[發明專利]模鍛壓機運行狀態的在線預測方法及系統

有效

• 申請號: 201610213348.8
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN105880449B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 陸新江;黃明輝;雷杰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B21J9/20
• 分類號: B21J9/20
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙)43214
• 代理人: 鄭雋,周曉艷

技術領域

本發明涉及鍛造設備領域，具體涉及一種模鍛壓機運行狀態的在線預測方法及系統。

背景技術

現代高性能渦輪盤、飛機起落架等大型復雜整體構件的服役工況趨于極端化，材料的合金化程度不斷升高，并需整體鍛造，致使模鍛壓機必須提供萬噸級的驅動力以及極大慣量的運動部件，如8萬噸的模鍛壓機驅動力最大可達8萬噸以上且運動部件質量超過2800噸，因此稍有速度震蕩，就將對導向立柱產生很大的橫向附加力矩，導致模鍛壓機受損，甚至出現嚴重的安全問題。

另一方面，等溫模鍛技術已成為難加工構件成形制造的關鍵技術與必然趨勢。然而，等溫鍛造位移區間小，速度低，材料成型工藝需要極穩定的成形精度。其次，材料組織的不均勻產生的鍛壓變形抗力的突變，以及柱塞缸低速摩擦力等，極易造成鍛造過程的速度震蕩及爬行現象(在滑動摩擦副中從動件在勻速驅動和一定摩擦條件下產生的周期性時停時走或時慢時快的運動現象)。該現象對產品的品質，甚至壓機的使用壽命都有嚴重的影響。因此，對模鍛壓機運行狀態進行評估與預測是獲得高性能鍛件的基礎，也是大型模鍛裝備安全性的關鍵。

經檢索，《機械工程學報》2015年9月、第51卷第18期公開了名稱為“大型模鍛裝備鍛造過程建模與運行分析”的技術方案，該方案通過建立復雜鍛造過程的非線性模型，提出基于非線性震動分析理論的模鍛壓機速度求解方法，求出了模鍛壓機速度的近似解。但該方案有如下問題：

1、只對模鍛壓機進行離線建模，且其負載力模型對應的鍛件形狀僅為長坯狀，對其他形狀鍛件的適應性差，適應范圍窄。

2、只給出了閥的流量方程，流量連續性方程中的電壓u為常數，無法求解出速度的精確解析解，進而導致對模鍛壓機運行狀態的預測與評估精確度不高。

此外，中南大學學報(自然科學版)2014年10月、第45卷第10期公開了名稱為“大型模鍛壓機極低速穩定運行規律”的技術方案，該方案在計算過程中，只應用了壓機運行方程并通過將油壓p簡化為線性變化關系，進而計算出壓機運行速度解。在計算過程中未引入運行方程、液壓系統以及控制器算法，其計算結果的精確性也較差。

故本領域需要一種可以解決以上問題的模鍛壓機運行狀態的在線預測方法和/或系統。

發明內容

為克服現有技術中模鍛設備的不足，本發明提供一種適應范圍廣、預測和評估準確、安全隱患小的模鍛壓機運行狀態的在線預測方法及系統。具體方案如下：

一種模鍛壓機運行狀態的在線預測方法，包括如下步驟：

S1、數據組的獲得；具體包括：鍛壓過程中活動橫梁的位移、活動橫梁的速度、活動橫梁的加速度數據、驅動缸油壓、回程缸油壓和比例流量閥電壓；

S2、根據S1中讀出的比例流量閥電壓、活動橫梁速度、驅動缸油壓和回程缸油壓數據，采用神經網絡模型，建立精確的包含管路、比例流量閥的液壓系統方程式中K為比例流量閥的比例系數；

S3、建立控制器的控制算法方程式中u₀為初始電壓，k_p、k_i、k_d為控制算法參數；

S4、在模鍛壓機空載運行狀態下，由S1中得到的數據，根據加速運動的規律建立方程計算出摩擦力F_f；式中M為鍛壓機運動部件的質量，為活動橫梁運動的加速度，F_r為回程缸的背壓力，A為驅動缸的柱塞面積，p為驅動缸內的油壓；

將S4中的摩擦力F_f在工作點v處進行泰勒展開為F_f＝F_f0+f₁v+f₂v²+f₃v³；式中F_f0、f₁、f₂和f₃通過離線數據辨識得出；

S5、在模鍛壓機負載運行狀態下，由S1和S4得到的相應數據，根據加速運動的規律建立方程計算出負載力F_l；