郝 樂，郝 瑾，汪 洋，王紅濤，薛 哲

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

近年來， 隨著我國電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展以及“西電東送”工程的啟動，中國電網(wǎng)投資規(guī)模的不斷擴大以及高壓、特高壓項目的迅速推動，高壓開關(guān)行業(yè)快速發(fā)展，高壓開關(guān)行業(yè)生產(chǎn)GIS產(chǎn)品合金鋁、合金鋼等材料的圓筒體分支孔的重要專用設(shè)備——多功能液壓翻邊機市場需求迫切，尤其是高壓、超高壓及特高壓交直流輸配電設(shè)備的需求，為該設(shè)備的應(yīng)用提供了巨大的市場空間。國內(nèi)各大高壓電氣開關(guān)企業(yè)目前應(yīng)用的設(shè)備主要以日本東芝(TOSHIBA)公司以及前蘇聯(lián)特種安裝工程科學(xué)研究所上世紀(jì)八十年代生產(chǎn)的為主，兩種都需要預(yù)熱，加工效率和成品率低，且拉裂現(xiàn)象頻繁。因此，研發(fā)一種國產(chǎn)的高效、節(jié)能、環(huán)保的多功能液壓翻邊機極為迫切。

1 傳統(tǒng)的多功能液壓翻邊機

傳統(tǒng)的翻邊機采用上拉式單工作缸結(jié)構(gòu)，在機架1 的前上部有可沿導(dǎo)軌垂直移動滑塊2 ,在滑塊2的中部有油壓缸3通過軟管與泵7連接。V形壓鐵固定在滑塊的底部，其作用是翻邊時阻止管子向上移動。油壓缸的活塞桿上有卡頭4，翻邊用的可換模具5夾緊在卡頭4上。可換模具由模具桿和翻邊模組成操作時, 把管子放在高度預(yù)先調(diào)好的滾輪支座6 上, 水平移動管子, 使孔的軸線與翻邊模的軸線重合, 利用手輪把滑塊V形壓鐵壓住管子, 再把模具桿插在液壓缸卡頭中, 下端插入翻邊模的槽中, 旋轉(zhuǎn)90°，與翻邊模連接。然后對管子局部加熱, 開動油壓缸使活塞桿向上進行翻邊獲得凸緣。

該翻邊機采用單油缸上拉成形，加工范圍和能力有限，使用壽命短，設(shè)備維護成本高，且翻邊需要預(yù)熱，拉裂現(xiàn)象頻發(fā)。而日本的設(shè)備基本上均采用了雙主缸結(jié)構(gòu)，使用一段時間后，普遍存在雙主缸運動不同步、翻邊力偏載的現(xiàn)象，而且在翻邊過程中，對規(guī)格稍大一些的筒體，基本上都需要進行預(yù)熱，無法做到一次冷翻邊成形，以致翻邊效率也不高。

1. 機架 2. 滑塊 3. 油壓缸 4. 卡頭 5. 可換模具 6. 支座7. 泵 8. 翻邊模支撐柱圖1 傳統(tǒng)翻邊設(shè)備示意圖

2 新型多功能液壓翻邊機

中國重型機械研究院股份公司2005年開始自主研發(fā)多功能液壓翻邊機相繼開發(fā)了4 MN、6 MN、8 MN三個系列的下拉式液壓翻邊機。其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

如圖2所示，多功能液壓翻邊機主要由機械移動臂、升降托架、主機、液壓動力系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、各種成套模具等組成。

新型多功能液壓翻邊機生產(chǎn)主要過程如下：根據(jù)產(chǎn)品要求選擇合適的模具。加工殼體7放置在凹模5上，兩個升降托架3分別放置在輔助工作臺4上，能夠?qū)^長尺寸的殼體起支撐作用。凹模5通過定位鍵與主機6連接，放置于主機4工作臺面上的中心位置。機械移動臂1將凸模2送到主機4中心(翻邊成形中心)，凸模2與拉桿掛模成功后，機械移動臂1退回至初始位置，主機4同時帶動拉桿、凸模2下降，進行下拉翻邊工作。該生產(chǎn)過程自動化程度高，無需對工件加熱，一次冷拉成型，輔助工時短，大大提高了生產(chǎn)效率和工件成品率。

表1 多功能液壓翻邊機主要技術(shù)參數(shù)及性能

1.機械移動臂 2.凸模 3.升降托架 4.輔助工作臺 5.凹模 6.主機 7.高壓開關(guān)殼體圖2 翻邊機結(jié)構(gòu)示意圖

3 多功能液壓翻邊機主工作缸結(jié)構(gòu)

新型多功能液壓翻邊機采用“一主兩輔”三油缸下拉式結(jié)構(gòu)方式，加大了主缸的尺寸，側(cè)面兩輔助小直徑油缸，主缸的密封設(shè)計采用了Z形防塵圈、軸用方形圈、導(dǎo)向環(huán)、孔用階梯形圈的組合布置方式。實現(xiàn)了快速空程和回程，有效利用主缸所產(chǎn)生的拉力，消除了翻邊力偏載的現(xiàn)象，實現(xiàn)翻邊主缸與翻邊孔的中心同軸線，零件翻邊不容易出現(xiàn)拉裂、拉偏等現(xiàn)象，保證了翻邊支口的圓度精度要求，大大提高了殼體翻邊合格率，做到了冷翻邊一次成形。同時，簡化了下橫梁的設(shè)計和制造難度，兩個輔助油缸也可以選用標(biāo)準(zhǔn)油缸，只需要加工制造一個非標(biāo)缸，簡化了設(shè)備整體結(jié)構(gòu)和制造難度。

