数控油压机液压系统设计
工业节能是我国“十三五”规划的重要内容，基于液压传动的油压机广泛用于金属的冷挤压成型，是智能数控装备的重要组成部分，传统的油压机节流损失和溢流损失严重，本文设计的300吨数控油压机液压系统采用伺服泵控技术，可以有效地解决这一难题，具有优越的节能潜力。
数控油压机液压系统功能需求该油压机主要用于金属或非金属毛坯件的冷挤压成型等。因此，液压系统应具有以下功能。
(1)快进功能为了缩短单个零件的成型时间，必须尽可能缩短油压机的动作周期，油缸在空载运行的时候速度要快，采用充液阀和快速油缸结构可以实现。
(2)挤压功能挤压零件时要确保压力合适，速度适合。为了保证挤压质量、提高成型效率、节约能耗，液压系统采用伺服泵控和双泵供油技术。
(3)顶出功能零件挤压成型以后，需要顶出油缸把零件顶出，方便拿取。
(4)精确定位功能被挤压零件形状精度要求较高，采用传统的行程开关无法满足需要，采用光栅尺进行位移测量。
(5)液压油冷却功能液压元件对液压油的温度比较敏感，油温高导致系统油液的泄漏增大，直接影响油泵的容积效率和相关阀件性能，同时会降低密封件的使用寿命，因此需要设置油温冷却装置。
1、数控油压机液压系统设计
油压机液压系统包括动力元件、控制元件。执行元件、辅助元件和液压油五大部分，动力元件油泵把电机的机械能转化成液压能，控制元件控制液压能对执行元件油缸进行驱动，从而把金属或非金属毛坯件压制成特定形状的零件，该液压系统其主要由内啮合齿轮泵、伺服电机、伺服驱动器、液压阀组、液压缸、液压管路、油箱等组成。
采用注塑类伺服油压系统专用驱动器，可以有效地实现节能。油泵2采用内啮合齿轮泵，噪声低、流量脉动小。数控油压机液压系统原理图如图1所示，电磁铁得电情况如表1所示。
启动电机以后，单泵供油实现快下，主缸18内设快速活塞，快速活塞腔内的液压油通过油泵提供，而主缸18大腔内的液压油通过充液阀16提供。快进结束双泵供油实现工进，油泵2的液压油进入主缸18的大腔和快速活塞腔内，产生向下的油压力对金属或非金属毛坯进行挤压成型，而后进入保压阶段，通过充液换向阀13换向，实现允液阀16的外控油接通油箱21，从而有效防止主缸1大腔的压力油从充液阀16倒流。
为了避免油液冲击，主缸1回程前需要进行卸压，外控油把充液阀16打开，主缸1大腔的高压油接通油箱，实现卸荷。先导背压阀12用于控制主缸18下行的运动平稳性，同时有效防止主缸18因自重而下降压力传感器4、17采集液压系统压力信号反馈给PLC和伺服驱动器。
2、液压系统参数和元件选型
2.1油压机系统的关键技术参数
客户对该油压机主缸压缩所需的最大液压力为3000 kN，对底缸顶料所需最大液压力500 kN;主缸里面套有快速油缸，主缸行程为400mm，其中快速下行行程350mm，工进行程50mm，底缸行程为200mm;动作循环时间控制在17s以内，压缩成型后保压时间约2s;液压缸的相关参数见表2。
2.2液压系统相关参数
定义液压缸缸径为D，推杆直径为d，油缸中液压油作用的有效面积为A，动作行程为L，时间为t。
主缸提供工进压缩所需的最大成型力，主缸内置快速活塞，主缸缸径D1=400 mm，活塞杆径d1=380 mm，快速活塞缸径D2=130 mm，快速活塞杆径d2=110 mm，主缸的缸筒采用垂直固定的形式。则
A=πD12/4=0.1257m2
已知油压机的最大负载力为3000 kN，根据公式F=PS可知
p= F/A = 23.87MPa≈24MPa
主缸快进:快速活塞D=130 mm，d=110 m，L=0.35m，L=2.2s，则
A=πd2/4=0.0095m2
V=L/t=0.16m/s
Q=VA=0.00152m3/s=91.2L/min
主缸工进：d=400 mm，d=380 m，L=0.05m，t=2.5s，则
A=πD214=0.1257m2
V=L/t=0.02m/s
Q=VA=0.002514m3/s=150.8L/min
主缸回程：d=400 mm，d=380 m，L=0.4m，t=2.7s，则
A=π(D2-d2)/4=0.012 25m2
V=L/t=0.15m/s
Q= VA = 0.001 84m3/s= 110.3L/ min
底缸上行：D=140 mm，d=50 mm，L=0.20m，t=2s，底缸缸筒采用垂直固定的方式。则
A=πD2/4=0.0154m2
V=L/t=0.1m/s
Q=VA=0.00154 m3/s=92.4L/min。
底缸下行：D=140 mm，d=50 mm，L=0.20m，t=1.74s，则
A=π(D2-d2)/4=0.0134 m2
V=L/t=0.115m/s
Q=VA=0.00154 m3/s=92.4L/min
2.3相关元件选型
1)油泵规格
该液压系统所需最大压力24 MPa，主缸工进需要150.8L/min的液压油，底缸下行需要92.4L/min的液压油。选用美国Sunny的高压、低噪声内啮合齿轮泵HG1-50-01R-VPC：排量51mL/r，最大转速3000 r/min，额定压力31.5MPa。
2)电机规格
根据计算公式,电机功率(kW )=流量(L/min)x压力(MPa)/60(系数)，确定双泵运行电机功率=150.8L/minx24 MPa/60≈61 kW，单泵运行电机功率=61/2≈30.5kW。
选择意大利菲仕永磁同步伺服电机，型号为U1013F18.3，额定功率为31 kW，额定转矩为165 Nm，额定电压为AC 370 V，额定转速为1800 r/min。各液压元件的详细规格如表3所示。
本文设计的300吨数控油压机液压系统具有高效、节能的特点，可以广泛应用于金属和非金属的冷挤压成型工艺中。
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