第第頁共38頁全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)設計1緒論課題背景及目的模鍛錘是通過錘頭在下落過程中積累動能然后在極短的時間內將其作用在鍛件上，從而使鍛件發(fā)生塑性形變成為所需要的形狀，是一種能夠完成各種鍛壓工藝的定能量的機械設備，在制造業(yè)中使用非常廣泛且常見。液壓傳動是廣泛應用傳動形式，能夠實現能量在輸入與輸出之間進行傳遞、轉換以及控制，其工作介質為液體。與帶傳動、齒輪傳動等其它形式的傳動相比，它的優(yōu)點有效率高，能量大以及控制的自動化的實現相對簡單等。全液壓模鍛錘主要分為鍛錘結構和液壓系統(tǒng)兩部分，其中液壓系統(tǒng)又對模鍛錘能否實現工作以及工作時的性能起著至關重要的影響，也是影響模鍛錘整體性能的重要部分。作為液壓系統(tǒng)的五大部分之一，控制系統(tǒng)對液壓系統(tǒng)的調節(jié)起著非常重要的作用。現有液壓錘的控制方式分為多個插裝閥共同控制以及通過專門的滑閥或錐閥控制兩大類，兩者都能控制液壓缸上下腔的進油和排油來完成模鍛錘的打擊與回程。但是，數個插裝式錐閥聯(lián)合控制存在結構復、控制要求較高以及故障率較高等問題；專門的滑閥或錐閥控制結構同樣復雜，而且還存在允許通過的油量比較小、閥芯運動時慣性大以及換向時不夠靈敏等問題，除此之外，分離式安裝時會導致油液沿程損失大、油路復雜，水平安裝則容易產生不均勻的磨損[13]。全液壓模鍛采用液壓傳動的工作方式，需要能夠完成打擊、回程等工作循環(huán)，這使得模鍛錘的液壓系統(tǒng)總是在循環(huán)的工作周期處于動態(tài)過程中，特別是在對擊的瞬間通常都會對液壓系統(tǒng)產生非常大波動。因此需要對液壓系統(tǒng)進行分析以及合理的設計，從而提高模鍛錘工作時的性能。因此，我將以全液壓模鍛錘作為研究對象，對其采液壓系統(tǒng)進行設計，并在AMESim軟件上將設計的全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)進行仿真，隨后分析仿真的結果。使能夠該模鍛錘正常運行的同時工作部件不會失調，確保在動態(tài)過程中工作性能擁有足夠的穩(wěn)定性。國內外研究狀況工業(yè)在我國的經濟發(fā)展中發(fā)揮著非常重要的作用。在機械、礦山等行業(yè)中，模鍛件始終發(fā)揮著很重要的作用，而模鍛件的生產與模鍛錘密不可分；在模鍛錘的不斷發(fā)展的歷程中出現了氣動錘和液壓錘兩種類型。而液壓錘因為模鍛時力量大、噪音低、工作壽命長，所以其得到了更普遍的使用。隨著工業(yè)發(fā)展，對模鍛件精度等方面的要求也逐漸提高，這導致對模鍛錘的要求也不斷提高，液氣錘的不足之處也被一一發(fā)現了，如氣體密封效果不是很好，液體與氣體產生互串，回彈時會對液壓缸產生連續(xù)打擊，打擊時頻率比較低等缺點[1]。全液壓模鍛因為是依靠純液壓驅動，所以完全不存在液體與氣體發(fā)生互串等問題。從結構上來看，目前大多數的全液壓的模鍛錘主要分為兩種類型，分別是消振錘和對擊錘，其中消振錘錘身質量大而且需要相對靜止，所以初期建設費用會比較大，而對擊錘完成模鍛則依靠上下錘頭等速對擊來實現，但是由于下錘頭上跳量大而導致操作起來不方便。全依靠液壓傳動的錘身微動型模鍛錘，除了全液壓模鍛錘精度高、效率高等優(yōu)點外，還克服了蒸-空錘的能量損失過大、打擊時產生振動較大，以及對擊錘操作不方便等缺點[2]。除此之外，錘身微動的結構還能夠極大程度上地減少有砧座錘工作時產生的振動，同時減輕了重量，省去了前期的建設費用[3]。全液壓模鍛錘采用了全液壓驅動、液壓聯(lián)動的驅動形式；由錘身微動與上錘頭對擊來完成模鍛，錘身由一個聯(lián)通缸控制，而聯(lián)通缸的運動則是由上錘頭液壓缸通過聯(lián)結機構來控制，因此，在液壓系統(tǒng)中只需對上錘頭的液壓缸進行控制就能實現模鍛，但是在提錘和對模時也需要錘身同時運動，因此在這兩個工況下所產生的能耗也比較大[4]。該模鍛錘由機身和液壓系統(tǒng)組成，對于這樣的全液壓模鍛錘，需要的打擊能量和流量都非常大，對精度、穩(wěn)定性等也有著很高的要求，所以針對該類模鍛錘的液壓系統(tǒng)所提出的要求日益增加。作為模鍛錘動力來源，液壓系統(tǒng)除了需要能夠使液壓錘完成各個工況下的工作循環(huán)，如打擊、回程等，還需要保證在進行各個工況下的工作時模鍛錘能夠穩(wěn)定、高效、高質量地完成模鍛任務。因此需要對液壓系統(tǒng)進行合理設計，同時研究其工作性能，從而提升模鍛錘的工作性能。模鍛錘在打擊時中通常會產生較大的壓力和波動，這些都會在很大程度上影響液壓錘的工作穩(wěn)定性，因此對于該液壓系統(tǒng)的設計除了打擊能量等靜態(tài)性能外還需考慮其是否能夠滿足液壓錘傳動的高效率、控制的高精度等要求，更應該重視其動態(tài)特性，通過對工作過程中的動態(tài)特性行研究分析，能夠更好地改進該液壓系統(tǒng)，從而提高該液壓系統(tǒng)控制精度等各個方面的性能。1.2.1國外研究狀況液壓錘在國外的發(fā)展可以追溯到上世紀30年代，但是被那時的液壓技術水平所限制，直到60年代，才隨著液壓技術水平的迅速提高而的到快速的發(fā)展。對于現在液壓錘的發(fā)展情況來說，液壓錘在結構、驅動方式等方面都不完全相同，主要還是分為了有砧座和對擊式兩大類。有砧座的液壓錘在結構上基本分為砧座和落錘兩部分，液壓系統(tǒng)也只需控制安裝在落錘上部的液壓缸來完成模鍛，工作時由落錘下落來對砧座上的模鍛件進行打擊，是放油打擊單動落錘的典型代表。其主要的驅動方式也分為液氣驅動和純液壓驅動兩種[5]。到了上世紀80年代，隨著對模鍛錘的要求不斷提高，純液壓驅動的模鍛錘已完全取代了液氣驅動的模鍛錘。該類錘以依靠液壓系統(tǒng)來控制其上腔的進油和回油來完成對鍛件的打擊工作[6]。對擊式液壓錘則與之前的落錘不同，它擁有兩個錘，在進行打擊時，上錘頭下落、下錘頭上跳，二者在空中完成對鍛件的打擊，打擊時需要保證二者的動量相等，于是上錘頭與下錘頭質量的比值來調整兩個錘頭打擊時的速度，于是將其分為了等速和下錘頭小行程兩種對擊形式，錘身微動型便是下錘頭小行程對擊錘的一直典型代表。