液压螺旋压力机的液压系统分析

（一）HSPRZ630型液压螺旋压力机的液压系统原理图（见图4-4-9）

液压系统各限位开关布置图如图4-4-10所示。HSPRZ系列液压螺旋压力机用限位开关进行滑块的点位控制。通过与滑块相连的气动马达或齿轮齿条带动测速发电机旋转，把滑块的运动速度转换为测速发电机的输出电压。高压泵3开动前先开低压泵1，使低压液体通过单向阀9、10、13、14充满所有管道和液压马达7。打击前滑块停在上死点1b41处。预选打击能量和回程能量后，按打击按钮，慢速阀11接通，高压液体进入液压马达和制动器控制阀8，使制动器脱开，滑块以一定速度下行。经一定延时后，平衡缸控制阀20吸合，通低压液体，使往复运动部分的质量一起参加工作，两主阀12接通，使运动部分加速下移。当滑块达到预选速度时，继电器断电，慢速阀11，主阀12都切断，平衡缸控制阀20换向，平衡缸4进高压液体，平衡往复运动部分质量所产生的加速度，使滑块在预选速度下匀速下行。此时，滑块和飞轮带动液压马达同方向旋转，主油路上的单向阀13、14能保证液压马达从低压系统吸入低压液体。在慢速阀11与主阀12切断的同时，液压马达空转补油阀19动作，顶出液控单向阀15，使液压马达的另一端经此向低压系统排液，形成低压自动循环。大流量溢流阀16能保证低压系统油压超过一定数值时，液体从此阀排回油箱。当滑块下行加速到预选的速度时，测速发电机1ml输出的电压达到预选的电压值，主阀12和慢速阀11立即反向切换。如果测速发电机没有起作用，下极点限位开关1b42即起作用，使阀12和13反向切换，即1b42起了保护作用。距1b42向下60mm处装有限位开关1b43，它是1b42的保险，又监视1b42的调整是否正确。1b42的位置应比工件高，以保证滑块在接触工件前使液压马达停止驱动。

图4-4-9 液压马达式液压螺旋压力机液压系统图

1—低压泵 2—控制泵 3—高压泵 4—平衡缸 5—制动器 6—飞轮 7—液压马达 8—制动器控制阀 9、10、13、14—单向阀 11—慢速阀 12—主阀 15—液控单向阀 16—溢流阀 17—蓄能器 18—低压补偿器 19—液压马达空转补油阀 20—平衡缸控制阀

锻击结束，滑块、螺杆和飞轮在液压马达、弹性位能和平衡缸的作用下从零加速向上回程。当滑块到达预选的回程速度，测速发电机1ml发出信号，使主阀12、慢速阀11切换到中间位置，测速发电机1ml上方有回程紧急限位开关1b44，如测速发电机失灵，1b44使主阀12、慢速阀11切换到中间位置；另外，如回程能量预选太大，滑块运行到1b44还没有达到预选速度，此时，1b44亦可做到不使回程速度继续上升，同时报警，需重新预选回程能量，否则电控系统使下次打击不能进行。1b44对滑块回程起保险和监视作用，不可调的回程紧急限位开关1b46用来保险1b44。

液压马达停止进高压液体后，由于飞轮的惯性，滑块继续上升，液压马达被飞轮带动按原方向旋转，液控单向阀15保证低压系统向液压马达补油，液压马达另一端高压液体通过单向阀9后入高压液体，由高压蓄能器17回收能量，并迫使液压马达和运动部分减速，进行液压制动使滑块减速。当滑块上升碰到限位开关1b41时，制动器控制阀8断电，制动器5由碟形弹簧作用刹住飞轮6，滑块向上行程结束。紧急限位开关1b45在1b41失灵时起保险作用，保证滑块能停止在上限位置。

（二）捷克LVH型缸推式液压螺旋压力机液压系统原理图（见图4-4-11）

压力机采用泵—蓄能器转动，工作压力为16MPa，工作介质为：2500～6300kN压力机用矿物油，大规格压力机用乳化液。主回路由1～2台泵A提供高压液，驱动活塞式工作缸和顶出缸，控制系统用单独的操纵泵B。

