热模锻压力机曲轴轴径智能温控装置及方法

技术领域：

本发明涉及高端装备智能制造领域的金属成形机床装备制造技术领域，具体涉及热模锻压力机曲轴轴径智能温控装置及方法。

背景技术：

目前，现有热模锻压力机结构如图7所示，包括机身，机身上部两侧设置安装通孔，安装通孔内分别设置支撑套，支撑套通过螺栓固定于机身上，支撑套内设置轴瓦，轴瓦内设有曲轴(偏心轴)，曲轴中部的曲拐(偏心部)外侧设有连杆瓦，连杆瓦设置在连杆内。工作时，连杆和连杆瓦随曲轴旋转而上下作往复运动，曲轴与轴瓦组成滑动摩擦副相对转动，在工称力作用下相对旋转运动挤压作用表面摩擦导致轴径轴瓦温度持续升高，轴径受热后向外膨胀导致变粗，轴瓦受热向内膨胀导致孔径缩小，造成轴径与轴瓦的配合间隙逐渐减小，严重制约了热模锻传动系统的配合精度及旋转速度进一步提升，还会引起轴瓦快速磨损、损伤或抱死停机事故发生。

对于曲轴转速较低或精度性能指标要求不高的热模锻机械压力机现有技术基本可以满足要求，但是对于高速精密热模锻压力机及其自动化生产线则现有技术无法满足其高速精密运转、稳定可靠的较高性能要求。随着技术的不断创新，有些技术问题已经得到了一定改善，但通过实际应用效果发现，还有一些深层次关键技术难题亟待进一步应用基础研究寻求突破，比如说曲轴轴径的温升热膨胀问题，仅靠轴瓦外侧冷空气智能降温虽破解了国际同类产品油冷专利技术的“卡脖子”关键技术制约，但是应用效果方面还没有达到曲轴轴径与轴瓦温升控制持续长时间稳定性要求，从而严重制约曲轴轴瓦传动系统(配合间隙)精度及旋转速度(效率)的进一步有效提升。所以，如何创建热模锻压力机曲轴轴径温升智能控制系统，仍然是制约当前热模锻的高效精密性能提升迫切亟待解决智能制造方面面临的关键性技术难题。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供热模锻压力机曲轴轴径智能温控装置及方法，具有结构设计合理、精准智能控温、温控效果显著、延长轴瓦使用寿命、显著提升整机精度、效率和可靠性。

本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：

热模锻压力机曲轴轴径智能温控装置，包括：

曲轴轴端轴径冷却系统，包括曲轴，所述曲轴上用于安装轴瓦的部分为轴端轴径，轴瓦通过支撑套安装在机身，所述曲轴上对称设有两个轴端轴径，所述轴端轴径上设有多个冷却孔，所述冷却孔位于轴端轴径远离曲拐的一侧且轴向设置，所述冷却孔内端连接有第一冷风导流器，外端连接有第二冷风导流器，所述第一冷风导流器和第二冷风导流器将轴端轴径上的所有冷却孔呈S形串联连通，所述第二冷风导流器上设有排风孔，所述第一冷风导流器与设置在曲轴上的进风气路A连通，或者位于始端的冷却孔直接与设置在支撑套和轴瓦上的进风气路B连通；

智能精准控温系统，包括风冷机，所述风冷机与电磁阀连接，所述电磁阀通过进风管分别与两个进风气路A连通，或者分别与两个进风气路B连通，两个所述支撑套内靠近轴瓦处分别设有温度传感器，两所述温度传感器分别与PLC控制器连接，所述PLC控制器分别与风冷机和电磁阀连接。

所有所述冷却孔沿轴端轴径圆周方向间隔设置。

所述进风气路A包括轴向设置在曲轴中心的冷却进风孔A和径向设置在轴端轴径内侧上的冷却通风孔A，所述曲轴端部设有与冷却进风孔A连通的旋转接头，所述旋转接头与进风管连接，所述冷却进风孔A与所述冷却通风孔A连通，所述冷却通风孔A与第一冷风导流器连接。

所述进风气路B包括设置在支撑套上的冷却进风孔B，所述支撑套外端设有与冷却进风孔B连接的接头，所述接头与进风管连接，所述轴瓦上径向设有冷却通风孔B，所述轴瓦内壁上沿其圆周方向设有圆环形沟槽，所述冷却通风孔B与圆环形沟槽连通，所述轴端轴径上对应设有圆环形沟槽位置设有轴端轴径通风孔，所述轴端轴径通风孔将圆环形沟槽与位于始端的冷却孔连通。