由于二者在空中完成打擊，因此對于砧座的要求不高，在工作時產生的振動也相對來說比較小[7]。等速對擊液壓錘按照聯(lián)動方式主要可以分為兩種類型，分別是鋼帶聯(lián)動式和液壓聯(lián)動式，其中，鋼帶聯(lián)動因磨損問題相對嚴重而導致使用壽命不高，因此更適用于中小型模鍛錘，液壓聯(lián)動錘雖然結構可靠但是卻十分復雜，所以常被用于大中型對擊模鍛錘[6]。下錘頭小行程對擊錘的種類比較多，顧名思義，該類對擊錘的下錘頭在打擊時雖然也會上跳但上跳的行程遠小于上錘頭下落的行程，一般通過放油來完成打擊；一旦進行打擊，有桿腔將油液排出，無桿腔的被壓縮的氣體隨之開始膨脹，上錘頭依靠自重及膨脹氣體的共同作用下快速向下運動，下錘頭同時會實現比較小的上跳[8]。拉斯科公司則制造了一種新型的液壓錘，該錘由全液壓驅動，打擊時采用差動連接的回路，從而加快液壓缸的運動，錘頭快速下降，完成打擊。打擊完成后，無桿腔與油箱相接，與有桿腔的連接中斷，錘頭受到有桿腔的恒壓的液壓油的作用快速完成回程[6]。全液壓錘通過液壓驅動，與液氣錘相比，該方式動態(tài)響應所需時間更短、打擊時產生的能量更大、節(jié)能高效更好，還解決了液氣錘液體與氣體發(fā)生互串、悶模時間過于長、回程的速度比較慢等不足[9]。1.2.2國內研究狀況早在半個世紀前，我國就開始對蒸-空模鍛錘改造，研究起了液壓模鍛錘的制造。液壓模鍛錘與蒸-空模鍛錘相比,有著十分顯著的優(yōu)點:①采用對擊來實現模鍛,機器本身所需要的重量輕,夠用大幅度減少對金屬使用；②打擊時產生振動小,對環(huán)境等基礎要求比較低,而且不需要龐大的系統(tǒng),運輸量少,能夠節(jié)約大量資金；③采用電機-泵直接驅動,傳動效率高的同時還利用了重力的作用,能夠減少大部分的能耗；④可以對打擊的能量進行調節(jié)，從而減少不必要的能耗；⑤U型的機架,能夠減少很大程度的偏載,可另外安裝頂出鍛件的裝置,可以用于高精度的鍛造；⑥能用程序對其進行控制,能夠實現機械化、自動化的生產；⑦錘頭導向精度高,能夠生產出高質量、高精度的產品；⑧采用全液壓驅動，不會發(fā)生排氣漏氣等現象,故打擊時產生的噪聲低、振動小[10]。我國對液壓模鍛錘的改進：（1）改進對工作方式我國液壓對擊錘早在上世紀七十年代中期就已研制成功，其打擊能量為63KJ。該錘通過液氣驅動，液壓缸的上腔充有壓縮氣體，閉式的液壓回路通過液壓泵來進行傳動，主要是通過對液壓缸的下腔進行控制來完成打擊與回程。該錘的打擊能力的改變時通過改變錘頭下落的高度來實現，用于控制液壓缸回程的信號確要在打擊結束后才能發(fā)出，這樣就會導致液壓錘悶模的時間比較長以及回彈時會對液壓缸進行多次打擊等問題。除此之外，由于回程是依靠上腔的壓縮氣體膨脹開完成，因此存在阻力大、速度較慢、打擊頻率較低等問題。液氣驅動也導致在錘頭快速運動是氣體密封無法保證，可能會出現液體與氣體發(fā)生互串的情況[11]。隨著液壓技術水平的不斷提高，純液壓驅動已經完全取代了液氣驅動成為了模鍛錘的主要驅動方式。這類液壓錘控制打擊能量的方式是通過改變進入液壓缸的流量來實現，工作方式分為進油打擊和放油打擊兩種，因此用程序進行控制也變得更加簡單，所生產的鍛件質量、精度等方面大大提高，生產效率也有了顯著的提升。該錘除了打擊時高壓油進入液壓缸的無桿腔外，其它時候處于卸荷的狀態(tài)，所以回程速度得到大幅度的提高，泄漏量也大大減小。改進液壓元件液壓錘的種類各種各樣，其上面所使用液壓換向閥也多種多樣，根據閥芯的種類可以它們大致分為滑閥和錐閥兩種類別?；y采用的是間隙密封所以密封性相對來說比較差，在閥芯與閥口之間進行密封，但是因為這個密封擁有一定的長度，所以基本上不會發(fā)生閥路瞬時導通的情況。錐閥的密封方式則與之不同，采用的是線密封，所以密封性能好而且響應更快，但是需要依靠多個閥聯(lián)合使用才能實現多路換向，因此換向時很容易導致閥路瞬時導通。因此便有人針對以上問題制造了一種新的換向裝置，將兩者進行了組合，滑閥的密封長度被縮短了，但是死區(qū)依然存在，所以不會發(fā)生閥路間瞬時導通；同時用錐閥來完成工作時的密封，獲得其良好的密封性能[12]。文獻[12]公開了一種用于液壓錘上的換向裝置及其使用方法。閥芯和閥芯活塞組合依靠螺紋連接進行組合;密封面采用錐形的設計，在工作時依靠線密封進行密封，不僅減小了油液泄漏量，也提高了容積效率；因為滑閥密封長度的存在，工作時互鎖閥路間的導通的情況不會發(fā)生，從而使得系統(tǒng)工作更可靠，避免不必要的能量損失[12]。（3）改進液壓控制系統(tǒng)作為液壓系統(tǒng)的五大部分之一，控制系統(tǒng)對液壓系統(tǒng)的調節(jié)起著非常重要的作用。現有液壓錘的控制方式分為多個插裝閥共同控制以及通過專門的滑閥或錐閥控制兩大類，兩者都能控制液壓缸上下腔的進油和排油來完成模鍛錘的打擊與回程。但是，數個插裝式錐閥聯(lián)合控制存在結構復、控制要求較高以及故障率較高等問題；專門的滑閥或錐閥控制結構同樣復雜，而且還存在允許通過的油量比較小、閥芯運動時慣性大以及換向時不夠靈敏等問題，除此之外，分離式安裝時會導致油液沿程損失大、油路復雜，水平安裝則容易產生不均勻的磨損[13]。1.3未來改進方向與發(fā)展趨勢本設計通過對全液壓模鍛錘的液壓系統(tǒng)進行設計與分析，為全液壓模鍛錘的控制提供一種方式。根據液壓系統(tǒng)和電路對模鍛錘進行控制，使模鍛錘工作時的控制起來更加簡單，從而提高生產效率。綜合國內外模鍛錘的現狀，全液壓模鍛錘系統(tǒng)在未來將朝著以下幾個方向發(fā)展：（1）對液壓系統(tǒng)中的元件進行改進，從而提升液壓系統(tǒng)的性能。從模鍛錘的發(fā)展歷史可以看出，液壓技術的水平往往能夠決定液壓設備的發(fā)展水平；因此性能更好的液壓元件更能有效的提升液壓系統(tǒng)的總體性能，可以通過對液壓元件進行改進來提高模鍛錘的工作性能。（2）智能化。通過液壓回路電路共同作用對全液壓模鍛錘打擊時的壓力和速度進行控制，來使其對液壓模鍛錘的控制更加準確，從而提高模鍛件的精度；也可以使模鍛錘不斷的進行循環(huán)打擊直到完成模鍛，減少工作時的操作步驟從而提高模鍛時的效率。