基于锻造过程动态响应的估计方法的近似模型

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1、基于锻造过程动态响应的佔计方法的近似模型摘要：很多高质最的锻造产品需要人尺寸的液圧机来获得一个令人满意的动态响应。由于低速条件下锻造过程很复杂，它的响应很难估计。这经常导致很难获得令人满意的低速锻造条件。冃前估计低速条件下的锻造过程动态响应的工作做得很少。在这篇论文中，基于估计方法的近似模型被建议用来估计低速条件下锻造过程的动态响应。首先，一个近似模型被建立用來代表在低速工作点附近的这个复杂液压机的锻造过程。在确保建模效果的条件下，模型可能大大地降低动态响应随后估计的复杂程度，因为它有一个好的线性结构。在这个基础上,估计

2、动态响应，根据速度的解决，得到稳定性、振动和爬行的条件。所有这些分析结果都将进一步被模拟和实验证明。在对造型的模拟证明屮，原始的移动和获得的近似模型总是有相同的动态响应，近似课并很小。模拟和实验最终论证和测试了获得的稳定性、振动和爬行的条件的冇效性，这些条件将冇利于锻造过程动态响应的预计和高质量锻造控制器的设计。建议的方法是实现令人满意的低速锻造条件的有效解决方案。关键词：性能分析，锻造过程，造型，液压机1前言大尺寸液压机在工业中是至关重要的装备。它的作用是锻造金属零件，最终形成令人满意的形状。一般来说，很多高质量的产品

3、盂要等温锻造，这经常需要在令人满意的低速条件下工作。这个条件依赖于液压机的动态响应。因此，对液压机动态响应的估计对于高质量锻造來说很重要。随著零件强度和尺寸的增加，变形力变得很大，这将导致很大的來自液压机为了锻造的驱动力。这使锻造过程在低速卜•涉及很多复杂行为。首先，零件的变形力是复杂的。一方而，由于零件的形状经常是不规则的，这导致在锻造过程屮不规则的变形力。这个不规则的变形力将产生一个复杂的零件变形力。另一方面，在变形力上冇来自材料特性、压力、压力率和温度的复杂影响。其次，由丁•机械系统和液压系统Z问的运动和力的相互转

4、换，机械动力学和液压动力学的耦合是不可避免的。另外，摩擦力是不可避免的，低速条件下它的模型也是复杂的。所以上述的因素对液压机动态响应的估计带来大的挑战。除了通过实验和模拟，很少工作贡献于液压设备动态响应的估计。由于这些结果只在特殊条件下是有效的，所以它们缺乏一般性。他们也从不关注稳定性、振动和爬行的条件。在其他领域，很多研究者致力于估计摩擦力对速度波动和爬行的影响。然而，他们的结果很难延伸到这个复杂的锻造过程。除了文献16,20,发现很少冇工作來分析在复杂锻造过程的动态响应下摩擦力和变形力的影响。但是文献16,20仅仅通

5、过模拟來佔计这个影响，这些结果只对特殊条件是有效的。因此估计复杂锻造过程的动态响应还是有必要的。在木篇论文中，一个基于估计方法的动态模型被建议用来估计液压机在低速工作点附近的动态响应。首先，一个近似模型被建立来接近这个在工作点附近的复杂的液压机系统。在这个基础上，获得稳定性、振动和爬行的条件。所有这些分析结果都将进一步被模拟和实验证明。2液压机的造型这篇论文中研究的液压机展示在图1中。这个液压系统包括三个驱动缸和四个返回缸，它们分别位于工作盘的上面和下面为了驱动工作盘的运动。这些缸被它们相应的液压系统（包括泵、阀、管）驱

6、动。控制系统也需要用來调节液压系统的伺服阀來实现工作盘有一个令人满意的速度来获得鬲质量的锻造。2.1锻造过程的动力学根据牛顿第二定律，工作盘的运动模型如下：其中M是工作盘和所有液压缸的质量，x是工作盘的排水量，B是导柱和汽缸密封粘性阻尼系数，Fd是來自驱动缸的驱动力，Fz是零件的变形力，F2是來自返回缸的支撑力，可能被视作是一个恒定值，Ff是活塞缸密封和引导摩擦力，g是重力加速度。液压缸的驱动力模型可以被代表为：其屮Q是流量，p是压力，A是所有液压缸的总面积，V0是原始容量，Be是媒介的弹性力矩。一个零件的变形力是复杂的

7、。它是位移x,工作盘的速度v,零件材料、温度、形状的函数。例如，一个长的矩形工件带着铝合金材料模型，被表达为：其小a,hj分别是锻件的宽度，高和长,V=ahl是体积，us是锻件和之间的摩擦系数，是流体压力，参数cgm,y依赖于材料和温度，分別是扭变和扭变率，v是工作盘的速度。一个众所周知的摩擦力模型是Stribeck摩擦力模型，因为它是一个低速卜-摩擦力动态行为的很好呈现。它的公式如下：其中Fc和Fs是库伦和静态的摩擦力的值，vs和2分别是Stribeck速度和摩擦力系数。2.2近似模型显然，公式所呈现的锻造过程的动力学

8、是复杂的，这是很难分析解决的。为了降低动态响应估计的复杂程度，建立了一个近似模型。这个建立的模型也很容易被川来设计控制器。相对于工作盘的整个移动来说，很多零件的锻造距离太小了。这将使由它们的变形力所导致的体积Ax比原始体积V0更小。在这些真实的条件下，驷动力可能近似于：下式作为公式5的组成部分：其中，Co是常数。在一