液气锤打击过程动态特性的研究与应用

论文摘要

液气锤的设计制造理论发展较早，设备在使用过程中取得了一定的经济效益，但也存在一些问题。本论文针对液气锤存在的打击能量不足和控制精度不高的问题，采用逻辑时间控制的方法，用可编程逻辑控制器替换原有的继电器。为了证明时间控制的可行性，首先介绍了液气锤的工作原理，分析液气锤打击过程的具体步骤，对液气锤的落锤和提锤过程进行分析。然后对液气锤的打击过程进行分析，建立液气锤打击的动力学方程，利用MATLAB软件，对打击前后锤头和锤体的运动轨迹进行仿真，得出锤体运动的时间范围。介绍液气锤液压控制系统的工作原理，对液压系统原主操纵阀的功能和特点进行分析，针对原主操纵阀动作时间长和无法实现自动回程的弊端，利用液压控制的插装阀替代原有的主操纵阀，在保证功能不变的前提下，对插装阀进行设计，并利用液压仿真软件AMESim对插装阀进行动态性能的仿真。液气锤的打击过程分为落锤、打击、反弹和提锤四个阶段，根据液气锤自身的工作原理和设计参数，借助计算机辅助软件，得到了每个打击阶段的时间范围。落锤时间范围为0.12～0.17s，打击时间范围为0.006s，反弹时间范围为0.25～0.3s。选取和设计合理的电气和液压控制元件，使其满足时间控制的技术要求。并结合液气锤的动力学仿真结果和插装阀的仿真结果，得出了液气锤打击过程每个阶段的时间范围，利用可编程控制器的时间控制方法，重新设计液气锤控制系统，以达到液气锤在任意高度下打击和提高控制精度的目的。利用新设计的逻辑时间分段控制系统，对液气锤进行了5000余次的实验，设备运行良好，并未出现欠打或者连打现象，锻造的产品均合格。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 液气锤的国内外发展现状及趋势
• 1.2.1 国内发展现状
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 液气锤主要结构及工作原理
• 1.3.1 主要结构组成
• 1.3.2 系统主要技术参数
• 1.3.3 工作原理介绍
• 1.3.4 工作原理分析
• 1.4 研究的内容
• 1.5 本章小结
• 2 液气锤的动力学分析
• 2.1 能量转换过程
• 2.2 打击过程分析
• 2.2.1 打击前系统的运动方程
• 2.2.2 打击过程分析
• 2.2.3 打击能量分配
• 2.3 打击后锤体振动系统仿真
• 2.3.1 Simulink 仿真运行原理
• 2.3.2 打击过程求解
• 2.3.3 打击后锤体的振动仿真
• 2.4 本章小结
• 3 液气锤液压系统功能分析
• 3.1 液压系统分析
• 3.1.1 液压系统组成
• 3.1.2 液压系统工作原理
• 3.2 主操纵阀及二级放油阀的功能分析
• 3.2.1 主操纵阀结构及工作原理
• 3.2.2 二级放油阀的基本结构及工作原理
• 3.3 主操纵插装阀的设计
• 3.4 本章小结
• 4 液气锤液压系统动态特性仿真
• 4.1 液压仿真软件 AMESim 简介
• 4.2 液气锤建模的主要问题
• 4.3 液气锤动态特性的仿真
• 4.3.1 落锤过程
• 4.3.2 提锤过程
• 4.4 本章小结
• 5 打击动作电控系统设计
• 5.1 液气锤电控系统主要内容
• 5.2 打击控制实现
• 5.2.1 选取控制方法
• 5.2.2 打击过程逻辑分析
• 5.3 打击动作 PLC 控制系统设计
• 5.3.1 PLC 物理地址分配
• 5.3.2 打击动作 PLC 程序设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