锻造液压机原理

  本文关键词：我国锻压设备产业竞争力分析，由笔耕文化传播整理发布。

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兰州交通大学博文学院

2012届本科毕业设计

论文题目：快速锻造液压机的应用及维护

姓 名：高正重

年 级：2008届

院 系：机电工程系

机械设计制造及其自动化

摘 要

液压机主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、

高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。

该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程

可在规定的范围内任意调节，操作简单。在本设计中，通过查阅大量文献资料，设计了液压缸的尺寸，拟定了液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。

关键词： 锻造， 液压系统， 液压机， PLC

目 录

目 录……………………………………………………………Ⅰ

第1章 国内外重型锻压设备的发展概况··············· 1

第2章 我国液压机的应用···························4

第3章 锻造液压机系统 ················ 4

3.1 锻造液压机的系统原理 ··············· 4

3.1.1液压系统工作原理 ······················ 4

3.2.液压系统分析 ···················· 5

第4章 锻造液压机的改进设计方案及分析 ········ 6

4.1 锻造液压机的该机方案 ··············· 6

4.2 液压机的改进方案分析 ··············· 7

第5章 PLC在液压机控制系统改造中的应用 ········ 7

5.1 工艺原理分析 ··················· 8

5.2 液压系统控制过程分析 ··············· 8

5.2.1 液压机执行部件动作过程分析 ················ 8

5.3 PLC电控系统设计 ·················· 10

5.3.1 硬件设计与软件实现 ··················· 10

5.3.2 三地操作 ························ 14

5.4 PLC可靠性保护措施 ················· 15

5.4.1 电动机组保护 ······················ 15

5.4.2 机械设备的保护 ····················· 15

5.5 PLC程序设计 ···················· 16

第6章 液压机电气控制系统 ················ 18

6.1 液压机电气控制方案设计 ·············· 18

6.1.1液压机电气控制方案选择 ··················· 18

6.1.2电气控制要求与总体控制方案 ················ 19

6.2 液压机电气控制电路设计 ·············· 20

6.2.1液压机主电路设计 ····················· 20

6.2.2液压机控制电路设计 ···················· 20

4.3 液压机电气控制系统分析 ·············· 22 参考文献 ························· 23 附录 ··························· 24 致谢 ··························· 25

第一章 绪论

重型锻压设备是随着国民经济的发展，特别是随着汽车、航空、宇航、动力、造船、冶金、石油、化工、铁道、交通等工业部门对大型锻件、模锻件、冲压件日益增长的需要而迅速发展起来的。十九世纪八十年代，英、美开始建造100t级的锻锤、100MN级的锻造液压机，作为重型锻压机械兴起的标志，至今已有百年的历史。它在机械制造工业中占有特殊重要的地位，是一个国家工业化程度和经济、国防实力的重要标志之一，也是一个国家科学技术发展水平的重要体现。

从工艺成形考虑主要可分为：自由锻、模锻、挤压、冲压、弯板和专用等类别的设备，从压制零件能量的传递考虑可分为：蒸-空气的、机械的、液压的、电力的、高能的及其相互间的有机联合等型式。但不论属于哪一类别和采用何种能量传递方式，都是为了满足一种或几种特定的成形工艺需要，从而形成了各类设备在参数、结构、性能、传动、控制以及配套等方面各具差异而又有明显的特征。

据不完全统计，国外重型锻压设备发展至今巳有250种以上的产品系列。国外重型锻压设备发展至今巳有百年，但其发展较快的时期却是上世纪中叶（四十——六十年代）。在这段时间，世界上已建造了100MN级锻造液压机26台（最大的150MN），l00MN级模锻液压机27台（最大的700MN；300MN级以上的竟有13台），l00MN级挤压液压机8台（最大的250MN），l00MN级热模锻机械压力机3台（最大的110MN），25t级以上的模锻锤2台（最大的31.5t），l00tm以上的对击锤5台（最大的150t·m）。在重型锻压设备中模锻液压机的机体重量和体积都是最大的类别，如苏联在1961年投产使用的，当今仍属世界上最大的700MN模锻液压机，其机体总高3km，而机体重量竟达26000t，的确是个庞然大物。以上列举的特大型锻压设备的点滴，不仅反照出上世纪中期机械制造业的加工能力、装备水平、而且更体现出在设计、制造、生产使用过程中的基础技术、液压技术、电控技术和成套技术的综合实用水平已经发展到了一个新的阶段。

锻压设备的大型化，不仅满足了各工业部门对各类大型锻件毛坯的需要，而且使锻件的尺寸和形状越来越接近成品零件，从而节约大量金属、减少切削加工量，提高材料利用率和成品的机械性能，从而带来巨大效益。据资料报导，美国制造的B-52轰炸机起落架，其成品零件净重为105kg，采用自由锻造，其锻件重637kg（材料利用率仅17%）。若在150MN液压机上模锻，重量减到292kg（材料利用率提高到36.3%）。采用450MN液压机模锻，重量只有132kg（材料利用率高达80%）。仅以机械加工费用计算：在美国切削1kg钢需耗费2.44美元，用模锻件代替锻造件毛坯，每只起落架能节约合金钢505kg，，仅机加工费

用一项，每只起落架能节约1232.2美元。由此可见，大型模锻设备为国民经济所带来的效益是十分显著的，它的建造具有重大的现实意义。

七十年代以来，电子技术广泛地应用到重型锻压机械领域，新兴的工艺成形方法已有了重大的突破，正处于逐步实用化的阶段。但是特大型的锻压设备发展并不多，没有突破七十年代以前的能量等级。而锻件毛坯的精密程度以及为实现毛坯精密化的设备本身，在工作原理、结构型式、传动方式，基础元器件、启动化程度、机组程控和自动化生产线等方面所取得的许多实用性的成果及其应用，都达到了前所未有的高度，揭开了重型锻压设备发展新的一页。

