真空造型鑄造生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

真空造型鑄造生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

廢棄型砂鑄造技術(shù)隨著社會和科學(xué)技術(shù)的進步，鑄造技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展?，F(xiàn)有鑄造方法中,真空造型技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中占有越來越重要的地位。鍋爐鍋片的鑄造方法,從濕型鑄造法到干型鑄造,再至二氧化碳鑄造法,經(jīng)歷了多次變革。在一般鑄造過程中所使用型砂的50%會被作為工業(yè)廢棄物扔掉。隨著生產(chǎn)數(shù)量的不斷增加及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,廢棄型砂也隨之增多,對作業(yè)周邊環(huán)境造成了極大污染。同時,鑄造過程中產(chǎn)生的其他廢料,如鑄件毛刺清理、作業(yè)過程產(chǎn)生的噪聲、粉塵、有毒氣體等均對操作工人及周邊居民的生活環(huán)境造成了極大危害。此外,現(xiàn)代社會對工業(yè)節(jié)能及生態(tài)環(huán)境保護等都對鑄造技術(shù)提出了新的更高的要求。真空造型是一種真空密封造型或負壓造型的鑄造工藝,也稱為V法鑄造。其基本原理是采用塑料薄膜覆模造型并密封砂箱,依靠真空泵抽出型內(nèi)空氣,造成型內(nèi)箱外產(chǎn)生壓力差,使干砂緊實,最終形成所需型腔。其最大優(yōu)點是型砂不使用粘結(jié)劑,干砂回用率高達95%以上。相對其他鑄造方法,此方法不僅節(jié)能環(huán)保、落砂簡便、改善了勞動條件,而且鑄件表面品質(zhì)和尺寸精度大大提高。真空鑄造同消失模鑄造一樣,作為第三代造型方法即物理硬化方法,在世界上尤其是中國得到了長足發(fā)展1機電一體化生產(chǎn)線真空造型鑄造生產(chǎn)線是集機械、電氣、液壓、氣動、檢測傳感及控制等技術(shù)于一體的機電一體化綜合性生產(chǎn)線?！皺C電一體化”的基本思想是機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的一種新形式,是電子技術(shù)向機械技術(shù)領(lǐng)域滲透過程中逐漸形成的一個新概念1.1帶接收型芯砂箱設(shè)計按照生產(chǎn)線工作流程,生產(chǎn)線由真空造型、輸送、澆注、一次冷卻、轉(zhuǎn)運、分箱落砂、二次冷卻、鑄件取件等工序組成,如圖1所示。真空造型工段通過輸送帶接收型芯。造型工位包括覆膜工位、加箱工位、加砂工位及起箱工位等四工位。通過真空覆膜將塑料薄膜覆于鑄件模具上;在加箱工位,依次將型芯和砂箱置于模具上面;在加砂工位對砂箱加砂并振實;在起箱工位將砂箱起出并置于輸送工段在如圖1所示的鑄造生產(chǎn)線中,輸送工段的若干輸送箱板用于放置及輸送砂箱、澆注及一次冷卻;在落砂工段,對澆注后的砂箱進行分箱并分離出鑄件;經(jīng)過二次冷卻后,型砂被回收,鑄件被取出,并進入后續(xù)鑄件清理等工序。1.2砂箱輸送工段與澆注生產(chǎn)線工作時,造型工位的執(zhí)行機構(gòu)由壓縮空氣提供動力,驅(qū)動氣缸等執(zhí)行機構(gòu)動作。生產(chǎn)線其他工序的執(zhí)行機構(gòu)均采用液壓動力驅(qū)動。其中,輸送工段由液壓拉缸推動箱板沿輸送路線運行一個箱板的行程;在澆注工位由液壓舉升缸頂起箱板并對砂箱進行澆注,通過轉(zhuǎn)運小車將箱板運輸?shù)揭淮卫鋮s工段;通過轉(zhuǎn)運小車將砂箱輸送至落砂分箱工段,通過液壓動力驅(qū)動液壓缸與液壓馬達對砂箱進行落砂與分箱操作,分離得到鑄件并輸送至二次冷卻工段;在二次冷卻工段回收型砂,采用液壓控制閥驅(qū)動液壓推缸對鑄件進行輸送并進入后續(xù)清理等工序。2液壓系統(tǒng)設(shè)計在整條真空造型生產(chǎn)線中,除四工位造型機外,其他設(shè)備與機構(gòu)均由液壓動力驅(qū)動,因此,液壓控制系統(tǒng)是整條生產(chǎn)線的關(guān)鍵組成部分。根據(jù)生產(chǎn)線技術(shù)要求及液壓控制元件特點,設(shè)計液壓系統(tǒng)如圖2所示。生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)包括液壓泵站、液壓控制閥及液壓執(zhí)行機構(gòu)等。因篇幅所限,液壓執(zhí)行機構(gòu)僅以分箱落砂提升缸為例加以討論,其他執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)與之類似。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)動作要求及生產(chǎn)線整體工序流程,選取相應(yīng)的液壓元件控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量及方向等參數(shù)。由于液壓執(zhí)行元件為高精密器件,對工作介質(zhì)清潔度要求較高,所以,在液壓系統(tǒng)的吸油、出油及回油等環(huán)節(jié)均裝有過濾器,以使油液清潔度滿足系統(tǒng)設(shè)計及使用要求。2.1負載驅(qū)動的壓力由于液壓元件及執(zhí)行機構(gòu)需要在特定壓力范圍內(nèi)工作才能完成負載驅(qū)動,因此,壓力是液壓系統(tǒng)控制的重要參數(shù)之一。