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65MN锻造液压机运行特性仿真研究

乔志刚  
【摘要】:锻造设备在整个国民经济发展中占据重要地位,锻造生产涵盖的领域涉及国防工业、机床制造业、电力发电工业、交通运输业和民用工业等。锻造设备在国际社会中已有两百多年的发展历史,而国内的锻造设备仅仅发展了数十年,虽然经过多年的引进、消化、吸收,国内已具备自主研发的能力并且成果颇丰,但与世界先进锻造液压机技术水平相比还存在一定的差距。由于锻造液压机液压系统的控制性能对于整个锻造液压机的快速性、精确度和稳定性有着直接的影响,所以对锻造液压机的液压控制系统开展研究将有着重要的理论指导意义和实际应用价值。本文以65MN锻造液压机为研究对象,以提高锻件质量和运行稳定性为研究目的,对其工作特性展开研究。主要研究内容集中于提高锻造液压机运行过程中的控制精度、运行稳定性,为此做出如下研究。首先,对锻造液压机的结构组成、液压控制系统组成进行分析,明确其工作原理及锻造工作循环过程。其次,通过分析锻造液压机液压系统中主控阀的工作原理,对锻造液压机的负载口独立阀控非对称缸液压控制系统进行数学建模,为后续仿真分析提供理论支持。再次,针对现有大型锻造液压机控制精度差、锻造效率低等问题,提出了速度-位置复合控制策略,在仿真软件SimulationX上构建了锻造液压机液压控制系统的多学科联合仿真模型,对比分析了经典PID反馈调节与速度-位置复合控制反馈调节下锻造液压机的运行特性。然后,对影响锻造效率和锻件质量的锻造频率和工进行程两个参数,在采用速度-位置复合控制策略的锻造液压机中进行仿真分析。最后,对锻造液压机卸压过程中的压力控制稳定性进行深入研究,分析卸压机理,设计出基于能量均匀释放原理的卸压曲线,并提出使用噪声声强作为压力冲击的量化指标。针对能量均匀释放的卸压曲线进行仿真分析,并与不同卸压过程中卸压效果的仿真曲线进行对比。在此基础上,对不同管道参数和系统参数下锻造压机液压系统工作特性进行了仿真分析。最终得到的研究结果如下:本课题中,采用速度-位置复合控制策略能显著提高65MN锻造液压机的锻造快速性能和锻造精度。与传统的PID位置闭环控制系统相比,速度-位置复合控制策略可使锻造液压机的活动横梁能够无滞后地按照设定的位移曲线与速度曲线运行,并能够实现高精度定位,定位精度可达到0.3mm之内。在压力控制稳定性方面,采用本文所提出的基于能量均匀释放原理得到的卸压曲线,可以使工作液压缸实现平稳快速卸压。由此可见,本文所提出的研究方法提升了锻造液压机的控制稳定特性和快速运行特性,对提高锻件质量和实现安全锻造等方面具有重要实际意义和应用价值。


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