安立锋
陕西宏远航空锻造有限责任公司 陕西 咸阳 713801
摘要:与传统的蒸汽锤相比，电液锤具有节能、打击能量大、效率高、清洁环保、易于实现自动化等优点。关键技术是主阀的换向和放液阀的进排油液功能，决定了整个电液锤液压系统的整体性能。在实际应用中，电液锤的动态响应特性仍有待改进。
关键词:电液锤;主操纵阀;快速放液阀
锻锤结构简单，维修方便，锤速快，打击能量大。然而，随着锻造工业的快速发展，其缺点也越来越明显，即对能源的消耗越来越大。因此，在20世纪50年代，一种新型锻锤——电液锤的出现，引发了一场蒸发式锻锤的革命。这项研究始于20世纪70年代，90年代初取得了显著的成果，特别是蒸汽锤（空气锤）转化为电液锤的技术日趋成熟。
一、电液锤基本工作原理
主油缸右侧有一个蓄能器，它向主控制阀提供控制压力。电池下部是组合阀，即三通手动换向阀，通过阀芯和阀杆控制系统的动作。主控制阀的下部穿过快卸阀，快卸阀前端与锤杆活塞下腔连接。主控阀和快卸阀是液压系统的关键部件。主控阀换向功能和快速排油阀进出油功能是决定整个电液锤液压系统整体性能的关键技术。系统工作过程如下：电磁先导卸荷阀2常闭。当阀2通电时，启动电机1和液压泵11，从油箱泵油，从阀2排放机油。这是空转。当阀2断电时，一部分机油进入主控制阀5，另一部分进入蓄电池3以补充蓄电池3。为了防止蓄能器3软管断裂时油液倒流，在蓄能器3的油口处设计了单向阀，提高了系统的安全性。蓄能器3通过高压气源保证阀5的控制压力。阀5的控制手柄有回位、打击位、中间位三个位置，可实现锤头的快上、快下、慢下、悬停等操作要求。这些动作是通过阀5的阀芯和阀杆的后续动作来实现的。快速排放阀6由阀5的指令控制。阀6的浮环和套筒就位，实现节流和快速油流。主缸上部通过低压气源。作为回报，机油克服活塞的压力和自重，并向上推动活塞。在撞击过程中，空气压力和活塞的重量克服机油压力，将活塞向下推。可以看出，油压的变化影响着打击和回击的速度，以及打击频率和能量。安全阀9用于在碰撞过程中保护系统免受液压冲击。该系统由液压泵活塞式蓄能器驱动，作为辅助能源平衡液压泵的负载。它还可以缓冲系统的压力冲击，消除压力脉动。活塞式蓄能器适用于高压大流量系统。本实用新型结构简单，使用寿命长。其缺点是活塞惯性大，密封性能差，灵敏度差。
二、主操纵阀的技术原理
主控制阀5是电液系统的关键技术部件，是一种三通手动换向阀。通过控制手柄的位置，实现不同的工艺动作，手柄的位置有三个位置，即回位、打击位置和中间位置。滑阀和阀杆的以下特性决定了主控制阀的灵敏度。技术原理如下：假设初始点，左侧干燥，高压油通过小孔注入1、2腔，两个油腔中的油都不能卸载。如果阀杆向右拉，第一腔油关闭，高压仍保持不变。与2腔阀芯、喷嘴孔连接，实现卸荷、低压。在压差阀芯两端影响下，阀芯快速向右移动，直至油切断，阀芯位置与阀杆初始状态相同。如果阀杆向左拉，则切断两腔卸油通道，阀芯小孔通过腔1与T腔连接，形成卸油通道。阀芯两端产生压差，移动阀芯向左移动，直至1腔卸荷路径切断，两部分相互位置恢复到初始状态。当P口与A口连接时，P口高压油可进入A口，A口为主操纵阀的回油位置。
当端口P与端口A断开，端口A与端口T断开时，这是中位主操纵阀。
三、快速放液阀的技术原理
电液系统快速放液阀的另一个关键技术部件主要由浮动阀芯、阀体和弹簧组成。该阀为止回阀、节流阀和差动活塞的组合阀。其技术原理是：快速泄放阀中的浮环和浮套可分别左右移动。锤头回程时时，主控阀处于回油位置，主控阀A口高压油作用于浮动套右端面倒角，为浮套提供初始动力。当浮套离开阀塞时，高压油作用在浮套的整个右端面上，使浮套迅速向左移动，与密封圈配合。油通过浮环孔流入主缸下腔，实现锤头的回油。此时，浮动套筒和浮环都处于左侧位置。锤头敲击时，主控阀处于敲击位置，A口与T口连通，A口液压油低。
四、电液锤应用
1.应用实例和问题。对1 t模锻锤分析并得出,快速放液阀和锤头下腔压力在0.003 s时间内从9 MPa迅速降为0,整个打击行程需要0.38 s,回程需要0.55 s,一个工作循环需要0.93 s,推出打击频次为:n=60/0.93=64次/min,锤头打击速度为5.8 m/s,打击能量为23 kJ,表明该吨位电液锤基本满足工艺要求基本满足工艺要求。
2.问题解决方案。解决方案：首先建立系统的数学模型，选择合理的算法，编写仿真程序，在计算机上模拟系统的性能曲线，并与实验性能曲线进行比较，验证数学模型的正确性；然后，通过改变对仿真模型的相关参数进行分析比较，得到一组优化数据，确定优化后的系统参数。组合建模方法是液压系统建模的良好工具。该方法着眼于液压系统和执行器的动态特性，研究系统中各部件的性能，而不仅仅是单个部件本身的动态性能。通过辨识得到了液压系统中难以确定的流量系数、摩擦阻力和阻尼系数等性能参数。这种方法也称为“灰箱”建模方法。（1）液压系统“刚性”的主要原因是液压系统与液压系统之间存在很大的差异，对于相同的流量变化，液压变化也大不相同，导致时间常数相差很大；（3）液压系统中各部件的灵敏度相差较大，锤头部件的质量和惯性较大，各阀芯的质量和惯性较小。这些元素共存于一个系统中，这必然使数学模型变得僵化。Simulink是目前流行且有效的仿真软件包。它具有丰富的输入输出模块、线性和非线性模块，并提供了多种仿真算法（如Runge-Kutta方法、Adams方法、gear方法和Euler方法）。自动变步长、自动变阶的Gear算法是一种比较适合液压系统仿真的算法，现有的计算机性能也能满足算法的运行要求。
采用电液锤电液动力头代替原有的蒸汽、空气动力装置，能源利用率可提高20%左右。具有投资少、节能、打击能量大、效率高、设备简单、操作方便工作环境改善等特点。电液锤还可以完成对原有蒸汽锤和空气锤的各种机械作用和锻造过程。这项技术具有广阔的市场潜力。
参考文献:
[1]李诗.我国液压模锻锤的研究、开发和展望[J].机械工程学报,2018(11).
[2]史玉.5T电液锤液压控制系统的研究[J].机械科学与技术,2017(5).
[3]孟建.电液锤液压驱动系统的动态特性分析[D].北京:北京理工大学,2018.