（3）提高液壓系統(tǒng)合理性。除了提高液壓系統(tǒng)的工作性能外，還可以設計出更加方便維修與零件更換的液壓系統(tǒng)，從而提高模鍛錘的使用壽命，減少模鍛的成本。改變打擊方式。從下落打擊到等速對擊再到錘身微動的對擊，打擊的方式在不斷地發(fā)展，打擊時的動能也在逐漸增加。模鍛錘的功率也越來越大，液壓模鍛錘的泄露、噪音等問題也會越來越明顯，因此，選擇合適的打擊方式也是提高全液壓模鍛錘性能的方式之一。1.4研究內容本文主要研究錘身微動型全液壓模鍛錘的液壓系統(tǒng)，使錘身微動全液壓模鍛錘正常運行和工作部件不失調，保證動態(tài)過程中工作性能的穩(wěn)定性。主要從以下幾個方面展開研究：①明確液壓系統(tǒng)使用要求，進行工況分析②液壓系統(tǒng)方案設計③液壓系統(tǒng)的主要參數計算④液壓元件的計算與選型⑤液壓系統(tǒng)性能驗算⑥使用FluidSim4.5繪制液壓系統(tǒng)圖和動作電路圖、編制技術文件⑦使用AMESim軟件對液壓系統(tǒng)進行建模與仿真2全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)設計2.1全液壓模鍛錘設計要求2.1.1全液壓模鍛錘使用要求該設計針對的對象為全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)，打擊形式采用錘身微動式，其打擊能量為50KJ，打擊速度v為5m/s，質量比γ為4。其工作環(huán)境主要為車間，在工作時需要模鍛錘連續(xù)打擊鍛件，會頻繁使用到液壓系統(tǒng)，因此需要保證液壓系統(tǒng)能夠長時間的進行工作，同時模鍛錘在工作時所需要的打擊能量大，這很有可能破壞液壓缸以及液壓管路甚至產生更大的泄露，也會產生較大的噪音。因此，模鍛錘的液壓系統(tǒng)必須滿足復雜的傳動與控制系統(tǒng)、巨大的傳遞動力、高精度控制及系統(tǒng)高柔性化等要求。2.1.2全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)設計要求根據液壓系統(tǒng)使用工況要求、相關標準規(guī)定，并考慮液壓傳動系統(tǒng)設計的一般原則，對該全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)有如下基本設計要求：(1）液壓回路應能夠提供一定的工作壓力，滿足模鍛錘沖擊時對液壓系統(tǒng)的要求；(2）液壓系統(tǒng)的工作流量應不小于兩個液壓缸完整工作行程的需要；(3）液壓缸應該反應迅速、動作平穩(wěn)、同步性高、密封良好、工作可靠；(4）由于該液壓系統(tǒng)的工作壓力比較大，因此更加需要對其設置保護回路，一旦壓力過大，保護回路開啟，對液壓系統(tǒng)進行卸荷來達到保護液壓系統(tǒng)的目的；(5）液壓錘在工作時產生的沖擊巨大，而控制液壓錘運動的液壓缸的價格比較高，因此還需對其設置單獨的保護回路；(6)液壓管路和管接頭應密封性良好，管路布置應合理美觀，避免管路出現過度彎折、扭曲、拉伸以及管路間的摩擦。正常工作情況下，液壓軟管應密封良好，不能出現泄漏，并具有一定的防油能力、防臭氧能力、防真空能力、防液壓沖擊能力等；(7）液壓管件應具有足夠的抗壓強度，能承受液壓系統(tǒng)的工作壓力。軟管、硬管、管接頭的破壞壓力，應至少為液壓回路打擊工況的4倍；(8）使用的液壓油也應該具備有以下性能，包括：潤滑、穩(wěn)定、防銹、抗腐蝕、抗乳化、潔凈、阻燃等；(9)考慮與舉升和制動液壓系統(tǒng)的集成，使液壓元件安裝與管路布置緊湊、簡潔、安全、可靠；(10）在選擇以及布置液壓元件安裝位置時，也應該考慮各種情況的發(fā)生，提高其各方面的性能，便于系統(tǒng)的安裝、檢修及維護。2.1.3全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)四種典型工況液壓轉向系統(tǒng)的使用工況是系統(tǒng)設計的主要依據。該模鍛錘的液壓執(zhí)行元件是兩個雙作用活塞缸，液壓控制系統(tǒng)應完成的動作:兩個液壓缸分別控制上下錘完成模鍛錘的打擊與回程。具體來說，50KJ錘身微動型全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)應可滿足以下三種工作工況:(1）提錘工況：上錘頭在雙作用活塞缸的帶動下向上運動，提升到一定高度；(2）懸錘工況：能夠通過控制讓模鍛錘的錘頭隨時停止，一旦遇到緊急情況迅速的停止而減少對模鍛錘、鍛件的損壞以及對操作人員生命安全的保護。(3）打擊回程工況：上錘頭和錘身各自依靠一個獨立雙作用活塞缸來帶動，在進行打擊時，工作缸形成差動連接，帶動上錘頭作勻加速直線運動實現快速下行，下錘頭同時做勻加速直線運動以上錘頭四分之一的速度上跳，從而實現上下錘頭對擊；打擊完成后回程時，液壓缸無桿腔中液壓油回到油箱，上錘頭和錘身就能快速返回到指定位置。(4）寸動對模工況：在安裝鍛模時通過寸動來進行對模，因為寸動時所需的流量遠小于打擊時的流量，所以，專門設置一個寸動對模回路來完成該工況。其中提錘、打擊回程和寸動對模工況滿足不同時進行，不相互干涉的原則，其中寸動對模工況由上錘頭液壓單獨完成，而懸錘工況需要在打擊回程工況進行時能夠隨時使其停止并進入懸錘工況。2.2全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)總體設計2.2.1選擇液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件類型，主要是根據該液壓系統(tǒng)所要實現的功能而定。上錘頭和錘身的的運動是上下的直線運動，且負載力與活塞桿重合；所以模鍛錘液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件選擇兩個雙作用液壓缸。