所述轴端轴径两侧分别设有安装凹槽，其中一个安装凹槽用于安装第一冷风导流器，另一个安装凹槽用于安装第二冷风导流器。

热模锻压力机曲轴轴径智能温控方法，包括如上所述的曲轴轴径智能温控装置，当温度传感器测得温升达到设定数值时，PLC控制器控制风冷机、电磁阀启动工作提供冷风，进风管中的冷风通过进风气路A或进风气路B输送给冷却孔直接对曲轴上的轴端轴径进行快速降温，冷风的温度、流量、流速可根据系统设定参数智能调控，当稳定传感器测得温度恢复到正常设定数值范围内，PLC控制器控制风冷机、电磁阀停止工作。

本发明采用上述技术方案，能够带来如下有益效果：

考虑到温升对热模锻传动系统配合精度的重要影响因素，基于温控基础理论应用研究，建立智能控温下的气路控温和温度检测控制集成技术系统，结合创新结构设计与PLC控制集成技术，采用温度数据采集、数据分析、主动预警和提前干预方式，运用冷空气作为降温最廉价介质，工作时由机身上变频调速风冷机、电磁阀结合智能降温系统设置优化参数控制调整出气口的启停、流量、流速、温度，通过冷空气输入轴端轴径的冷却孔上直接作用发热源，使其完全处于接触状态，能够提供系统智能快速精准降温，降低高频模锻作业下高速运动的热温升，从而缩小曲轴轴端轴径温升范围，减小热温升对传动环节精度效率提升的“卡脖子”技术难题，通过结构创新设计显著的提升曲轴轴端轴径与轴瓦的配合精度、旋转速度。现有技术(国家标准)轴瓦普遍温升为40℃，最高温度不超过70℃，通过本发明的实验和仿真预测证实创新的智能温控系统技术将高速旋转轴端轴径及轴瓦温升范围有效控制在10-30℃内，最高温度不超过50℃，轴瓦、轴端轴径回转运动间隙与轴径比值由现有技术的8～10/1000000优化缩小到4～5/1000000，产品精度比国家标准提高80％以上，加快旋转速度提升效率40～60％，显著提升整机精度、效率和可靠性，轴瓦的使用寿命延长40％以上。

附图说明：

图1为本发明实施例1曲轴轴径智能温控装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1进风气路A的结构示意图；

图3为本发明实施例1温度传感器的安装示意图；

图4为本发明实施例2曲轴轴径智能温控装置的结构示意图；

图5为本发明图实施例2进风气路B的结构示意图；

图6为图5中的A部局部放大图；

图7为现有热模锻机械压力机的结构示意图；

图中，1、曲轴，2、轴瓦，3、轴端轴径，4、支撑套，5、机身，6、冷却孔，7、曲拐，8、第一冷风导流器，9、第二冷风导流器，10、排风孔，11、进风气路A，1101、冷却进风孔A，1102、冷却通风孔A，1103、旋转接头，12、进风气路B，1201、冷却进风孔B，1202、接头，1203、冷风通风孔B，1204、圆环形沟槽，1205、轴端轴径通风孔，13、风冷机，14、电磁阀，15、进风管，16、温度传感器，17、安装凹槽。

具体实施方式：

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

在本发明中，术语“轴向”、“径向”、“圆周方向”、“A”、“B”、“C”、“D”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的位置。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“设置”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，“设有”和“设置”可以是固定安装，也可以是可拆卸安装，或成一体；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-3所示，热模锻压力机曲轴轴径智能温控装置，包括：

曲轴轴端轴径冷却系统，包括曲轴1，所述曲轴1上用于安装轴瓦2的部分为轴端轴径3，轴瓦2通过支撑套4安装在机身5上，所述曲轴1对称设有两个轴端轴径3，所述轴端轴径3上设有多个冷却孔6，所述冷却孔6位于轴端轴径3远离曲拐7的一侧且轴向设置(热模锻压力机模锻过程中，连杆上下反复运动到靠近下死点公称压力角时，曲轴1的轴端轴径3与轴瓦2产生挤压力作用，越接近下死点处的轴瓦与轴端轴径3上部滑动接触面比压最大，实际测试此处是摩擦发热根源。解决制约热模锻传动系统的精度、效率提升关键核心技术难题是如何进一步控制曲轴轴径的温升，基于温升理论应用基础研究，金属每升高1℃热变形的增加量为1/100000，而热温升影响热模锻传动系统配合精度的间隙改变的包括轴瓦温升内孔缩小、轴径温升变粗双向复合作用结果，所以只有针对发热根源，依靠智能温控应用进行创新结构设计，精准控制高频模锻作业下高速旋转的发热源热的温升，增加曲轴的轴端轴径控温循环系统来减少轴径与轴瓦配合间隙热变量，才能达到提升传动系统的精度、旋转速度，从根本上解决热模锻的精度、效率提升技术难题)，所述冷却孔6内端连接有第一冷风导流器8，外端连接有第二冷风导流器9，所述第一冷风导流器8和第二冷风导流器9将轴端轴径3上的所有冷却孔6呈S形串联连通，所述第二冷风导流器9上设有排风孔10，所述第一冷风导流器8与设置在曲轴1上的进风气路A11连通；

