液壓模鍛錘打擊能量仿真分析

液壓模鍛錘打擊能量仿真分析

1液壓模鍛錘的優(yōu)缺點(diǎn)液壓設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、振動(dòng)小、噪聲低、易于自動(dòng)控制。這是蒸餾水模壓換工的理想設(shè)備。打擊能量對(duì)于液壓模鍛錘來說是最關(guān)鍵的重要參數(shù)之一,不僅是機(jī)械設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的主要性能參數(shù),而且是數(shù)據(jù)控制的關(guān)鍵所在。所以建立正確的液壓模鍛錘打擊能量的數(shù)學(xué)模型,對(duì)于該設(shè)備進(jìn)行打擊能量及打擊次數(shù)的程序控制具有重要意義。2缸頂桿頂起錘頭的打擊液壓模鍛錘工作原理如圖1所示。當(dāng)錘頭處于下限位置時(shí),由氣源向工作缸充入0.6MPa的氣體,并通過閘閥使氣體密封在工作缸內(nèi)?？蛰d啟動(dòng)主電機(jī),使電磁換向閥得電,主油泵加載,將油箱中的油壓入主油路進(jìn)入主機(jī)回程缸內(nèi),使回程缸頂桿頂起錘頭。錘頭的質(zhì)量和工作缸內(nèi)氣體壓力完全由回程缸內(nèi)油壓所支承并使錘頭升至上限位置。此時(shí),工作缸內(nèi)氣體被壓縮,在接近開關(guān)的作用下電磁換向閥失電使油泵卸荷,至此,完成了打擊前的準(zhǔn)備工作,錘頭處于準(zhǔn)備打擊的狀態(tài)。當(dāng)電磁換向閥得到信號(hào)時(shí),控制油就會(huì)打開液控單向閥使回程缸和支承缸接通,回程缸內(nèi)的油壓降低。于是錘頭在工作缸內(nèi)壓縮空氣的壓力和自身重力的作用下向下打擊?；爻谈變?nèi)的壓力油通過液控單向閥進(jìn)入支承缸內(nèi),同時(shí)支承缸柱塞通過拉桿—杠桿系統(tǒng)使錘身向上迎擊,實(shí)現(xiàn)對(duì)擊。電磁換向閥失電使液控單向閥關(guān)閉,支承缸內(nèi)的油又由主油泵壓入回程缸內(nèi),同時(shí)錘身也降到下限位置,錘頭升至上限位置再度壓縮工作缸內(nèi)氣體。此時(shí),一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束,同時(shí)下一次循環(huán)也準(zhǔn)備就緒。3緩沖器的工作原理液壓模鍛錘上錘頭和兩個(gè)回程桿在上腔氣體的膨脹以及自身的重力勢(shì)能作用下向下加速運(yùn)動(dòng),與此同時(shí),下錘頭在聯(lián)通油壓和緩沖器(彈簧)的共同作用下上跳,與上錘頭實(shí)現(xiàn)對(duì)擊。在這一過程中克服摩擦阻力及下錘頭的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為上、下錘頭的動(dòng)能。上錘頭在上腔氣體的膨脹以及自身的重力勢(shì)能作用下向下加速運(yùn)動(dòng),可以由下式表示:式中:pq——?dú)馐业膲毫?Pa;V——?dú)馐业娜莘e,m3;x——打擊行程,m;Ms——上錘頭系統(tǒng)的質(zhì)量,kg;g——重力加速度,m/s2。由于打擊過程時(shí)間很短,因此,工作缸內(nèi)的氣體變化可以看作是絕熱膨脹過程,由pVk=常數(shù)導(dǎo)出下列諸式:式中:p0——?dú)馐页跏級(jí)毫?Pa;V0——?dú)馐页跏既莘e,m3;V——與pq對(duì)應(yīng)的氣室的容積,m3;k——絕熱系數(shù)(對(duì)氮?dú)馊=1.4)。