纵观国外重型锻压设备的发展，可以看出：经济和军工发展对大型锻件的要求是，必须科学地选择合理而经济的工艺成形方法，而工艺要求也就决定了或指导了设备的发展。工艺是先驱，设备发展服务于工艺，促使工艺圆满的实现，同时又不断地自我完善。从事设备研究和开发的最终任务：一是为锻压生产和先进的成形工艺不断提供精密、节能、高效的设备，使锻件的尺寸和形状高度地精密化；二是在符合国家环保法和劳动法坏的前提下，不断地提高自动化水平和劳动生产率，使体力劳动降低到最少的程度。

我国重型锻压设备的发展是从1949年建国后开始的。经过了几个“五年计划”的实施，从无到有，从少到大，从仿制到自行研制开发而迅猛发展起来。

五十年代初期，国外援建的156个建设项目中就有从苏、捷等国引进的锻造液压机（8~60MN）、模锻液压机（30~l00MN）、有色金属挤压机（6~35MN）、热模锻机械压力机（16~40MN）、冲压液压机（双动的15/20~31.5/40MN；单动的10MN；橡佼膜的96MN）和辊式弯板机（32x3500~40/70x8000mm）等相当于当时国际上四、五十年代技术水平的锻压设备。在此基础上开始了以仿制为主，博采众长，于1958年自行设计了25MN锻造液压机，这是我国重型锻压设备发展的重要起点。五十年代末期，相应仿制生产了自由锻锤（0.5~5t）、板料冲压液压机（单臂的4~20MN，单动的10~20MN；双动的15/20~16.5/20MN，共七种）等系列产品以及弯板机，层压液压机等，同时为发展40MN热模锻压力机开展了一些关键技术的试验研究工作。

六十年代，国家决定研制“九套大型设备”，以解决各工业部门特别是国防建设的需要，从而进一步加速了重机行业的成长，并为之奠定了基础。“九套大型设备”中有三套属重型锻压设备；120MN级的锻造液压机，300MN级模锻液压机，125MN有色金属挤压机。这些重大装备是在当时国情特殊困难的历史条件下，集中了科研、设计、制造各方面的技术力量，主要依靠自己的力量研制成的。它们的建成是我国机械制造业的重大转折，也是我国重机行业以崭新的姿态展现在世界上的重要标志，在我国重型锻压发展史上谱写了光辉的篇章。从此，我国开始步入世界上拥有100MN级大型锻压设备的少数几个国家的行列。

在这段时期，我国还自行设计制造了以下几类锻压机械产品，装备了各工业部门。如80MN车轮模锻压机生产线（截止1983年底已生产各种车轮130万吨）；2~16t模锻锤系列产品，25t·m、100t·m对击锤样机；4~35MN有色金属挤压机；冲压液压机（单动的20~30MN、双动的5/7.5~5/10MN）；弯板机（三辊的70/110x6000mm，三辊非对称的40x3500mm、45x4000mm、40/70x8000mm，细长三辊的25x10000mm），12.5~80MN层压液压机（五种）等，并独自开发了一些新型的专用锻压设备（如高速锤、粉末冶金热压机、铍砖真空热压机等）。

七十年代，重机行业的主要目标之一是为国家重点建设项目——第二汽车制造厂服务。这个厂的锻压、冲压生产是以机械压力机为主体的，除关键的重大设备必须从国外引进以外，其余的都由重机行业负责装备。这批重点任务包括热模锻压力机（10~80MN）、水平分模平锻机（2~12.5MN）、闭式冲压压力机单点的8~12.5MN；双点的8~35MN，四点的7.26~10MN）等共若干台套，任务十分艰巨。除此以外，这段时期还增加了品种：锻造液压机（35~80MN）9个品种，新型快锻液压机（3.5~20MN）4个品种，多向模锻液压机（100MN）、有色金属挤压机（80MN）、黑色金属挤压机（16~35MN）、双动冲压液压机（44/38MN）、橡胶囊冲压液压机（150MN）、对击锤（25~100t．m）4个品种、高速锤（100t．m）以及大型精密模锻设备（液压螺旋压力机）也有了新的进展。

自党的十一届三中全会以后，在“对外开放、对内搞活”的方针政策指导下，重型锻压行业已同欧美的一些公司、企业进行多种形式的技贸结合的技术合作：1979年从联邦德国Eumuco公司引进了热模锻压力机等11个系列41个品种，1982年同比松公司签定了为期8年的“刨花板生产线技术转让和生产合同”，从美国Verson公司引进了冲压压力机8个系列，从比利时LVD公司引进了剪板机，折弯机2个系列17个品种；1985年从日本小松制作所引进了大型冲压设备和开卷落料线的设计制造技术等等。显然，这将使我国重型锻压设备的发展有了一个较高的基点。

通过简短的回顾可以看出:虽然我国起步较晚、基点较低，但发展速度是比较快的。一些重大产品的设计水平、技术性能、制造精度达到了当时国际上同类产品水平，个别科研成果并不比国外的逊色。目前已有几十个工厂企业生产重型锻压设备，从1949年至1980年设备的总产量累计达几十万吨、几千台，产品系列达80个，其中约90%的系列产品已提供给用户。三十多年来用国产的重型锻压设备已装备了十几项国家重点工程，如西南铝加工厂、第二汽车厂、长城钢厂等。已经形成了具有相当技术水平和一定规模的科研开发、加工制造的实力，基本上能满足国内市场的需求。七十年代以来，重机行业还向罗马尼亚、巴基斯坦等国家出口了锤类设备（2~5t锻锤、1~10t模锻锤、25t．m对击锤）20台，液压机（6~60MN锻造液压机、30MN冲压液压机、12MN耐火材料液

压机）20多台套，机械压力机10多台（最大的是40MN热模锻机械压力机）；三辊弯板机13台（最大的是30x3200mm）和1~10t锻造操作机4台。同外国的公司企业进行技术合作以，巳生产出MP型16~40MN热模锻压力机、SM型4.5~9MN水平分模平锻机、KS型7~16MN棒料剪切机、RW型φ460~φ930mm辊锻机等产品并投产使用。目前正在生产KP型125MN热模锻压力机用来装备汽车前梁、曲轴自动生产线。这些产品的国产化程度已达到90%，可与当前国外同类产品相比美。总之，我国重型锻压行业一定能为国家的现代化作出更大的贡献