图4-4-10 液压系统各限位开关布置图

系统特点是回程腔常通高压，不需控制，采用两阀分配器对液压缸上腔进行换向控制Э1得电，右边的滑阀开启，泵、蓄能器和液压缸下腔排出的高压液体经此阀进入液压缸上腔，利用液压缸上下腔的压力差推动运动部分加速向下运动。接触锻件前，Э1失电，Э2得电，则左侧滑阀开启，液压缸上腔自油箱补油，下腔高压液体强制排回蓄能器而回收能量。锻击过程结束后，由于回程腔通常压，故能立即回程。交替使用电磁铁Э2、Э3时，可实现寸动调模的调整规范，此时，高压液先通过可调节流阀进入液压缸上腔，以便调节滑块向下速度。压力机的顶出器由电磁铁Э4控制，顶出器靠弹簧回程。系统C用于液压超载保险和润滑系统，系统D为液体的过滤之用。

此系统的控制是靠滑块上的机械撞块的。当Э2失电后主缸上腔完全切断，如果运动部分还有剩余动能，势必造成液压冲击，故撞块的安装必须正确。在正常情况下，测得该系统的液压冲击压力为额定液压力的1.35倍。

以上两种液压系统尚有如下不足之处：

1）功能不齐全：如LVH型压力机的系统，下缸通常压，无法实现滑行动作，不便实现工艺操作上大行程轻击和能量预选的要求。

图4-4-11 LVH型缸推式液压螺旋压力机液压系统原理图

A—动力装置 B—操纵装置 C—保险和润滑 D—过滤系统(www.xing528.com)

2）元件多，系统复杂：如HSPRZ型压力机的系统，尽管功能齐全，但由于换向、补油、能量回收及滑行功能由不同回路分别承担，故系统比较复杂，维修困难，并增加了液压装置的成本。

3）缺乏减缓液压冲击的有效措施：一般只由吸能支路起高压缓冲作用，有的采用高压软管，都未从积极方面采取措施，因而液压冲击比较严重。

（三）副螺杆式液压螺旋压力机的液压系统

液压系统的作用是操纵滑块的各个动作和液压顶出器，保障压力机的正常运行。由油源部分、背压部分、顶出器回路和滑块动作控制回路组成。

1）油源部分的作用是为系统提供温度适当的、清洁的、流量充足的压力油。主要部件有油箱、液压泵、电动机、蓄能器、循环过滤装置、油温控制装置、液压控制阀等。在压力机不打击的辅助时间里，把液压泵输出的压力油存储到蓄能器中，以满足打击时瞬间大流量且压力稳定的供油要求。

2）背压部分的作用是在滑块的滑行和制动行程中，向副螺杆驱动部件和平衡重液压缸的进油腔自动充油，它由低压罐和液位控制装置等组成。系统设置稳定的背压油源，可减小系统噪声，使之工作平稳。

3）顶出器回路：根据需要可以设置下顶出器，还可以设置上顶出器。不用蓄能器，是普通液压控制回路。

4）滑块动作控制回路如图4-4-12所示，电磁阀动作次序见表4-4-4。本回路所控制的液压缸包括副螺杆传动部件液压缸（分为上下两个油腔）、两只平衡重液压缸（合并为一个油腔）和两只制动器液压缸（合并为一个油腔）。

这是一个中大型液压螺旋压力机的控制回路，图中的13、14、15是三个大通径阀块，每个阀块管液压缸一个腔的大流量进油和排油，分别为副螺杆传动部件液压缸的上腔、下腔和平衡重液压缸。序号8、9、10、11、12是小通径阀块。松开制动器所需油量较少，用小通径阀就可以了。设置其他小通径阀块是专为液压缸提供小流量的进油和排油。其作用一是为滑块提供寸动和慢速运动，二是在大通径阀开启之前，先开启小阀对相应的液压缸进油或排油，也就是预先升压或预先卸压，这样可有效缓和液压冲击，使系统工作平稳。采用可编程序控制器可以准确调整各个电磁阀的动作次序和时间提前量，方便可靠。预升压和预卸压的时间极短不影响压力机的快速性。回路中的液压阀块都是插装阀和电磁阀，便于叠加组合，结构紧凑，管道少。以下分别介绍压力机滑块的各个动作规范。

