0、引言

300MN(3萬t)立式水壓機是我國機械工業(yè)中特大型機械設備之一，主要用于有色金屬的模鍛件和自由鍛件，特別是國防工業(yè)需要的特殊加工部件。其工作過程是靠活動橫梁、移動工作臺、中央頂出器的協(xié)調動作來完成任務。水壓機的活動橫梁是自重達2100t的可運動部件，其在運行和加載過程中的水平平衡程度，將直接影響產品的精度和設備的使用壽命，解決活動橫梁的平衡問題是300MN水壓機電氣控制系統(tǒng)的關鍵。該水壓機原同步平衡系統(tǒng)采用齒輪齒條加自整角機作為位移檢測元件，其零點漂移大、精度低、故障多、可靠性差，且不能全行程補償。為了提高該水壓機的模鍛精度和工作可靠性，采用磁致伸縮位移傳感器作為同步平衡控制系統(tǒng)的位移檢測元件，以達到準確定位、鍛造出精密產品的目的。

1、傳感器的選擇及其工作原理

300MN水壓機活動橫梁行程為1830mm,水平傾斜度要求不得超過1mm,選擇四個博爾森科技有限公司生產的PROFIBUS-DP磁致伸縮位移傳感器(型號為RHM1900MD631P102),作為活動橫梁四個角的位移檢測元件。其檢測范圍為0~1900mm,檢測精度高達0.02mm。

磁致伸縮位移傳感器的測量元件是一根波導管，由特種鎳鐵合金制成，管內設有銅導線，在測量時，瞬間電流產生一個圓周形磁場，由于波導管具有軟磁特性，圓周形磁環(huán)被束縛在波導管周圍；在被測量位置上裝有一個永久磁鐵作為位置傳感器，其磁場方向與脈沖成直角走向，也同時被束縛在波導管周圍，該兩個磁場遞加，由于磁致伸縮作用，在微結構范圍內發(fā)生彈性變形，由此產生一個向兩側擴展的機械波。其在波導管里的傳播速度為2830m/s,對周圍的環(huán)境影響(如溫度、振動和污染)不敏感，到達波導管末端的波將被那里的阻尼吸收器吸收，而傳到信號轉換器的波則由于磁致伸縮作用的反向作用而產生一個電信號。波由形成地點到達信號轉換器的傳輸時間，與永久磁鐵和信號發(fā)生器之間的距離成正比，通過測量時間，可以精確地確定這個距離。

2、傳感器在300MN水壓機同步平衡補償系統(tǒng)中的應用

300MN水壓機同步平衡系統(tǒng)是用于控制水壓機活動橫梁在運行及加載過程中的傾斜度。當由于載荷偏心產生偏心力矩導致活動橫梁傾斜時，同步平衡系統(tǒng)通過控制進入相應同步缸容腔的流體量產生一平衡力矩，使活動橫梁恢復到水平位置。安裝在活動橫梁四個角上的磁致伸縮位移傳感器之定位磁鐵與活動橫梁相連，隨活動橫梁的移動而移動，定位磁鐵的每一新的位移，均被檢測到；同時，傳感器將此信號以二進制的形式傳輸給控制器(PLC),控制器根據信號，分別對角位移值進行比較、判斷。若發(fā)現對角差值大于補償死區(qū)設定值時，控制器驅動相應的電磁閥，控制相應的管道進油、卸油，達到矯正水壓機活動橫梁的目的(控制系統(tǒng)框圖見下圖)。

具體補償為：當1角高度大于2角高度且大于補償死區(qū)設定值時，1角下腔卸油，2角上腔進油，直至差值小于補償死區(qū)設定值時，補償停止；當1角高度小于2角高度且差值大于補償死區(qū)設定值時，1角上腔進油，2角下腔卸油，直至差值小于補償死區(qū)設定值時，補償停止；3角、4角的補償方式亦同。如此周而復始地工作，使水壓機活動橫梁始終處在水平狀態(tài)運行。

3、結束語

磁致伸縮位移傳感器在300MN立式模鍛水壓機上的成功應用，使鍛造精密模鍛件成為可能，同時將極大地推動我國大型模鍛水壓機自動化水平的提高。