。

第二章 我国液压机的应用

1 前 言

随着近 50年的科学技术的进步与发展，液压技术已经成为了一门影响现代机械装备技术的重要基础学科和基础技术，液压机是一种利用液体压力来传递能量,以实现各种压力加工的机床。随着新工艺及新技术的应用，液压机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛在机床行业中的占有份额正在大幅度攀升。

2 液压机的应用领域

液压机适用于几乎所有需要压力加工的工艺。目前液压机主要应用在下列领域：① 金属薄板件的冲压拉深成形工艺，主要用在汽车、家电行业中金属覆盖件的成形加工；② 金属零件的压力成形、主要包括模压成形、金属型材的挤压成形、冷热模锻、自由锻造等加工工艺；③ 粉末制品行业，如磁性材料、粉末冶金等；④ 非金属材料的压制成形，如SMC成型、汽车内饰件的热压成型、橡胶制品等；⑤木制品的热压成型，比如植物纤维板材、型材的热压加工；⑥ 其它应用：如压装、校正、塑封、压印等工艺。

3 液压机的主要结构形式按照结构形式分类

液压机主要包括单柱液压机、四柱液压机、框架液压机及其它结构的液压机。单柱液压机可分为整体机身和组合机身两种结构，单柱液压机在工作中，由于机身的变形，滑块与工作台会产生一定的夹角，故多用在对精度要求不高的应用场合，如：压装、板材压型、校直等工艺。四柱液机通过四根立柱把上下横梁连接起来，且其带滑块的活动横梁依靠四根立柱导向，机器具有结构简单，制造成本低等特点，故应用最为广泛。框

架式液压机用焊接框架立柱代替四柱液压机中的圆柱立柱，滑块的导向依靠固定在立柱上的导轨导向，具有导向精度高，抗偏载能力大等优点，但制造成本比四柱液压机高，多用在对精度要求较高的场合，如金属薄板的冲压，金属精密成型等工艺。以上三种液压机占到液压机总数的95%以上。根据不同的需要，另外还有各种其它特殊结构形式的液压机，如：多柱式、多向式、卧式、龙门式等结构的液压机。

4 液压机的发展方向和趋势

4.1 配有自动上下料装置的液压机或自动生产线将会成为未来液压机发展的方向。现阶段，由于劳动力成本和技术问题，国内的企业多采用人工上下料。但在一些发达国家，在上世纪六七十年代自动生产线已基本普及。为提升企业的形象和提高生产效率，现在国内企业也开始使用和采购自动生产线和自动上下

料的液压机。一些企业也开始在原人工上下料的液压机生产在线配上机器人而改造成半自动的生产线。

4.2 多任务位液压机的需求将会大幅度增加。由于加工设备、技术等原因，现在国内多任务位液压机不是很多。多任务位液压机有很多优点：①多道工序在一台液压机中不同的工位完成，减少了液压机的台数，进而减少了设备占用面积；②减少了设备的中间送料程序和操作人员：③提高了生产效率：④减少了投资成本。现在一些大型的液压机生产企业在加工及技术上已经具备了多任务位液压机的设计及生产能力。未来十年内，国内多任务位液压

机将在某些行业具有广泛的应用。在美国的冲压线中有70%为多任务位压力机，日本的冲压线中的多任务位压力机

也占到总线数的32%，而在国内的冲压线中几乎没有多工位压力机。

4.3 快速、高速液压机在批量生产中能成倍地提高效率。如果液压机的效率能提高一倍，则一条生产线可代替两条生产线，在用户投资增加不大的情况下一条线即可代我国液压机技术的发展简介及趋势又可替两条线。一般的普通液压机的快降及回程速度只有100~200mm/s，而现在的快速液压机则已经高达450mm/s。国外的一些高速小型液压机每分钟的行程次数达到数百次以上。由于快速液压机的诞生，2000年后新建的汽车冲压线采用液压机的比例已达60%以上，而在上世纪 90年代前的汽车冲压线几乎全部采用机械压力机.液压机的速度及效率的提高还有很大的潜力，各制造商应加强在这方面的研究与开发，在配合自动上下料装置的基础上，实现高效率工作。

4.4 依托电液比例技术、传感器、电子、计算机、网络等提升液压机的性能。自上世纪80年代电液比例组件的快速发展，比例阀和比例泵在液压机中的应用使液压机的各项功能可以通过电气来控制，使液压机的液压控制系统发生了质的变化，比例调压、比例调速、同步、节能、高速、变压力及速度、精确的压力及位置控制等功能开始应用于一些高档液压机中。在电控方面，利用计算机及网络的强大功能，结合微电子技术，把电液比例技术及电子液压技术与计算机结合起来，提高液压机的各项性能，扩充液压机的功能，做到在不改变硬件情况下，仅仅通过改变程序或软件，就可适应不同的工艺要求，实现功能的柔性化。另外在设备管理中可以利用网络技术，把液压机作为网络中的一个结点，实现远程管理、监控等功能。

4.5 在环保、节能方面，今后在液压机的设计及制造中应引起各制造企业的足够重视。这方面要做好以下几点：①减少液压机的装机功率，减少工作中的能量损失。液压系统中尽量减少溢流、节流，合理设计液压系统。比如一台依靠溢流阀溢流保压的液压机消耗的能源可能是闭泵保压的液压机的2倍，依靠蓄能器提高空载速度的系统比快速缸系统浪费能源至少两倍以上。②提高密封品质，减少液压油泄漏对环境的污染。③减少噪声，对大的噪声源进行隔离和封闭

