下载文档原格式
45／50MN快锻油压机本体结构设计分析章节一：绪论1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状及进展1.3 研究目的与内容章节二：45／50MN快锻油压机的设计参数2.1 设计原则与要求2.2 基本工作原理2.3 主要技术参数2.4 设计计算方法章节三：45／50MN快锻油压机的主体结构设计3.1 机身设计3.2 液压系统设计3.3 电气系统设计3.4 安全保护装置设计章节四：45／50MN快锻油压机的关键零部件设计4.1 液压缸设计4.2 油泵设计4.3 控制阀设计4.4 模具设计章节五：45／50MN快锻油压机工艺流程与性能测试5.1 工艺流程设计5.2 性能测试数据分析5.3 性能改进措施结论参考文献第一章绪论1.1 研究背景与意义快锻压制技术是一种高效、高精度、高质量的材料成形方法，广泛应用于航空航天、交通运输、机械制造等行业，已经成为了现代制造业不可或缺的一部分。
与传统的锻造过程相比，快锻压制技术具有速度快、能耗低、环保等优点，因此已经成为了未来锻造发展的主流趋势。
45／50MN快锻油压机是一种关键的设备，它是实现快锻压制技术的重要工具。
因此，对于45／50MN快锻油压机进行结构设计分析是非常重要的。
一方面，它可以推动技术的进步，提高设备的生产水平；另一方面，它可以帮助企业更好地把握市场机遇，稳步发展。
1.2 国内外研究现状及进展目前，国内外在快锻油压机的研究方面取得了一些进展。
例如，日本的电装-高田公司推出了25MN快锻油压机，静态刚度、动态响应等性能均有较大提升。
国内方面，哈尔滨工程大学开发出一种多向精密压制系统，能够实现多维度差异化压制，有效提高了快锻压制产品的精度。
然而，目前对45／50MN快锻油压机的结构设计分析研究还比较少。
因此，开展本研究将有助于填补这一空白，推动快锻油压机技术的进步。
1.3 研究目的与内容基于以上分析，本研究的目的是对45／50MN快锻油压机进行结构设计分析，并在此基础上探究其功能优化和性能改进措施。
中国机械工程第１９卷第８期２００８年４月下半月１６ＭＮ快锻液压机控制系统研究陈柏金１ｌ黄树槐１１靳龙２高俊峰２１．华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉，４３００７４２．兰州兰石重工新技术有限公司，兰州，７３００５０摘要：针对１６ＭＮ快锻液压机组的特点，提出由计算机和ＰＬＣ组成现场控制网络的锻造液压机组计算机控制系统体系结构。
采用硬件软件化思想，由软件实现系统的各种控制、调节及监测功能。
采用预测多模式模糊控制技术对快锻液压机大惯量运动部件进行平稳、无冲击振动和准确的位置控制。
经过多台１６ＭＮ快锻液压机的使用表明：该方法使控制系统的复杂程度大大降低，可靠性显著增强，压机锻造次数和精度也得到有效提高。
关键词：锻造；液压机；控制系统；控制技术中图分类号：ＴＧ３１６．８文章编号：１００４—１３２Ｘ（２００８）０８一０９９０～０４ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒ１６ＭＮＦａｓｔＦｏｒｇｉｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｅｓｓＣｈｅｎＢａｉｊｉｎｌＨｕａｎｇＳｈｕｈｕａｉｌＪｉｎＬｏｎ９２ＧａｏＪｕｎｆｅｎ９２１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＤｉｅ＆ＭｏｕｌｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ，４３００７４２．ＬａｎｚｈｏｕＬａｎｓｈｉＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．。
Ｌａｎｚｈｏｕ，７３００５０Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆａｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＰＬＣｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒ１６ＭＮｆｏｒｇｉｎｇｈｙ—ｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓ．Ｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌ，ａｄｊｕｓ—ｔｉｎｇａｎｄｍｏｎｉｔｏｒ，ｉ．ｅ．，ｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｓｔｅａｄｏｆｈａｒｄｗａｒｅ．Ｍｕｌｔｉ—ｍｏｄｅｆｕｚｚｙｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｕｓｅｄｔＯｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｍｏｏｔｈ，ｓｔｅａｄｙ，ｎｏｖｉｂｒａｔｉｎｇａｎｄｐｒｅｃｉｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒ０１．Ｔｈｅａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｙｓｔｅｍｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｌｏｗｃｏｓｔ，ｌｏｗｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉ—ｔｙ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｒｅａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｇｉｎｇ；ｆｏｒｇｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ０引言随着现代化工业的发展，人们对自由锻件的尺寸精度和生产效率提出了越来越高的要求，因而对液压机的锻造速度和压下精度的要求也随之提高，为适应这种要求，快锻液压机应运而生。
45MN大型快速锻造液压机组全液压锻造操作机的吊挂系统
的设计
潘有武
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2009(25)11
【摘要】介绍了为满足各种锻造工艺要求,在设计45MN大型快速锻造液压机组中全液压锻造操作机的吊挂系统时,采用多个平行铰链四杆机构及转动杠杆和多个液压油缸组合联动,由高压液压油提供动力源,在计算机的控制下完全实现了钳杆的平行升降、上下倾斜、左右侧移、左右侧摆、缓冲平衡等主要动作,达到锻造工艺要求.
