基于联合仿真的液压式冲压机液压系统改进.pdf
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1、2013 年第 3 卷 第 5期 29 - 1 - 基 于 联 合 仿 真 的 液 压 式 冲 压 机 液 压 系 统 改 进 # 王勇,恽炅明,张腾* 基金项目:科技支撑计划项目:支撑区域和地方支柱产业的制造业信息化综合应用示范(2012KJZC0789); 安徽省科技厅创新平台建设项目:高端装备制造和新能源汽车技术新服务平台(11Z0201025) 作者简介:王勇(1969-),男,合肥工业大学机械与汽车工程学院副教授、博士,研究向为字化设计、 结构拓扑优化技术 (合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥 230009) 摘要:基于一种液压式冲压机液压系统的工作原理, 分析了由于其液压系统回路
2、及元器件所 导致的工作频率偏低的具体原因,并在此基础上, 对冲压机的液压系统提出两种改进方案并 分析了各自特点。应用 AMESim 与 Matlab/Simulink 联合仿真技术,对冲压机的原液压系统 与改进方案进行了仿真和比对分析。仿真结果表明:改进后液压系统工作频率有所增高,且 液压冲击现象有效减小。 关键词:液压式冲压机;工作频率;方案改进;联合仿真 Improvement and Simulation Analysis of the Hydraulic System for Hydraulic Press WANGYong, YUN Jiongming, ZHANG Teng (Sc
3、hool of Mechanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009) Abstract:Based on the working principle of a hydraulic system of hydraulic press, the specific reasons for the low frequency caused by circuit and components of the hydraulic system were analyzed. On this fo
4、undation, two improvement schemes of the hydraulic system were proposed and the characteristics were analyzed. The original hydraulic system and improvement scheme were simulation analyzed, based on the technology of AMESim-Matlab/Simulink co-simulation. The simulation results show that the work fre
5、quency of improved hydraulic system is increased, and the phenomenon of hydraulic shock reduces effectively. Keywords:Hydraulic press; Work frequency; Improvement scheme; Co-simulation 0引言 由于冲压机的高效率、低成本等特点,其广泛应用与汽车工业、各种机械产品等生产部 门。同时,与传统的机械式压力机相比,液压式压力机具有结构简单、传动平稳、冲压频率 高等特点,其应用范围更为广泛1。 目前,国外所使用的冲压设备基
6、本都是液压式冲压机,且其技术相对比较成熟,自动化 程度较高,冲压频率较国内冲压机高出很多23。而在国内,则是机械式压力机的技术发展 比较完善,液压式冲压机与国外先进水平有很大差距, 这主要体现在冲压机液压系统及系统 的控制部分。因此,液压系统是液压式冲压机的关键。 国内外对于各类液压系统的仿真分析已经由只使用某一种分析软件如 AMESim 进行分 析发展为应用两种软件进行联合仿真,如 AMESim 与 Matlab/Simulink 联合仿真,AMESim 与 Adams 联合仿真。 西北工业大学的陈宏亮、李华聪将 AMESim 与 Matlab/Simulink 联合仿 真方法应用于电液伺服
