摘要：叙述了锻造液压机液压系统的基本构造, 分析了锻造液压机的发展现状, 探讨了仿真技术在锻压设备设计中的应用及液压仿真技术的发展趋势。
关键词：液压仿真技术,锻压设备,应用,发展趋势
从20世纪70年代之后, 中国液压流体力学、信息化技术、现代控制理论、故障诊断技术都得到了高速发展。与此同时液压仿真技术在这个背景下也得到了一定的进步, 而从目前已建立液压系统来分析数学模型。近些年来中国也加快了对于复杂液压系统的研究工作, 而这就促使从以前对象较为单一的形式化模型和数字化信息空间定量研究而逐渐发展到了对对象建立定性和定量之间结合进行研究。液压仿真技术一般是由三个部分构成的:仿真结果的分析、数据分析、模型解算。目前在中国, 液压仿真技术的发展总体而言比较晚, 目前虽然有了一定的进步, 例如中国国内的液压软件仿真系统研制成功, 然而同国外相比较, 中国液压仿真技术还存在一定的差距。
1 锻造液压机液压系统的基本构造
锻造液压系统同其它设备液压系统相同, 有着液压系统的基本共性, 主要表现在锻造液压系统具有和普通液压系统相同的构成原件, 其中包括控制元件、执行元件、动力元件及一些其它辅助元件等4个模块。锻造液压机液压系统油箱最为重要的保证是对设备要求的工作油做好事前储备。锻造液压机液压系统过滤器最为重要的功能是对工作油做好过程过滤工作, 这样就可最大程度确保工作油的清洁。液压系统中液压泵最为重要的功能是在液压系统进行正常工作时保证流量及压力值, 其主要功能是液压系统正常工作时产生一定定值的压力及流量, 确保工作油具有一定的稳定性。液压系统对一些较为重要的控制元件执行与之相关的指令, 如流量阀、方向阀及压力阀等。
2 锻造液压机的发展现状分析
锻造液压机克服了原有锻造设备出现的高能耗、高泄漏、高排放、高污染及振动大、噪声大等缺点, 及时响应国家对于节能减排、环保及能耗少等要求, 也可满足特殊材料锻造温度范围比较窄的技术要求, 确保锻件质量, 进而逐渐提升锻造精度, 是在锻造水压机的基础上慢慢发展起来的。国外在20世纪中期开始进行广泛研究, 同时在20世纪60年代在具体工业中广泛应用。锻造液压机的发展, 最为具有代表性的是德国, 其代表着国际最高水平及锻造液压机组发展趋势, 主机结构形式主要可分为双柱下拉式及双柱上推式, 驱动系统由一般通过水泵蓄势站传动改进成为液压泵进行直接传动, 传动介质从水变为液压油。在液压控制形式上一般有阀控及泵控两种控制形式, 而在阀控形式中, 液压泵作为一种定量泵, 一般使用开关法控制系统压力及流量, 具有成本低、可靠性好的优势, 但系统调整难度大, 元件参数变化对于系统稳定性影响较大, 在实现电测电控上有一定的难度, 参数调整主要取决于维护人员的现场调试经验, 虽然其响应比较快, 但容易出现振动及液压冲击, 快锻次数的逐渐提升受到了结构性的制约[1]。
中国国内目前引进的锻造液压机主要以阀控形式为主, 目前中国国内开始开发的锻造液压机主要以阀控系统为主。中国从1965年开始进行锻造液压机的研制工作, 从1975年国内一部分科研院所同企业合作制作第一台2 000 t锻造液压机, 但因为对锻造液压及其运行机理的研究水平还没有充分成熟, 且受当前基础元器件的制约, 所以其应用并不广泛。从1979年到1990年, 随着中国改革开放和经济的高速进步, 而由此开始了引进国外先进设备的浪潮。目前。中国绝大多数锻造液压设备液压机就是在这个时期开始购置, 中国大型锻造厂基本都装备了锻造液压机, 大部分都为德国产品。其中以中、小型锻造液压机为主要构成, 在这时期, 也有一部分重机企业开始进行了小型锻造液压机的研制工作, 但都没有成功, 后来通过近5 a时间研制的锻造机使用了下拉式结构形式, 但因为受制造、配备、技术等诸多制约因素影响, 造成故障停机率较高, 满足不了正常生产的要求。中国在20 a多开发研制液压机产品过程中, 液压机主机结构形式发展了整体铸造机架及预紧力焊接机架, 主缸密封技术也可满足国外同类产品的技术要求。液压系统主要是以大通径精密插装阀及快速滑阀构成, 通过和电气控制系统进行结合, 就可以实现对于系统流量的电控调调节, 具有同传统阀控、泵控形式结合等方面的优势, 最大程度避免以前的缺陷, 进而可以有较为理想的控制效果。