【总页数】3页(P44-46)
【作者】潘有武
【作者单位】兰州兰石重工新技术有限公司,甘肃,兰州,730050
【正文语种】中文
【中图分类】TG213
【相关文献】
1.30t全液压锻造操作机的液压油缸及其行程检测装置的设计与应用 [J], 潘有武
2.20MN快速锻造液压机液压系统的设计 [J], 韩向可;李志军
3.全液压有轨锻造操作机旋转位置控制系统仿真研究 [J], 魏运华
4.平行连杆式锻造操作机吊挂系统结构设计试验 [J], 吴文涛; 杨晋
5.“45MN大型快速锻造液压机组”项目通过验收 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
蓄能器在16MN液压机快锻回程上的应用摘要传统的快锻液压机在快锻过程中，只有13%不到的能量转换成使金属发生塑性变形所需的功，而更多的能量则在液压系统各个阀的节流上被消耗掉。
为了解决快锻液压机的这种功率严重浪费的问题，人们研究并设计出一种在液压机快锻回程上采用蓄能器的新型方案。
该方案的实施，既满足液压机快锻的要求，又达到了快锻节能的效果。
关键词蓄能器；16MN快锻液压机；回程；电液比例插装阀伴随现代工业化的飞速发展，人们对自由锻件的锻造速度及锻造精度要求也越来越高。
然而传统的液压机在快锻过程中，有74.4%的能量均在液压系统各个阀的节流上被消耗掉。
由此，人们研究出一种采用蓄能器节能的新型快锻回路，从而在满足系统动静态特性的同时，还能最大程度地减少系统的能量损耗。
1 蓄能器及16MN快锻液压机的简单介绍1）蓄能器的基本概念。
蓄能器是一种应用在液压气动系统中储蓄能量的装置，其能够在合适的情况下将系统中的能量转化为位能或者压缩能，并在系统需要时再将压缩能重新供给系统。
依据加载方式的不同，可以蓄能器分成气体式蓄能器、弹簧式蓄能器以及重锤式蓄能器三种；2）蓄能器的功能作用。
蓄能器主要用来补充吸收液压冲击、消除脉动、回收能量及储存能量等。
通常情况下，蓄能器一方面可以作为补充液压泵流量不足的工具，即液压系统低速运动时，液压泵会将载荷所需的多余流量储蓄在蓄能器中，并当载荷所需流量增加时，再将蓄能器中储蓄的液体释放出来，从而达到补充液压泵流量不足的作用；3）16MN快锻液压机的简单介绍。
快锻液压机组包括锻造液压机、操作机以及移动站库等几部分，由上横梁、工作台、主缸、滑块、导柱等构件连接组成，通常采用计算机进行控制，主要实现包括对锻件的快速下压和活塞杆的回程等功能。
2 在16MN液压机快锻回路中应用蓄能器1）在液压机快锻回路中应用蓄能器的工作原理。
快锻回路是完成行程在30mm内、保证锻件变形量不超过5mm的快下、压下和返程的工艺过程。
《0.6MN自由锻液压机阀控缸力闭环控制特性研究》篇一一、引言液压机作为现代工业生产中不可或缺的重要设备，其控制特性的研究对于提高生产效率、保证产品质量及减少能源消耗具有十分重要的意义。
特别是在自由锻工艺领域，0.6MN（百万牛顿）自由锻液压机因其高精度、高效率的特点被广泛应用。
本文将重点研究阀控缸力闭环控制在0.6MN自由锻液压机中的应用，并探讨其控制特性。
二、研究背景与意义在自由锻工艺中，液压机的控制特性直接影响到产品的质量和生产效率。
传统的液压机控制方式往往存在响应速度慢、控制精度低等问题，难以满足现代工业生产的需求。
因此，研究阀控缸力闭环控制在0.6MN自由锻液压机中的应用，有助于提高液压机的控制精度和响应速度，从而提升产品质量和生产效率。
三、阀控缸力闭环控制原理阀控缸力闭环控制是一种先进的液压机控制方式，其基本原理是通过传感器实时检测液压缸的位移和力信息，将检测到的信息与设定值进行比较，然后通过控制器对阀门的开度进行调节，以实现对液压缸的精确控制。
这种控制方式具有响应速度快、控制精度高等优点。
