基于仿真研究的机电真空铸造生产线液压系统设计

1 引言

近几年，我国经济发展水平不断提高，正处于经济发展模式转型的关键时期。而且在可持续发展理念下很多产品能向节能方向发展［1］。在我国铸造产业中铸造机械压系统的效率问题已经成为社会普遍关注话题，必须实施系统可靠性分析，提高系统运行功率，降低装机功率［2］。在铸造过程中，真空铸造属于一种真空密封造型和负压造型的铸造工艺，它的铸造原理比较简单，而且节能环保，可以有效提高铸件铸造精确度。真空造型主要是真空密封造型、负压造型的铸造工艺，也成为V法铸造。主要原理是使用塑料薄膜覆膜造型，对砂箱进行密封处理，通过真空泵抽出空气，箱内外形成巨大的压力差，最后形成所需模型。与其他铸造手段相比，这种铸造工艺可以有效解决资源，具有重要的环保功能，改善了工作环境，有利于提升铸件表面品质、尺寸精度。液压系统是实现真空造型的重要步骤，所以实施仿真研究的机电真空铸造生产线液压系统设计，具有重要的现实意义。

2 液压系统生产线的整体设计

液压原件的数量、类型、安装位置，与主机的连接具有直接关系，严重影响其设计效果。因此在考虑液压设备的总体方案，要对液压执行元件、确定整体结构布局统筹发展。经常应用的液压执行原件包括活塞缸、复合增速缸、多级液压缸、叶片式摆动缸、活塞齿杆液压缸、齿轮马达等。要按照具体的设计要求，科学分析液压系统，对每个液压执行元件在工作循环各阶段中的速度、载荷变化规律，展开深入研究，绘制合理的液压系统工况图，包括载荷图、动作线图。系统工作压力主要由结构要求、荷载大小决定。系统工作压力较高，主要是根据及时水平，确定荷载大小、结构要求，要科学处理噪声控制、可靠性的相关问题。机床、汽车常用的压力范围小于7Mpa；农用机械、工矿车辆、船用机械、工程机械、冶金机械常用压力范围7～21 Mp；油压机、重型机械压力范围 21～31.5Mpa；金刚石压机、飞机、液压机具常用压力范围大于31.5Mpa。

2.1 生产前架构分析

系统生产前设计过程中要严格按照其工作流程进行设计，一般情况下系统生产线由浇注、真空造型、冷却、落砂、取件等组成，完整的生产线整体架构图见图1。从图中可以看出系统真空造型工段一般通过输送带接收型芯，造型工位设计内容比较多，比如加箱工位、覆膜工位、加砂工位等；利用真空覆膜覆盖整个铸件造型上；而后在处理过程中将加入型芯、砂箱，并将它们放在模具上进行处理［3-4］。将铸件置于输送工位实施系统运输输送。在图1的铸造生产线中输送工位的实现主要依赖于冷却工位和浇注工位对砂箱的分离，在此基础上经过二次冷却后收回型砂，将铸件取出后清理不整洁的铸件，然后可以实施更进一步的处理工作。

图1 生产线整体结构示意图

2.2 生产前运行分析

系统生产线在运行过程中，动力支持一般是由系统中的压缩空气提供。输送工程一般有液压拉缸推动箱板沿着运输路线运行实施。在工件浇注过程中工位一般有液压举升缸完成，在运输过程中利用运输小车将箱板运输早分箱工段，而后利用液压动力驱动砂箱实施分箱操作，然后将分离后的铸件输送到再次冷却工位处；二次冷却后回收型砂，最后利用液压控制阀对逐渐实施清理处理［5］。

3 液压系统设计分析

在这个生产系统中，首先要实施四工位造型机，然后实施系统其它设备的设计和应用，这些设备一般由液压动力驱动，所以液压控制系统在整个生产过程中也是比较重要的系统组成。依据系统液压器特点和生产线技术的要求进行设计，在设计过程中要特备注意系统工作原理和压力控制、流量控制等方面的工作，从而提高系统性能。

3.1 压力控制分析

系统运行过程中必须在特定的压力范围内进行液压元件驱动就可以实现功能系统的处理，在系统控制过程中要特别注意压力参数的控制。系统重力控制有两种方式，阀控形式和泵控形式，这两种压力控制形式均有其优势和不足［6］。管路油压和生产线泵压一般需要远程控制，在压力分析的过程中通常要为了提高控压系统的灵活性，一般采用阀控措施进行油压的控制。泵站供油系统的设置一般为3-1、3-2，系统油泵出油后调控阀门数值，这样才能更好的控制油压。

