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开式泵控锻造油压机技术

  • 来源:榆次锋特行液压
  • 作者:榆次锋特行液压
  • 时间:2016-02-29 21:23
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    今天把在开式泵控锻造油压机方面的一些研究工作向各位同行做一个汇报。从四个方面进行汇报。首先是关于开式泵控锻造压机的简介,第二是有关这方面的研究成果,第三是开式泵控锻造压机最新的研究,最后是开式泵控系统在哪些领域有应用。
 
    什么是开式泵控锻造压机
 
    1、泵控油压机的特性:
 
    ◆系统布局简单,故障点少,便于维护
 
    ◆系统响应迅速,易实现快速锻造
 
    ◆节能显著,发热量小,油液特性稳定
 
    ◆振动和冲击小,工作平稳
 
    ◆实现最佳的功率匹配
 
    2、泵控油压机控制系统分类:
 
    ◆半闭式泵控系统:节流损耗和液压冲击低,但是功率回收率较低
 
    ◆开式泵控系统:泵自吸能力强,省去了低压补油的大流量螺杆泵
 
    ◆直驱泵控系统:控制系统更简单,待机状态更节能
 
    德国潘克公司所生产的正弦泵在系统里的应用也不是完全闭式,我们把它定义为半闭式,因为它在系统的整个工作过程当中仍然有一部分溢流,没有完全实现系统的能量利用,半闭式泵控系统的节流损耗和液压冲击相对很低,但是它功率回收的能力相对比较差。开式泵控系统中泵的自吸能力很强,开式泵控系统省去了低压补油的大流量的螺杆泵。而潘克的泵,在我们使用的过程中,必须要用一个低压大流量的螺杆泵来补油。
 
    再一个是直驱泵控系统,这种控制系统更加简单,待机状态也更节能,在此次PTC和前一段时间的锻压展会上,大家看到,我们已经有很多企业在采用变频技术控制液压泵,通过液压泵流量的供给来使系统实现容积控制,这一研究仍在继续。我们用简单的变频驱动能否实现系统对响应和精度的要求?有些企业在研究用伺服电机去驱动我们的泵,但用什么类型的泵,是用齿轮泵?柱塞泵还是内啮合齿轮泵等等?还有叶片泵我们也都在考虑。
 
    我这张图里给出了几种泵控系统,这几个系统有一些区别:半闭式泵控系统(潘克RX系列为代表),开式的泵控系统(穆格RKP系列为代表),伺服直驱的泵控系统(海天驱动HS系列为代表)。当然我们也看到了,泰丰、穆格等很多企业也都做了很多工作,变频直驱泵控相对来说简单,把市面上交流变频器拿来做变频驱动控制就可以了。
 
    3、国内外应用
 
    在泵控系统应用上,世界上约有24个国家的锻造压机选用了泵控液压控制系统,分布在美、英、日、俄罗斯、德国等,成熟应用的均为德国威普克-潘克的半闭式系统。开式泵控系统随着高性能开式泵的研发并依靠其优势,正在受到关注。
 
    4、开式泵控系统在锻压行业的应用领域
 
    列举几个应用:多向模锻锻造压力机、径向锻造机(也叫精锻机)、锻造操作机、热等温锻造压力机等。
 
    开式泵控锻造油压机特性研究与成果
 
    我们在河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室,有一个0.6MN开式泵控系统实验平台,做了一些试验的测试,我们把穆格RKP形式的泵应用在系统当中,进行了一些研究。
 
    1、开式泵特性研究
 
    那么RKP泵的特点是变量控制是根据控制活塞和限位活塞的作用控制定子的偏心量。
 
    当定子向控制活塞方向运动时的流量方程:
 
    控制腔流量和容积
    限位腔流量和容积
 
    当定子向限位活塞方向运动时的流量方程:
 
    控制腔流量和容积
 
    限位腔流量和容积
 
    2、开式泵控卸压特性研究:
 
    因为我们知道在快锻的时候,要求它在一定的时间内,对主缸的压力有平稳的卸压功能,我们就要考察这个泵在卸压时的响应够不够用,由实验结果可得出:
 