5 国内液压机行业的现状

5.1 在生产能力及市场方面，国内液压机的产量每年都有很大的增长率，其中 2004 年，国内液压机的销售额大约在 10亿元人民币，2005年达到 13亿，到 2006年一季度，各液压机生产企业的的全年定单已基本饱和。2006年，在销售收入上，国内突破亿元的企业已超过 3家，如合肥锻压机床有限公司、天津市天锻压力机有限公司、徐州压力机械股份有限公司，其中合肥锻压机床有限公司、天津市天锻压力机有限公司在 2005年销售收入已突破 2亿元。国内液压

机从产值和销售收入上和国外发达国家比较，还不具有优势，但从生产的台数和总吨位上比较，在国际上，我国的液压机生产产量处于领先地位。国产液压机在国内的市场占有率超过90%，出口产品的产值占总产值的比例很少，不到5%，只有少数企业的产品具备出口条件，大多出口到第三世界国家。国内进口的液压机多为一些专用液压机，大部分为日本产品，欧美的产品较少 。5.2在产品的技术水准上，国内液压机单机的技术水准达到了国际中等或较先进水平。一些液压机生产企业通过技术引进或与国内外同行业的合作，技术发展很快。但在一些技术含量较高的液压机中，某些关键技术，如液压和电控部分，还要通过与国内外的企业或研究单位合作，高文件的液压组件和电控组件还主要依靠进口。目前，国内液压机产品还是以单机或单机组成的无关联的生产线为主，主要还是靠人料，带自动上下料的液压机台数还不足 3%，由多台机器组成的自动线基本上还处于起步阶段。从产品分布上看，低档的液压机主要集中在小吨位上，其台数占有量超过总数的70%但产值不超过 30%，一般为小吨位的四柱或单柱液压机。具有一定技术含量的中档框架液压机的产值超过 50%用于特殊场合的在控制上比较先进的高档产品产值占有率约在15%左右，这类液压机一般采用先进的电液比例技术 ，来提高和达到一定的特殊功能。

5.3 在质量水平上，随着用户对产品质量要求的不断提高，国内各液压机生产企业越来越重视产品的质量问题。由于国内液压机的技术最早是从前苏联引进和吸收的，国内生产的液压机在刚度和强度上远远优于日本及韩国的产品，与欧美的产品相当。和国外产品比较，我国的产品在质量方面还存在以下不足：①在可靠性方面，故障率还比较大，主要集中在液压系统方面，多是因为液压和电器组件的可靠性低引起的；②漏油问题在国产液压机中较为普遍；③关键件的加工质量还需提高；④在外观和美学方面和国外公司的产品比较还有一定的差距。总体上讲，国产液压机在质量上和国外一些较知名公司的产品还有一定的差距，但随着国内制造商对质量的不断重视和管理水平的提高，国产液压机的质量会接近和赶上国际水平。

6国内液压机行业发展中尚需加强的方面

国内液压机技术及生产能力已逐渐趋于成熟，在国内的市场占有率达到90%并已经开始向些发达国家出口。但液压机行业在今后的发展中，仍需努力，特别要做好以下几点：

6.1加强企业的技术研发能力，提升新产品的开发能力。机床行业的高端竞争在很大程度上取决于产品的技术含量，中国的液压机行业要想占领世界的中高端市场，首先必须在技术上达到国际较先进的水平，国内应设立专门的液压机研究机构及人员，以提高液压机的综合技

术水平。

6.2 加强企业间的联合，把主机生产企业、自动送料企业、

综述研究院所联合起来，发挥各自的优势，共同开发和承担成套的生产自动线项目，解决相互关联的技术。

6.3 提高产品质量，提供高可靠性的产品。在液压系统的可靠性、安装质量、加工质量、漏油问题、液压油的清洁问题上进行改进、以适应自动线、流水线的生产。

7 结束语

中国液压机行业经过半个世纪的发展，在技术及生产上已经基本成熟，其国内市场占有率是其它机床所不能比拟的。但和国际发达国家的专业液压机制造公

司如米勒万家顿、舒勒、川崎油工相比，尚有较大的差距。虽然我们的产量很大，但我们的价格却只有它们的1/4~1/10。

要缩小这种差距，参与国际竞争，把液压机打入国际高端市场，不能仅仅依靠价格的优势，必须把产品的技术含量和质量放在第一位，这才是中国液压机行业的根本目标。

参考文献：

[1]徐刚，鲁洁，黄才元.金属板材冲压成形技术与装备的现状与发展 [J]. 1 锻压装备及控制技术，

[2]徐刚，鲁洁，黄才元.金属成形（锻压）机床的发展趋势[J].锻压装备及控制技术2005(3).

[3]李贵闪，翟华.电液比例控制技术在液压机中的应用[J].锻压装备及控制技术 2005(6).

[4]刘庆印.我国锻压设备产业竞争力分析[J].锻压技术，2005（5）.

[5] 吴柏林.2005 年机床工具行业经济运行形势和2006年展望[J]新技术新工艺,2006（1）.

(收稿日期：2009-08-09)

