汽車靜壓造型機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究

汽車靜壓造型機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究

近年來，我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展也顯著發(fā)展了與汽車零部件密切相關(guān)的制造生產(chǎn)線。同時(shí)由于靜壓造型工藝、技術(shù)的日趨成熟,靜壓鑄造生產(chǎn)線最具有其代表性,因此也有許多企業(yè)改造其生產(chǎn)線為靜壓鑄造線,促使靜壓造型工藝迅速普及。靜壓造型線因自動(dòng)化程度高,成品又有成型率高以及表面硬度高等諸多優(yōu)點(diǎn),漸漸成為各廠的首選。而液壓傳動(dòng)裝置以其質(zhì)量輕、體積小、受力好、扭矩大、可實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、所用液壓元件發(fā)展成熟且使用壽命高、設(shè)計(jì)制造以及推廣相對(duì)方便等優(yōu)點(diǎn)被作為靜壓造型線的主要驅(qū)動(dòng)方式。文中通過分析靜壓造型線的動(dòng)作特點(diǎn),研制出應(yīng)用于靜壓造型機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1靜壓造型機(jī)靜壓造型就是通過氣流預(yù)緊實(shí)作用對(duì)型砂進(jìn)行初步緊實(shí),然后通過液壓壓頭對(duì)型砂進(jìn)行最終緊實(shí),其多觸頭壓頭由液壓提供壓力,壓力固定,壓實(shí)過程中不加震動(dòng),單純地壓實(shí),故稱之為靜壓造型。該方法造型可使型砂緊實(shí)度高,適合自動(dòng)化程度高、工藝復(fù)雜的鑄件造型。此靜壓造型機(jī)工作要求:(1)輸出流量335×5L/min;(2)額定工作壓力11MPa;(3)系統(tǒng)總功率406.5kW;(4)系統(tǒng)最大回油量3000L/min;(5)系統(tǒng)壓力波動(dòng)范圍一般不要超過設(shè)定壓力的±5%;(6)需要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作有:造型機(jī)多觸頭壓實(shí);造型機(jī)工作臺(tái)下降起模;造型機(jī)上機(jī)架移動(dòng);造型機(jī)工作臺(tái)回轉(zhuǎn);捅箱機(jī)捅箱;造型段驅(qū)動(dòng);上箱機(jī)械手提升;造型、冷卻、捅箱段緩沖。2靜壓造型機(jī)緩沖閥的工作原理根據(jù)靜壓造型機(jī)的工作要求,系統(tǒng)由主泵站、若干閥組組成。下面分別介紹主泵站的組成以及主要閥組上回路的工作原理。(1)主泵站主泵站是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源部分,為執(zhí)行元件提供壓力穩(wěn)定、流量可控、過濾精度高的液壓油,使整個(gè)液壓系統(tǒng)正常高效運(yùn)作。主泵站由電機(jī)及定量葉片泵、循環(huán)電機(jī)泵、油箱、電子溫度計(jì)電器、壓力傳感器、液位計(jì)、10μm和5μm的回油過濾系統(tǒng)、板式熱交換器、加熱器、蓄能器、氮?dú)馄?、若干閥等組成。圖1是各元件簡化為1組的原理圖。(2)靜壓造型機(jī)的工作臺(tái)回路靜壓造型機(jī)的工作臺(tái)用以承托砂箱和模樣,完成舉升等動(dòng)作,原理圖見圖2。動(dòng)作原理:靜壓造型機(jī)工作臺(tái)升降動(dòng)作由換向閥切換左右位來控制,上升速度需要快、反應(yīng)靈敏,所以選用響應(yīng)快的高頻響比例換向閥1。采用插裝閥2、梭閥3和換向閥4組合以及插裝閥上換向閥引來P口壓力的作用是:在設(shè)備發(fā)生故障突然斷電的時(shí)候,P口的系統(tǒng)壓力通過梭閥和換向閥作用在插裝閥彈簧腔上,這樣無論插裝閥3的B口壓力大于還是小于A口壓力,都可以保證插裝閥可靠關(guān)閉,防止工作臺(tái)下降,起安全保護(hù)作用。