2.2.2確定液壓系統(tǒng)工作壓力在液壓系統(tǒng)的設計過程中，系統(tǒng)工作時壓力的確定十分重要，工作壓力的選定需要考慮負載以及設備類型等因素，還要考慮元件的尺寸和成本等經濟方面的因素。選擇合適的工作壓力能夠提高元件壽命，也會對系統(tǒng)動力性和經濟性產生較大的影響。液壓系統(tǒng)的工作壓力可以根據表2-1及表2-2進行選擇。表2-2執(zhí)行元件背壓系統(tǒng)類型背壓/MPa簡單系統(tǒng)回油路時經過調速閥回油路擁有背壓閥使用一個泵進行補油的閉式回路回油路較復雜回油路短，直接回油箱0.2~0.50.4~0.60.5~1.50.8~1.51.2~3可忽略不計綜合表2-1及2-2，初選模鍛錘液壓系統(tǒng)工作壓力為20MPa，系統(tǒng)背壓1MPa。2.2.3模全液壓鍛錘液壓系統(tǒng)回路設計（1）選用液壓系統(tǒng)回路方式對于全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)設計，綜合考慮模鍛錘在工廠工作，需連續(xù)短時間工作，但是需要較大的占地面積，所以在此系統(tǒng)中我將采用開式回路：油箱為液壓泵提供液壓油，油箱還需要能夠容納從執(zhí)行元件中返回的液壓油。液壓油可以在油箱中獲得很好的散熱和冷卻，除此之外還能將液壓油中的雜質沉淀下來防止其再次進入液壓系統(tǒng)中。綜上所述，開式回路更適用于此液壓系統(tǒng)。選用液壓油及液壓動力源工作場所在室內，工作壓力大，流量大。為了減少泄露，選黏度較大的普通液壓油。而柱塞泵擁有密封性能好、精度高以及工作壓力高比較適合模鍛錘這樣的高壓大流量的液壓系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)選用變量柱塞泵。（3）選擇調速方式和調壓方式1）選擇調速方式①方向控制：中小流量系統(tǒng)通常通過換向閥對液壓油的油路進行控制。高壓大流量系統(tǒng)則大多通過插裝閥與先導控制閥進行組合來完成控制。而錘身微動型模鍛錘液壓系統(tǒng)所需要的工作壓力大、工作時所需流量也大，因此我選擇將插裝閥與先導控制閥組合起來對上錘頭以及錘身的液壓缸進行控制。②速度控制方式按下表2-3進行選擇。表2-3速度控制方式比較調速類型供油方式特點適用場合節(jié)流調速進油變量泵（開式）回路比較簡單、價格不高，存在溢流、節(jié)流損失，效率低啟動沖擊較小，僅適用低速、輕載、小功率場合回油能承受負值負載、運行平穩(wěn)性好，用于負載變化不大、低速、小功率場合旁路有節(jié)流無溢流能耗，效率比較高多用于高速、速度平穩(wěn)性要求不高、功率要求較大的場合容積調速定/變量泵（閉式）無溢流損失和節(jié)流損失，效率高，但是速度穩(wěn)定性比較差適用于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，比如起重運輸機械、礦山機械以及重型機床等容積-節(jié)流調速變量泵（開式）效率高、穩(wěn)定性好，但是結構比較復雜錘身微動型模鍛錘屬于鍛造設備，根據上表2-3所述，在此液壓系統(tǒng)中，我選用的是容積-節(jié)流調速，使用恒壓變量泵提供高壓油，利用壓力卸荷閥對變量泵進行控制，一旦系統(tǒng)壓力達到溢流閥所設定得值時，卸荷閥對變量泵進行卸荷，這樣有利于該液壓系統(tǒng)節(jié)能。2）選擇調壓方式液壓執(zhí)行元件工作需要穩(wěn)定的工作壓力，需要能夠調節(jié)的工作壓力的情況也存在。節(jié)流調速系統(tǒng)一般用變量泵來供液壓油的輸入，靠溢流閥來進行調節(jié)并保持穩(wěn)定的工作壓力。容積調速系統(tǒng)則用變量泵供油，溢流閥對液壓系統(tǒng)進行保護。而在此次設計的液壓系統(tǒng)中，采取恒壓變量泵供油的方式，使用壓力卸荷閥對變量泵輸出流量以及壓力進行控制，必要時可以直接使泵卸荷，起到安全保護作用，同時可以通過改變卸荷閥的數量，對系統(tǒng)壓力進行調節(jié)。3）液壓系統(tǒng)主要回路方式的選定根據錘身微動型全液壓模鍛錘的工作特點、負載性質以及性能要求，先確定對模鍛錘性能起決定性的主要回路，然之后在對其它回路進行確定。主要回路如下表2-4所示：表2-4不同系統(tǒng)主要回路選擇表液壓系統(tǒng)主要回路液壓系統(tǒng)主要回路機床液壓系統(tǒng)調速和速度換接回路慣性負載較大的系統(tǒng)緩沖制動回路壓力機液壓系統(tǒng)調壓回路有多個執(zhí)行元件的系統(tǒng)順序/同步回路有垂直運動部件的系統(tǒng)平衡回路有空載運行要求的系統(tǒng)卸荷回路本系統(tǒng)雖然只擁有兩個執(zhí)行元件，涉及伸縮機構的伸縮與停止，但是由于需要對這個其伸縮的速度進行轉換來實現不同的工況，因此，需要采用速度換接回路來改變伸縮的速度。提錘和懸錘工況均由上錘頭液壓缸獨自完成，因此需要設計一個順序回路使其單獨運動。由于模鍛錘始終是垂直運動。表2-5液壓系統(tǒng)組成基本回路及其性能分析表序號基本回路名稱性能特點1容積節(jié)流調速回路效率比較高、調速比較穩(wěn)定等優(yōu)點2電磁式換向回路通過輸入電信號能夠對電磁換向閥進行換向從而改變液壓油的流向，換向平穩(wěn)、響應比較快3差動連接回路讓液壓缸的回油重新進入另一個腔，從而在不提高流量大大提高液壓缸的運動速度4同步回路用模鍛錘液壓系統(tǒng)中，將進油的回路分別與兩個執(zhí)行元件相連，使其能夠同時運動5卸荷回路用二位二通閥控制插裝閥對系統(tǒng)進行卸荷，需卸荷時，二位二通閥通過電磁換向，此時插裝閥導通，高壓大流量的液壓油經過插裝閥回到油箱6調壓回路通過溢流閥對壓力進行控制及保護系統(tǒng)，一旦壓力過大液壓油經溢流閥流回油箱2.3全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)運動以及負載分析2.3.1全液壓模鍛錘基本參數上世紀80年代，我國已有許多單位已開始了研究錘身微動型液壓對擊液壓模鍛錘的工作。為了規(guī)范液壓錘進行良好的發(fā)展，機械工業(yè)部組織有關單位進行了大量的調研工作，并通過了“砧座微動型液壓模鍛錘基本參數系列草案”的審查會，于1984年成功制定并頒布了砧座微動型液壓模鍛錘的基本參數的標準JB3582-84。