综述

的保护配合问题造成越级跳闸，或者只考虑了相邻两级

相同组件的保护配合问题，而忽视了相邻两级在任何运

行方式下的真正配合。为了确保系统各级保护配合，我们

采用了绘制同一保护组件保护配合方块图，系统时间配

合图，灵敏度（保护范围）配合图，系统各级综合分析保护

配合图。通过用图解法分析，可以清晰描述系统各级保护

配合问题，有效防止了非选择性动作。农村电网因串级级

数多，按常规后备保护时间逐级配合，在线路末端出现0s

保护动作时间，使用户保护无法配合。在保护灵敏度满足

的前提下，可适当在某一级退出后备段，以节省系统时间

级差，或采用重合闸补救方法。采用后者使末级重合闸动

作时间较长，如果线路串级级数很大，则应优先采用前

者。如果任选一种方法不能满足要求，可以采用两种方法

相结合的方案。应根据实际情况灵活处理。

（3）可靠性：即需要保护动作时必须动作，不能拒

动；不需要保护动作时必须不动作，不能误动。在误动方

面存在以下问题：①过负荷问题：由于整定计算提供负荷

不准，或对负荷预测不准，尤其在特殊运行方式下，由过

负荷引起保护动作；②方式和保护不协调：方式安排未考

虑保护是否满足配合要求；③不用保护或需要说明的注

意事项未交代清楚，运行人员误投；④微机保护控制字取

错。在拒动方面，一是未进行二次回路的负载校验；二是

保护软硬压板投错或漏投。

（4）灵敏性：即保护装置对故障时状态电气量的反

应能力。农村电网大都采用固定门槛的判据条件，定时限

时间特性。一般配置由电流、电压组件构成的保护。该保

护受电网运行方式影响很大，往往在小运行方式下校核

灵敏度时不能满足要求。例如：①主变保护：在一般常规

35kV变电所中，35kV电源侧配置电流速断为主保护，过

电流作为后备保护。如主保护在高压侧校验灵敏度不够，

最好改为差动保护。如过电流保护灵敏度不够，最好改为

复合电压或低电压闭锁过电流，闭锁电压取10kV电压相

对灵敏。在选择主变保护配置时，应适当超前考虑，以免

因运行方式变化出现灵敏度不够现象。②对线路保护，一

般配置二段式或三段式保护。在灵敏度不够及无保护范

围或保护范围很小时，可改为电压保护或电压闭锁的电

流保护，一般都能满足要求。由于农村电网线路导线截面

小，线路电阻较大，在计算短路电流时不能忽略，以便准

确计算短路电流，确保正确反应灵敏度。

4 几点看法

（1）农村电网的四性关系处理方面，应坚持在满足

保护灵敏度的前提下，重点解决保护选择性问题，其次是

处理好可靠性问题。

（2）为了确保继电保护整定计算准确无误。必须坚

持三级审核制。

（3）一次系统运行方式和保护配置必须相协调。

（4）定期修改继电保护整定方案。

（5）对定值通知单的下达，应详细说明保护装置的

投运条件及运行中应注意的问题。

（收稿日期：2009-07-09）

7－ －

第二章 液压系统介绍

液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。 其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等结构；液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。

目前，国内外锻造设备由于受环保的影响，以及原有的锻锤存在噪声大、震动大、锻造空间小、锻透性差等缺陷，而很快被大、中型锻造液压机所取代。锻造液压机具有具有快锻、普锻、慢降、保压等多种功能，并且能在任意位置输出全部功率和保持所需压力，可满足有色与黑色金属的多种锻造工艺需求，是一种高性能的压力锻造设备。我国锻造行业拥有800-1 8 500t等不同吨位的锻造液压机近3000台，在锻造能力上具有国际先进水平。但是在锻造频次上和国际水平差距较大，特别是在快锻频次上存在着很大差距，国内锻造液压机的快锻频次一般为45次／min，国外锻造液压机的快锻频次一般为90次／min，而且国内锻造液压机在快锻工况下，设备振动很大，实用性很差。实际上也很少使用快锻功能，往往一个锻件可一火锻成，实际却需要两火到三火，严重影响生产率，增加生产成本。因此，提高锻造液压机的锻造频次，是急需解决的大问题。

液压元件的选择

2.1.锻造液压机的系统原理

2.1.1液压系统工作原理

锻造液压机普遍采用的液压系统原理图如图2-1所示

图2-1

锻造液压机的结构形式大部分采用三梁四柱上推式，液压缸活塞均为柱塞式，3个大直径主缸安装在上梁上，输出锻造压力；上梁两侧安装两个小直径的回升缸，用于回程。快速锻造时，主液压泵启动，液压系统回路建立压力，电磁换向阀8、14得电，压力油进入3个主液压缸；电磁换向阀2得电，插装阀1 7开启，两个回升缸和主缸接通，活动梁下行，形成差动锻造；当锻造结束后，电磁换向阀3、9得电，3个主液压缸分别通过插装阀5、6、7和11、1 2、1 3形成三级快速卸荷；当系统内压力下降到设定压力后，电磁换向阀1、1 5、l 6得电，压力油进入回升缸，3个主液压缸上的充液阀打开，依靠回升缸内遗留压力能和主液压泵的供油，使活动梁快速上行，完成一个锻造循环。然后通过压力或行程控制，自动进入下一个循环，形成一个快锻循环。

2.2液压系统分析

从液压原理图分析上看，在系统流量一定的情况下，要提高锻造频次，只有减短卸荷时间和换向时间，并且在一定的回程高度下，减短回程时间。

(1)卸荷时间分析，以上液压原理图采用三级卸荷，如要缩短卸荷时间，一级泄荷阀5、11就需要调节为较大的开口，并且二级卸荷控制阀的控制压力4、10要高，这样在卸荷时振动很大，造成机身晃动和管路振动。相反，如一级泄荷阀5、11的开口较小，并且二级卸

荷控制阀的控制压力4、10较低，虽然卸荷时无振动，但是在短时间内存在系统内部压力卸不尽，造成换向时机身晃动和管路振动。因此，只有在较短的

时间内使卸荷阀开口平缓的由小到大迅速开启，才能保证卸荷平稳，无振动o

(2)换向时间的分析，由于每个液压阀的换向响应时间是一定的(一般为25～40ms)，要想减短换向时间，只有减少执行卸荷的液压元件和电气元件数量。

(3)回程时间分析，从以上液压原理图来看，活动梁的回程主要由回升缸内遗留压力能和主液压泵的供油进入回升缸，使活动梁快速上行，回程高度由磁感应尺控制。但是在实际锻造过程中，有时锻造力较低，这样回升缸内遗留的压力能不足以使活动梁回弹，造成回程时间较长。因此，只有保证回升缸内始终存储有足够使活动梁回弹的压力能，才能降低回程时间。

第三章 PLC控制系统

3.1 PLC概述

在本次设计中控制部分用可编程控制器，即PLC。关于可编程控制器的定义，1980年，NEMA将可编程控制器定义为：“可编程控制器是一种带有指令存储器，数字的或模拟输入/输出接口，以运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。”从定义可知，PLC也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即由中央处理器（CPU）、存储器（MEMORY）、输入/输出（I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。

3.2 控制部分设计

PLC采用欧姆龙控制，芯片选用CPM1A-40CDT-D输出形式是晶体管，这种形式适合工作频繁的机械中，功能比较强大。此芯片项目为40点T/O型。可实现循环扫描和即时刷新并用编程语言是梯形图方式。输入12点00000-00011，输出8点01000-01007.

