◎ 李敏 陳學(xué)仁 孫玉崗 肖亞北 楊洋｜文

通過對(duì)傳統(tǒng)薄板扣壓機(jī)工作原理和工況的分析，介紹了一種新型薄板扣壓機(jī)及其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，指出其與傳統(tǒng)液壓機(jī)相比，具備多種優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)傳統(tǒng)液壓機(jī)容易產(chǎn)生高速?zèng)_擊力，從而導(dǎo)致薄板工件在扣壓過程中無(wú)法滿足客戶要求的精度這一問題，廣東冠邦科技有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)了一種采用增壓技術(shù)的新型扣壓機(jī)。該機(jī)的特點(diǎn)是：（1）利用液壓增壓器產(chǎn)生的超高壓直接作用于主油缸做功，因增壓器具有輸出壓力大、運(yùn)行動(dòng)作平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，符合扣壓工況，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)薄板工件的平穩(wěn)扣壓，大幅提高工件的成材率。（2）整機(jī)采用套筒拉桿結(jié)構(gòu)，在薄板工件扣壓時(shí)，整機(jī)四立柱受力均勻，增加機(jī)器壽命；采用液壓超高壓控制使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，減小占地面積。（3）利用精準(zhǔn)行程定位，對(duì)工作行程進(jìn)行功能區(qū)域劃分，從而提高電機(jī)的使用效率，降低了能源消耗。（4）設(shè)備采用壓力控制和工作位置控制雙重保護(hù)裝置確保了超高壓系統(tǒng)的安全控制，從而確保了設(shè)備的安全性。

新型150T超高壓扣壓機(jī)工作原理

圖1為液壓原理圖。

1.液壓原理

1油箱 2空氣濾清器 3液位控制繼電器 4液位液溫計(jì) 5吸油過濾器6回油過濾器 7機(jī)泵組8冷卻器 9電磁溢流閥10過濾器 11壓力表開關(guān)12耐震壓力表 13單向閥 14電液換向閥 15液控單向閥 16電接點(diǎn)壓力表 17壓力繼電器 18增壓器 19溢流閥 20 超高壓電磁換向閥 21蓄能器 22電磁換向閥 23 節(jié)流閥 24單向閥（注：行程開關(guān)S1為起始位，S2為工作位，S3為高壓保護(hù)位）

2.工作原理

啟動(dòng)：按下泵啟動(dòng)按鈕，電磁溢流閥1YA先通電2s，機(jī)泵組的電機(jī)再通電，泵不帶載荷啟動(dòng)，延時(shí)5s之后，電磁溢流閥1YA先斷電，系統(tǒng)升壓，同時(shí)蓄能器處在充壓狀態(tài)。檢測(cè)起始位行程開關(guān)S1，如無(wú)信號(hào)則2YA通電，油缸和增壓器活塞上升待S1開關(guān)發(fā)訊，2YA斷電。

壓制：按下工作壓下按鈕，如機(jī)器光柵信號(hào)正常則3YA、4YA、5YA通電，油缸快速壓下待系統(tǒng)壓力在控制器設(shè)定值SP1發(fā)訊，6YA通電，增壓器開始增壓壓下；當(dāng)壓力到壓力控制器設(shè)定值SP2時(shí)發(fā)訊并檢測(cè)S3發(fā)訊。此時(shí)處于高壓壓制狀態(tài)，延時(shí)保壓0.5S后3YA斷電，延時(shí)20MS后4YA斷電釋放壓力。2YA通電、5YA、6YA斷電，油缸回程，檢測(cè)S2工作位發(fā)訊，2YA斷電，油缸停止回程。等待下一次工作命令循環(huán)。

保護(hù)：由于本設(shè)備為三梁四柱式結(jié)構(gòu)壓力機(jī)，工作區(qū)域敞開，比較開闊。為避免操作者由于麻痹大意引起的安全事故，特設(shè)定一光電感應(yīng)保護(hù)開關(guān)。只要該光電感應(yīng)開關(guān)得信號(hào)（即操作者進(jìn)入危險(xiǎn)高壓區(qū)域）設(shè)備立即切換到急停狀態(tài)，終止本設(shè)備一切電信號(hào)停止設(shè)備運(yùn)行，從而保護(hù)操作工人。

系統(tǒng)參數(shù)確定

1.主油缸

缸徑：200mm；桿徑：160mm

行程：100mm；系統(tǒng)壓力Px：11MPa

2.油缸150T時(shí)的工作壓力

Pg= F/A =150000/0.785×202=47.77(MPa)

