重型机械“十二五”科技发展规划 - 图文

它就像一只抓取着几百吨炽热钢锭的巨大铁臂，要求动作反应迅速、定位准确，联动工作时与压机配合协调一致，技术要求可想而知。需要精确控制的参数有大车行走步进值、钳杆旋转角度值、钳杆提升高度值等。作为被动受力的机械设备，运动质量大、运行速度高、步进频次高、步进量值小；实现精确控制需要机电一体化技术、计算机及可编程技术、传感器技术、电子液压控制技术等多学科协作攻关。

需要研究的技术内容有：

⑾工作机理和结构设计技术，

⑿运动性能与承载能力的协调匹配技术， ⒀重载条件下界面特性与整体刚度特性，

⒁大型零部件的结构设计技术、拓扑优化和力流优化配置技术， ⒂偏心大载荷条件下的冗余输入并联结构设计技术， ⒃大惯量和大载荷精密运动控制技术， ⒄大流量液压控制技术，

⒅多自由度的协调与同步控制技术。

2500kN/6300kNm锻造操作机研制的创新点为：

⑴ 采用并联结构设计操作机主执行机构、采用并联冗余驱动方式解决大惯量、大驱动力的输入；

⑵ 基于大型锻件锻造工艺要求的与锻造压机联动与协调的实施控制原理及技术；

⑶ 大型锻造操作机的远程控制与故障诊断技术。

4.4本项目研制目标与经费

? 完成1-2台锻造操作机的研制，

? 掌握锻造操作机的设计、制造等关键核心技术，并进行性能测试和示

范应用。

? 形成2-3项专利技术或专有技术， ? 提出相关技术规范与标准；

大型锻造操作机项目的研究，以金属挤压/锻造国家重点实验室为主体，正形成企业、研究机构、学校、用户联盟，强强联合，优势互补。

项目总费用为4500万元，其中

研究费用1000万元，占22％； 中间试制费用3000万元，占66%； 产业化费用500万元，占11％。 财政扶助： 1500万元

企业自筹： 3000万元

研发周期到2014年。

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5．45/50MN正弦泵控快锻压机传动系统的研制

5.1项目的重要性

随着汽车、航空航天、核电、船舶、冶金等行业的发展，各类锻件的需求急剧增加，这一形势迫使老的锻造液压机更新改造，发达地区新锻造设备加速上马，新一轮自主研发锻造液压机的时期已经到来。

目前快锻液压机传动系统主要采用电液比例插装阀控系统和正弦泵控系统两种解决方案，电液比例插装阀控系统应用更为普遍。但是，电液比例插装阀控系统属节流调速系统，相对于容积调速的正弦泵控系统，有能量损失大，换向冲击无法避免的缺点。由于快锻液压机运行功率很大，在节能环保越来越被重视的今天，正弦泵控系统，由于其系统具有响应快、容易实现快速锻造，管道简单、泄漏点少、维护方便，发热量小、节能显著、元件寿命长，震动和冲击小等优点，逐渐得到国内用户的认可，将成为自由锻造液压机的技术方向。对于“快锻”性能要求高的用户，正弦泵控快速自由锻造液压机将是首选方案。

为了降低液压机设备的运行成本，提高加工产品的附加值，在以后几十年内，正弦泵控液压系统必将成为锻压机械液压机类设备的主导液压系统。

因此，本项目的研究将会具有如下应用价值：

① 为国内锻造液压机向泵控液压系统转化提供理论指导，起动正弦泵控系统的自主化、国产化步伐；

② 推广正弦泵控液压控制系统使用，节能降耗，提升液压机类锻压机械的工作效率。

5.2改进型正弦泵的技术进展

改进型正弦泵的研发主要是针对高压大流量液压系统，技术成熟于上个世纪八十年代，迅速得到了国际锻造行业的认可，已经为国际上几十台压机配备了动力系统。其控制方式是“正弦泵闭环控制”，而且每台泵本身有一套“伺服控制系统”，泵口的高压油流量可以实现正弦输出，控制精度同样可达到±1mm，系统响应比阀控系统快。在进入21世纪后，随着国家经济实力的增强，国内多家企业直接从国外进口了这类压机。在2006年和2007年，国内两台超大吨位压机均采用正弦泵控液压控制系统，系统所采用主控元件为德国WEPUKO-PAHNKE公司独家生产的改进型正弦泵。该泵为径向柱塞泵，高压油的流量大小和方向通过改变转子和定子之间的偏心距大小及方向调整，定子移动由“伺服阀控液压缸”控制。特点如下：