式中:V1——?dú)馐以谏襄N頭系統(tǒng)位于設(shè)定的上頂點(diǎn)時(shí)的容積,m3;Aq——柱塞的橫截面積,m2;Ss——上錘頭系統(tǒng)打擊時(shí)最高點(diǎn)。式中:V2——?dú)馐以谏襄N頭系統(tǒng)位于打擊時(shí)最低點(diǎn)時(shí)的容積(V2受裝模高度影響),m3;式中:H——裝模高度,m;H0——設(shè)備設(shè)定的最小裝模高度,m。由以上各式得出:在本系統(tǒng)中,可以將緩沖器的勢(shì)能與錘身的重力勢(shì)能作為一個(gè)系統(tǒng)的能量之間的相互轉(zhuǎn)化,所以△E可以由下式表達(dá):式中:Mx——下錘頭系統(tǒng)的質(zhì)量,kg;γ——下錘頭系統(tǒng)與上錘頭系統(tǒng)的質(zhì)量比;ck——緩沖器的剛度系數(shù),N/m;f2——上錘頭向下打擊時(shí)所受摩擦阻力,取摩擦系數(shù)為0.05;x2——設(shè)備靜止時(shí)緩沖器的壓縮量,m;x1——當(dāng)次工作錘身上跳至最高點(diǎn)時(shí)緩沖器的壓縮量,m。則有:由以上公式可以看出:決定打擊能量的因素主要是打擊行程的大小、初始充氣壓力的大小和裝模高度的大小。4初始?jí)毫Ψ秶抡嫖覀儗?duì)液壓模鍛錘打擊能量的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真,通過對(duì)輸入?yún)?shù)的改變,對(duì)CJ83-50型液壓模鍛錘在初始充氣壓力為0.6MPa,不同的裝模高度和打擊行程下進(jìn)行了仿真模擬,仿真所得打擊能量結(jié)果與實(shí)測(cè)打擊能量(實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采取檢測(cè)打擊前的錘頭和錘身運(yùn)動(dòng)速度)結(jié)果的比較見表1,所得結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果偏差很小,證明該仿真模型是正確的,仿真結(jié)果是可信的。5不同初始預(yù)防氣體膨脹功的影響通過仿真分析,得出了CJ83-50型液壓模鍛錘初始充氣壓力、裝模高度和打擊行程對(duì)打擊能量的影響關(guān)系曲線(圖2~4)。(1)在最大打擊行程和最小裝模高度的情況下,初始充氣壓力對(duì)輸出的打擊能量的影響關(guān)系:由圖2可以看出,初始充氣壓力對(duì)氣體膨脹功的大小具有決定作用,打擊能量隨初始充氣壓力的增加而增大,所以在一定范圍內(nèi),初始充氣壓力適當(dāng)增加有利于提高打擊能量。(2)在初始?xì)怏w壓力p0=5×105Pa,最高回程高度下,裝模高度對(duì)打擊能量的影響如圖3所示:裝模高度對(duì)氣體膨脹功的大小具有一定的影響作用,裝模高度減小,增加了氣體的壓縮行程,也就是增加了氣體膨脹功及重力勢(shì)能,使打擊能量增加。因此,在模具設(shè)計(jì)當(dāng)中,取較小的模具閉合高度有利于提高打擊能量。(3)在初始?xì)怏w壓力p0=5×105Pa,最小裝模高度下,回程高度對(duì)設(shè)備輸出的打擊能量的影響關(guān)系如圖4所示:回程高度對(duì)氣體膨脹功的大小具有決定作用,液壓模鍛錘打擊能量數(shù)據(jù)控制就是通過控制該設(shè)備回程高度來實(shí)現(xiàn)的,回程高度增大,就會(huì)增加打擊能量。6液壓模鍛錘打擊能量的仿真分析(1)由液壓模鍛錘打擊能量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較,證明本文建立的數(shù)學(xué)模型是正確可靠的,可以為液壓模鍛