F：壓力機(jī)的公稱壓力，單位kg

A：油缸的面積，單位cm2

Pg：工作壓力，單位MPa

3.增壓器增壓比

Pg：工作壓力，MPa；Px：系統(tǒng)壓力，MPa

整合數(shù)據(jù)，選擇增壓器增壓比I為：I=5：1

4.選擇油缸額定工作壓力

工廠要求油缸快進(jìn)速度Vk：30mm/s，油缸工進(jìn)速度Vg：4mm/s，選擇油缸額定工作壓力63MPa。

5.泵選擇

油缸最大速度時(shí)的流量：A×Vk=56.52(L/min)

泵：V42C2R；排量q：42mL/r； 額定工作壓力Pbe：1.5-14MPa。

6.電機(jī)選擇

采用四級(jí)電機(jī)。

泵最大輸入功率（Nbs）：

Nbs=Px×Qbs=11×42×1500/60×1000=11.55(kW)

Qbs：泵輸出最大流量（L/min），Qbs=q×n

Q：泵排量，42mL/r；

N：電機(jī)轉(zhuǎn)速，1500r/min

按泵輸入功率的65%選擇電機(jī)，則：

Nd≥Nbs×65%=7.5（kW）

選電機(jī)：Y132M-4，功率：7.5kW，轉(zhuǎn)速：1440r/min，額定電流：7A

7.校核

系統(tǒng)流量（Qx）：

Qx=q×n=42×1440/1000=60.48(L/min)

Q：泵排量（mL/r）；N：電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）

泵輸入功率：Qx×Px=60.48×11/60=11.088(kW)

Px：系統(tǒng)壓力，MPa

電機(jī)功率占最大功率的百分比：7.8/11.088×100%=67.6%

油缸快進(jìn)速度Vk(mm/s)，考慮系統(tǒng)溢流和內(nèi)泄，一般按系統(tǒng)流量的95%計(jì)算，則：

Vk＞30(mm/s)

即：快進(jìn)速度滿足設(shè)計(jì)要求。

油缸工進(jìn)速度Vk，考慮系統(tǒng)溢流和內(nèi)泄，一般按系統(tǒng)流量的95%計(jì)算，則：

Vk＞4(mm/s)

即：工進(jìn)速度也滿足設(shè)計(jì)要求。

8.增壓器設(shè)計(jì)

采用單行程增壓形式，高壓腔活塞直徑和系統(tǒng)腔活塞直徑分別為：180mm，80mm

增壓比：I=A1/A2=5.0625

假定工進(jìn)距離Lg：8mm，假定增壓完成時(shí)，主油缸在最大行程位置，則在不考慮油壓縮的情況下，所需增壓器輸出的流量Q1：

Q1=A×Lg=0.251(L)

油缸無(wú)桿腔的油在50MPa壓力作用下，總壓縮量Q2(假定從0MPa壓縮到50MPa，δP=50MPa)：

Q2=Δp×A×L/E=0.174(L)

L：主油缸行程，100mm；E：液壓油彈性模量，取E=900MPa

增壓器需要輸出的總流量Qz：

Qz=Q1+Q2=0.251+0.174=0.425(L)

單向增壓器的有效行程Lzy：

Az：增壓器高壓腔活塞面積

考慮泄露等原因，取增壓器有效行程為：100mm

增壓器大小腔活塞直徑分別為：180mm，80mm，有效行程：100mm

9.油箱有效容積

按泵流量的5倍[5×60.48=300(L)]計(jì)算，取油箱有效容積為：300L，油箱外形尺寸：800×800×500(mm)3。

10.高壓管通徑及壁厚計(jì)算

采用20#普通無(wú)縫鋼管，其抗拉強(qiáng)度σb為：

σb≥410MPa

σp=σb/n=410/4=102.5(MPa)

δ≥（p×d）/（2×σp）=4.39（mm）

σp：許用應(yīng)力，MPa；δ：管子壁厚，mm；N：安全系數(shù)，當(dāng)p≥17.5MPa時(shí)，n=4；D：管子內(nèi)徑，d=18 mm；P：工作壓力，p =50MPa；取δ=5mm，即采用φ28×5的無(wú)縫鋼管。

結(jié)束語(yǔ)

新型150T超高壓扣壓機(jī)不但解決了傳統(tǒng)液壓機(jī)沖擊大的問題，而且使整個(gè)設(shè)備更加緊湊、操作也更簡(jiǎn)單方便。該設(shè)備已經(jīng)投入生產(chǎn)一年，達(dá)到合同要求的技術(shù)指標(biāo)，滿足了用戶的使用要求。本設(shè)計(jì)對(duì)超高壓、短行程工況的液壓機(jī)具有一定的參考價(jià)值。