压力机液压系统的设计与仿真

宋晓美，韩 亮

（1.山西大学，山西太原 030013；2.太原钢铁集团公司，山西太原 030000）

压力机液压系统的设计与仿真

宋晓美1，韩 亮2

（1.山西大学，山西太原 030013；2.太原钢铁集团公司，山西太原 030000）

针对压力机液压系统常见的振动及噪声问题，设计了应用于生产实际的压力机液压及控制系统，分析了液压系统原理，并利用FluidSIM软件对该系统的液压回路及电气控制回路进行仿真。

压力机；液压系统；设计；原理

0 引言

压力机是利用冲压、锻压、成型等技术工艺，通过对金属或非金属坯件施加强大的压力使其发生塑性变形和断裂来加工成型的机械设备[1]。其中液压压力机具有压力大、运行稳定、日常维护和保养简单等优点，已经广泛应用于航天、火车、汽车电机、电动机、车轮制造、减振器等及其他机械行业。压力机的液压系统主要以压力控制为主，流量大，压力高，且压力、流量变化大。

传统液压压力机普遍存在振动明显、噪声大等缺陷。一方面振动易造成原件的灵敏度下降、机件松动、油箱温度持续升高等。强烈而持久的振动还易造成液压压力机密封环境破坏、压力机原器件损坏甚至失灵，以致压力机不能正常工作。设备振动也会极大地降低产品的合格率。另一方面，伴随振动发出的噪声严重影响了机器操作人员的身心健康，容易引发事故。因此，在设计压力机液压系统时，必须充分考虑避免压力机的振动与噪声，采取合理的解决方案。

1 压力机的运动分析

液压压力机主要是由机架、液压系统、加压油缸（主缸）、移动工作台、冷却系统、上模及下模组成。加压油缸装在机架上端，并与上模联接，机架下端装有移动工作台及与移动工作台联接的移动油缸（顶出缸），下模安放在移动工作台的上面，冷却系统与上模、下模联接。

根据压力机的工作要求，主缸的工作循环为：快速下行→慢速下行→保压→快速返回→原位停止[1]。如顶出缸的作用为主缸压制工件完成后将工件顶出，其工作循环为：快速上行→停留→快速返回→原位停止[1]。如果是作薄板浮动压边时，顶出缸在其上位时既能保持一定的压力，又能随主缸滑块的下压而下降。

2 压力机的液压及控制系统

根据压力机主缸和顶出缸的工作循环过程，设计压力机的液压系统原理图如图1所示，电气控制图如图2所示。其中液压缸13代表主缸，液压缸15代表顶出缸。

图1 压力机液压系统原理图

液压系统的动作顺序表如表1所示。

主缸的工作过程如下。

（1）快速下行。1YA和5YA得电，换向阀4和5左位接入系统，主缸快速下行。进油路：泵1→阀3→阀4左位→阀10→缸13上腔。换向阀5左位接入系统使液控单向阀11反向导通，在滑块重力作用下主缸活塞快速下行，泵供油不及而使缸13上腔出现负压，使液控单向阀12反向导通，充油箱充油到缸13上腔[1]。回油路：缸13下腔→阀11→阀7上位→阀4左位→阀16中位→油箱。

（2）慢速下行。主缸快速下行至接触到工件时，上腔压力升高，阀12关闭，充油箱停止充油，主缸慢速下行，实现加压。此时进油路与快速下行时相同，回油路通过节流阀9和换向阀7下位。下行速度与液压泵流量有关，可由节流阀调节。

表1 电磁铁动作顺序表

（3）保压。主缸慢速下行至上腔压力上升到压力继电器18的调定压力时，1YA失电，换向阀4中位接入系统，主缸上下两腔封闭，实现保压，泵卸荷。保压时间由时间继电器按所压制工件的工艺要求进行调节。

图2 电气控制回路图

（4）卸压。保压时间到后，时间继电器发出信号使6YA得电，延时继电器开始计时，主缸上腔通过阀8和阀6上位卸压。卸压时间和速度分别由延时继电器和节流阀调节。

（5）快速返回。卸压时间到，延时继电器发出信号使2YA和5YA失电，换向阀4右位接入系统，主缸快速返回。回油一路通过阀12回到充油箱，另一路通过阀10和换向阀4、16回油箱。