1999年該標準有得到了擴充，如表2-6所示。2.3.2全液壓模鍛錘結構參數計算為了操作方便，錘身與錘頭質量應合理分配，錘身在對擊時的上跳量應要求越小越好。本課題初步選定錘身微動型全液壓模鍛的打擊能量為50KJ，打擊時的總速度v為5m/s，質量比γ為4，其他參數從表2-6中確定。上錘頭的質量、行程、速度為m1，S1，v1；錘身的質量、行程、速度為m2，S2，v2，表示。因對擊錘設計需要滿足打擊時上錘頭與錘身擁有的的動量相等有：（2-1）即（2-2）上錘頭和錘身的速度總和v已經給出，則有（2-3）其中v1和v2可用質量比求得：（2-4）又有給定打擊行程S，則有S=S1+S2，其中S1和S2可用質量比求（2-5）由打擊能力表達式及動量表達式（2-6）將（2-4）式代入（2-6）式得（2-7）由勻加速度運動公式（2-8）（2-9）代入已知參數計算出50KJ錘身微動全液壓模鍛錘基本結構性能參數如表2-7中數據所示：表2-750KJ全液壓模鍛錘基本參數序號項目參數單位1打擊能力E50KJ2上錘頭質量m15000kg3錘身質量m220000kg4打擊速度v5m/s5上錘頭打擊速度v14m/s6錘身打擊速度v21m/s7上錘頭打擊行程S1424mm8錘身上跳高度S2106mm9上錘頭打擊行程加速度a118.87m/s210錘身打擊行程加速度a24.17m/s211打擊行程時間0.212s2.3.3液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件運動順序50KJ錘身微動型全液壓模鍛錘各液壓缸運動順序設計為：（1）上錘頭液壓缸退回液壓桿退回，達到一定的高度，為放入鍛件做準備。（2）上錘頭液壓缸緩慢伸出液壓桿緩慢伸出，與鍛件接觸即停止，完成寸動對模。（3）上錘頭液壓缸退回液壓桿退回一定的高度，使得上錘頭與鍛件的距離為530mm。（4）上錘頭和錘身液壓缸伸出液壓桿伸出到指定位置完成對擊。（5）上錘頭和錘身液壓缸退回上錘頭和錘身液壓桿都退回，其中錘身完全退回，上錘頭仍然退回到與鍛件的距離為600mm。（6）循環(huán)（4）（5）通過液壓桿循環(huán)的伸出與退回完成模鍛。（7）上錘頭和錘身液壓缸停止上錘頭和錘身液壓缸液壓桿停止運動，不伸出也不退回。（8）進行動作（5）當液壓桿退回之后，可以對鍛件進行觀察或將其取出。（9）上錘頭液壓缸伸出液壓桿完全伸出，上錘頭與錘身接觸。2.3.4液壓系統(tǒng)工作負載計算分析液壓缸工作負載分析計算液壓缸的油缸工作負載受力分析如下：（2-10）式中：Fg———重力負載，N；Ff———摩擦阻力，N；（2-11）Fa———慣性負載，N；μm———油缸的機械效率，在本次設計中取0.9。（2-12）因為由于上錘頭和錘身質量較大，而且運動方向均垂直于地面，因此忽略運動時產生的摩擦阻力。負載計算：打擊行程最大負載：上錘頭錘身回程負載回程則F1′=56850N，F2′=193200N。所以最大負載F1max=56850N，F2max=314889N。2.4模鍛錘液壓系統(tǒng)主要工作循環(huán)本設計的錘身微動型全液壓模鍛錘用于在工廠內對鍛件打擊來形成需要的模鍛件。主要工作循環(huán)如下：上錘頭落下、錘身上跳→上錘頭提升到指定位置、錘身落回原位置。上錘頭也在上錘頭液壓缸作用下進行運動，錘身則由錘身液壓缸控制其進行運動，從而形成對擊。2.5液壓原理圖及電路圖圖2.1液壓系統(tǒng)原理圖圖2.2動作電路圖2.6全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)典型性能分析本次所設計的錘身微動型全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)原理圖以及動作電路圖如上圖2.1和圖2.2所示。2.6.1系統(tǒng)所用液壓元件及其在系統(tǒng)中功能液壓系統(tǒng)中所用到的液壓元件及其在該系統(tǒng)中的功能如下表2-1所示；表2-8系統(tǒng)所用液壓元件及其作用表類型序號液壓元件名功能動力元件1柱塞式變量泵將壓力油從油箱輸入進液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件2、3雙作用活塞液壓缸控制上錘頭和錘身對鍛件進行打擊控制元件4~15二通插裝閥控制液壓油油路的通斷從而控制液壓缸的運動16~17二位四通電磁換向閥同時控制多個插裝閥的中油路的啟閉18三位四通電磁換向閥同時控制多個插裝閥的中油路的啟閉19~22單向閥使液壓油只能單向流動23~26調速閥通過調節(jié)進入液壓缸的流量來控制其速度27~29溢流閥一旦液壓系統(tǒng)中壓力過高，就會進行卸荷保護液壓系統(tǒng)和液壓元件輔助元件30過濾器阻止雜質從油箱進入液壓系統(tǒng)中31~36液壓油箱給液壓系統(tǒng)提供液壓油2.6.2模鍛錘液壓系統(tǒng)工作分析圖2.1所示全液壓模鍛錘液壓系統(tǒng)的工況分析如下：（1）提錘（回程）按下提錘的按鈕，電磁鐵3Y2通電，電磁換向閥18的右位接入系統(tǒng)；壓力油從變量泵1先后經插裝閥11、插裝閥7調速閥23和進入液壓缸2的有桿腔，此時上錘頭緩慢提升，液壓缸2無桿腔回油通過單向閥22和插裝閥13進入油箱，當提升到指定位置時3Y2斷電。此時系統(tǒng)中油液流動情況為：①主油路進油路：變量泵1→插裝閥11→插裝閥7→調速閥23→液壓缸2（有桿腔）；回油路：液壓缸2（無桿腔）→單向閥22→插裝閥13→油箱。②控制油路：進油路：變量泵1→插裝閥4→電磁換向閥16、17、18→插裝閥5、6、8、10、12、14、15；回油路：插裝閥7、9、11、13→電磁換向閥17、18→油箱。（2）寸動對模當上錘頭提升到預定位置時，按下寸動對模按鈕。電磁鐵1Y通電，電磁換向閥16的右位接入系統(tǒng)；壓力油從泵經過插裝閥5和插裝閥9進入液壓缸2的無桿腔，液壓缸2有桿腔回油先后經過調速閥22、插裝閥7和插裝閥6進入油箱。