四、0.6MN自由锻液压机阀控缸力闭环控制特性研究1. 控制系统设计在0.6MN自由锻液压机中，阀控缸力闭环控制系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器负责实时检测液压缸的位移和力信息，控制器根据检测到的信息与设定值进行比较并发出控制指令，执行器根据控制指令调节阀门的开度，从而实现对液压缸的精确控制。
2. 控制特性分析（1）响应速度：阀控缸力闭环控制系统具有较快的响应速度，能够在短时间内对液压缸的位移和力进行精确控制。
（2）控制精度：由于采用了闭环控制的原理，阀控缸力闭环控制系统具有较高的控制精度，能够实现对液压缸的精确控制。
（3）稳定性：系统在运行过程中具有较好的稳定性，能够保持长时间的稳定运行，减少故障发生的概率。
（4）节能性：通过精确控制阀门的开度，可以实现对液压机的节能控制，减少能源的浪费。
45／50MN快锻油压机液压系统设计分析I. 前言- 介绍快锻油压机的定义和应用领域；- 概述论文的主要内容和涵盖的方面。
II. 快锻油压机液压系统的动力分析- 快锻油压机液压系统动力学模型的建立；- 对模型中各参数的解释和液体流动状态的分析；- 根据实际情况对模型进行修正和优化。
III. 液压系统元件的选型和计算- 分析快锻油压机液压系统中主要元件的作用和参数；- 根据液压系统的要求，选用合适的液压元件；- 对液压元件的尺寸和参数进行计算，确保系统能够正常运行。
IV. 液压系统的控制与调节- 对快锻油压机液压系统的控制机构进行详细介绍；- 分析不同的控制方式对系统性能的影响；- 介绍系统的调节方法，包括手动和自动调节。
V. 快锻油压机液压系统的节能优化- 分析快锻油压机液压系统中能耗较高的原因；- 提出系统节能的方案和措施；- 根据节能方案进行系统优化，以提高系统的经济效益和环保性。
VI. 结论- 总结快锻油压机液压系统的设计和分析；- 对系统中存在的问题和不足进行讨论；- 展望快锻油压机液压系统未来的发展方向。
I. 前言快锻油压机广泛应用于汽车、飞机、机器工具和管道等行业中，用于批量生产高强度零件。
本文将围绕快锻油压机的液压系统设计与分析展开，从系统动力学模型的建立、液压元件的选型和计算、液压系统的控制与调节、系统节能优化等方面进行讨论，为快锻油压机液压系统的设计提供理论和技术支撑。
II. 快锻油压机液压系统的动力分析快锻油压机液压系统动力学模型是系统分析和优化的基础。
其建立过程需要对系统中各液压元件的参数进行计算，对液体的流动状态和液压系统的作用进行分析。
为了保证系统的正常运行，需要对模型进行修正和优化。
动力学分析中的几个关键问题如下：1.1 液压系统的能量转换液压系统是一个能量转换系统，液体压力会被转换为机械能。
在快锻油压机中，液体压力通过液压缸传递到工件上，从而产生变形或者形成；而在液压储能器中，液体压力则被储存下来，以备在需要时使用。
16MN和45MN的快锻液压机组技术附件1、快锻液压机组的组成快锻液压机组主要包括以下几个部分（见示意图1）：压机本体、液压系统、全液式锻造操作机、砧库、送料回转车、地下式升降回转台、电气和计算机控制系统（操纵、显示、监控、故障自断等）、通风、照明、排污、报警等公用设施等。
图1.快锻机组结构示意图（1）压机本体主机主要由机架、工作缸、回程缸、导向装置、上砧夹紧快换装置、上砧旋转装置、移动工作台、横向移砧装置、上下砧、润滑系统、行程检测装置、支架、托板及垫板等组成。
快锻液压机主机结构形式有两种，整体框架双柱式下拉式结构和分体预应力机架双柱斜置上压式结构，16MN和45MN的快锻液压机在结构上的对比如表1所示：表1. 16MN和45MN快锻液压机结构（2）液压系统液压系统主要为快锻液压机工作提供动力源，是为压机吨位大，工作环境温度高，高压大流量，工作频次高，控制精度好，而且适应多种锻造程序和工艺需要，优化性能等条件而设计的。
系统采用油泵直接传动，伺服比例阀控方式。
