汽車靜壓造型機液壓驅動系統的研究

近年來，我國汽車工業的快速發展也顯著發展了與汽車零部件密切相關的制造生產線。同時由于靜壓造型工藝、技術的日趨成熟,靜壓鑄造生產線最具有其代表性,因此也有許多企業改造其生產線為靜壓鑄造線,促使靜壓造型工藝迅速普及。靜壓造型線因自動化程度高,成品又有成型率高以及表面硬度高等諸多優點,漸漸成為各廠的首選。而液壓傳動裝置以其質量輕、體積小、受力好、扭矩大、可實現無間隙傳動、運動平穩、所用液壓元件發展成熟且使用壽命高、設計制造以及推廣相對方便等優點被作為靜壓造型線的主要驅動方式。文中通過分析靜壓造型線的動作特點,研制出應用于靜壓造型機的液壓驅動系統1靜壓造型機靜壓造型就是通過氣流預緊實作用對型砂進行初步緊實,然后通過液壓壓頭對型砂進行最終緊實,其多觸頭壓頭由液壓提供壓力,壓力固定,壓實過程中不加震動,單純地壓實,故稱之為靜壓造型。該方法造型可使型砂緊實度高,適合自動化程度高、工藝復雜的鑄件造型。此靜壓造型機工作要求:(1)輸出流量335×5L/min;(2)額定工作壓力11MPa;(3)系統總功率406.5kW;(4)系統最大回油量3000L/min;(5)系統壓力波動范圍一般不要超過設定壓力的±5%;(6)需要實現的動作有:造型機多觸頭壓實;造型機工作臺下降起模;造型機上機架移動;造型機工作臺回轉;捅箱機捅箱;造型段驅動;上箱機械手提升;造型、冷卻、捅箱段緩沖。2靜壓造型機緩沖閥的工作原理根據靜壓造型機的工作要求,系統由主泵站、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的動力源部分,為執行元件提供壓力穩定、流量可控、過濾精度高的液壓油,使整個液壓系統正常高效運作。主泵站由電機及定量葉片泵、循環電機泵、油箱、電子溫度計電器、壓力傳感器、液位計、10μm和5μm的回油過濾系統、板式熱交換器、加熱器、蓄能器、氮氣瓶、若干閥等組成。圖1是各元件簡化為1組的原理圖。(2)靜壓造型機的工作臺回路靜壓造型機的工作臺用以承托砂箱和模樣,完成舉升等動作,原理圖見圖2。動作原理:靜壓造型機工作臺升降動作由換向閥切換左右位來控制,上升速度需要快、反應靈敏,所以選用響應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:在設備發生故障突然斷電的時候,P口的系統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閉,防止工作臺下降,起安全保護作用。(3)靜壓造型機的回轉臺回路靜壓造型機的回轉臺完成砂箱和模樣翻轉等動作,原理圖見圖3。動作原理:靜壓造型機工作臺回轉動作主要由電磁換向閥1切換左、右位來控制完成。為滿足回轉臺的特殊運動要求,在油缸桿伸出回路,在無桿腔一側添加單向閥3為其補油,在無桿腔添加減壓閥2,用以控制油缸桿伸出來捕捉終點信號,在有桿腔側添加溢流閥4、5保證安全性。YV3a帶電,電磁換向閥切換左位,回轉油缸桿縮回,當它縮回到達回轉臺位置1的時候JK01發出信號,此時換向閥斷電回到中位,油缸則依然靠慣性繼續縮回;當油缸桿縮到最終點后,油缸桿靠慣性伸出,此過程油缸桿實際已經伸出了,但是電磁閥還沒有帶電換向,這個時候為避免造成吸空,單向閥3開始起作用,為油缸無桿腔補油,當回轉臺到達位置2時,JK01發出信號,電磁閥YV3b帶電,換向閥切換右位,油缸桿正常伸出,到達終點后,發出訊號電磁閥YV3a帶電。(4)靜壓造型機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。動作原理:靜壓造型機的緩沖類回路主要動作由換向閥1切換左、右位來控制完成。根據實際工況,油缸桿快速伸出之后頂住最后一節砂箱,經歷兩級背壓,調整好砂箱間距后,油缸桿縮回,主動退回。