3.1　20MN快速锻造液压机液压系统

3.1.1　主机功能结构

快锻液压机是一种重要的锻造生产设备，具有自动化程度高、锻造频率快、锻造尺寸精度控制精确等特点，适用于各种金属材料的锻压加工特别是特殊钢及钛合金生产中，这些材料塑性差，变形抗力大，热加工温度范围窄，要求锻压设备能力大、速度快。根据锻压工况要求，本液压机有机操作可分为普通锻造和快速锻造两种工况：普通锻造时，系统压力为25MPa，主缸输出力20MN，回程力1MN，锻造频次35～45次/min；快速锻造时，快锻行程为30mm，输出力4MN。快锻频率为85次/min。该机液压系统采用了电液比例插装阀控制。

3.1.2　液压系统原理

（1）元件作用

该液压机液压系统原理如图3-1所示，系统共有6组定量泵（图3-1中仅画出一个泵组）供油，每组流量为540L/min，电机功率为250kW，通过不同组流量组合，可使液压机具有不同的工作速度和锻造次数。系统的执行元件有柱塞式主缸11和单作用活塞式回升缸21，用于带动滑块的下降和上升，完成锻压作业。

图3-1　20MN快速锻造液压机液压系统原理

1—液压泵组；2，3，7，8，13，15，16，17，20—插件；4—溢流阀；5，18，19—二位四通电磁换向阀；6，12—二位二通电液比例方向阀；9，14—电液比例溢流阀；10—液控单向阀；11—主缸；21—回升缸；22—二位四通电液阀；23—蓄能器；24—副油箱

插件2是单向阀，用于防止压力油倒灌以保护液压泵；插件3与其先导控制阀（溢流阀4和二位四通电磁换向阀5）构成电磁溢流阀，用于液压泵最高压力设定和卸荷控制。

电液比例方向阀6用于主缸下行时的进油通断控制，插件7作主缸11的进油路单向阀，插件8及其先导阀（电液比例溢流阀9）用于主缸下行锻造压力的控制，液控单向阀10用于主缸11的自重充液和反向开启后油箱的回油，二位四通电液阀22则用于阀的反向导通控制。

电液比例方向阀12用于回升缸回升时的进油通断控制，插件15用作回升缸进油路的单向阀，插件13及其先导阀（电液比例溢流阀12）用于回升缸21带动滑块上行压力的控制。

插件16、17及其先导阀（二位四通电磁换向阀18）用于控制滑块下行时回升缸有杆腔的回油路的通断控制。

二位四通电磁换向阀19作为插件20的先导阀，控制件20的启闭，以使蓄能器23与回升缸的有杆腔通断。蓄能器23作用有两个：一是用于主缸带动滑块快速下降锻压作业时回升缸油液的挤入；二是锻压结束主缸泄压后向回升缸供油使滑块迅速上升。

液压系统还设有自循环过滤冷却系统，以保证系统连续工作时液压油足够的清洁度和正常工作温度。

（2）工作原理

普通锻造：工作时，二位四通电磁阀5通电切换至上位，液压泵1由卸荷转为升压力。电液比例溢流阀9通电，建立锻造压力。电液比例方向阀6通电，液压泵的压力油经主管道和插件（作单向阀）7进入主缸11，二位四通电磁阀18通电切换至右位使插件16、17打开，回升缸无杆腔接通油箱，滑块快速下降，此时充液单向阀10打开向主缸补液。当上砧接触到工件时，转为加压工进，当加压至工件成型时，阀5断电，泵1卸荷。阀18断电复至图示左位，插件16、17关闭；二位四通电磁换向阀19通电，主缸11卸荷；卸荷完毕后，电磁阀5通电，电液比例方向阀12通电，液压泵压力油经插件15进入回升缸有杆腔，滑块快速上升，上升到设定位置停止，进入下一循环。

快速锻造：当液压泵组启动，系统建立压力时，二位四通电磁换向阀19通电，蓄能器23与回升缸21连通，电液比例溢流阀14通电，建立回升压力；同时，比例溢流阀9通电，建立锻造压力。液压泵的压力油经主管道和插件7进入主缸11；滑块快速下降进行锻压，并将回升缸油液挤入蓄能器；当加压至工件成型时，阀5断电，液压泵卸荷。比例溢流阀9断电，主缸11开式泄压；随着主缸压力的降低，蓄能器中油压推动回升缸迅速上升，当上升至设定位置后，进入下一次锻造。

3.1.3　液压系统特点

①液压机系统采用多泵油源，通过流量不同组合，以满足液压机不同的工作速度和锻造次数的要求，有利节能。

②系统采用比例阀+插装阀进行控制，一方面减少了元件数量，简化了油路结构，有利于机电液一体化，便于系统的数字化控制，提高锻造精度和系统自动化程度；另一方面系统工作压力高，通流能力大、密封性能好、响应快、抗污染能力强，动作安全可靠。

③通过设置压力传感器、卸荷溢流阀和安全阀等措施，用以实现系统的过载保护，此外，液压缸行程上设有行程开关，用于换向油路卸压，液压缸停止动作的信号源，提高了设备安全性能。

④电液比例溢流阀14、插装阀20和蓄能器23一起构成液压弹簧，可在吸收滑块向下锻造时的压力能并在滑块回升时释放此液压能，提高运行速度和系统稳定性。