快锻液压机液压系统主要由主泵系统、主控制系统、辅助控制系统、循环系统、控制系统、检测与排污装置等组成。
不同吨位的快段液压机组的液压系统在布置上有所区别，20MN以下，主泵台数较少，液压系统相对简单，全部布置在地面以下；25MN以上，主泵台数较多，液压系统复杂，全部布置在地面。
表2为16MN和45MN 快段液压机液压系统的基本组成及功能。
表2. 16MN和45MN快段液压机液压系统基本组成及功能（3）全液式锻造操作机全液式锻造操作机是配合主机完成锻造过程的主要辅助设备，主要通过其机械手夹钳所锻铸件，配合主机锻造。
全液式锻造操作机主要有无轨和有轨两种。
目前，国内尚无技术成熟的无轨锻造操作机，主要依靠进口。
国内主要是有轨锻造操作机。
无轨锻造操作机相对于有轨锻造操作机具有占地面机小、操作灵活的特点。
目前，无轨锻造操作机是兰州兰石重工新技术有限公司技术攻关项目。
40MN快锻压机组性能、价格对比目前40MN快锻压机采用油泵直传方式的基本上是上传动型式，三梁两柱结构，立柱截面均为矩形。
下面将进口压机与国产压机的性能价格作一对比：1、进口压机技术参数与性能：[以上钢五厂进口SPS（德国）与抚顺特钢进口mer(德国)为例]2、价格：2.1德国mer公司价格：40MN快锻压机配40T×80T.m操作车设计、制造、安装调试费：9110.6万元人民币其中液压系统、电控、操作机，安装调试等费用为680万美元，主机由国内制造，费用为1800万人民币。
费用总计：680×8.27×1.3+1800=9110.6万元人民币2.2兰石新技术公司价格：设计、制造费：3250万人民币主机本体（含移动工作台，横向移砧装置，上砧更换装置）710吨， 2130万。
液压系统（含力士乐快速锻造阀块：主分配器和卸载分配器，价格比较贵；12台力士乐A2F500主泵，流量7100L/min,不含供液和辅助系统29个德国，美国，意大利的阀组。
）105吨，810万。
电控系统（含高压电机，高压控制柜）310万装机容量 3975KW冷确水量 200吨/小时3、我公司具备研制开发40MN快锻压机的能力我公司与华中科技大学研制开发的16MN快锻压机已于2004年7月30日正式投入生产使用。
机组的调试结果表明，16MN快锻压机的性能完全达到设计要求。
在热负荷试车过程中，压机运行平稳，常锻次数在20～45次/分，快锻次数达到85次，控制精度达到±1㎜。
16MN快锻压机主机采用下拉式整体框架结构，活动部份的质量（即液压系统的控制质量）达到115吨。
这证明了我公司已具备研制较大活动质量压机的能力。
40MN快锻压机采用上压型式，活动部份的质量约130吨，与16MN快锻压机活动部份质量基本相当，略大一点。
通过16MN快锻压机的制造实践，我们已完全具备了制造40MN快锻压机的能力。
兰石重工新技术有限公司刘崇民 2004-10-10。
大型快锻液压机最大允许锻造偏心距研究大型快锻液压机最大允许锻造偏心距研究摘要：本文通过对大型快锻液压机的结构、工作原理以及锻造过程中偏心距的定义和影响进行了分析，重点研究了大型快锻液压机最大允许锻造偏心距的确定方法。
通过理论分析和实验验证，得出了最大允许锻造偏心距与液压机结构参数、锻件形状及大小等因素的关系，并提出了一种精确确定最大允许锻造偏心距的方法。
关键词：大型快锻液压机；偏心距；允许距离；结构参数一、引言大型快锻液压机作为金属材料塑性加工的重要设备，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等行业。
在锻造过程中，液压机的偏心距对锻件的成形质量和设备安全性有着重要影响。
因此，研究大型快锻液压机最大允许锻造偏心距是提升设备锻造效率和产品质量的关键。
二、大型快锻液压机的结构和工作原理大型快锻液压机由液压系统、机械部分和电气控制系统组成。
