電液錘工作原理及設計計算理論

4.1電液錘工作原理

　　電液錘是在原蒸-空鍛錘的基礎上，利用現代機電液壓技術，研發成功的一種新型節能環保型鍛造設備。

　　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量所產生的勢能。

　　電液錘的驅動介質是“液壓油+氮氣”。設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，下腔快速排油實現打擊。

　　啟動主電機泵組，系統建壓，當蓄能器充滿油液后，系統處于保壓卸荷狀態。向上扳動操作桿，主閥打開進油，驅動快放閥（二級閥）閉合進油，主缸下腔進油，驅動錘桿錘頭上行，同時壓縮主缸上腔氮氣蓄能，實現“提錘”動作；向下扳動操作桿，主閥排油，驅動快放閥打開，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“落錘”動作。至此，電液錘就完成了一個“提錘?落錘”動作循環。

　　電液錘的主閥和快放閥是控制整個設備實現各種動作功能的較為核心的功能部件。二者都是“隨動（伺服）”原理設計，其控制關系是“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電液錘設計計算數學模型

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——氮氣驅動面積（m2）

　　S——行程(m)

　　M——錘頭系統質量（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的情況下，回程時主缸氣室的壓力容積狀態將沿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。