電液錘工作原理及設(shè)計計算理論

4.1電液錘工作原理

　　電液錘是在原蒸-空鍛錘的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代機電液壓技術(shù)，研發(fā)成功的一種新型節(jié)能環(huán)保型鍛造設(shè)備。

　　電液錘總的打擊能量由二部分合成，一部分是氮氣膨脹功；另一部分是鍛錘落下部分質(zhì)量所產(chǎn)生的勢能。

　　電液錘的驅(qū)動介質(zhì)是“液壓油+氮氣”。設(shè)備主缸上腔為壓縮氮氣，下腔為壓力油，其基本動作原理是：主缸下腔進油提錘壓縮上腔氮氣，然后通過隨動操作，下腔快速排油實現(xiàn)打擊。

　　啟動主電機泵組，系統(tǒng)建壓，當蓄能器充滿油液后，系統(tǒng)處于保壓卸荷狀態(tài)。向上扳動操作桿，主閥打開進油，驅(qū)動快放閥（二級閥）閉合進油，主缸下腔進油，驅(qū)動錘桿錘頭上行，同時壓縮主缸上腔氮氣蓄能，實現(xiàn)“提錘”動作；向下扳動操作桿，主閥排油，驅(qū)動快放閥打開，主缸下腔排油，錘桿錘頭在主缸上腔氮氣壓力及自重力的作用下開始下行，主缸上腔氮氣釋放壓力，實現(xiàn)“落錘”動作。至此，電液錘就完成了一個“提錘?落錘”動作循環(huán)。

　　電液錘的主閥和快放閥是控制整個設(shè)備實現(xiàn)各種動作功能的較為核心的功能部件。二者都是“隨動（伺服）”原理設(shè)計，其控制關(guān)系是“隨動”主閥控制“隨動”快放閥。所以，電液錘的主要動作功能，都是靠扳動操作桿（操作主閥）的速度或幅度來實現(xiàn)的。

　　重打——快速大幅度上下扳動操作桿；

　　輕打——快速小幅度上下扳動操作桿；

　　慢升——緩慢向上扳動操作桿；

　　慢降——緩慢向下扳動操作桿；

　　壓錘——使操作桿處于下位置；

　　上停錘（提錘待機）——使操作桿處于頂上或上部某一位置；

　　急收錘——緊急向上扳動操作桿。

4.2電液錘設(shè)計計算數(shù)學模型

4.2.1打擊能量的計算

或　式中：E——打擊能量（焦）

　　Po——氮氣初始壓力（帕）

　　Vo——氮氣原始容積（m3）

　　ΔV——氮氣膨脹容積＝As×S（m3）

　　As——氮氣驅(qū)動面積（m2）

　　S——行程(m)

　　M——錘頭系統(tǒng)質(zhì)量（公斤）

　　g——重力加速度（9.81m/s2）

4.2.2打擊速度計算

4.2.3打擊時間的計算

4.2.4回程油壓的計算

式中：Py——回程油壓

Fm——摩擦阻力

Ah——主缸下腔面積

4.2.5氮氣壓縮膨脹過程描述

實際上，由于氮氣特性所決定，在等溫和絕熱壓縮過程中，上面公式中P氣是不斷變化的，因此回程油壓P油也是變化的。

當錘頭長時間（一般超過五分鐘）停在底下位置時（合模），主缸氮氣室溫度與外界溫度相平衡，相當于上圖中的A點。

在蓄能器充氣壓力足夠高可使錘頭快速回程到頂?shù)那闆r下，回程時主缸氣室的壓力容積狀態(tài)將沿AB絕熱曲線變化，到B點時溫度高出室溫，容積為V上，壓力為P上，如果立即打擊，則會沿BA變回去。

但此時如果停在頂上不動，溫度將會逐漸降低，壓力將由P上降到P上’，即BC。

如果這時進行打擊，氣體將沿絕熱曲線CD變化，P上’下降到P下’，此時主缸氣室溫度將低于室溫。

如果長時間停留在下面（合模），則氮氣溫度將升高，壓力由P下’升到P下，所以有一定的增壓。

因上下停留時間不同，主缸氮氣的PV值實際上是在ABCD之間變化的。由圖可見，長時間在下停留后快速回程并立即打擊，所產(chǎn)生的能量比長時間停留在上面高一些，其高出部分即為ABCD之間的面積。