液压系统由主泵、液压缸、压力油箱等组成，主要负责提供液压力来驱动活塞运动。
机械部分包括机架、滑块、工作台等，承载锻压力和锻造过程中产生的各种力。
电气控制系统通过对液压系统的控制，实现对液压机各个部分的协调工作。
液压机的工作原理是通过液压缸中的液压油提供的压力，使活塞产生相应的运动。
液压油在主泵的作用下，经由液压油管进入液压缸，使活塞前进或后退，进而带动滑块运动。
在锻造过程中，液压机的某些关键参数，如偏心距，将对锻造过程的完成和锻件质量产生影响。
三、偏心距的定义和影响因素偏心距是指活塞中心轴与滑块轴线之间的距离。
在快锻液压机的锻造过程中，偏心距的大小将直接影响锻件的成形质量和设备的安全性。
偏心距的大小与液压机的结构参数有着密切关系。
例如，液压机的滑块与机床床身的间隙、滑块的刚度以及液压系统的压力控制等都将影响偏心距的大小。
此外，锻件的形状和大小也会对偏心距产生影响。
尺寸较小的锻件在液压机上锻造时，偏心距较大可能导致锻件成形质量下降以及设备产生振动。
因此，对于不同形状和大小的锻件，需根据实际情况来确定最大允许锻造偏心距。
刍议45MN快锻机液压系统的维护与管理摘要：快速锻造液压机组是一种集机械、液压以及电气一体化的锻造设备，是取代自由锻锤以及水压机的一种新型自由锻造设备。
液压系统在给人们带来诸多方便的同时，也带来一些列的问题，如液压系统的泄露、震动以及噪声等。
本文针对45MN快锻机液压机在快速回程中的问题以及原因做一分析，探讨如何加强45MN快锻机液压系统的维护以及管理。
关键词：45MN快锻机；液压系统；维护与管理近几年来，随着技术水平的不断提高，液压系统也在向着高速、高压以及大功率方向发展。
45MN快锻液压机就是属于一种大型自由锻造液压机，主要由主机、动力系统、液压系统以及电控系统几部分组成的。
45MN快锻液压机的主机主要是采用预应力框架双柱上压式结构，同时配有相应的移动工作台、上砧快换以及横向移砧等等辅助装置。
在液压系统中主要采用油泵直接传功，特别适用于锻造频率高以及压下量小得锻造工艺。
然而，45MN快锻机液压在快速回转的过程中，卸压管道的震动以及噪声非常大，给工作人员以及附近居民生活带来严重噪声污染，同时也严重影响了液压机的性能以及工作质量，更为重要的是存在安全隐患，因此，如何加强其维护以及管理是当务之急。
1. 45MN快锻机液压机在快速回程中的问题以及原因1.1.产生的问题以及危害45MN快锻液压机在快速回程的时候，卸压管道的震动以及噪声是非常大，主要表现在这几方面：首先，卸压管道的振动减短了其设备的使用寿命，特别是加快了焊缝、管路以及密封等部件的损坏，从而出现漏油、管架松动以及脱落等现象，这样一来，就加大了维修成本，并且使运行的设备存在安全隐患。
其次，强烈的振动使锻压频次最高只能设置在每分钟59次左右，从而在很大程度上降低了工作效率。
最后，设备的振动不仅影响其运行质量，使加工精度也大大的降低。
同时产生的噪声严重影响了周围环境，对工作人员的身体健康带来严重损害，特别是听力上，诱发很多疾病；容易使工作人员反应迟钝，出现疲劳现象，就影响了工作效率。
一种快速锻造液压机关键零件设计分析毛春燕【摘要】The structural characteristics of a kind of fast forging hydraulic press have been mainly introduced in the text as well as the establishment of mechanical model of key parts. The simulation has been conducted by use of the large three-D finite element analysis software I-DEAS. As per the analysis of stress and strain