泵—蓄能器—增压器叠加供液...锻造液压机组配置及成本研究_陈柏金.pdf

第 58 卷Application of energy-saving and environmental protectiontechnology in the development of sheet metal press brakeSHEN Jialei1,ZHANG Biao2,LI Zhenguang1,ZHANG Lei1,LEI Binhua1（1.DERATECH Machine Tool(Suzhou)Co.,Ltd.,Taicang 215000,Jiangsu China;2.SINOMACH Foundry and Metal Forming Co.,Ltd.,Jinan 250306,Shandong China）Abstract:With the implementation of the national carbon peak policy,the dual control of energy con-sumption,electricity and production restrictions have had a significant impact on the upper,middle,and lowerreaches of the CNC machine tool industry.Machine tool manufacturing enterprises need to adapt to this greentransformation of the whole society,must practice energy-saving and environmental protection measures,com-ply with the energy consumption dual control goals,and take the path of sustainable development in order toachieve long-term development.The practical measures include optimizing the production process and iteratingproduct upgrades.In combination with the actual situation of the company,the application of energy savingand environmental protection technology in the development of sheet metal press brake has been analyzed inthe text from the perspective of product upgrade iteration.On the above basis,the market prospect of sheetmetal press brake has been analyzed and prospected roughly.Key words:Energy conservation and environmental protection;Sheet metal press brake;Electro-hydraulicsynchronization;Hydraulic-electro combination;Pure electric servo;Automatic bending0 引言泵蓄能器增压器叠加供液是区别于现有的泵直接传动供液以及传统的泵蓄能器传动供液的一种传动方式。采用这一传动方式的 35MN 快速锻造液压机组已投产应用近两年，通过了生产实践的考验，不仅可以显著降低机组的装机功率（装机功率低于传统机组的 1/3），减少对电力容量的需求，节能效果明显，而且机组的主要工作部分都处于 16MPa以下压力运行，机组漏油故障少，液压泵等工作寿命长，使用维护成本低。收稿日期：2022-12-06；修订日期：2023-01-15作者简介：陈柏金（1965），男，博士，教授，从事材料成形设备及自动化控制研究。E-mail：泵蓄能器增压器叠加供液的快速锻造液压机组配置及成本研究陈柏金1，张连华2（1.华中科技大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074；2.中科聚信洁能热锻装备研发股份有限公司，江苏 盐城 224000）摘要：本文对采用泵蓄能器增加器叠加供液的节能型快速锻造液压机组相关配置及成本进行研究，以实际生产过程中一火次开坯锻造成材为例，分析计算手动开坯、自动常锻锻造及自动快锻摔圆工序所需的压力油量，结合机组的实际装机情况，计算出机组所需的蓄能器、气罐、增压器的容积；分析两种类型快速锻造液压机组的液压系统主要部件的组成及差异，并进行设备成本估算。两种类型机组基本性能相近，投资成本差别在可接受范围内。节能型快速锻造液压机组具有实际及推广应用价值。关键词：锻造液压机；节能；装机功率；成本中图分类号：TG315文献标识码：ADOI：10.16316/j.issn.1672-0121.2023.03.002文章编号：1672-0121（2023）03-0012-05第 58 卷 第 3 期Vol.58 No.3CHINA METALFORMING EQUIPMENT&MANUFACTURING TECHNOLOGY2023 年 6 月Jun.202312-第 3 期1技术参数35MN 泵蓄能器增压器叠加供液传动的快速锻造液压机主要技术参数如表 1 所示，压机只有两种压力等级：镦粗、拔长（手动及自动常锻）时由泵蓄能器增压器供液，快锻精整时由泵蓄能器传动；机组的其他技术参数与泵直接传动机组近似。