采用梯形图编程方式，工艺流程是分步进行，所以按照流程图所需进行编译。输入、输出控制部分在电路图标出。由于是循环工艺流程，所以在编程中多出加入了延时。

在本控制系统中，由CPU模块和数字量I/O扩展模块处理系统外部所连接的按钮、开关、继电器等一些开关量信号,通过安装在液压系统油路中的压力变

送器连接到模拟量扩展模块EM231，使CPU获得液压系统中压力模拟量值。由于2个压力变送器分别装在液压系统中压边压力和拉伸压力相关的油路中，可以在PLC系统中获取到液压机工作时的压边滑块上的压边压力值和拉伸滑块上的拉伸压力值，并通过与CPU模块相连的操作界面TD200得以显示。同时，还可通过TD200操作员界面在PLC系统内设定一个压边压力值或一个拉伸压力值，用设定值与压力变送器输入的模拟量值（经过CPU内部转换和相关计算后）的比较结果去控制压边滑块或拉伸滑块的定压到位或定压回程，既使液压机的压力精度得到了保证，也提高了冲压零件质量的稳定性，模具的装调更加简便。

第四章 液压控制系统设计

4.1 液压机电气控制方案设计

4.1.1 液压机电气控制方式选择

液压机工况少，各工况动作不复杂，执行部件运动都是简单的直线运动。综合分析，继电器控制系统完全可以实现液压机各工况动作的完成，液压机电气控制选用继电器控制。

4.1.2 电气控制要求与总体控制方案

（1）电气控制系统拟达到的控制要求

1）能够实现手动、半自动控制；

2）能够准确实现速度的换接控制；

3）系统过载时自动启动过载保护；

4）为随时了解系统所处的工作状态，设置工况指示灯；

5）系统稳定性好，能够保证液压机安全正常的工作。

（2）电气系统总体控制方案

液压泵由电机拖动；快进、工进之间速度的换接通过行程开关控制；工进保压时间通过时间继电器控制；滑块的安全行程范围由行程开关限制；通过电磁换向阀控制每个工况的动作的开始；电磁换向阀的接通通过按钮或压力信号控制；液压机启动、停止通过按钮控制。

4.2 液压机电气控制电路设计

4.2.1 液压机主电路设计

液压机拖动电机容量小，主电路的启动方式采用直接启动。QS为电源开关，熔断器FU1对主电路起短路保护作用，熔断器FU2对控制电路起短路保护作用。热继电器FR起过载保护作用。按下启动按钮SB2后，线圈KM得电，电动机启动，液压机开始工作。主电路如图5-1所示。

图 5-1

4.2.2 液压机控制电路设计

控制电其中速度换接通过行程开关来控制，保压由压力继电器控制，保压时间由时间继电器控制，顶出缸的启动、退回由手动按钮控制。为方便观察液压机处于那个工况，设置信号指示灯。为了预防突发事件的发生，应设置急停按钮。控制电路如图5-2所示。路主要控制主缸的快进、工进、保压、回程和顶出缸的顶出、退回。

主缸快进工 进保 压回 程工件顶出退 回

图5-2液压机控制电路图

电气控制过程分析

（1）主缸快进

将开关置于自动档，按下SB2，交流接触器KM得电，电动机启动。中间继电器KA1相继得电，电磁阀1Y、3Y、6Y得电。此时液压系统向主缸上腔供油，在补油油箱的协助下主缸快速下行；

（2）主缸工进

当滑块触及行程开关SQ2，中间继电器KA2得电，这时电磁阀1Y、3Y、7Y得电，主缸由快进变为工进；

（3）主缸保压

当主缸无杆腔的压力达到压力继电器设定压力后，YJ闭合，所有电磁换向

阀失电，进行保压；

（4）主缸泄压

保压一段时间后，中间继电器KA3得电，电磁换向阀4Y得电，主缸上腔开始泄压；

（5）主缸退回

泄压完成后，中间继电器KA4得电，电磁阀2Y、5Y、12Y得电，主缸下腔进油，滑块回程，触及行程开关SQ1，运动停止；

（6）工件顶出

按下按钮SB4，中间继电器KA5得电，电磁换向阀2Y、9Y、10Y得电，顶出缸下腔进油，活塞杆上行将工件顶出；

（7）顶出缸退回

按下按钮SB5，中间继电器KA6得电，电磁换向阀2Y、8Y、11Y得电，液压油进入顶出缸上腔，顶出缸回程。

（8）停机

按下SB0或SB1，液压机停止工作。如果液压机接入状态为自动档，按下SB3也可使液压机停止运行。 4.3液压机电气控制系统综合分析

液压机的电气控制系统通常采用继电器控制、PLC控制、工业计算机控制等方式。继电器控制和PLC控制是目前用的最多的控制方式。继电器控制系统主要由继电器、接触器、按钮、形成开关等元件组成。继电器控制具有结构简单，维护方便，价格低廉，抗干扰能力强，但固定的接线方式，使继电器控制的通用性和灵活性差；PLC控制系统主要由CPU、存储器、输入输出接口、编程器等元件组成。PLC控制具有编程简单，维护方便，通用性强，体积小，设计调试期短，性能稳定，抗干扰能力强，价格比继电器控制系统贵。