主缸压制完成后，顶出缸顶出工件过程如下。

（1）上行。主缸回到原位停止，2YA失电，阀4中位接入，3YA得电，阀16右位接入系统，顶出缸向上顶出。进油路：泵1→阀3→阀4中位→阀16右位→缸15下腔。回油路：缸15上腔→阀16右位→油箱。

（2）停留。3YA失电，阀16中位接入系统，顶出缸下腔封闭，因此顶出缸滑块可在停留在某位置。

（3）下行返回。当工件被取走，4YA得电，阀16左位接入系统，顶出缸下行返回。进油路为：泵1→阀3→阀4中位→阀16左位→缸15上腔。回油路：缸15下腔→阀16右位→油箱。

当压力机作薄板浮动压边时，进油路为：缸13下腔→阀11→阀9→阀7下位→阀4左位→阀16中位→缸15上腔。回油路为：缸15下腔→阀17→油箱。

该液压系统有以下特点。

（1）在液压泵出口处使用了顺序阀，即使在液压缸上腔出现负压时液压泵出口处始终能保持一定的压力，从而保证主缸快速下行时液控单向阀7的反向导通，避免由于压力不稳定导致液控单向阀的开、关转换，引起振动和噪声。

（2）采用比例溢流阀的调压回路来调整系统的压力，结构简单，既能实现调压的方便性，又能保证压力的稳定性及压力调节的精确度，从而保证压力机的压制精度，提高生产效率。

（3）由于主缸滑块自重较大，采用了液控单向阀的回路来实现保压，简单方便。

（4）设置了由换向阀和节流阀组成的卸压回路，在主缸保压后上行前对主缸上腔压力进行卸压，避免由于上腔压力大油路突然换接时产生液压冲击，引起振动和噪声。

（5）采用了出口节流调速回路，通过节流阀调节主缸的压制速度，可满足加工不同工件的多种压制速度的要求，使设备的应用范围更广[1]。

3 基于FluidSIM软件的系统仿真

利用FluidSIM软件对压力机的不同工况进行仿真[2]：按下S2按钮，模拟压力机开始工作，液压系统开始运行，完成主缸快速下行→慢速下行→保压→卸压→快速返回的工作循环。按下S3按钮，顶出缸完成上行→下行返回→停留的工作循环。以主缸快速下行工况为例，液压系统工作图如图3所示。

图3 主缸快速下行工况下液压系统工作图

4 结论

关于压力机的液压系统设计研究具有重要的实用价值。本压力机的设计很好地改善了传统压力机共有的噪声及振动问题，极大地降低了故障发生率，改善了人工操作环境，并能够满足加工不同工件的多种压制速度的要求，应用范围更广。采用FluidSIM软件对液压系统进行了仿真测试，取得满意效果。进一步研究液压传动系统，在原系统的基础上进一步选用合理的液压原件是降低噪声及振动的有效途径。

［1］赵国华，陈建国.HY32-400压力机液压系统问题分析与改进［J］.机床与液压，2008（1）：48-51.

［2］王志华，熊刚，徐浩铭.基于Fluid SIM的压力机液压传动系统设计与仿真［J］.杨凌职业技术学院学报，2014（3）：22-26.

Design and Simulation of Hydraulic System of Press Machine

SONG Xiao-mei1，HAN Liang2
（1.Shanxi University，Taiyuan030013，China；2.Taiyuan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Taiyuan030000，China）

For the problems of the vibration and noise common to hydraulic system of press，the hydraulic and control system applied in the actual production is designed.The principle of the hydraulic system is analyzed and the hydraulic circuit and electric control circuit of the system is simulated by FluidSIM software.

press machine；hydraulic system；design；principle

TH137

：A

：1009－9492(2014)12－0071－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.018

宋晓美，女，1988年生，山西介休人，硕士研究生，助教。研究领域：机电系统控制。已发表论文1篇。

(编辑：阮 毅)

2014－11－17