此時系統(tǒng)中油液流動情況為：①主油路進油路：變量泵1→插裝閥5→插裝閥9→液壓缸2（無桿腔）；回油路：液壓缸2（有桿腔）→調速閥22→插裝閥7→插裝閥6→油箱。②控制油路：進油路：變量泵1→插裝閥4→電磁換向閥17、18→插裝閥8、10、11、12、13、14、15；回油路：插裝閥5、6、7、9→電磁換向閥16、17→油箱。（3）打擊電磁鐵2Y、3Y1通電，電磁換向閥17的右位以及的18左位同時接入系統(tǒng)，壓力油經插裝閥13、插裝閥10、單向閥19（20）以及調速閥25（26）后進入液壓缸3（2）無桿腔，從液壓缸3（2）有桿腔出來的液壓油也分別經過調速閥24（23）和插裝閥14（15）重新進入液壓缸3（2）無桿腔，形成差動連接，從而提升活塞桿下降的速度。此時系統(tǒng)中油液流動情況為：①主油路進油路：變量泵1→插裝閥13→插裝閥10→單向閥1（20）→調速閥25（26）→液壓缸3（2）無桿腔；回油路：液壓缸3（2）有桿腔→調速閥23（22）→插裝閥14（15）→液壓缸3（2）無桿腔；②控制油路：進油路：變量泵1→插裝閥4→電磁換向閥16、17、18→插裝閥5、6、7、9、11、13；回油路：插裝閥8、10、12、14、15→電磁換向閥17、18→油箱。（4）回程電磁鐵2Y、3Y2通電，電磁換向閥17和18右位同時接入系統(tǒng)，壓力油經過插裝閥11、8以及調速閥23（24）分別進入液壓缸2（3）的有桿腔，從液壓缸2（3）的無桿腔出來的液壓油經過單向閥22（21）、插裝閥13回到油箱。此時系統(tǒng)中油液流動情況為：①主油路進油路：變量泵1→插裝閥11→插裝閥8→調速閥23（24）→液壓缸2（3）有桿腔；回油路：液壓缸2（3）無桿腔→單向閥22（21）→插裝閥13→油箱。②控制油路：進油路：變量泵1→插裝閥4→電磁換向閥16、17、18→插裝閥5、6、7、9、12、14、15；回油路：插裝閥8、10、11、13→電磁換向閥17、18→油箱。（5）懸錘當觀察到模鍛完成或者遇到緊急情況時，斷開打擊回程開關，電磁鐵全部斷電，電磁換向閥回復到原位。液壓缸2、3兩腔封閉，上錘頭和錘身立即停止運動。此時系統(tǒng)中液壓油既不流入液壓缸，也不會流出液壓缸，從而使模鍛錘不進行位移。根據該液壓系統(tǒng)動作循環(huán)，判斷電磁鐵通斷電和控制閥工作狀態(tài)如下表2-9所示。表2-9電磁鐵和控制閥動作順序表輸出狀態(tài)工序電磁鐵動作狀態(tài)（+/-）控制元件工作狀態(tài)1Y2Y3Y13Y2電磁換向閥16電磁換向閥17電磁換向閥18寸動對模+右位左位中位打擊-++-左位右位左位回程-+-+左位右位右位提錘+左位左位右位懸錘左位左位中位3液壓元件計算與選型3.1執(zhí)行元件主要參數計算與選擇3.1.1液壓缸參數計算（1）初定液壓缸工作壓力根據運動循環(huán)各階段中最大負載力（見下表3-1）來確定。表3-1按負載選執(zhí)行元件的工作壓力負載/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力/MPa≤0.8~11.5~22.5~33~44~5>5工作壓力20MPa背壓1MPa。（2）液壓缸選型缸筒內徑D一般通過對負載和工作壓力計算來確定（查表選取標準值）：以無桿腔作工作腔時（3-1）以有桿腔作工作腔時（3-2）因為兩個液壓缸都是無桿腔為工作腔，所以液壓缸的內徑均使用公式（3-1）進行計算：液壓缸2的內徑（3-3）液壓缸3的內徑（3-4）根據計算出來的上述相關數據，查閱表3-2，選取合適的液壓缸。表3-2HSG工程液壓缸的技術規(guī)格型號缸徑/mm桿徑/mm推力和拉力行程范圍/mmφ=2推力/Nφ=2時拉力/NHSG*01-50/d*E50323140015010600HSG*01-63/d*E63454987024430800HSG*01-80/d*E805580424424102000HSG*01-90/d*E9063101790519002000HSG*01-100/d*E10070125660640604000HSG*01-110/d*E11080152050716004000HSG*01-125/d*E12590196350945004000HSG*01-140/d*E1401002463001206004000HSG*01-150/d*E1501052827401442804000因此上錘頭液壓缸選用HSG*01-63/d*E（φ=2），錘身液壓缸選用HSG*01-150d*E（φ=2）。3.1.2液壓泵性能參數計算（1）確定液壓泵的工作壓力（3-5）其中pp為液壓泵工作時的最大壓力、p1液壓系統(tǒng)最高工作壓力，∑△p為總壓力損失，在管路簡單或依靠節(jié)流調速的液壓系統(tǒng)中取0.2~0.5MPa，在管路復雜或依靠調速閥調速的系統(tǒng)取中0.5~1.5MPa。常用中、低壓各類閥的壓力損失如下表3-3所示。表3-3常用中、低壓各類閥的壓力損失閥名調速閥節(jié)流閥順序閥換向閥背壓閥單向閥△p/MPa0.3~0.50.2~0.30.15~0.30.15~0.30.3~0.80.03~0.05根據液壓原理圖計算壓力損失（3-6）（2）系統(tǒng)最大流量的確定本液壓系統(tǒng)有兩個執(zhí)行器即雙作用活塞缸，因此選擇泵時應按工作缸的最高進給速度來選取，所以液壓泵流量規(guī)格可恰當選小一些。全液壓模鍛錘打擊時形成差動連接，有效作用面積為活塞桿面積A1,最大速度為上錘頭打擊終了的速度v1，由于q1=v1A1，則有打擊時最大流量：（3-7）（3-8）（3-9）回程時，工作缸上腔接通油箱，有效作用面積為活塞環(huán)形面積，工作缸環(huán)形面積乘以回程行程S1除以回程時間t2及容積效率η即可得到回程的流量為：（3-10）（3-11）（3-12）取二者最大流量qmax=q總=906L/min此處的最大流量為工作缸所需最大流量，工作缸與泵出口之間還有其他液壓元件及管路，因此應該考慮一定的泄漏：(3-13）式中:Qp——泵的輸出流量(L/min)；K——液壓系統(tǒng)的泄漏系數,通常在1.1~1.3之間，在此處取1.1；Qmax——實際執(zhí)行元件所需的最大流量(L/min)。