第五章 液压机易出现的问题及解决办法

在日常工作当中液压机经常出现一些故障问题，工作人员也要不断的来解决诊断液压机的问题所在。根据日常的维修过程列举一下几个重点案例。

案例如下：

案例一 ：滑块不下滑

在一次工作当中，发现在双手同时按下按钮时，滑块不下滑。

经过排查。

a、确认主机手操作方式没问题，操作面板页面也没问题。

b、经观察发现滑块没有被锁紧，

c、触动液压垫按钮，下面的液压垫的起落也没问题，

d、显示器调节没有问题，数字输入显示也没问题。

e、经观察邮箱里液压油高度也在安全范围之内，

f、查电器也没有发现异常。

g、最后推测是电磁阀出现故障。然后通过查阅操作说明书的液压机工作原理图分析：当滑块下压时有四个电磁阀动作 （ YF3 、 YF5 、YF7、YF12）。于是按照顺序对电磁阀进行检查及排除，结果发现电磁阀YF7弹簧断裂，从而导致电磁阀动作失常，使得液压油不能顺利进入到液压缸中，导致滑块不下滑。

h、经更换弹簧后电磁阀吸合正常，滑块能够正常下压。

案例二：保压时压降太快

试生产时在生产过程中发现零件没有成型到位。

然后经过检查进行检修。

a、首先检查模具没有问题，

b、观察滑块下压时最大压力值大小没问题，

c、通过点动试车，观察到滑块与液压垫动作都没问题。

d、检查一下液压油的含量，发现邮箱液压油油位也合格。

e、于是断定可能出现的问题是：“参与保压之各阀门不严或管路漏油或缸内密封圈损坏”。于是马上通过作业指导说明书上的油路图，来检查充液阀，保压泄压阀之密封研合情况检查密封程度。经检查最终找到了问题点：在输油管当中，有一支油管漏油，导致液压油泄漏严重，从而使的压力降低过快。

f、经更换油管，最后液压机能够正常降压。问题得到及时的解决。

案例三：压力表指针摆动厉害

上班点检中发现压力表异常。

经过检查判断。

a、发现液压机工作没问提，

b、压力表摆动严重，

c、通过日常经验判断压力表油路内存有空气、管路机械振动或压力表损坏。经过排查发现压力表没有问题，管路的稳定性也很好。

d、最后查明原因为：在油路与液压表的连接出螺丝松了，导致漏油，从而使压力表指

针摆动厉害。

e、经过拧紧后液压表正常工作。

同时在日常工作当中还发现了很多问题，每次经过师傅的指导，通过观察问题状况，并逐步排查可能出现的问题点，最后明确的进行设备的检查与维修后顺利的解决了每一次故障问题。经过简要的分析和规划总结了一下经常出现的状况、出现状况的可能原因、解

由于液压机在平时工作当中经常出现很多问题，但不能等到液压机发生故障了，才对其进行排查维修，这样太浪费时间。尤其是在生产过程当中，当一台液压机出现故障，这将会导致后面的所有工序都将暂停。因此对液压机的日常维护及保养在平时工作中起到重要作用。定期的擦拭，添加润滑油是在平时维护中应用最关键的方法。因此日常良好的维护会延长机床的使用寿命，从而降低整个企业的生产成本，提高经济效益。

三 、日常维护与保养

为了更好的使用液压机，必须在日常做好对液压机的维护与保养。日常的维护还包括以下几方面：

1 系统装配前必须仔细检查和清洗油箱，使润滑油充液箱内部及管道，保证清洁无锈蚀和无污染。

2、工作过程中油箱内的油温应在10～55℃之间，若油温过高则应停止工作，待油温冷却后再工作，以免损伤油泵和密封件。当室温低于20℃时，用N32#抗磨液压油作为工作介质；室温高于30℃时，则应选用N46#抗磨液压油作为工作介质。油温应控制在15℃—50℃以内使用。

3、油液必须保持清洁，每隔半年更换一次，第一次使用的时间不应超过2个月，若油液未变质，经过精滤后可继续使用，油箱内的滤油网要定期清洗。任何时候向油箱充油时，必须经过严格过滤，漏出的油液不允许直接倒回油箱，而且油箱内液面不能低于下油标线。

4、 装拆各元件时，必须保持清洁，禁止任何杂物进入阀块内造成污染。

5、 应当根据实际需要在液压机额定工作压力25MPa 范围内调整，工作压力不要过高，以延长各种泵、阀的使用寿命，并节省能量，减少系统发热。

6、发现漏油现象应停机检查并更换密封圈。

7、经常检查压力表、温控表，若表值不准或被损坏，应修理或更换。

8、新设备和大修重新组装后的设备在运行半个月时，应检查设备各主要受力联接部位，在额定25Mpa 工作压力下检查各锁紧螺母是否松动，如发现松动，应说明设备精度不可靠，应重新调整精度。以后每年应检查一次。

9、滑块应经常注润滑油，立柱外露面应经常保持清洁，每次工作前应先喷注机油。 10、在公称压力500T下集中载荷最大允许偏心40mm。偏心过大易使立柱拉伤或出现其它不良现象。

11、液压机长期停用时，应将各加工表面清洗干净，涂以防锈油，并在工作台加等高支（枕木或垫块）。

在日常不断完善维护与保养的过程中，我们还要严格规范我们公司的每一位员工，提高每一位员工的操作能力，并加强员工对液压机的使用与维护能力，但更要规范我们每一位员工的安全操作方式。从而提高员工在工作中的安全性比重，而后更能有效的维护好每一台设备，增强公司的效益。

四 、安全操作规程

1、不了解机器结构性能或操作程序者不应擅自开动机器； 2、机器在工作过程中，不应进行检修和调整模具；

3、当机器发现严重漏油或其它异常（如动作不可靠、噪声大、振动等）时应停车分析原因， 设法排除，不得带病投入生产：

4、不得超载或超过最大偏心距使用： 5、严禁超过滑块的最大行程。 6、电气设备接地必须牢固可靠：

7、在滑块下调整模具或修理时，必须用垫块支承滑块，不得起压，以防滑块下滑，确保安全。

8、每天工作结束：将滑块放至最低位置。

9、危险！多人操作时，人手在机器下不得开动机器 ，否则可能造成人身伤害。 10、警告：机器在工作过程中，不得进行检修和调整模具。 11、警告：不许超载（工作压力25MPa）。