    ◆常锻工况,不同卸压曲线下,利用MOOG-RKP泵,主缸压力皆能平稳降低至补油压力值附近,压力变化率平稳,卸压彻底。加压值越高,卸压时间越长。
 
    ◆常锻工况,采用正弦、线性、指数和理论卸压曲线时,压力冲击依次降低,采用MOOG-RKP泵,卸压时间能够控制在0.5s内。
 
    有人会问,快锻的时候,0.5s够吗?常锻时行程是很大的,对卸压时间的要求不是很严格,但快锻时,行程很小,死容积相对也小,那个时候响应会更快一些。
 
    3、开式泵控油压机动静态特性及能耗分析
 
    我们做了各种各样的试验和对比,得出下面的结论:
 
    ◆在相同的操作时间下,随着负载的加大,系统的效率不断提高。所以常锻过程中,应该尽量使得压机工作在最大出力状态。
 
    ◆在相同的锻造频次下,随着锻造行程的增加,处于马达工况的回程泵的回收功率明显增多,而处于马达工况的加压泵的回收功率基本不变。
 
    ◆活动横梁下行时,随着锻造频次的增大,功率回收的时间越短,功率回收的幅值越高。活动横梁上行时,处于马达工况的加压泵的功率回收多少与频次无关,只与负载大小和主缸卸压速度有关。
 
    我这里给出的是试验的结果,我们仿真的结果也得到同样的结论。
 
    开式泵控制的锻造油压机的一些最新研究成果
 
    我们想下一步从理论上再进一步做一些研究工作。
 
    1、开式泵控锻造油压机卸压机理与二级控制模型方面想做下面三种研究
 
    ◆探索管道中压力能的存在形式及冲击作用规律;
 
    ◆研究系统中各参数对卸压特性的影响;
 
    ◆建立卸压曲线自学习最优卸压二级模型。
 
    压机的振动实际上是液压储能和机械储能,在振动过程当中,实际上是液压能的释放和机械能的释放,压机在吨位很大的时候,不止是液压的储能,其实机架也有很大的变形,当压机在释放的时候,机架也在回弹,所以要研究流体的冲击,机械的冲击,研究液压管道压力的波动,同时要研究活动横梁和整个机架的变形和位移,然后进一步研究它的卸压特性,然后通过自学习产生二级模型,如何抑制它的流体冲击和机械冲击,要做这样一些研究。
 
    2、开式泵控锻造油压机负载容腔独立控制方法及节能特性研究
 
    ◆这里面要分析各参数对负载容腔独立控制系统性能的影响,确定系统负载容腔独立控制方法;
 
    ◆解决主缸位置和回程缸压力控制的耦合问题,提高控制效果,降低系统能耗。
 
    我们知道,对油压机来讲,一般有快下、工进、回程,这里都已经实现每个油缸负载的独立控制,但在独立控制工作当中,还有相应的一些问题怎么解决,再有就是主缸需要精确的锻造位置的控制,同时回程缸还需要有一个克服机架重量平衡的问题,这里存在着位置和压力协调控制的问题,或者说耦合的问题,我们该怎么解决,尽量降低系统的能耗。
 
    3、开式泵控锻造油压机长管路系统流量和压力复合控制研究
 
    研究长管路对系统压力、流量响应性能的影响规律,对液压长管路引起的系统特性变化进行模型修正,同时研究系统工作特性,如何采用流量和压力复合控制策略实现系统位置和压力的高精度控制。
 
    因为对油压机来讲,尤其是对快锻或精锻压机来讲,一方面要进行位置的精确控制,同时由于位置的控制、锻件的变形,还要有压力的跟随,在位置和压力的协调控制方面必须要协调好,这是我们要做的工作。
 
    下一步想在开式泵控锻造油压机上再进一步从这三个方面做一些研究,这个研究基础是我刚才所讲的,这个开式泵我们已经做了一些基础研究,从理论上和试验上觉得可行,下一步这里面的科学问题是什么,我们把它提炼出来,要做更深入的研究。
 
    开式泵控系统可能还有哪些应用?
 