7、系统中,对其减振措施进行仿真分析,取得不错的效果4;美国的 30 2013 年第 3 卷 第 5 期 - 2 - Alfred Lynn 应用联合仿真对混合动力车模型及其液压系统进行仿真分析,用于改善燃油经 济性5;西南科技大学的江玲玲、张俊俊对 AMESim 与 Matlab/Simulink 联合仿真进行了研 究,并将其用于电液位置伺服系统,也有很好的效果6。 本文通过介绍国内现有的一种液压式冲压机的液压系统的工作原理, 分析其冲压效率偏 低的原因,提出改进方案;并通过 AMESim与 Simulink 联合仿真方法,对原液压系统与改 进后液压系统进行仿真分析,验证改进效果。 1原液压系统
8、的原理及缺点 液压式冲压机的液压系统需要实现以下工作循环: 快进-工进-回程-停止。 其原液压原理 图如图 1 所示。 3-电磁换向阀 4-液控单向阀 5-先导式顺序阀 6-液控单向阀 7-增速油缸 8-溢流阀 9-压力表 10-安全阀 图 1原液压系统原理图 Fig.1Schematic of the original hydraulic system 其工作原理: 回程:电磁换向阀 3 左位工作,进油路:液压泵-电磁换向阀 3 左位-液 控单向阀 6(同时打开液控单向阀 4)-快速油缸 7 下腔;回油路:快速油缸 7-电磁换向阀 3-油箱(快速油缸 7-液控单向阀 4-油箱); 快进:电磁
9、换向阀 3 右位工作,进油路:液压 泵-电磁换向阀 3 右位-快速油缸 7 柱塞缸(同时打开液控单向阀 6); 工进:当柱塞缸下 降到指定位置时,系统压力增高, 打开顺序阀 5, 进入快速油缸上腔;同时由于柱塞缸下降, 快速油缸 7 上腔真空,通过液控单向阀 4 从油箱吸油,两油路合流进入快速油缸上腔,实现 快速工进。 电磁换向阀 3 中位工作,M 型便于直接卸荷,快速油缸停止。 该液压系统的主要缺点: (1)液压系统中流量偏低是低工作效率的主要原因。 (2)液压系统中使用顺序阀来实现增速油缸由快速工进转换成慢速工进,这也一定程 度上影响了工作效率。 由顺序阀的工作原理可知, 只有当中心柱塞的
10、工作压力大于顺序阀的 调定压力时,顺序阀才能开启。这就导致其快速回路很多功耗用于克服顺序阀的阻力,使得 顺序阀出油口压力小于进油口压力; 并且油液流经顺序阀后压力突然减小, 产生较大的噪声, 同时油温升高。 (3)此外,由于该系统中缺少吸收冲击的蓄能器,振动及液压冲击较为明显。 2013 年第 3 卷 第 5期 31 - 3- 2液压系统的改进 2.1方案一 针对以上问题,可从以下几方面改进系统: (1)将蓄能器加入到原液压系统中;并使用双泵供油,以增大流量; (2)电磁换向阀电磁铁湿式改为干式;直流改为交流或是直流和微型继电器组合,以 提高换向速度; (3)将先导式顺序阀改为二通阀或将先导式
11、顺序阀与液控单向阀改为二位三通阀7。 改进后的液压原理图如图 2 所示。 3-液压泵 4-安全阀 5-溢流阀 6-蓄能器 7-电磁换向阀 8-液控单向阀 9-二通阀 10-液控单向阀 11-增速油缸 12-压力继电器 13-压力继电器 图 2方案一液压原理图 Fig.2Hydraulic system schematic of the first scheme 其工作原理:快进:电磁换向阀 7右位工作,进油路:主油泵 3(同时副油泵向蓄能 器 6 供油)-电磁换向阀 7右位-快速油缸 11 柱塞缸(同时打开液控单向阀 8);工进:当 柱塞缸下降到指定位置时,系统压力增高,压力继电器 12 发出
12、信号,使 3YA 通电,二通阀 右位工作。同时由于柱塞缸下降,快速油缸 11 上腔真空,通过液控单向阀 10 从油箱吸油, 三油路合流进入快速油缸上腔,实现快速工进;回程:当工进完成后,快速油缸上腔油压 持续升高,压力继电器 13 发出信号,使 1YA 通电,电磁换向阀 7 左位工作,主油泵通过液 控单向阀 8 向快速油缸下腔供油,同时打开液控单向阀 10,快速油缸上腔通过单向阀 10 泄 油。停止:电磁换向阀 7 中位工作时,M 型便于直接卸荷,快速油缸停止。 此方案的优点有: (1)系统中加入了蓄能器,它作为辅助动力源,可以短时提高系统流量;同时可以吸 收冲击。 (2)系统中采用双泵供油快
13、速回路,可以提高系统流量,进而提高冲压机的工作效率。 (3)使用干式电磁铁活塞直流和微型继电器的组合,因其吸合快,释放时间短,可以 提高换向速度。 (4)二通阀具有流量大、响应快的特点,可以有效的解决噪声大,温升高的问题,可 以提高工作频率8。 32 2013 年第 3 卷 第 5 期 - 4 - 2.2方案二 改进后的液压原理图如图 3所示。 3-高压大流量泵 4-低压小流量泵 5-液动换向阀 6-蓄能器 7-二通阀 8-溢流阀 9-比例伺服阀 10-二通插装阀 11-单向阀 12-增速油缸 13-压力继电器 图 3方案二液压原理图 Fig.3Hydraulic system schemat
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