fields of beam in different structures, the stress status and its deformation trend of the key parts during forging process have been predicted. The structure of key parts has been optimized via comparison. The geometric size under optimum strength and rigidity has been determined. The material has been distributed properly and made full use.%介绍了一种快速锻造液压机结构特点.建立了关键零件力学模型,并采用大型三维有限元分析软件I-DEAS对其进行模拟.通过对不同结构型式梁的应力、应变场的分析,预测出锻造过程中关键件的应力状态及其变形趋势.经过比较、优化主要零部件的结构,确定其在最佳强度和刚度下的几何尺寸,使材料得到合理分配,充分发挥出所用材料的潜力.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2013(048)002【总页数】3页(P36-38)【关键词】机械设计;液压机;快速锻造;力学模型;有限元分析【作者】毛春燕【作者单位】太原重工股份有限公司技术中心,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TG315.41 引言随着国内各大钢厂的技术改造，预计钢的产量将上很大一个台阶。
《基于遗传算法的0.6MN快锻液压机多PID控制器参数优化研究》篇一一、引言随着工业自动化程度的不断提高，液压机作为重要的工艺设备之一，其控制系统的优化对提高生产效率和产品质量具有重大意义。
本文针对0.6MN快锻液压机，采用遗传算法对多PID控制器参数进行优化研究，以提高液压机的控制精度和响应速度。
二、0.6MN快锻液压机概述0.6MN快锻液压机是一种重要的金属加工设备，广泛应用于各类锻造、挤压、压制等工艺过程。
其工作原理是利用液体压力进行能量传递和转换，以达到加工目的。
然而，液压机的控制精度和响应速度受多种因素影响，其中控制器参数的选取和优化是关键因素之一。
三、多PID控制器原理及应用PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的控制算法，具有结构简单、易于实现、参数调整方便等优点。
在0.6MN快锻液压机中，采用多PID控制器可以实现多通道、多环节的控制，提高系统的稳定性和控制精度。
然而，多PID控制器的参数调整较为复杂，需要针对不同的工艺过程和工况进行优化。
四、遗传算法在多PID控制器参数优化中的应用遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，具有全局搜索能力强、适应性强、收敛速度快等优点。
将遗传算法应用于多PID控制器参数的优化中，可以实现对控制器参数的自动调整和优化，提高系统的控制性能。
五、研究方法与实验设计本研究采用遗传算法对0.6MN快锻液压机的多PID控制器参数进行优化。
首先，建立液压机的数学模型和控制模型，确定多PID控制器的结构和参数范围。
然后，利用遗传算法对多PID控制器的参数进行搜索和优化，通过仿真和实验验证优化效果。
最后，对比优化前后的控制系统性能指标，如控制精度、响应速度等。
六、实验结果与分析通过实验验证，采用遗传算法对0.6MN快锻液压机的多PID 控制器参数进行优化，可以显著提高系统的控制精度和响应速度。
优化后的控制系统具有更好的稳定性和鲁棒性，能够适应不同的工艺过程和工况。
16MN和45MN的快锻液压机组技术附件