(3)靜壓造型機(jī)的回轉(zhuǎn)臺(tái)回路靜壓造型機(jī)的回轉(zhuǎn)臺(tái)完成砂箱和模樣翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作,原理圖見圖3。動(dòng)作原理:靜壓造型機(jī)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)動(dòng)作主要由電磁換向閥1切換左、右位來控制完成。為滿足回轉(zhuǎn)臺(tái)的特殊運(yùn)動(dòng)要求,在油缸桿伸出回路,在無桿腔一側(cè)添加單向閥3為其補(bǔ)油,在無桿腔添加減壓閥2,用以控制油缸桿伸出來捕捉終點(diǎn)信號(hào),在有桿腔側(cè)添加溢流閥4、5保證安全性。YV3a帶電,電磁換向閥切換左位,回轉(zhuǎn)油缸桿縮回,當(dāng)它縮回到達(dá)回轉(zhuǎn)臺(tái)位置1的時(shí)候JK01發(fā)出信號(hào),此時(shí)換向閥斷電回到中位,油缸則依然靠慣性繼續(xù)縮回;當(dāng)油缸桿縮到最終點(diǎn)后,油缸桿靠慣性伸出,此過程油缸桿實(shí)際已經(jīng)伸出了,但是電磁閥還沒有帶電換向,這個(gè)時(shí)候?yàn)楸苊庠斐晌?單向閥3開始起作用,為油缸無桿腔補(bǔ)油,當(dāng)回轉(zhuǎn)臺(tái)到達(dá)位置2時(shí),JK01發(fā)出信號(hào),電磁閥YV3b帶電,換向閥切換右位,油缸桿正常伸出,到達(dá)終點(diǎn)后,發(fā)出訊號(hào)電磁閥YV3a帶電。(4)靜壓造型機(jī)的緩沖類回路緩沖回路用來克服砂箱的慣性沖擊、防止撞擊缸蓋和定位元件等。緩沖類回路原理圖見圖4。動(dòng)作原理:靜壓造型機(jī)的緩沖類回路主要?jiǎng)幼饔蓳Q向閥1切換左、右位來控制完成。根據(jù)實(shí)際工況,油缸桿快速伸出之后頂住最后一節(jié)砂箱,經(jīng)歷兩級(jí)背壓,調(diào)整好砂箱間距后,油缸桿縮回,主動(dòng)退回。在實(shí)現(xiàn)過程中,差動(dòng)連接保證油缸快速伸出;另外在意外斷電時(shí),希望油缸保持原狀態(tài)不動(dòng),故利用插裝單向閥2的閥芯面積比產(chǎn)生背壓來鎖住油缸不退回;最終通過兩次緩沖來實(shí)現(xiàn)將砂箱定位的目的。注意,在主動(dòng)退回的時(shí)候,必須保證P口壓力大于2倍二級(jí)背壓壓力。換向閥1的YV4b帶電,此時(shí)形成差動(dòng)回路,油缸桿快速伸出,前個(gè)工段的推送油缸啟動(dòng)推送砂箱的同時(shí)JK04發(fā)訊,接到信號(hào)后換向閥1斷電,回到中位機(jī)能,背壓電磁換向閥4帶電,此時(shí)有桿腔側(cè)產(chǎn)生一級(jí)背壓壓力4MPa,緩沖缸頂住砂箱慣性后退,到位JK05發(fā)訊,使背壓電磁換向閥4失電;有桿腔產(chǎn)生二級(jí)背壓壓力5MPa,緩沖缸頂住最后一節(jié)砂箱,其余砂箱繼續(xù)慣性向一起靠攏,到位JK06發(fā)訊,YV4a、YV5帶電,緩沖油缸退回終點(diǎn)JK07發(fā)訊。3預(yù)測(cè)靜壓造機(jī)壓縮式能源系統(tǒng)的選擇3.1定量葉片泵液壓泵是液壓系統(tǒng)中的動(dòng)力元件,它從油箱中吸油后通過內(nèi)部結(jié)構(gòu),將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能,壓力油通過不同功能組合的閥,實(shí)現(xiàn)方向、壓力、流量的調(diào)節(jié),然后通過管路傳送到執(zhí)行元件(油缸或馬達(dá))中,從而完成了做功。葉片泵流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、壓力和容積效率比齒輪泵高,定量泵流動(dòng)速度相對(duì)穩(wěn)定,此系統(tǒng)采用定量葉片泵。