72mn液壓機(jī)工作缸及議程缸液壓回路設(shè)計(jì)

72mn液壓機(jī)工作缸及議程缸液壓回路設(shè)計(jì)

液壓機(jī)是工業(yè)設(shè)備的重要組成部分之一。它具有快速響應(yīng)能力、自動(dòng)化程度高、定位精度高、生產(chǎn)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于原子能工業(yè)、水電、船舶、飛機(jī)、冶金、冶金等行業(yè)。隨著我國(guó)重大裝備制造能力的提升以及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)大噸位、大工作臺(tái)面液壓機(jī)需求的增加,同時(shí)為了降低加工成本,提高設(shè)備利用率,液壓機(jī)中多缸結(jié)構(gòu)、多級(jí)壓力設(shè)置逐漸成為了行業(yè)設(shè)計(jì)的主要特征。液壓機(jī)的多缸多級(jí)壓力設(shè)計(jì)雖然解決了大型鍛件加工難題,提高了設(shè)備利用率,但另一方面,多缸結(jié)構(gòu)在工作中所需的大流量、運(yùn)行同步性及工作載荷的沖擊等因素對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高要求。本文基于72MN液壓機(jī),對(duì)其工作缸及回程缸液壓回路的設(shè)計(jì)及元件選型進(jìn)行了詳細(xì)研究。1液壓機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,72MN液壓機(jī)主體采用三梁四柱預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu),主要由上橫梁、下橫梁、活動(dòng)橫梁、立柱、工作缸、回程缸、上下砧等部件組成液壓機(jī)常鍛加工流程主要包括空程下降、工作缸加壓、泄壓卸荷、動(dòng)梁回程等過程72MN液壓機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。2工作場(chǎng)所和回轉(zhuǎn)爐的液壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1球鉸組合工作缸液壓機(jī)按照控制方式可以分為泵-蓄能器傳動(dòng)及泵直接傳動(dòng)兩種本壓機(jī)工作缸由三個(gè)缸組成,三個(gè)工作缸柱塞與活動(dòng)橫梁采用球鉸聯(lián)結(jié),公稱壓力為72MN,其中工作壓力分為24/48/72MN三個(gè)級(jí)別;依照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)2.2回轉(zhuǎn)缸與回缸系統(tǒng)(1)由于壓機(jī)在快速下降過程中需要大流量的低壓工作液,為滿足該需求,由充液罐在充液閥塊的控制下迅速為工作缸充液,避免工作缸吸空。(2)為滿足壓機(jī)工作過程中下降及回程運(yùn)動(dòng)的同步性要求,兩側(cè)工作缸采用同一個(gè)閥塊控制,兩回程缸也采用一個(gè)閥塊控制。(3)由于壓機(jī)工作過程中需要多組液壓泵為系統(tǒng)供油,為了提高系統(tǒng)控制精度,減少高壓力、大流量工作液所帶來的能量損失,在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中一些常規(guī)的小通徑的液壓閥被大通徑插裝閥替代(4)由于本壓機(jī)具有鍛造頻率高、工作壓力大的特點(diǎn),不可避免地會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)液壓沖擊,因此在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施降低或避免因速度變化而引起的瞬時(shí)沖擊對(duì)液壓元件造成的損壞。