(1)具有±100%输出输入能力，能够很迅速地完成高低压油口的转换；

(2)响应时间快，RX-500(流量峰值为1000L/min)输出由0L/min变为1000L/min需要的响应时间小于150ms；

(3)变量精度高、误差小于0.5%；

(4)压力高：50%输出流量压力允许达450bar；

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(5)允许转速1200rpm、使用992rpm； (6)按要求条件正常使用寿命3万小时以上。 5.3主要性能指标

本项目以45MN正弦泵控快速自由锻造液压机为研发对象，主要性能指标如下：

45MN正弦泵控快速自由锻造液压机技术指标 序号 1 2 3 6 7 8 9 10 11 12 性 能 指 标 名 称 公称力 压力分级 最大工作行程 工作介质压力 回程力 净空距 允许锻造偏心距 行程控制精度 空程下降速度 回程速度 加压速度(15MN) 13 加压速度(25MN) 加压速度(30MN) 加压速度(45MN) 锻14 造次数 常锻(设定回程高精锻(设定回程高精锻(设定回程高数 据 45 15/25/30/45 2200 35 5/3 4500 ±250 ±1.5 ～130 200 130 95 95 70 ～6 ～30 ～70 单位 MN MN mm MPa MN mm mm mm mm/s mm/s mm/s mm/s mm/s mm/s 次/分 次/分 次/分 5.4已完成的前期工作

已发表相关论文一篇(ISTP检索)，完成单台正弦泵仿真研究、正弦泵控系统

仿真研究。待发论文三篇，完成正弦泵控系统控制策略研究、正弦泵控液压机活塞式蓄能器快锻回路关键参数仿真研究和基于现场总线的正弦泵控液压机电控系统研究。

～2008年完成“45/50MN正弦泵控快锻液压机组液压控制系统设计审查”企业合作项目。在该项目中，主要完成了液压系统原理设计，液压系统实现方案；电控系统原理设计，电控系统实现方案。 5.5主要研发内容

⑾2010年建成的2MN实验用快锻油压机，将作为正弦泵控系统的实验平台 ⑵建立“45MN正弦泵控快锻液压机”工业试验平台

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⑶完成正弦泵控液压系统节能原理试验与仿真研究：

回程缸蓄能器部分理论分析、仿真分析，高压管道部分及控制管道部分的理论分析；分析蓄能器参数对系统响应能力的影响。

高压管道部分的仿真分析，实验研究，采集回程缸蓄能器部分及管道部分实验数据，并进行分析。

回程缸蓄能器部分模型辨识，对其模型进行修正，完成管道部分数学模型的修正，仿真研究管道效应对系统响应能力的影响。

整个液压系统数学模型的建立，对其进行仿真分析。

现场实验验证液压系统模型的准确性，完成控制策略的仿真研究，确定现场实验能够采用的控制策略。

完成针对控制策略的现场实验，分析数据，与仿真结果对比。

2013年9月～12月，项目总结，完成结题报告。 5.6现有困难与经费

正弦泵是德国WEPUKO-PAHNKE公司独家专利产品，价格昂贵，在国内很难单独买到，WEPUKO-PAHNKE公司在中国地区只出售成套设备。一旦WEPUKO-PAHNKE公司拒绝提供正弦泵和维修服务， 成套设备将面临停产的危险。

50MN泵控快锻成套设备研发成功之后，最紧迫、最重要、最有难度的研发项目是自主研发正弦泵。而正弦泵的研发需要投入更多的资源，并且需要国内具有径向大流量柱塞泵生产能力的厂家给予大力支持。

项目第一阶段计划进度到2013年，预计所需研发资金2000万元。

附表5 重型机械“十二五”科研和新产品开发研制项目（建议） 序号 80MN四柱与125MN双柱自由锻造机组的开发研制 200MN以上多向模锻液压机成套设备 φ7m法兰件径轴向数控辗压机 1000kN/2500kNm～2500kN/6300kNm大型锻

项目名称 主要研究内容 预期目标 实施年限 2009年 ～ 2012年 2010年 ～ 2012年 2009 ～ 2012年 研发费用 资助资金各500万元。 资助资金2000万元。 300万元 1 2 3 4 资助资金～2011 1500万元。 44