2关键部件容积计算泵蓄能器增压器传动系统的关键部件为蓄能器（包括气罐）及增压器，其容积影响机组的性能及投资成本。以一支钢锭开坯成材为例，锻造时间 40min，分配为：手动初锻倒棱 20min，自动常锻拔长 10min，自动快锻摔圆 10min（工艺过渡时间忽略）。（1）手动倒棱拔长油液体积计算手 动 倒 棱 拔 长 工 况 参 数 平 均 以 回 程 高 度200mm、压下量 100mm（假设上砧接触坯料开始50mm 内以蓄能器油液加压，后面 50mm 以增压器油液进行加压）、锻造频次 20 次/min 为例，压机的行程曲线如图 1 所示。手动锻造过程中，快下时由充液系统提供油液，卸压回程时所需油液很少。手动倒棱过程中所需压力油液计算（近似，同时忽略泵在中低压工作时容积效率影响）如表 2 所示。上表中低速加压时油液由增压器提供，增压器工作时需要额外的油液才能工作，对于增压比为 1：2的增压器，增压过程中所需蓄能器的总流量为其增压流量的 2 倍。（2）自动常锻油液体积计算自动常锻工况参数平均以回程高度 150mm、压下量 60mm（假设上砧接触坯料开始 20mm 内以蓄能器油液加压，后面 40mm 以增压器油液进行加压）、表 1泵蓄能器增压器传动快速锻造液压机主要技术参数序号项 目参 数1主缸柱塞/mm等效直径 11902回程缸/mm等效直径 23903工作压力/MN常锻（镦粗）快锻3517.54液体工作压力/MPa常锻快锻31.5165最大空程下降速度/（mm s-1）2506最大回程速度/（mm s-1）78锻造控制精度/mm9锻造频次锻造速度/（mm s-1）常锻镦粗压力/MN压下量/mm回程高度/mm频次/（次 min-1）17.535203090354010080150254525090901表 2手动倒棱过程液体体积序号项 目速度/(mm s-1)行程/mm压力油量/L蓄能器增压器1快下25010002加压905055.63低速加压4550111.255.64卸压回程0005快回25020047.8214.685840846001240单行程用压力油量合计总行程次数 20 次/min20min=400 次12 台 250mL/r 主泵 20min 提供油液需要蓄能器提供油液压机位移/mm回程高度加压开始增压开始锻造尺寸时间/s20010050快下快回低速加压卸压回程加压3.0图 1手动锻造行程曲线陈柏金，等：泵蓄能器增压器叠加供液的快速锻造液压机组配置及成本研究13-第 58 卷锻造频次 30 次/min 为例计算。常锻过程中，快下时由充液系统提供油液，卸压回程时所需油液极少。常锻行程中所需油液计算（近似）如表 3 所示。（3）快锻油液体积计算自动快锻摔圆参数平均以回程高度 25mm、压下量 5mm、锻造频次 80 次/min 为例计算，压机的行程曲线如图 2 所示。快锻过程中，压机执行加压、卸压回程动作，压力油完全由主泵提供，所需油液计算（近似）如表 4所示。（4）蓄能器容量从表 2、3、4 计算可知，手动大行程倒棱拔长及自动常锻拔长时所需油液最多，考虑锻造过程中比例阀控制油、操作机系统等用油，蓄能器选用 3000L（31000L）。（5）增压器容量增压锻造速度以正常加压速度的 50%计算，增压流量为：Q=VS=45mm/s1.11164m2=3001（L/min）增压器设计选取流量 750L/min 四个，增压器的工作速度约 55mm/s。（6）气罐容积蓄能器的工作过程如图 3 所示，满足气体平衡方程：p0V0n=p1V1n=p2V2n=常数泵蓄能器增压器传动系统中配置的液压泵比传统的泵蓄能器传动系统中的数量多，蓄能器储存的能量释放过程缓慢，充气气体基本工作在等温条件下，n=1（常规系统的蓄能器能量释放快，充气气体工作在绝热条件下，n=1.4）。蓄能器容积为 V0=3000L，采用 30000L（310000L）气罐，最高储能压力 p2=16MPa,活塞式蓄能器工作时保持 10%残留容积，由气体平衡方程可计表 4快锻工作行程液体体积序号项 目速度/(mm s-1)行程/mm压力油量/L1加压902527.82卸压回程0003回程250256.033.82704042300/单行程用压力油量合计总行程次数 30 次/min10min=300 次12 台 250mL/r 主泵 10min 提供油液需要蓄能器提供油液表 3常锻工作行程液体体积序号项 目速度/(mm s-1)行程/mm压力油量/L蓄能器增压器1快下2509002加压902022.23低速加压454088.844.44卸压回程0005快回25015035.8146.844040423001740单行程用压力油量合计总行程次数 30 次/min10min=300 次12 台 250mL/r 主泵 10min 提供油液需要蓄能器提供油液p0v0p2v2p1v1气罐蓄能器（a）充气（b）储能（c）释放能量图 3活塞式蓄能器工作过程时间/s快回卸压回程加压0.75压机位移/mm回程高度锻造尺寸255图 2快锻行程曲线14-第 3 期算出：充气压力 p0=14.7MPa,最低工作压力 p1=14.8MPa。上述最低工作压力出现在蓄能器提供最大油量的情况下，由于自由锻造过程中存在较多的工步转换及停顿时间，实际不会出现蓄能器油液用尽情况，因此最低压力高于此值。3机组主要部分成本计算两种传动方式的 35MN 快速锻造液压机组装机功率如表 5 所示。（1）泵蓄能器增压器传动机组主要部件成本表 6 为泵蓄能器增压器传动 35MN 快速锻造液压机组主要部件组成及成本（两种类型快速锻造液压机组均需要的控制阀等均不考虑，下同）。（2）泵直接传动机组主要部件成本表 7 为泵直接传动 35MN 快速锻造液压机组主要部件组成及成本。4小结泵蓄能器增压器传动的快速锻造液压机组与泵直接传动的快速锻造液压机组技术指标相似，前期投资成本差别在可接受范围内，但泵蓄能器增压器传动系统由于采用了大容量蓄能器，机组中压机、操作机的动作响应速度快、压力冲击小、动作平稳；装机功率低，传统机组的空载能耗即