原标题：12000kN挤压机双缸同步压射系统开发

摘要  由于铸件结构复杂，壁厚较薄,一点进料难以成形，故考虑采用双点进料的方式。液压缸很难保证同步，针对这种情况，设计了电液混合的压射系统。生产实践证明，该压射系统满足挤压铸造复杂件的要求，并降低了成本。

电机壳净质量为60 kg，铸件质量为85 kg，由于铸件比较大，采用单点喂料难以成形，局部出现缩松，而液压缸系统保持同步比较困难，故采用电液混合双缸同步系统设计1 2000 kN 精密挤压机，以提高产品的整体性能。

电液混合压射系统包含以下几个阶段：慢速同步阶段、快速阶段、增压阶段。慢速同步阶段采用电缸控制，确保两个压射缸活塞杆同步运动，电缸动作结束，快速和增压阶段用液压驱动压射活塞杆，实现快速和高压阶段。

1、双缸压射部分设计

（1）2个挤压油缸，直径D为130 mm，行程L为500mm，最大压强P为23MPa，水平安装，对称布置。双缸挤压力 F1=π/4×D2P=610 kN。慢进阶段速度为0～160 mm/s。慢速阶段选推力为20kN的电缸。挤压速度v可表示为
v=t×n/60i                             (1)
式中，t为丝杠螺距，10mm；n为转速3000 r/min；i为减速比3。

计算得v=166 mm/s。
电缸推动压射活塞的推力F2=T×2π×η/t，其中扭矩T为38.1N?m，η为效率，取0.85
，计算得到电缸推力F=20.3kN。

电缸推动过程中，压射缸加充液阀，充液阀一端连压射缸一端连油箱，当电缸运行时，压射缸产生负压，充液阀从油箱吸油进入压射缸，电缸动作结束，液压油进入压射缸，压射缸压力增大，充液阀关闭，电缸回程，电缸加档块阻挡压射力，防止电缸损坏。

充液阀的计算：
慢速段最大速度v=0.16 m/s,油缸直径D 为130mm，需油量V=π/4×D²×v×60≈128 L/min
根据充液阀样本选择40通径的充液阀。

（2）快进阶段距离为200～500 mm，速度≤1 000 mm/s；快进阶段因速度快，油泵供油不及时，全靠蓄能器供油。快速段需油体积V_W=π/4×D²L=13.3 L
蓄能器体积计算：根据波义耳定律

P₀V₀^1/n=P₁V₁^1/n=P₂V₂^1/n=C        （3）

式中，V_0,V_1,V₂为对应的气体体积容积_,L;n为绝热过程指数，取1.4；V_W有效工作容积，L,V_W =V_1-V₂。
蓄能器工作在绝热过程，其总容积
                       （4）
式中，P₂为最高工作压力，15 MPa;P₁为最低工作压力，只允许10%压力降的原则，取为13.5MPa;
P₀活塞蓄能器为0.85P₁，为11.5 MPa，求得V₀= 217 L。因此选1个70 L活塞蓄能器加两个70 L气瓶。

（3）增压阶段利用高压蓄能器瓶储存25 MPa的液体，增压阶段高压蓄能器的油通过增压比例阀瞬间释放到压射缸，对压射缸的液体进行压缩，产生增压。压射缸液体的压缩量
E=V_压×ΔP/ΔV            （5）
式中，ΔV为体积压缩量，m³；V_压为压射缸里液体体积，13.3L；ΔP为压射缸里压力变化值，MPa。高压蓄能器油快速释放，压力降10%,进到 压射缸里的压力为22.5MPa，压射缸里的液体从13.5MPa压缩到22.5MPa，ΔP =9 MPa，

保压阶段液体弹性模量为1400 MPa，因此增压蓄能器体积为1.9L,放大5倍的安全系数，选皮囊蓄能器体积为10 L。单独油泵供油，保压30 s，回程用油 2.71×2≈5.42 L，之后停止时间＞30s，全部伸缩动作需油为18.7 L，可用供油时间＞60 s，按充油时间60s计算油泵流量为 18.7LPM。选用油泵18 cc/r，流量为26LPM。比例伺服阀最大需求为185LPM，选取200LPM，D41FP。电机功率为7.2kW。考虑速度降低至5 mm/s时（或其他触发信号），切换至小泵供油，此时所需流量为8LPM，选取油泵为5cc/r，系统压力为25 MPa，因此 电机功率为3.02 kW  考虑效率，选取为3.5 kW，所以系统总装机功率为10.7 kW， 选用11 kW电机。电液缸具体结构见图1。

图1：电液缸结构示意图

压射部分液压原理图见图2。

图2：液压原理示意图

设备的整体外形见图3。

图3：设备示意图

设备生产调试后成功打出符合客户要求的电机壳，整套压射双缸同步运动系统运行稳定。

2、结束语

成功打出合格铸件，证明双缸同步运动的可行性，为下一步生产更大吨位的设备做好准备。同时通过采用电液缸组合的压射同步系统，有效的降低了成本。

作者：郑桂云
中建投（绍兴）机械科技有限公司