智能精准控温系统，包括风冷机13，所述风冷机13与电磁阀14连接，所述电磁阀14通过进风管15分别与两个进风气路A11连通，两个所述支撑套4内靠近轴瓦2处分别设有温度传感器16，两所述温度传感器16分别与PLC控制器连接，所述PLC控制器分别与风冷机13和电磁阀14连接。考虑到温升对热模锻传动系统配合精度的重要影响因素，基于温控基础理论应用研究，建立智能控温下的气路控温和温度检测控制集成技术系统，结合创新结构设计与PLC控制集成技术，采用温度数据采集、数据分析、主动预警和提前干预方式，运用冷空气作为降温最廉价介质，工作时由机身5上变频调速风冷机13、电磁阀14结合智能降温系统设置优化参数控制调整出气口的启停、流量、流速、温度，通过冷空气输入轴端轴径3的冷却孔6上直接作用，使其完全处于接触状态，能够提供系统智能快速精准降温，降低高频模锻作业下高速运动的热温升，从而缩小曲轴1轴端轴径3温升范围，减小热温升对传动环节精度效率提升的关键技术难题，通过结构创新设计显著的提升曲轴1轴端轴径3与轴瓦2的配合精度、旋转速度。现有技术(国家标准)轴瓦普遍温升为40℃，最高温度不超过70℃，通过本发明的实验和仿真预测证实创新的智能温控系统技术将高速旋转轴端轴径3及轴瓦2温升范围有效控制在10～30℃内，最高温度不超过50℃，轴瓦2、轴端轴径3回转运动间隙与轴径比值由现有技术的8～10/1000000优化缩小到4～5/1000000，产品精度比国家标准提高80％以上，加快旋转速度提升效率40～60％，显著提升整机精度、效率和可靠性，轴瓦2的使用寿命延长40％以上。

所有所述冷却孔6沿轴端轴径3圆周方向间隔设置。

所述进风气路A11包括轴向设置在曲轴1中心的冷却进风孔A1101和径向设置在轴端轴径3内侧上的冷却通风孔A1102，所述曲轴1端部设有与冷却进风孔A1101连通的旋转接头1103，所述旋转接头1103与进风管15连接，所述冷却进风孔A1101与所述冷却通风孔A1102连通，所述冷却通风孔A1102与第一冷风导流器8连接。给出一种具体实现进风气路的实现方式，该方式能够实现冷风的密封快速传递。

所述轴端轴径3两侧分别设有安装凹槽17，其中一个安装凹槽17用于安装第一冷风导流器8，另一个安装凹槽17用于安装第二冷风导流器9。实现第一冷风导流器8和第二冷风导流器9可靠安装在轴端轴径3上。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

如图4-6所述，所述冷却孔6与设置在支撑套4和轴瓦2上的进风气路B12连通。所述进风管15分别与两个进风气路B12连通。

所述进风气路B12包括设置在支撑套4上的冷却进风孔B1201，所述支撑套4外端设有与冷却进风孔B1201连接的接头1202，所述接头1202与进风管15连接，所述轴瓦2上径向设有冷却通风孔B1203，所述轴瓦2内壁上沿其圆周方向设有圆环形沟槽1204，所述冷却通风孔B1203与圆环形沟槽1204连通，所述轴端轴径3上对应设有圆环形沟槽1204位置设有轴端轴径3通风孔1205，所述轴端轴径3通风孔1205将圆环形沟槽1204与位于始端的冷却孔6连通。给出另一种实现进风气路的具体实现方式，该方式能够实现冷风的快速密封传递。

热模锻压力机曲轴轴径智能温控方法，包括如上所述的曲轴轴径智能温控装置，当温度传感器16测得温升达到设定数值时，PLC控制器控制风冷机13、电磁阀14启动工作提供冷风，进风管15中的冷风通过进风气路A11或进风气路B12输送给冷却孔6直接对曲轴1上的轴端轴径3进行快速降温，冷风的温度、流量、流速可根据系统设定参数智能调控，当稳定传感器15测得温度恢复到正常设定数值范围内，PLC控制器控制风冷机13、电磁阀14停止工作。本发明解决了热模锻曲轴1轴瓦2之间高速旋转摩擦发热持续温升导致轴端轴径3及轴瓦2热膨胀严重制约了热模锻传动系统配合精度及旋转速度的提升问题，避免轴瓦2快速磨损或损伤，延长轴瓦2的使用寿命，有效提升了热模锻的运动速度、精度、生产效率和加工产品质量，实现了热模锻及其自动化生产线在高效精密智能绿色制造方面的核心关键技术有效突破。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。