在實現過程中,差動連接保證油缸快速伸出;另外在意外斷電時,希望油缸保持原狀態不動,故利用插裝單向閥2的閥芯面積比產生背壓來鎖住油缸不退回;最終通過兩次緩沖來實現將砂箱定位的目的。注意,在主動退回的時候,必須保證P口壓力大于2倍二級背壓壓力。換向閥1的YV4b帶電,此時形成差動回路,油缸桿快速伸出,前個工段的推送油缸啟動推送砂箱的同時JK04發訊,接到信號后換向閥1斷電,回到中位機能,背壓電磁換向閥4帶電,此時有桿腔側產生一級背壓壓力4MPa,緩沖缸頂住砂箱慣性后退,到位JK05發訊,使背壓電磁換向閥4失電;有桿腔產生二級背壓壓力5MPa,緩沖缸頂住最后一節砂箱,其余砂箱繼續慣性向一起靠攏,到位JK06發訊,YV4a、YV5帶電,緩沖油缸退回終點JK07發訊。3預測靜壓造機壓縮式能源系統的選擇3.1定量葉片泵液壓泵是液壓系統中的動力元件,它從油箱中吸油后通過內部結構,將機械能轉化為液壓油的壓力能,壓力油通過不同功能組合的閥,實現方向、壓力、流量的調節,然后通過管路傳送到執行元件(油缸或馬達)中,從而完成了做功。葉片泵流量均勻、運轉平穩、噪聲小、壓力和容積效率比齒輪泵高,定量泵流動速度相對穩定,此系統采用定量葉片泵。工況決定每個泵的流量需要大于330L/min,故選用排量為227cm3.2電機功率計算此系統工作壓力需要11MPa,需要5臺電機泵為其提供動力,每臺最大流量需求為335L/min,算上泵的效率,那么每臺電機的功率至少69kW。按產品樣本選取電機,選75kW的電機YE2-280S-4-B35。3.3電機頻繁啟動按產品樣本或手冊選取合理壓力流量的標準元件。此系統涉及流量范圍廣,又不希望電機頻繁啟動,所以選擇卸荷閥,不卸荷時設定系統(油泵)主壓力當系統壓力,當卸荷狀態時壓力油直接返回油箱,油泵壓力下降至近似為0,以實現一些回路控制和提高油泵壽命、減少功耗。根據流量、壓力等因素,選擇液壓閥的通徑。3.4溫度對液壓系統的影響液壓系統工作過程不可避免地存在壓力損失,導致系統產生熱量,產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、系統的工作效率都會降低,油液泄漏量會增大。而如果油溫過低,油的黏度會增大,流動性也會減小,同樣不利于設備啟動。綜上所述,油液溫度過高或過低,都會嚴重影響系統,使系統不能正常工作。因此,液壓系統的油溫一般控制在48~52℃?？紤]到此靜壓造型機生產線系統工作環境復雜,故選擇對環境要求不高且穩定可控的水冷方式。經計算并查閱相關手冊后,選擇散熱面積為20m3.5回油過濾器的設計此系統采用較多比例閥,對油質比較敏感,因此必須控制液壓油的潔凈度。系統選用帶發訊器的過濾器對油液進行過濾,并且一旦發訊器發出信號,系統操作人員應立即清洗或更換濾芯,確保系統安全運行。此系統最大回油量有3000L/min,故在泵站上總回油處設置了4個過濾精度為10μm的回油過濾器RFA-1000*10F+Y;在循環冷卻系統也采用過濾精度5μm的回油過濾器RFA-1000*5F+Y,使得循環到泵吸油區的油液清潔度更高;在造型機工作臺原理中,因使用的高精度高頻響方向閥對油質的特殊要求NAS1638等級7級,故在先導油路中,設置了過濾精度5μm的壓力過濾器DFB-H110*5C。3.6蓄能器的選擇此系統采用5組定量泵串聯卸荷閥的方式來組合控制供給液壓系統的輸出,要求壓力保持穩定,在±5%范圍內波動,流量輸出穩定。蓄能器因其構造具有儲存壓力、補充泄漏和保持恒壓、吸收液壓沖擊、吸收脈動、降低噪聲的作用,不僅可以有效地控制由于溫度變化或內外泄漏引起的壓力的上下波動,還可用于系統流量需求大時壓力油的補給輸出,使系統穩定工作。此系統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,不會混合。根據原理需求,按產品樣本選合適容量的蓄能器,選用16個40L的囊式蓄