2.3工作缸液壓系統(tǒng)在以上設(shè)計(jì)要求指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)工作缸及回程缸液壓回路原理圖如圖3所示。該原理圖主要包括工作缸液壓回路和回程缸液壓回路兩部分。其中為保證工作過程中的同步性要求,兩側(cè)工作缸共用一套充液控制閥和主油路控制閥,中間工作缸獨(dú)立使用一套充液控制閥和主油路控制閥。當(dāng)工作缸快速下降時(shí),需要大量的低壓液壓油,該部分液壓油由低壓充液回路提供。該回路主要由充液罐、充液罐循環(huán)控制閥塊、充液閥及充液閥控制閥塊組成。其主要工作原理如下:(1)充液罐用來供給和貯存低壓液體,壓力設(shè)定為1MPa,以保證活動(dòng)橫梁下降時(shí)得到必要的充液速度。(2)充液閥在其控制塊的控制下有效地執(zhí)行開啟或關(guān)閉,空程下降時(shí)開啟保證大流量液壓油進(jìn)入工作缸,帶載工作時(shí)關(guān)閉保證工作缸工作壓力穩(wěn)定。為保證兩側(cè)缸的運(yùn)動(dòng)同步性,兩側(cè)缸的充液閥共用同一組控制閥。(3)因?yàn)閴簷C(jī)每工作循環(huán)一次后,充液罐液位都會(huì)上升一定高度,隨著液位的不斷升高,達(dá)到一定壓力時(shí),多余液壓油可以通過充液罐循環(huán)控制閥塊中溢流閥實(shí)現(xiàn)排液在活動(dòng)橫梁空程下降結(jié)束后,充液閥關(guān)閉,工作缸加壓。此時(shí)工作缸工作液壓油由系統(tǒng)高壓泵組供給。該液壓回路主要由中間缸進(jìn)油閥、中間缸卸壓閥、兩側(cè)缸進(jìn)油閥和兩側(cè)缸卸壓閥組成,其主要工作原理如下:(1)為了實(shí)現(xiàn)兩側(cè)工作缸運(yùn)動(dòng)的同步性,兩側(cè)工作缸的進(jìn)油由同一進(jìn)油閥組控制。(2)中間缸及兩側(cè)缸的進(jìn)油閥采用快速二通插裝閥,該二通插裝閥是由一個(gè)主閥和一個(gè)二級(jí)先導(dǎo)閥構(gòu)成,由于自身先導(dǎo)控制結(jié)構(gòu),能實(shí)現(xiàn)主閥的快速開啟和關(guān)閉,同時(shí)供油過程中油速變化平緩,有效減少液壓沖擊,使液壓機(jī)動(dòng)作平穩(wěn)。(3)在壓機(jī)液壓系統(tǒng)中,最主要的沖擊與振動(dòng)發(fā)生在工作缸卸壓瞬間。為使工作缸卸壓平穩(wěn)、減少振動(dòng),本設(shè)計(jì)中采用電液比例換向閥對(duì)工作缸卸壓,通過計(jì)算機(jī)的定量控制,使閥開口按照預(yù)定規(guī)律變化,減少?zèng)_擊與振動(dòng)。液壓管路的卸壓也是通過電液比例換向閥實(shí)現(xiàn)。工作缸卸壓完畢后,活動(dòng)橫梁回程,回程動(dòng)作由回程缸液壓回路實(shí)現(xiàn)。該液壓回路主要由回程缸進(jìn)油閥組、壓力閥組、排油閥組、背壓閥組、安全閥組成,其主要工作原理如下:(1)為了實(shí)現(xiàn)兩回程缸運(yùn)動(dòng)的同步性,兩回程缸由同一閥組控制。(2)回程缸控制閥組采用插裝閥結(jié)構(gòu),其中進(jìn)油閥組由一個(gè)主閥和一個(gè)兩級(jí)先導(dǎo)閥構(gòu)成,從而滿足高壓、大流量和頻繁動(dòng)作的要求。(3)排油閥與活動(dòng)橫梁空程下降相關(guān)聯(lián),其通流能力決定了活動(dòng)橫梁下降的速度,考慮到快鍛的要求,本設(shè)計(jì)中采用了兩組排油閥。(4)回程控制閥組中設(shè)有背壓閥,當(dāng)沒有工作信號(hào)時(shí),背壓閥可關(guān)閉,保證壓機(jī)活動(dòng)橫梁不下滑,保證運(yùn)行安全。(5)安全閥組的作用是防止在背壓閥關(guān)閉或者失效的情況下,回程缸內(nèi)壓異常增大而對(duì)設(shè)備或者液壓系統(tǒng)造成損壞。2.4主要設(shè)備的配置2.4.1缸徑參數(shù)計(jì)算工作缸及回程缸均采用柱塞缸。