1、快锻液压机组的组成
快锻液压机组主要包括以下几个部分（见示意图1）：压机本体、液压系统、全液式锻造操作机、砧库、送料回转车、地下式升降回转台、电气和计算机控制系统（操纵、显示、监控、故障自断等）、通风、照明、排污、报警等公用设施等。
图1.快锻机组结构示意图
（1）压机本体
主机主要由机架、工作缸、回程缸、导向装置、上砧夹紧快换装置、上砧旋转装置、移动工作台、横向移砧装置、上下砧、润滑系统、行程检测装置、支架、托板及垫板等组成。
快锻液压机主机结构形式有两种，整体框架双柱式下拉式结构和分体预应力机架双柱斜置上压式结构，16MN和45MN的快锻液压机在结构上的对比如表1所示：
表1. 16MN和45MN快锻液压机结构
（2）液压系统
液压系统主要为快锻液压机工作提供动力源，是为压机吨位大，工作环境温度高，高压大流量，工作频次高，控制精度好，而且适应多种锻造程序和工艺需要，优化性能等条件而设计的。
系统采用油泵
直接传动，伺服比例阀控方式。
快锻液压机液压系统主要由主泵系统、主控制系统、辅助控制系统、循环系统、控制系统、检测与排污装置等组成。
不同吨位的快段液压机组的液压系统在布置上有所区别，20MN以下，主泵台数较少，液压系统相对简单，全部布置在地面以下；25MN以上，主泵台数较多，液压系统复杂，全部布置在地面。
表2为16MN和45MN 快段液压机液压系统的基本组成及功能。
表2. 16MN和45MN快段液压机液压系统基本组成及功能
（3）全液式锻造操作机
全液式锻造操作机是配合主机完成锻造过程的主要辅助设备，主要通过其机械手夹钳所锻铸件，配合主机锻造。
全液式锻造操作机主要有无轨和有轨两种。
目前，国内尚无技术成熟的无轨锻造操作机，主要依靠进口。
国内主要是有轨锻造操作机。
无轨锻造操作机相对于有轨锻造操作机具有占地面机小、操作灵活的特点。
目前，无轨锻造操作机是兰州兰石重工新技术有限公司技术攻关项目。
不同型号的有轨锻造操作机基本结构是相同的，主要由机架、钳杆、吊挂系统、液压系统、检测系统、润滑系统、供电供水拖链、行走轨道及电气控制等12个部件组成，能完成六打动作：钳口加紧松开、钳杆平行升降及上下倾斜、钳杆水平面移动、钳杆正反旋转、操作机行走等动作。
锻造操作机的选型常根据快锻液压机的选型进行匹配，也可根据用户的实际需求进行匹配。
（4）砧库
用与存放待用的锻造工具（上砧和下砧）的工作平台。
（5）送料回转车
送料回转车是专门给操作机准确送料和使锻件调头的有轨小车。
（6）地下式升降回转台
地下式升降回转台一般设置在主机和操作机之间承接锭坯，并能通过旋转使锻件调头。
（7）电气和计算机控制系统
锻造液压机组动作复杂，结构庞大，控制对象和监测点较多，分布范围广且较为分散（分为地上、地下多个控制单元），故采用以网络技术为基础的通用工业现场控制总线系统结构，由带有网络控制功能的可编程控制器、工业现场总线控制单元、工业控制计算机和工业监控计算机联网组成机组实时控制网络系统。
表3为16MN和45MN 快段液压机组电气和计算机控制系统的基本组成及功能。
表3.16MN和45MN快段液压机组电气和计算机控制系统基本组成及功能
2、快锻液压机组的主要参数
（1）快锻液压机锻造参数
快锻液压机的锻造参数如表4示：
（2）快段液压机基本参数
快锻液压机的基本参数如表5示：
表5.快锻液压机基本参数
（3）锻造操作机基本参数
锻造操作机的基本参数如表6示：
表6 锻造操作机基本参数
（4）控制精度
快锻液压机锻造尺寸控制精度为±1mm；锻造操作机钳头旋转控制精度为±1°，操作机行走距离控制精度±10mm，操作机钳头旋转步进角度预选。
3、快锻液压机组的技术特性
（1）压机结构
（a）在结构形式上，小型压机（20MN以下）以双柱下拉式为主，重心低、稳定性好、管道短、液压冲击小。
而中大型压机（25MN 以上）采用上推式，以减少活动部分管量、易于控制、节省能源。
