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1、蓄能器在蓄能器在 16MN16MN 液压机快锻回程上的应用液压机快锻回程上的应用摘 要 传统的快锻液压机在快锻过程中， 只有 13%不到的能量转换成使金属发生塑性变形所需的功，而更多的能量则在液压系统各个阀的节流上被消耗掉。为了解决快锻液压机的这种功率严重浪费的问题， 人们研究并设计出一种在液压机快锻回程上采用蓄能器的新型方案。 该方案的实施， 既满足液压机快锻的要求，又达到了快锻节能的效果。关键词 蓄能器；16MN 快锻液压机；回程；电液比例插装阀伴随现代工业化的飞速发展， 人们对自由锻件的锻造速度及锻造精度要求也越来越高。然而传统的液压机在快锻过程中，有74.4%的能量均在液压系统各个阀的
2、节流上被消耗掉。由此，人们研究出一种采用蓄能器节能的新型快锻回路，从而在满足系统动静态特性的同时，还能最大程度地减少系统的能量损耗。1 蓄能器及 16MN 快锻液压机的简单介绍1）蓄能器的基本概念。蓄能器是一种应用在液压气动系统中储蓄能量的装置， 其能够在合适的情况下将系统中的能量转化为位能或者压缩能，并在系统需要时再将压缩能重新供给系统。依据加载方式的不同，可以蓄能器分成气体式蓄能器、弹簧式蓄能器以及重锤式蓄能器三种；2）蓄能器的功能作用。蓄能器主要用来补充吸收液压冲击、消除脉动、回收能量及储存能量等。通常情况下， 蓄能器一方面可以作为补充液压泵流量不足的工具， 即液压系统低速运动时，液压泵
3、会将载荷所需的多余流量储蓄在蓄能器中，并当载荷所需流量增加时，再将蓄能器中储蓄的液体释放出来，从而达到补充液压泵流量不足的作用；3）16MN 快锻液压机的简单介绍。快锻液压机组包括锻造液压机、操作机以及移动站库等几部分，由上横梁、工作台、主缸、滑块、导柱等构件连接组成，通常采用计算机进行控制， 主要实现包括对锻件的快速下压和活塞杆的回程等功能。2 在 16MN 液压机快锻回路中应用蓄能器1）在液压机快锻回路中应用蓄能器的工作原理。快锻回路是完成行程在30mm 内、保证锻件变形量不超过 5mm 的快下、压下和返程的工艺过程。在液压机快锻回路中应用蓄能器的简化原理如图 1 所示，其工作原理是，首先
4、，在快下的过程中，始终使得SV2（电液比例插装阀）以及SV4（电液比例插装阀）保持关闭，从而令回程缸成为一个密封并且保压的容腔；其次，在压下的过程中，将 SV1（电液比例插装阀）启动，让高压油进入主缸之中，使活动横梁持续不断下降，从而保证回程缸油液能够流入蓄能器中并进行能量的储存，在此过程中，支撑阀 PV 的作用是对整个系统进行安全保护；最后，在返程的过程中，将SV1（电液比例插装阀）闭合，同时启动 SV3（电液比例插装阀） ，对主缸进行卸压操作， 并释放出蓄能器中存储的能量，以便保证主缸中的高压油能够向回程缸中流通，然后迅速将活动横梁上移，使之停在给定的工作原点，进入下一循环2。2）在液压机
5、快锻回路中应用蓄能器的主要优势。比之传统的液压机溢流差动快锻回路， 在液压机快锻回路中应用蓄能器，可以保证在液压机的快锻压下过程中， 不会发生溢流产热的现象，并使得蓄能器提供的回程缸背压的变化在预定的范围之内；同时，在快锻的回程过程中，动力来源是蓄能器存储的能量，而蓄能器快锻回路泵则不需参加工作， 并且应用在此快锻回路过程中的液压阀数量也比较少，从而在很大程度上降低了节流的损失。3 在液压快锻路中应用蓄能器的系统计算为了防止氮气进入管道、 减小蓄能器的容积和振动的产生，一般在液压快锻回路中采用活塞式蓄能器。1）确定蓄能器的压力。一般利用回程缸的提升力来计算蓄能器的压力。假设在 a 状态时，液压
6、系统的压力是 Pa、体积为 Va，在液压机快锻过程中，蓄能器的工作频率为 1.3Hz，当蓄能器的充气和放气时间在 1min 以内时，可以将系统当做是绝热状态，这时气体的常数 k 为 1.4。此时的蓄能器相当于气体弹簧阻尼模型【4】 ，其受力状态方程为：式中：psn 代表蓄能器入口的压力；ma 代表折算到蓄能器蓄能腔的液体的当量质量；Ba 代表油液黏性阻尼系数；Ca 代表气体阻尼系数；ka 代表气体刚度系数；A 代表蓄能器的横截面面积；2）主缸进液与卸压时电液比例插装阀的流量计算。电液比例插装阀 SV1、SV3 在主缸进液和卸压过程的流量计算方程分别用 qv1 和 qvt 表示，其流量计算方程如
7、下：式中：Cd 代表电液比例插装阀流量系数；A代表电液比例插装阀节流口面积； PS 代表油源压力； P1 代表主缸工作压力； P0 代表回油压力； 代表油液密度；3）快锻系统的流量计算。在主缸及回程缸作用下液压机的活动横梁动力学方程为：式中：P2代表回程缸的压力；FL任意外负载力；Ff摩擦力；A1主工作缸面积；A2回程缸面积；m液压机移动部分质量；y活动横梁位移。主缸的流量为 qv1，可以表示为：式中：V1 表示主缸侧当量体积；K 表示油液体积弹性模量。回程缸的流量为 qv2，可以表示为：式中：V2 表示回程缸侧当量体积。由上述（1）（6）公式可知，若将管道特性的影响忽略不计，则可以得出如下结
8、论：蓄能器入口压力 psn 的变化等于回程缸的压力 P1 的变化；蓄能器内流量 A1y 的变化与回程缸流量 qv2 的变化相同5。结束语： 作为一种在液压气动系统中储蓄能量的装置，蓄能器在合适情景下将系统能量转化为位能或者压缩能，并在系统需要时再将压缩能重新供给系统，因此对液压系统具有极其重要的作用。 而在液压快锻回路中采用蓄能器是一种全新的节能快锻方式，由于在该新型快锻回路中动力来源是蓄能器存储的能量，并且使用的液压阀数量较少，从而避免了大量的节流损失，因此该采用蓄能器的液压快锻回程方式具有广泛的应用前景。参考文献1张林禄，李漪淼.活塞式蓄能器在泵控系统快锻油压机中的作用和容积计算J.锻压装备与制造技术，2010，45（1） ：164-166.