3 仿真技术在锻压设备设计中的应用分析
近些年对于锻压设备设计而进行液压仿真的研究逐渐增多, 目前应用比较多的是美国ATLAB/Simulink及MATRIXx软件。旋压作为先进制造技术最为重要组成部分, 在工程机械、航空航天、汽车及造船等行业中有着十分广泛的应用。其可生产较为接近最终形状的金属零件。随着近年来所展开的三维非轴对称零件旋压技术的相关研究显示, 旋压目前已突破了其以前的理论范畴和加工范围。而在分析三维非轴对称薄壁管件旋压成形机床工作的基础上, 可使用MATLAB软件中的SIMULINK模块来对这个机床液压系统进行仿真和建模。仿真结果显示, 通过比例流量阀、位移传感器共同组成了闭环控制系统满足三维非轴对称零件的旋压成形工艺的相关要求, 应使用SIMULINK软件对成形机床的液压系统进行仿真, 因为快速液压机系统有快速性及复杂性特征, 而液压机动态性能参数多、现场调试花费的时间也较多。所以, 要求对液压机的仿真及建模进行研究, 为设备调试及技术提供理论指导。
而在分析快速锻造液压机工作过程的基础上, 可使用MATLAB语言中Simulink工具箱的建模功能, 应建立快速锻造液压机液压系统中动力学及控制系统的复合仿真模型, 然后对其工作过程做好动态仿真, 为深入分析快速锻造液压机的性能及参数优化提供可靠工具。
自动校直技术可通过数控精密校直液压机来完成对于管、棒及轴等零件的校直, 是机械加工过程中确保产品质量最为重要的工序。高精度液压伺服控制作为精较机最为重要的技术, 其可确保液压伺服控制系统的控制精度、快速性及稳定性, 也是实现校直工艺的重要条件。所以, 可对动态性进行深层分析, 同时使用Simulink软件对动态特性进行仿真, 为精校机产品的制造及设计提供理论基础。
轧机振动作为世界范围金属板生产领域中存在的问题, 对于板材质量会产生十分严重的影响, 而因为传递矩阵的理论, 可以建立平整机液压AGC (Automatic Gain Control, 自动增益控制) 系统动态数学模型, 对于其滤波性可进行数学仿真, 仿真结果显示, 液压AGC系统在数频率范围内对平整机辊系振动有一定滤波效果。仿真计算还显示, 蓄能器在低频区对于系统滤波的特性有着十分重要的作用, 然而在高频区作用不明显。依据液压AGC系统的组成, 应建立轧机液压AGC系统动态模型, 可基于参数辨识算法对液压AGC部分参数进行离线辨识, 使用MATRIXx仿真软件对模型做好仿真, 在仿真进程中可体现出MATRIXx软件在速度上的优势, 其可靠的液压AGC模型对系统优化设计及过程动态模拟提供相关依据, 同时对于整个虚拟轧机进行仿真打下了基础[2]。
4 液压仿真技术发展趋势分析
4.1 创新建模方法
一般在整个液压仿真技术中, 建模是重要的基础, 一个正确的模型可较好地反应要求解决的问题及获得的数据。所以, 需对系统自动建模技术、在线调试功能建模技术、高精度的自适应模型大力发展, 进而可不断提升模型的准确度及可操作, 也可给液压系统分析提供技术支持。
4.2 展开人机交互的仿真研究
人机交互技术目前已成为信息化技术追求的目标, 其不仅是仿真技术, 其它仿真技术也可在此方面有着一定的研究。人机交互的目的在于可提供一定的操作技术, 并促使其更加便捷及智能化。
4.3 面向对象化仿真技术分析
面向对象化仿真技术是近年来发展的一种全新技术, 在应用过程中可突破传统仿真方法, 其可依据组成系统的主要对象及彼此的相互关系来构造仿真模型, 其设计、分析及实现系统的观念同人们认识客观世界的思维方式相同, 所以就会在一定程度上提升仿真研究的理解性及直观性。
结语
在目前的液压系统中, 仿真技术有较为广泛的应用。通过对仿真技术在液压系统的应用概述, 可看出在液压系统中使用仿真技术有着较大的应用价值, 同时通过对于仿真技术应用趋势进行探讨, 可便于掌控仿真技术的发展方向。
参考文献
[1]高永梅.15MN锻造液压机液压系统卸荷冲击仿真[D].兰州:兰州理工大学, 2009.
[2]李小庆.20MN锻造液压机动态性能仿真研究[D].武汉:华中科技大学, 2005.