3.2 系统流量控制分析

系统流量控制主要采用阀控和泵控，系统控制中一般采用3-1和3-2变量柱塞进行对管路供油，该泵流量可以实施调控。在调控的过程中一般要根据系统流量具体要求，将主泵调节到一定的流量位置处，而后利用单向流量阀进行管路流量的设置，利用系统中设置好的流量计显示系统流量使用状况。

3.3 系统工作原理概括

整个系统实施工作的过程中，必须要开启主泵系统，主泵系统开启后要实时调节主泵压力，压力的调节一般利用溢流阀实施调节，在调节的过程中一般首先将主泵的压力调节到预定的位置处，而后调节主泵流量，调节方法同上［7］。

3.3.1 系统油温控制

系统的油温控制之前，必须要首先做好油压元件和执行机构的控制，将这两个元件控制在正常范围内，要完成这个过程必须在系统内设置相应的加热器和冷却器来控制油温。在油温控制过程中如果系统油温低于控制值，这时加热器会自动开启，将系统的问题加热到预定位置；如果系统油温高于设定值，系统冷却泵会自动开启将油温控制在一定的温度中。

3.3.2 系统辅助功能分析

在系统运行过程中，为了很好的实现远程监控，系统必须利用压力传感器采集液体回路关键部位的油压信息，以便更好的实施系统控制。系统运行过程中为了实现管路油压显示的可靠性，可以利用手动操作的形式使液压回路油液并回油箱内。

3.3.3 系统设计分析

在对系统进行优化设计时，可以采用插装阀和蓄能器控制液压回路［8］，以此来提高油压系统工作稳定性。插装阀进入油液口时压力比较高，这时插装阀会开启，油液一般由进口油通过管路系统。当进油口低于出油口压力时要关闭相应的插装阀，需要在系统中设置蓄能器，这样的设置能够较好的提高管路使用性能的提高。如果管路油压比较低，甚至低于蓄能器的压力，需要开启插装阀，稳定管路油压，保证蓄能器管路的稳定性。在系统工作过程中，要将主泵压力控制在儿科学范围内，应用蓄能器对管路油压进行科学控制。通过电磁换向阀控制升缸工作，应用单向节流阀对管路流量进行控制。为了保持缸动作的稳定性，在液压回路中接入液控单向阀，促使油管路出现背压，实现升降缸工作的稳定发展。除此之外，要应用加热器、冷却器科学调控油温。

4 插装阀性能仿真分析

进行插装阀性能仿真分析时采用插装阀为例实施分析，采用AMESim仿真软件对其进行仿真分析，这种仿真系统是发过上世纪末推出的一种系统建模和仿真性能分析软件。比较适合应用于工程机械和航空制造领域。

4.1 系统仿真建模分析

4.1.1 建立仿真模型

仿真结构建立之前，首先要科学的设置插装阀的机械本体结构，结构见图见图2。而后再建立系统的仿真模型，仿真模型见图3。从图中可以看出仿真模型由锥阀、活塞、惯量等三部分构成。

图2 插装阀的机械本体结构

图3 仿真模型

1-锥阀 2-惯量 3活塞

4.1.2 图纸设计

根据系统设计特点和使用铸造方法的形式，可以指定生产线压力系统构建，并根据系统构建原理建立设计图纸，见图4。系统反馈油压一般利用油压传感器进行检测，然后建立系统进出口油压信息反馈系统，确定油压插装阀的使用性能。

图4 插装阀心梗仿真设计图纸

4.2 参数设置分析

系统实验参数设置见表1，在分析的过程中对系统进行编译分析，以便提高系统运行稳定性。

表1 系统实验参数

4.3 系统仿真模拟分析

系统模型进行仿真运行实验分析，假设仿真跳进参数见表2，在仿真条件下进行系统仿真处理，油压随着时间的延长逐渐增大，最大值可能会达到3349.7Mpa，在这样的系统状态下，系统的进油口油压大于反馈油压，经过一系列的分析发现出口油压为0Mpa时，比较符合此系统油压性能性能需求。

5 结束语

机电真空铸造生产过程中为了提高系统各个方面的性能，提高铸造生产工艺，必须要根据铸造生产线工作过程设计生产线构架，并依据相关原则对液压系统实施优化及。采用比例溢流阀调价油压，同时利用单向节流阀控制升降缸的升降。然后利用仿真实验对油压系统进行合理设计，使仿真结果能够符合铸造生产工艺要求，从而更好的系统稳定性。在初始实验参数以及仿真条件下，本文油压系统设计比较合理，仿真结果与插装阀性能变化相契合，可以满足现代铸造生产的具体要求。