壓力控制一般有兩種方式:泵控和閥控2.2變量柱塞泵系統(tǒng)在系統(tǒng)流量控制過程中,本文綜合采用泵控和閥控兩種方式。泵站采用變量柱塞泵3-1、3-2對管路供油,該泵流量可調(diào)。根據(jù)系統(tǒng)流量要求,將主泵調(diào)節(jié)到特定流量。在液壓回路中,采用單向節(jié)流閥12-1、12-2調(diào)節(jié)管路流量并通過流量計17進行流量顯示和監(jiān)控。2.3液壓回路油液穩(wěn)定性控制系統(tǒng)工作時,首先開啟主泵,通過比例溢流閥將主泵壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定值。然后調(diào)節(jié)主泵流量至設(shè)定值。油液經(jīng)插裝閥進入主油路,通過電磁換向閥控制分箱落砂提升缸升降。液壓元件及執(zhí)行機構(gòu)需在特定油溫下才能正常工作,因此,本系統(tǒng)設(shè)置加熱器和冷卻器控制油溫,并采用油溫傳感器對油溫進行監(jiān)測。在液壓油路中分別采用溫度傳感器10-1、10-2、10-3檢測油溫,當(dāng)油溫低于設(shè)定值時,加熱器21自動開啟,將油溫加熱到設(shè)定溫度范圍;當(dāng)油溫高于設(shè)定值時,冷卻泵23、冷卻器25及電磁水閥26自動開啟,對油液進行冷卻,直到設(shè)定油溫范圍。為實現(xiàn)生產(chǎn)線遠程監(jiān)控,采用壓力傳感器9-1、9-2、9-3采集液壓回路關(guān)鍵位置油壓并反饋至中央控制室。在特定情況下,為實現(xiàn)管路油壓可靠卸荷,通過操作手動截止閥1-3可使液壓回路油液卸荷并回油箱。為提高液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性,采用插裝閥14-1、14-2、14-3及蓄能器15對液壓回路進行控制。當(dāng)插裝閥14-1的進油口壓力高于出油口壓力時,插裝閥開啟,油液由進油口通過出油口進入管路系統(tǒng);當(dāng)進油口壓力低于出油口壓力時,插裝閥14-1關(guān)閉,泵油無法進入管路系統(tǒng)。因此,通過插裝閥14-1控制管路油液壓力及流量,保持系統(tǒng)管路穩(wěn)定性。另外,系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器以提高管路系統(tǒng)穩(wěn)定性。當(dāng)管路油壓低于蓄能器15的壓力時,插裝閥14-2開啟,蓄能器油液補充至主油路中并穩(wěn)定了主油路壓力;當(dāng)管路油壓高于蓄能器的壓力時,管路油液通過插裝閥14-3進入蓄能器,因此,蓄能器保證了管路油液的穩(wěn)定性。系統(tǒng)工作時,將主泵壓力和流量調(diào)節(jié)到設(shè)定值,通過插裝閥和蓄能器控制管路油液穩(wěn)定。由電磁換向閥控制分箱落砂提升缸的升降動作,通過單向節(jié)流閥控制管路流量。為提高提升缸動作穩(wěn)定性,在液壓回路中接入液控單向閥13-1、13-2,使回油管路產(chǎn)生一定背壓,從而保證了升降缸動作的穩(wěn)定。另外,采用加熱器和冷卻器對油溫進行調(diào)控。3基于鍵和圖的液壓/機械系統(tǒng)建模及仿真根據(jù)圖2所示液壓系統(tǒng)原理圖,以插裝閥14-1為例,采用AMESim仿真軟件對其進行性能仿真。AMESim表示工程系統(tǒng)仿真高級建模環(huán)境(AdvancedModelingEnvironmentforPerformingSimulationsofEngineeringSystems),它是法國某公司于1995年推出的基于鍵和圖的液壓/機械系統(tǒng)建模、仿真及動態(tài)性能分析的軟件,特別適用于車輛、航空航天和工程機械領(lǐng)域3.1液壓系統(tǒng)仿真模型插裝閥14-1的機械本體結(jié)構(gòu)如圖3a所示,根據(jù)其機械結(jié)構(gòu),抽象得仿真模型如圖3b所示,主要由錐閥1,錐閥的慣量2及帶彈簧的活塞3組成根據(jù)V法鑄造生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)原理,建立AMESim草圖針對液壓系統(tǒng)仿真模型中的每個元件,選擇其對應(yīng)的首選模型,得系統(tǒng)子模型同圖4。3.2設(shè)置參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)實驗參數(shù)如表1所示,并進行編譯。3.3結(jié)果圖1在以上工作的基礎(chǔ)上,對系統(tǒng)模型進行仿真運行,設(shè)定仿真條件參數(shù)如表2所示。在上述仿真條件下,進行系統(tǒng)仿真,結(jié)果如圖5所示。其中,圖5a為系統(tǒng)反饋油口油壓變化曲線圖,為隨時間延長油壓逐漸增大的拋物線,最大值達3349.7MPa;圖5b為進油口、出油口油壓變化圖,由圖5b可見,二者分別為20MPa、0MPa,在此系統(tǒng)油壓狀態(tài)下,反饋油壓>進油口油壓,因此出油口油壓為0MPa,符合插裝閥14-1(見圖2)油壓性能變化。4液壓系統(tǒng)的設(shè)計為有效提高真空造型鑄造生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)性能,滿足現(xiàn)代化鑄造生產(chǎn)的要求,本文根據(jù)真空造型鑄造生產(chǎn)線的工作過程,設(shè)計了生產(chǎn)線架構(gòu),對其液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計。采用比例溢流閥調(diào)節(jié)油壓,采用插裝閥和蓄能器控制