ， 当系统 内的压力大于氮气瓶 内的压力 时 ，压力油 通过管路进入蓄能器储存起来 ；当氮气的压力大 于系统压力时 ，此时储存 在蓄能器中的压力油补 充到系统中以稳定系统的油压 。 蓄能器站使用 的蓄能器主要有气囊式 和活塞 式两种 ，二者相 比较 ，活塞式蓄能器 见图3具 有工作 可靠 、安装维护方便 、使用 寿命长 、可承 受压力大 、并可 串联氮气瓶组 等优点 大大提高 有效容积 ，更多的蓄能器站配置的是活塞式。 图 4流 量 图 话 ，就会造成 电能源 的浪费消耗 ，同时也会造成 设 备成 本 的增 加 ，而配 置蓄 能器 就避 免 了以上 问题 ，并且效果还会更好 ，因为蓄能器 除了能够 短 时大量供油 、维持系统压力之外 ，还具有 吸收 冲击压力或泵 的脉动压力 的功能 ，使系统更加稳 定 。根据 流量 图 ，结合静压造型线的运行状况 ， 通过计算来确定蓄 能器 的规格 以及配置氮气瓶 的 数量以达到最佳效果。 4结束语 液 压 系统对 于静 压造 型 线是 一个 主 动力 系 统 ，我们 只有更好 的认识它 ，做到正确的使 用和 维护才能保证造 型线 的正常运行 。望本文对 静压 造型线液压系统及其控制 的简述能够对静压造型 线的使用者起到一定的借鉴作用 。 图3 活 塞 式 蓄 能 器 蓄能器站在整个 液压 系统 中占有重要地位 ， 矣垂 之所 以配置蓄能器是 因为造型线在实际运行过 程 [ 1 ]李百强 ，马颖 对 造型线液 压系统 的认 识 中国铸造装备 与技 中对液 压油的需求量并不是均衡的 ，而是一个频 术， 2 0 1 1 ， 5 ， 4 4 4 6 ． 繁波动 的过程 见 图4，为 了维持设 备稳定 运 [ 2 1胡必超， 焦振功， 黄江斌， 等- H w s 静压造型线液压系统分析[ J ] ， 铸 行 ，必须要保证设备能够得到充足 的液压油 ，但 造 设备 研究， o o 4 ， 2 ， 是如 果按 照 用油 高峰 来配 置泵 的排量 和数 量 的 The Co mpo s i n g a n d Co nt r o l o f Hy dr a ul i c S ys t e m o f St a t i c Pr e s s ur e M o l di n g Li ne Z HA0 L i n Do n g ， LI L a i S h e n g ， W E N Mi n g ， DONG S h a o Yi ， DU Xi n ， J I Hu ， WANG Li f 1 ． J i n a n F o u n d r y a n d Me t a l f o r mi n g Ma c h i n e ry R e s e a r c h I n s t i t u t e ， J i n a n 2 5 0 3 0 6 ， S h a n d o n g C h i n a ； 2 ． S h a n d o n g E l e c t r i c P o w e r E n g i n e e r i n g C o n s u l t i n g I n s t i t u t e C o r p ． L t d ， J i n a n 2 5 0 0 1 3 ， S h a n d o n g C h i n a Ab s t r a c t Th e c o mp o s i n g a n d f u n c t i o n o f a h y d r a u l i c s y s t e m o f a s t a t i c p r e s s u r e mo l d i n g l i n e h a s b e e n d e s c r i be d wi t h t h e h ya r a u l i c s ys t e m c o nt r o l i n i t s r un n i n g． Ke y wo r d s s t a t i c p r e s s u r e mol d i ng l i ne ； h y d r a ul i c s ys t e m ； t e mpe r a t ur e c o n t r o l ； p r e s s ur e c o n t r o l 中国铸造装备与技术 5 ／ 2 0 1 2 o I FM T 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m