图4-4-12 副螺杆式液压螺旋压力机的滑块动作控制回路

1—副螺杆传动部件液压缸上腔 2—副螺杆传动部件液压缸下腔 3—平衡重液压缸 4—制动器液压缸 5—与油箱连通的油管 6—与低压罐连通的油管 7—与蓄能器和油泵连通的油管 8—液压缸上腔小通径进排油阀块 9—滑块寸动调模控制阀块 10—液压缸下腔小通径进排油阀块 11—平衡重液压缸小通径进排油阀块 12—制动器液压缸控制阀块 13—液压缸上腔大通径进排油阀块 14—液压缸下腔大通径进排油阀块 15—平衡重液压缸大通径进排油阀块

表4-4-4 电磁阀动作表（“+”表示电磁铁得电）

（1）寸动调模 下行时，点动操作按钮使电磁铁19a、20a得电松开制动器，寸动阀4b得电，副螺杆传动部件液压缸上腔少量进油，下腔少量排油，副螺杆驱动飞轮向下旋转，主螺杆便推动滑块少量下行。上行时，松开制动器，寸动阀4a得电，副螺杆传动部件液压缸下腔进油，上腔排油；而且平衡重液压缸小通径进排油阀块中的电磁铁8b得电，向平衡重液压缸进油，于是滑块慢速上行。表中电磁阀都失电时，滑块停止动作。

（2）打击下行各个阶段的工作原理 松开制动器。开始下行时，1b得电让副螺杆传动部件液压缸上腔预升压，5a得电让副螺杆传动部件液压缸下腔预卸压，8a得电让平衡重液压缸预卸压。滑块刚启动立即进入加速下行，此时让2b、6a、9a都得电，于是副螺杆传动部件液压缸上腔大通径进油阀开启，下腔大通径排油阀开启，平衡重液压缸大通径排油阀开启，以满足大流量进油和排油之需要。压力油推动活塞和副螺杆向下作螺旋运动，输出转矩经过联轴器驱动飞轮和主螺杆作同步加速向下的螺旋运动，并带动滑块加速下行。当飞轮能量要达到设定值时，应转入等速滑行，此时，平衡重液压缸的排油阀关闭，产生阻力以平衡运动部件之重力，油液压力升高并顶开大通径进排油阀块中的进油阀，把油液压回蓄能器，把重力位能转变成液压能储存起来；6a保持得电使副螺杆传动部件液压缸下腔大通径排油阀开启，保持排油通路畅通；副螺杆传动部件液压缸上腔的进油阀关闭，停止进高压油而改为充液，充液流量是由低压罐的低压油顶开大通径排油阀自动提供的，无需控制。于是，飞轮和滑块保持速度继续下行，以设定的飞轮能量完成打击锻件的工作。在液压缸上腔大通径进排油阀块中设置一个单向阀与排油阀并联，使为了减小充液阻力，保证充液量充足。

（3）打击回程各个阶段的工作原理 松开制动器，加速回程：滑块从下行转变为回程的控制信号换向是在打击时完成的，阀的动作次序也是先开启小通径进排油阀进行预升压和预卸压，再开启大通径进排油阀。使高压油进入副螺杆传动部件液压缸下腔而上腔接通排油，压力油推动活塞和副螺杆作向上的螺旋运动，而主螺杆也作同步向上的螺旋运动，于是带动滑块加速回程。减速滑行回程：当加速回程到适当位置时，下腔停止进高压油而改为自动充液，上腔的大通径排油阀保持开启状态（2a、3a得电），平衡重液压缸也停止进高压油而改为自动充液，于是飞轮和滑块在重力作用下减速向上滑行。液压制动：在滑块距离上端点适当位置时，关闭液压缸上腔排油阀以液压力来阻止飞轮的向上转动，此时是飞轮带动副螺杆和活塞作向上的螺旋运动，迫使液压缸上腔油液压力升高，并顶开液压缸上腔大通径进排油阀块中的进油阀，把油液压回蓄能器以吸收飞轮的剩余动能。停止：在滑块回程到接近上端点时，制动器制动（19a、20a失电），回路中其他电磁阀也失电，使副螺杆传动部件液压缸上腔、下腔和平衡重液压缸的进排油阀都为关闭状态，锁定飞轮，把滑块停在上端点。适当调整滑块回程过程各阶段控制信号转换点的位置，以使回程过程安全、平稳、快速。还可在制动器制动前增加慢速回程动作，使过程更平稳、安全。