（3-14）單個泵的流量：（3-15）（3）選擇液壓泵的規(guī)格根據下表選取液壓泵的型號表3-4A7V斜軸式變量泵的技術規(guī)格（節(jié)選）型號排量/（mL/r）工作壓力/MPa最高轉速/（mL/r）最大功率/KW最大最小額定最高n1n2n1n2A7V808023.1354022402750123136A7V10710730.820002450125153A7V117117023002650161181A7V16016046.217502100163196A7V250250015001850218270A7V355355013201650273342A7V500500012001500350437因此選取型號為A7V500斜軸式變量泵。（4）確定驅動液壓泵的電動機功率在液壓泵壓力和流量都十分穩(wěn)定時，該液壓系統(tǒng)中的電動機功率為：P=ppqpηp液壓泵的總效率ηp參考下表3-5。表3-5液壓泵的總效率液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率ηp0.6~0.70.65~0.800.60~0.750.80~0.85計算后取P=218KW3.2液壓元件計算與選擇3.2.1控制閥選擇根據該液壓系統(tǒng)工作時的最高壓力以及實際流量來對標準元件進行選取。液壓系統(tǒng)最高壓力為21MPa。所以控制閥的選擇如下表3-6：表3-6控制閥選型序號元件名稱型號4、5、7~12二通插裝閥LC40A40E206、13、14、15二通插裝閥LC25A40E2016、17二位四通換向閥24DO-H6B-T18三位四通換向閥34DO-H6B-T19~22單向閥DF80-L-M0123~26調速閥Q-F16D-P27~29溢流閥YF-L10K3.2.2油管選擇油管內徑（3-17）油管壁厚δ≥pd2σ（3-其中p為管內最大工作壓力，[σ]=σb/n，σ為材料許用應力，σb為材料抗拉強度，n為安全系數，當p<7MPa、p<17.5MPa、p>17.5MPa時，分別取n=8、6、4。在本設計中取σb=410MPa，n=4。表3-7管道直徑尺寸確定項目q最大流量(L/min)v允許流速(m/s)內徑(mm)壁厚(mm)吸油管路498.3273δ≥7.48回油管路488272δ≥7.38高壓油管路9062.587δ≥8.91根據計算出的油管參數，查表3-8，懸著標準規(guī)格油管。表3-8鋼管主要參數（部分）公稱通徑DN/mm外徑/mm管接頭連接螺紋/mm壁厚/mm(公稱壓力PN/MPa)推薦流量/(L/min)2534M33×24.51603242M42×252504050M48×25.54005063M60×26.56306575M60×2810008090M60×2101250100120M60×2102500根據上述相關數據，結合表3-8，在本設計中，進油路和回油路管路均選取公稱通徑為80mm的無縫鋼管，高壓油路則選擇公稱通徑為100mm的無縫鋼管。3.2.3油箱設計（1）液壓系統(tǒng)發(fā)熱計算1）液壓泵發(fā)熱功率由于模鍛錘液壓系統(tǒng)在工作時需要完成打擊與回程兩個工序，因此需要分別計算這兩個工序發(fā)熱功率，從而求出其平均發(fā)熱功率HP：（3-19）式中：P——液壓泵的輸入功率，（3-20）?P——液壓泵的總效率，這里取0.8；p——液壓泵實際出口壓力（Pa）；T——工作循環(huán)周期（s）；Q——液壓泵的實際流量（m3/s）；t——工序的工作時間（s）；i——工序的次序。經過計算的到P1≈218006W，P2=54250W，（3-21）液壓閥的發(fā)熱功率當液壓泵中的液壓油全部經過溢流閥返回油箱時，液壓閥的發(fā)熱功率最大。（3-22）式中pV——溢流閥調整壓力（Pa）QV——流經液壓閥的流量（m3/s）。計算得HV=16610W。系統(tǒng)總發(fā)熱功率（3-23）油箱容積計算根據機械允許最高油溫和環(huán)境溫度，當油箱所允許的最高溫度為Tr時，該油箱的需要的最小散熱面積Amin：（3-24）式中T0——環(huán)境溫度（K）；K——油箱的傳熱系數k/[W/（m2?℃）]，在本設計中選擇循環(huán)水強制冷卻，可以近似取150。當油箱各邊長的比值在1：1：1到1：2：3之間，油液全部回到油箱是液面高度達到油箱的80%時，當冷卻后能夠滿足系統(tǒng)溫度比Tr低時，公式（3-25）能夠對其散熱面積進行計算：（3-25）式中V——油箱的有效容積（m3）；A——油箱的散熱面積（m2）。采用循環(huán)水強制冷卻，此時k取150，計算得Amin≈5.414m2，則Vmin≈0.733m3=733L。最后選擇油箱容量的優(yōu)先系列選擇油箱容量為800L。3.2.4濾油器選擇濾油器的選擇，首先要考慮的便是對過濾精度的選擇，根據表3-9選擇合適的過濾精度。表3-9濾油器過濾精度的選擇類別過濾精度/μm類別過濾精度/μm系統(tǒng)低壓系統(tǒng)100~150元件滑閥1/3最小間隙7MPa系統(tǒng)50節(jié)流孔1/7孔徑（孔徑小于1.8mm）10MPa系統(tǒng)25流量控制閥2.5~3014MPa系統(tǒng)10~15溢流閥15~25電液伺服系統(tǒng)5高精度伺服系統(tǒng)2.5查表3-9，選擇紙質過濾器，過濾精度為10μm。具體型號如表3-10所示。表3-10高壓管式紙質過濾器技術性能（部分）型號流量/(L/min)額定壓力/MPa過濾精度/μm通徑/mm初始壓力降/MPa重量/kgZU-H250×10FS2503210Φ380.1524ZU-H250×20FS25020ZU-H400×10FS40010Φ500.232ZU-H400×20FS40020ZU-H630×10FS63010Φ5336ZU-H630×2FS63020根據上述數據，結合表3-10，在本設計中，選取型號為ZU-H630×10FS紙質過濾器。3.3液壓系統(tǒng)壓力損失驗算（1）油液流動狀態(tài)確定雷諾數：（3-26）式中：v——油液的平均流速（m/s）；d——油管的直徑（m）；μ——油液的運動粘度（cm2/s）；q——通過的油液流量（m3/s）。