液壓系統(tǒng)的工作壓力設(shè)定為31.5MPa,根據(jù)壓機(jī)的不同壓力分級(jí)所對(duì)應(yīng)工作缸的不同工作狀態(tài),通過計(jì)算可獲得各缸的缸徑參數(shù)。當(dāng)1個(gè)缸工作時(shí),其承受負(fù)載為24MN,可知該缸為中間工作缸。中間工作缸的缸徑D式中:DF圓整得:當(dāng)2個(gè)缸工作時(shí),其承受負(fù)載為48MN,可知該缸為兩側(cè)工作缸。兩側(cè)工作缸的缸徑D式中:DFP當(dāng)活動(dòng)橫梁回程時(shí),其回程力為8.7MN,由此可計(jì)算出兩回程缸的缸徑D式中:DF圓整得:2.4.2流量計(jì)算及泵的選型壓機(jī)根據(jù)工藝要求又分為單缸常鍛、雙缸常鍛及三缸常鍛,系統(tǒng)充液完畢后,由油泵提供高壓液壓油驅(qū)動(dòng)工作缸工作。單缸常鍛情況下,中間工作缸通高壓液壓油,所需流量Q式中:Dv雙缸常鍛情況下,兩側(cè)工作缸通高壓液壓油,所需流量Q式中:Dv三缸常鍛情況下,三個(gè)工作缸通高壓液壓油,所需流量Q式中:DDv回程情況下,兩個(gè)回程缸通高壓液壓油,所需流量Q式中:Dv由此可得出在三缸常鍛情況下,系統(tǒng)需要的流量最大,根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力及系統(tǒng)最大流量等數(shù)據(jù),可以選擇力士樂柱塞泵,型號(hào)A4FO500/30,流量710L/min,共需16臺(tái)。2.4.3工作缸及兩側(cè)缸控制閥采用的閥組成在壓機(jī)空程下降的過程中,由充液罐及油泵共同為工作缸供油,中間缸空程下降所需的流量Q式中:Dv油泵為中間工作缸供油流量Q所以由充液罐供給中間缸的液壓油流量Q根據(jù)充液閥性能曲線,中間缸充液閥的型號(hào)可以選擇為CF2-H250,由于兩側(cè)工作缸和中間缸有相同直徑,所以兩側(cè)缸的充液閥型號(hào)也為CF2-H250。充液閥控制閥塊中方向閥采用的型號(hào)為4WE10D3X/CG24,減壓閥的型號(hào)為DRC-105-5X/315YM。工作缸及兩側(cè)缸控制閥塊中進(jìn)油閥采用的是二通插裝閥,主閥芯型號(hào)為L(zhǎng)C125A20E,主蓋板型號(hào)為L(zhǎng)FA125D,導(dǎo)閥閥芯型號(hào)為L(zhǎng)C16A20E,導(dǎo)閥蓋板型號(hào)為L(zhǎng)FA16D,其中換向閥型號(hào)為M-3SED6UK1X。中間缸及兩側(cè)缸的泄壓閥采用的是比例插裝閥2WRC125K001-1X,管路泄壓閥采用的是比例插裝閥型號(hào)為2WRC63K001。壓力閥主閥芯型號(hào)為L(zhǎng)C63DB20A,主蓋板型號(hào)為L(zhǎng)FA63DBU2A1,電磁換向閥型號(hào)為M-3SED6UK1X。2.4.4泄壓閥、壓力閥、安全閥硬件選型兩回程缸采用一個(gè)控制閥塊控制,其中回程缸進(jìn)油閥采用的是電液動(dòng)二位二通閥,主閥芯型號(hào)為L(zhǎng)C80A20E6X,主蓋板型號(hào)為L(zhǎng)FA80KWA,換向閥型號(hào)為4WE10D3X。管路泄壓閥采用的是比例插裝閥型號(hào)為2WRC63K001。快速卸油閥采用的是二通插裝閥,主閥芯型號(hào)為L(zhǎng)C125A20E,主蓋板型號(hào)為L(zhǎng)FA125D,導(dǎo)閥閥芯型號(hào)為L(zhǎng)C16A20E,導(dǎo)閥蓋板型號(hào)為L(zhǎng)FA16D,其中換向閥型號(hào)為M-3SED6UK1X。壓力閥主閥芯型號(hào)為L(zhǎng)C63DB20A,主蓋板型號(hào)為L(zhǎng)FA63DBU2A1,電磁換向閥型號(hào)為M-3SED6UK1X。背壓閥主閥芯型號(hào)為L(zhǎng)-LC80,主蓋板型號(hào)為L(zhǎng)-LFA80,電磁換向閥型號(hào)為4WE10D,安全閥型號(hào)為DBDS30K1。主要液壓元件的名稱及詳細(xì)型號(hào)如表2所示。3液壓