1.輔助缸 2.主工作缸 3.下橫梁 4.工作臺圖3 翻邊機主機示意圖

主要技術(shù)性能參數(shù)：

翻邊額定拉力 額定 6 MN(拉力可調(diào))

液壓系統(tǒng)額定工作壓力 額定 25 MPa

拉桿最大行程 500 mm

拉桿空載荷上升速度 0～33 mm/s

拉桿空載荷下降速度 0～15 mm/s

4 多功能液壓翻邊機送模機構(gòu)

新型多功能液壓翻邊機機械移動臂如圖4所示。

1.送進機構(gòu) 2.升降機構(gòu) 3.機械臂 4.模具圖4 機械移動臂示意圖

采用變頻電機、減速機驅(qū)動齒輪、齒條傳動，帶動機械臂在平面導(dǎo)軌上移動，且自主開發(fā)了模具自動對中控制技術(shù)。采用機械臂進行翻邊凸模送進、凸模和主缸活塞桿旋轉(zhuǎn)嵌合，下拉式液壓加載方式可實現(xiàn)超大尺寸工件的翻邊。該技術(shù)的應(yīng)用，具有傳動平穩(wěn)的特點，通過旋轉(zhuǎn)缸動作直接實現(xiàn)翻邊主缸、拉桿、模具的旋轉(zhuǎn)嵌合，自動化程度高，簡化了翻邊過程的工序，替代了傳統(tǒng)拉拔工序中的輔助連接部分，大大提高了翻邊的效率。

主要工作參數(shù)：

機械手行程： 3200 mm

機械手送模垂直行程： 600 mm

機械手前進、后退最大速度： 150 mm/s(速度可調(diào))

5 新型多功能液壓翻邊機模具系統(tǒng)

傳統(tǒng)翻邊模具裝置的拉桿結(jié)構(gòu)是在桿端加工成外花鍵(花鍵360°四等份)，且高度方向上分布三層，主要是為了加強拉桿的強度。但這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求拉桿、凸模的花鍵加工精度很高，尤其是內(nèi)、外花鍵高度方向上的配合尺寸，否則影響兩者的掛模配合。此外，外花鍵有三層，理論上是可以增加拉桿與凸模的接觸面積，從而增加拉桿的強度，但在實際翻邊過程中，不能保證拉桿和凸模之間的每一層花鍵理想配合，兩者的接觸往往變成點接觸，長時間的使用，反而加劇了對拉桿的破壞作用。另外，原來的凸、凹模圓角設(shè)計不規(guī)范，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，往往隨意性很大，導(dǎo)致殼體翻邊容易產(chǎn)生拉裂、豎邊不直等不良現(xiàn)象。

新型多功能液壓翻邊機模具系統(tǒng)如圖5所示，該模具在原有基礎(chǔ)上的改進，重新完善拉桿的設(shè)計，從材質(zhì)上提高拉桿的使用強度。拉桿頂部端面的外花鍵由原來的三層變成一層，這樣的設(shè)計能夠保證拉桿、凸模的花鍵配合始終是面接觸，從而改善拉桿在翻邊過程中的受力情況。在不影響配合的情況下，將原外花鍵側(cè)面的斜面加工改變?yōu)橹泵婕庸ぃ瑴p少了加工難度。凸、凹模圓角設(shè)計規(guī)范化一致性好，在翻邊過程中筒體材料與凸模表面適度接觸， 解決了殼體翻邊容易產(chǎn)生拉裂，豎邊不直等不良現(xiàn)象。

1.模柄 2.蓋 3.凸模 4.凹模 5.右擋塊 6.左擋塊 7.凹模座 8.拉桿圖5 翻邊機模具示意圖

6 結(jié)束語

該設(shè)備于2005年開始研發(fā)、投產(chǎn)至今，經(jīng)過中國西電集團公司、國家電網(wǎng)平高集團公司、上海正泰電氣股份有限公司等數(shù)十家單位的實際生產(chǎn)考核，設(shè)備工作穩(wěn)定、可靠，滿足生產(chǎn)實際需求，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，滿足了國內(nèi)高壓、特高壓項目對高壓開關(guān)翻邊設(shè)備的需求。研發(fā)制造的翻邊機液壓主缸采用整體結(jié)構(gòu)、“一主兩輔”布置，液壓主缸與翻邊力同心，消除了翻邊偏載力，不容易出現(xiàn)拉裂、拉偏等現(xiàn)象，主缸布置方式優(yōu)于國外設(shè)備的分體結(jié)構(gòu)。研發(fā)制造的翻邊機的翻邊力、加工殼體外徑、翻邊孔外徑、機械手行程等設(shè)備性能參數(shù)均優(yōu)于國外設(shè)備的性能參數(shù)，可滿足更廣泛產(chǎn)品尺寸的加工要求。該設(shè)備在國內(nèi)各大高壓開關(guān)企業(yè)的推廣和使用，使高壓開關(guān)行業(yè)形成了以GIS設(shè)備為主導(dǎo)的高壓、超特高壓產(chǎn)品體系。產(chǎn)品設(shè)計水平明顯提高，制造能力普遍增強，設(shè)備事故率不斷下降，國產(chǎn)化率明顯提升，國產(chǎn)GIS設(shè)備產(chǎn)量和市場占有率也在迅速增長。提高了高壓開關(guān)行業(yè)翻邊設(shè)備的國際競爭力，也推動了我國輸配電行業(yè)高壓、超高壓技術(shù)的快速發(fā)展。

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