將相關數據代入式（3-26）中，得：吸油路雷諾數（3-27）高壓油管路（3-28）回油管路（3-29）由上可知，吸油路和回油路的油液流動均為過渡區(qū)，高壓油管路中則為紊流光滑區(qū)。為了方便計算，均按照紊流光滑區(qū)公式進行計算。（2）沿程壓力損失計算在進油路上，流速：（3-30）將相關數據代入式（3-30）中對流速進行計算，得：，v2=1.92，v3=1.61。則壓力損失為：（3-31）將相關數據代入式（3-31）中，得：（3）局部壓力損失計算①閥類元件的壓力損失閥類元件壓力損失大致范圍如表3-3所示。各閥壓力損失均按表中的最大值來計算：進油路閥類元件局部壓力損失為：（3-32）回油路閥類元件局部壓力損失為：（3-33）②集成塊內油路的壓力損失集成塊內油路的壓力損失與油管的安裝有關，在本次設計中，均取0.05MPa。（4）系統(tǒng)總壓力損失計算系統(tǒng)的總壓力損失：（3-34）將相關數據代入式（3-34）中，則：進油路總壓力損失0.13×2+1.05+0.05=1.36MPa回油路總壓力損失=0.13+0.05+0.05=0.23MPa綜上所述，打擊回程工況下系統(tǒng)內各種實際壓力損失均處于適合的范圍內，故液壓系統(tǒng)的元件參數是合理的，能滿足使用要求。4全液壓模鍛錘AMESim模型建立4.1仿真意義及仿真軟件介紹對于一個液壓系統(tǒng)的性能的研究，除了靜態(tài)性能之外還需對動態(tài)性能進行更進一步的分析，而前面對液壓系統(tǒng)的設計分析都是對其的靜態(tài)性能進行考慮，因此還需要通過仿真來對所設計的液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能進行研究，通過觀察仿真的結果來驗證該液壓系統(tǒng)的設計是否在動態(tài)性能上也能滿足設計的要求。目前的仿真軟件種類很多，而我這次選擇的便是AMESim。該仿真軟件進行仿真時總過需要經過5個步驟：.草圖模式：將仿真所需要的元件從不同的元件庫中選取拖入工作界面，然后將各個元件按照設計要求連接在一起；若是需要元件庫中沒有的元件，還能通過對元件庫中的液壓元件液壓元件進行組合來搭建一個新的元件。子模型模式：對不同的元件使用不同的數學模型，每個子模型都有各自的特點，因此需要根據需求選擇正確的子模型。參數模式：按照設計的內容對選中的元件進行參數設計。仿真模式：設置仿真的時間、步長等參數，然后便可以點擊仿真；若是參數設計存在問題則會提示仿真失敗，需要對參數進行重新設計。仿真結果：仿真完成后，點擊需要觀察的元件，將所需要觀察的數據拖入工作界面，便能對其仿真過程中的數據變化進行觀察來分析該液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能。4.2插裝閥建模與仿真由于模鍛錘的打擊能量很大，所以工作時的流量個壓力都很大，而一般的換向閥并不適用高壓大流量的控制，因此需要利用插裝閥和先導換向閥進行組合使用，所以該液壓系統(tǒng)中采用了比較多的二通插裝閥。該閥具有阻力小、允許通過的流量大、響應時間短等優(yōu)點。進入液壓缸的高壓油也全部經過插裝閥，因此需要確保插裝閥的擁有良好的動態(tài)性能，所以需要對其進行仿真。但是由于AMESim的元件庫中并沒有插裝閥的元件，因此我們需要根據其原理來進行建模。二通插裝閥有三個接口，一個接入控制的壓力油，另外兩個則組成一條可以通斷的油路；一旦控制油口進入了壓力油，另兩個接口組成的油路便會在壓力的作用下閉合；當控制口中沒有壓力油時，油路便會導通。根據上述原理搭建的插裝閥元件模型如下圖4.1所示：圖4.1插裝閥仿真模型在完成好對插裝閥的仿真模型建立之后，為了觀察其動態(tài)性能，于是將其放入一個簡單的液壓回路中進行仿真。該液壓回路如下圖4.2所示：圖4.2插裝閥動態(tài)性能仿真回路其主要參數設計如下表4-1所示：表4-1主要參數設置元件名稱參數內容數值插裝閥閥芯質量/kg1.33彈簧剛度/（N·m-1）54.6主閥通徑/mm40液壓泵排量/（mL·r-1）800電動機轉速/（r·min-1）1500溢流閥溢流壓力/MPa22先導伺服閥阻尼比0.8固有頻率/Hz40其仿真結果如下圖4.3所示：圖4.3插裝閥性能仿真結果當控制閥電信號為正時，油液進入進入控制腔，所以存在一定大小的壓力，而此時插裝閥處于斷路，所以出口壓力為0，當控制閥信號為負時，油液從控制腔經過控制閥回到油箱，而此時插裝閥通路，因此出口壓力不為0。根據仿真的結果來看，該插裝閥的啟閉特性較好。4.3模鍛錘液壓系統(tǒng)模型的建立該模鍛錘主要工作分為打擊與回程兩個工況，而且上錘頭和錘身在這兩個工況下的運動類型基本一致，因此采取分別對其的打擊與回程進行仿真，但是由于在這兩種工況下二者的液壓回路基本一樣，所以接下來的液壓仿真回路將以上錘頭為例。4.3.1打擊回路模型建立與仿真打擊回路的模型建立圖4.4打擊回路仿真模型其中，插裝閥的參數設置如表4-1所示，打擊時其它元件的主要參數設置如下表4-2所示：表4-2打擊液壓系統(tǒng)參數設計元件名稱參數名稱參數值信號源循環(huán)次數1循環(huán)時間/s0.25開始輸出信號40結束輸出信號40伺服閥電流/mA40固有頻率/Hz40阻尼比0.8溢流閥1開啟壓力/MPa21溢流閥2開啟壓力/MPa25參數設置完成后，點擊仿真，仿真結束后將液壓缸的速度與位移圖拖入工作仿真結果如下圖4.5所示：圖4.5液壓缸位移、速度變化圖根據圖中的變化曲線可以看出，在到達0.23s秒時液壓缸基本都到達了指定位置，打擊速度也與設計相差不大，因此該液壓系統(tǒng)的打擊回路基本符合設計要求。4.3.2回程回路模型建立與仿真回程回路的模型建立圖4.6回程回路仿真模型其中，插裝閥的參數設置如表4-1所示，回程時其它元件的主要參數設置如下表4-3所示：表4-3回程液壓系統(tǒng)參數設計元件名稱參數名稱參數值信號源循環(huán)次數1循環(huán)時間/s0.8開始輸出信號40結束輸出信號40伺服閥電流/mA40固有頻率/Hz40阻尼比0.8溢流閥1開啟壓力/MPa21