12、警告：模具尺寸不得小于柱塞直径，模具应放在平板中间以防偏载

而损坏机器，本机为特殊机型，不能空车闭合。 13、警告：电气设备接地导线必须可靠。

14、切记：工作结束后，应彻断电源。

第六章 液压机的保养与维护

一、班前保养

（1）检查油池、油位、油标是否符合规定标准，若不符合应及时补油。

（2）检查按钮是否灵活，有无卡阻。

（3）检查电机接地线是否松动、脱落或损坏。若有松动应紧固，脱落或损坏应通知维修人员处理。

（4）检查安全防护装置是否完整可靠。 （5）检查各手柄是否灵活。 （6）紧固松动的各部位螺母。 二．班中保养：

（1）启动液压泵，检查液压泵作用是否良好，各密封部位和管路有无堵塞和泄漏。

（2）检查限位开关作用是否良好，碰块定位是否正常。 （3）要随时注意各运转部件温升和音响是否正常。 三．班后保养：

（1）检查、清扫各活动部位。

（2）各操控手柄（开关）置于空档（零位）。 （3）检查、清扫、整理工作面及工作区域。 四．操纵系统：

（1）擦洗各连接处并及时加油润滑，实现操纵灵活。 （2）检查拧紧上下缸盖、电机座和锤身地脚螺丝，保证紧固牢靠。

五．润滑系统：

（1）清洗油泵和过滤网。

（2）擦洗、检查、疏通油路，实现润滑良好，并消除漏油。 六．电器

（1）清扫擦拭电机、电器箱外部灰尘。

（2）清扫、检查、整理电气线路，实现布局合理、衔接牢固、安全可靠。

八．将保养中已解决与未解决的主要问题记录入档，作为下次保养或安排检修计划的资料依据。

第五章 总结

毕业设计时对毕业生三年大学生活及学习的一次总结，是对毕业生的一次考核，通过设计的构思，可以看出一个毕业生的能力，同时也是对大学所学专业知识的一首词广而深的复习。

毕业设计时与实际紧密联系在一起的，时一次理论联系实际的有机结合，在整个毕业设计过程中，我查阅了大量的资料，仔细认真的分析了当前工程液压机系统的性能，发现中型液压机中，主泵最好采用变量泵，因为，当需要高压时流量变小，当快速回程时，使用大流量抵押强，这样一来，有利于降低功率，减少噪音，机器运转平稳。在设计中综合评比各元件的性能来选自零件，通过校核强度等完成液压机的整体设计。

最后，在次我衷心的感谢各位指导老师给予耐心的指导，感谢图书馆老师的配合，感谢每一位给予我帮助的同学！

参考文献

[1] 徐灏．机械设计手册，第5卷[M]．北京：机械工业出版社.

[2] 帅长红.液压机的设计与制造 [M]．北京：北方工业出版社

[3] 杨培元，朱福元．液压系统设计简明手册．［Ｍ］北京：机械工业出版

[4] 汪恺．机械设计标准应用手册．第2卷. ［Ｍ］北京：机械工业出版社

[5] 郭敬枢，微机控制技术[M]，重庆：重庆大学出版社，1994

[6] 卢长耿，液压控制系统的分析与设计[M]，北京：煤炭工业出版社，1991

[7] 许福玲，陈尧明．液压传动与气压传动．第二版.北京：机械工业出版社.

[8] 章宏甲，黄宜，王积伟．液压传动与气压传动．北京：机械工业出版社

[9] 陈立定，吴玉香，苏开才．电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社.

[10] 陈立定，吴玉香，苏开才．电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学

附 录

1软件设计

软件编制时，根据要求 ，首先确定各个动作的先后顺序和相互关系，明确输入、

输出的逻辑关系，再

由逻辑关系转化为梯形图 ( 图 1 ，图2) ，下面是各部分软件的编制，包含手动程序、自动返回原点程序和 自动稃戽

致 谢

衷心感谢我的母校、老师们、 同学们对我的帮助。从论文的选题、研究计

划的制定、技术路线的选择到系统的开发研制，各个方面都离不开老师热情耐心的帮助和教导。在天津大学的三年大学生活中，老师们认真的工作态度，诚信宽厚的为人处世态度，都给我留下了难以磨灭的印象，也为我今后的工作树立了优秀的榜样。

近三年的学习，不仅使我的知识和能力上了一个新台阶，更重要的是，各方面的素质得到了提高。而这一切，都要归功于学校和老师的深切教诲与热情鼓励。值此论文顺利完成之际，我首先要向我尊敬的老师表达深深的敬意和无以言表的感谢 。

感谢我的挚友等等。我和她们在一起度过了很多快乐，开心的日子。在他们的帮助下，我顺利的解决了生活中遇到的各种困难

。

最后深深的感谢呵护我成长的父母。每当我遇到困难的时候，父母总是第一个给我鼓励的人。回顾20多年来走过的路，每一个脚印都浸满着他们无私的关爱和谆谆教诲，10年的求学之路，寄托着父母对我的殷切期望。他们在精神上和物质上的无私支持，坚定了我追求人生理想的信念。父母的爱是天下最无私的最宽厚的爱。大恩无以言报，惟有以永无止境的奋斗，期待将来辉煌的事业让父母为之骄傲。我亦相信自己能达到目标。

最后，向所有关心我的亲人、师长和朋友们表示深深的谢意。

学生签名：

日 期：2010.6.15

兰州交通大学博文学院 2012届本科毕业设计 论文题目：快速锻造液压机的应用及维护 姓 名：高正重 年 级：2008届 院 系：机电工程系 机械设计制造及其自动化 摘 要 液压机主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、 高压泵、…

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