    1、液压缸测试试验台方面的应用
 
    液压缸作为液压系统的主要执行元件,其综合性能不仅对系统的性能有影响,同时影响着设备的寿命。因此,对于液压缸动(包括液压泵)静态性能、可靠性和寿命等测试尤为重要。如果跑一个缸按几万次的寿命去跑,要跑很长时间,能量损耗是很大的,我们想能不能用开式泵去实现节能控制或者能量回收的控制,所以我们就设计了这样一套系统。我们其他方面都是按照国家标准来走,但是我们在加载部分和施力部分,把他俩结合在一起,在这里我们用了RKP泵,进行能量回收,这里有驱动是让缸行进,加载这部分是靠这个泵来加载,就把这个泵变成一个马达了,然后由它来驱动,这样就实现了功率回收或节能的效果。
 
    2、水泥内衬机
 
    大家看到很多管道,大的水管,现在好多都是铸钢件、铸铁件,它一定要在管道内壁有一个高标号的水泥涂层,这个水泥涂层是怎么做的呢?要把管道高速旋转起来,在里面放一定的泥浆,旋转起来以后,让水泥匀布在管道的内壁上,过去的系统是靠液压系统把它驱动起来,这就需要能量,停下来怎么停呢,是靠节流阀憋它,它就会发热,一个能量是让它启动了,另一个能量制动以后发热了,所以这个系统的能耗非常大,我们在想,是否可以把它启动起来的转动惯量、这个动能,在制动的时候把它回收回来,所以我们也设计一套系统,让它把制动的能量回收回来,下一次我们再把它释放到系统里面去,所以我们设计了这样一套系统,可以实现能量的回收。
 
    3、液压发电机组
 
    液压发电机的概念:我们同行不会陌生,使用车辆自带的动力源,以液压传动为主传动系统,来驱动发电机发电的发电设备。针对现代工程机械对电力的要求越来越高,以及现代战争的机动性越来越强,对可移动电源的需求越来越急切。而鉴于液压传动的无级调速、变速比大等优点,应用液压传动实现驻车发电或行车发电具有重大的研究意义及广阔的市场前景。
 
    液压发电机的原理:实际上这个原理(如图)和我们提出的液压型风力发电是一致的,液压型风力发电是风能带动液压泵转动,然后液压泵带动液压马达,然后液压马达带动发电机。液压发电机实际是用车上所带的柴油机,去带动泵,然后驱动发电机。为什么液压的更好,因为当你所需要的电量和外负载的功率变化的时候,发电机的转速会变的,你发电机转速变以后,我可以通过液压马达的变量机构来调整输出转速不变,去带动恒转速的发电机,它会有这样的优势。所以针对这个,我们对这个系统也进行了相应的设计。
 
    液压发电机组的特点:
 
    ◆现场取力。直接利用车辆发动机做动力源。
 
    ◆安装简单。可以直接安装在车底盘侧面。
 
    ◆使用方便。可随时供电,由车辆发动机提供动力,不需预热。可立即启动发电。
 
    液压发电机应用领域:高空作业平台、挖掘机、消防车、现场维修维护车、管道疏通与维护、远航船舶用、军事用途等等。
 
    4、垂直轴液压型风力发电机组
 
    ◆该种机型可作为并/离网独立小型风力发电系统,现在正在做这方面的研究,准备在100~200kW这样小型的垂直轴液压型发电机,期望在这方面有一些研究成果。
 
    ◆可用于沿海、偏远山区、农牧场等实现风力发电,可以并网也可以独立发电。
 
    ◆是相等功率等级其它形式发电机组市场价格的70%,具有很强的市场竞争力和适用性。
 
    作为下一步的发展,我们觉得很有市场前景,利用开式泵控系统做了这样一个原理的设计,垂直轴液压型风力发电机组作为风力发电产业的重要组成部分,具有广阔的市场前景。
 
    5、液压型抽油机
 
    同事们都知道了,力士乐他们已经在传统的游梁式抽油机方面,对它进行了改造,用的这样的开式泵控系统来实现抽油机的节能和柔性控制。液压抽油机具有重量轻、能耗低等优势,适用于海上采油平台、软土地基等场合。由于灵活的冲程、冲次调节特性,也非常适合废弃油井的二次开发。
 
    我前面从四个方面重点讲了开式泵控系统在锻压机上的应用,同时也介绍了我们在这方面所作的研究,以及开式泵将可能应用的领域,希望通过我刚才对这些研究的介绍,能给大家带来新的视角。我们强调的是创新驱动,希望我们创新的产品能够带来创新的系统构型,能够有更多的新应用。

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