（b）在压机整体放置时，小、中、大型压机均采用斜置，即整个机架与压机的中心线呈35°斜置。
从而，在两立柱的前后左右形成较大的柱向净空距，便于摆放移动工作台和横向移砧装置，并还有以下优点：对操作工有良好的可视性；对锻工有良好的操作性，空间大；对锻造大的环形或锻件有开阔的工艺尺寸空间；对放置和吊取工具工装天车容易接近。
（c）在横向移砧装置、上砧快换选装置、砧库和移动工作台配合可随时方便地换砧，提高锻造频率。
（2）液压系统
液压系统是快锻液压机组的核心技术，目前不同型号的快锻液压机，其液压传动方式均为油泵直接传动。
在液压控制方式上采用阀控方式。
阀控方式中，油泵为定量泵和变量泵，采用比例阀组和伺服阀组控制系统流量、压力，促进高压大流量液压系统工作平稳，避免了较大的冲击振动，而且系统发热小，不致油温过高而影响其性能，甚至影响生产，即使在炎热的夏季也能保证液压系统的正常运行。
（3）锻造操作机
锻造操作机采用带固定活塞杆和运动刚体的夹紧油缸驱动，克服了传统活塞式移动夹紧缸存在的偏心载荷，及需设有一个导向来引导。
没有导向和摩擦，使夹紧的机械效率提高，油缸密封的使用寿命提高。
钳杆提升回路由油缸、蓄能器组成具有垂直缓冲性能的“同步浮动”系统，使操作机能在压机大压下量的锻造工序中平稳工作，克服轴类锻件的“香蕉弯”现象。
夹紧与旋转回路采用比例溢流阀，由计算机控制工作压力，使得加紧力，旋转力矩可根据锻件大小进行选择。
行走驱动采用无间隙式传动，提高传动精度，并有效减少了反向传动时的冲击。
钳杆的旋转和操作机大车行走采用比例换向阀，由计算机控制，可实现无级调速。
总的来说，锻造操作机具有夹持力矩大，动作灵活，控制准确，而且有侧移及上下倾斜功能；并且其液压系统可靠，能适应多种工况的工艺要求，在计算机的控制下可实现自动操作与联动操作。
（4）电气和计算机控制系统
电气和计算机控制系统的系统功能及特点如下所述：
（a）实现机组手动、半自动、自动、联动及模仿的工作制度：手动状态—压机和操作机分别手动控制；半自动状态—压机与操作机分别手动控制，但压机到下给定值时，能自动停在下给定值位置上；自动状态—压机能按给定锻造参数，自动锻打一道次，在予置下一道次后，能连续自动锻打，操作机手动控制；联动状态—压机与操作机联动进行自动锻造（分坯料单独进给和旋转复合进给）；模仿状态—直接调用自动或联动时所存的规范或工艺程序（各道次的设定值）就能模仿其进行全过程自动锻造。
（b）能在操作台上方便地实现各种工作方式之间的转换，并且能在自动和联动方式下手动干预。
（c）实现电气拖动系统的各种启动，联锁，对电机进行短路、过载、过流保护，对压机主泵电机实行“软起动”，电器元件除低压
断路器以外全部选用进口产品。
（d）丰富的显示功能。
通过IPC实时动态地显示各种工作状态和检测参数，并可记录打印，方便调整压机和操作机的各项参数，为调试和维护机组正常运行提供便利。
（e）故障信号均有指示和声、光报警功能，同时在显示器上也有相应的中文说明，使系统具备一定的自诊功能，大大缩短维修时间。
（f）全屏触摸（而不采用键盘或按键）进行参数的设定、修改与管理，提高了可靠性且“免维护”。
（g）可以实时进行锻造参数的设定和快速修改，只需轻轻一点即可完成。
（h）传感元件的参数均可在触摸屏上更改，方便用户换型或改型，不影响系统的控制精度。
（i）砧型操作方便快捷，锻造过程中更换砧型，系统将自动换算锻件尺寸值，无需人工换算。
（j）全中文操作提示，具备Windows风格的操作环境，设置机组模拟显示屏，易于维修。
（k）设置电视监视系统，对液压站进行监控；
（l）操作台设置对讲机系统，方便操作人员与操作室外及液压站工作人员交流。
（m）操作室外设置高亮度LED大字符屏，显示锻件尺寸。
（n）记录设备各部件的运行时间，方便用户制定备件计划。
图1.16MN快锻机组
图2.35MN快锻机组。