工況決定每個(gè)泵的流量需要大于330L/min,故選用排量為227cm3.2電機(jī)功率計(jì)算此系統(tǒng)工作壓力需要11MPa,需要5臺(tái)電機(jī)泵為其提供動(dòng)力,每臺(tái)最大流量需求為335L/min,算上泵的效率,那么每臺(tái)電機(jī)的功率至少69kW。按產(chǎn)品樣本選取電機(jī),選75kW的電機(jī)YE2-280S-4-B35。3.3電機(jī)頻繁啟動(dòng)按產(chǎn)品樣本或手冊(cè)選取合理壓力流量的標(biāo)準(zhǔn)元件。此系統(tǒng)涉及流量范圍廣,又不希望電機(jī)頻繁啟動(dòng),所以選擇卸荷閥,不卸荷時(shí)設(shè)定系統(tǒng)(油泵)主壓力當(dāng)系統(tǒng)壓力,當(dāng)卸荷狀態(tài)時(shí)壓力油直接返回油箱,油泵壓力下降至近似為0,以實(shí)現(xiàn)一些回路控制和提高油泵壽命、減少功耗。根據(jù)流量、壓力等因素,選擇液壓閥的通徑。3.4溫度對(duì)液壓系統(tǒng)的影響液壓系統(tǒng)工作過程不可避免地存在壓力損失,導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生熱量,產(chǎn)生一系列的不良后果。比如液壓油溫度升高了,油液的黏度、油液的使用壽命、油泵的容積效率、系統(tǒng)的工作效率都會(huì)降低,油液泄漏量會(huì)增大。而如果油溫過低,油的黏度會(huì)增大,流動(dòng)性也會(huì)減小,同樣不利于設(shè)備啟動(dòng)。綜上所述,油液溫度過高或過低,都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng),使系統(tǒng)不能正常工作。因此,液壓系統(tǒng)的油溫一般控制在48~52℃?？紤]到此靜壓造型機(jī)生產(chǎn)線系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜,故選擇對(duì)環(huán)境要求不高且穩(wěn)定可控的水冷方式。經(jīng)計(jì)算并查閱相關(guān)手冊(cè)后,選擇散熱面積為20m3.5回油過濾器的設(shè)計(jì)此系統(tǒng)采用較多比例閥,對(duì)油質(zhì)比較敏感,因此必須控制液壓油的潔凈度。系統(tǒng)選用帶發(fā)訊器的過濾器對(duì)油液進(jìn)行過濾,并且一旦發(fā)訊器發(fā)出信號(hào),系統(tǒng)操作人員應(yīng)立即清洗或更換濾芯,確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。此系統(tǒng)最大回油量有3000L/min,故在泵站上總回油處設(shè)置了4個(gè)過濾精度為10μm的回油過濾器RFA-1000*10F+Y;在循環(huán)冷卻系統(tǒng)也采用過濾精度5μm的回油過濾器RFA-1000*5F+Y,使得循環(huán)到泵吸油區(qū)的油液清潔度更高;在造型機(jī)工作臺(tái)原理中,因使用的高精度高頻響方向閥對(duì)油質(zhì)的特殊要求NAS1638等級(jí)7級(jí),故在先導(dǎo)油路中,設(shè)置了過濾精度5μm的壓力過濾器DFB-H110*5C。3.6蓄能器的選擇此系統(tǒng)采用5組定量泵串聯(lián)卸荷閥的方式來組合控制供給液壓系統(tǒng)的輸出,要求壓力保持穩(wěn)定,在±5%范圍內(nèi)波動(dòng),流量輸出穩(wěn)定。蓄能器因其構(gòu)造具有儲(chǔ)存壓力、補(bǔ)充泄漏和保持恒壓、吸收液壓沖擊、吸收脈動(dòng)、降低噪聲的作用,不僅可以有效地控制由于溫度變化或內(nèi)外泄漏引起的壓力的上下波動(dòng),還可用于系統(tǒng)流量需求大時(shí)壓力油的補(bǔ)給輸出,使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。此系統(tǒng)使用蓄能器為囊式蓄能器,靈敏度高,噪聲低,容量大,油氣由氣囊隔開,不會(huì)混合。根據(jù)原理需求,按產(chǎn)品樣本選合適容量的蓄能器,選用16個(gè)40L的囊式蓄