姜澎濤

（齊齊哈爾工程學(xué)院，齊齊哈爾 161000）

壓力機(jī)是制造領(lǐng)域常用設(shè)備，品種多樣，可以通過向坯件施加強(qiáng)大的壓力對其進(jìn)行塑形加工，廣泛應(yīng)用于落料、鉚合、彎曲以及成形等多種加工制造工藝技術(shù)。現(xiàn)階段，我國工業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)生產(chǎn)對壓力機(jī)的工作效率與質(zhì)量提出了高要求。滑塊傳動裝置是壓力機(jī)的重要組成部分，如何確保其在壓力機(jī)工作過程中高速度、高精度、高平穩(wěn)性運動，成為關(guān)注和研究的重點[1]。為了讓滑塊與模具達(dá)到質(zhì)量平衡，傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)主要采用單向進(jìn)氣的壓縮空氣式滑塊平衡裝置。但是，當(dāng)模具質(zhì)量增加時，為了繼續(xù)保持滑塊與模具的質(zhì)量平衡，需要改變平衡缸的直徑。由于平衡缸位置的特殊性，實際操作中又需要加大衡量來滿足對平衡缸的改造，過程煩瑣，耗時長且成本高。本文針對上述問題提出了解決辦法，并給出了改進(jìn)方案。

1 平衡缸氣動系統(tǒng)改進(jìn)

為了更好地解決模具質(zhì)量增加后模具與滑塊間的質(zhì)量平衡問題，使壓力機(jī)平穩(wěn)高效運作，在壓力機(jī)平衡裝置中設(shè)計并安裝使用了氣動增加系統(tǒng)，見圖1。

圖1 壓力機(jī)平衡缸氣動增壓系統(tǒng)示意圖

1.1 設(shè)計思路

該系統(tǒng)以A、B兩路進(jìn)氣替代傳統(tǒng)單向進(jìn)氣，其中A路為直接線路，B路裝有增壓閥。氣源經(jīng)過氣動三聯(lián)件后被分為兩部分：一部分氣源經(jīng)A路直接進(jìn)入儲氣罐；另一部分氣源經(jīng)過B路時，通過調(diào)節(jié)增壓閥對氣體施加壓力，使進(jìn)入到儲氣罐中的空氣壓力增加2倍或4倍，然后通過增壓閥進(jìn)行氣壓調(diào)節(jié)，使氣體壓力滿足壓力機(jī)運作時平衡裝置的使用需要。

1.2 具體實施

該氣動增壓系統(tǒng)由10個部分組成，其中平衡缸有若干個，分別與儲氣罐以管道連接。儲氣罐一端安裝有壓力繼電器和安全閥。儲氣罐進(jìn)氣分為A、B兩路。根據(jù)示意圖可見，A路直接連接氣動三聯(lián)件，上面設(shè)有單向閥和減壓閥，B路上設(shè)有增壓閥，在氣動三聯(lián)件與增壓閥之間設(shè)有第二球閥，與儲氣罐連接控制和調(diào)節(jié)B路進(jìn)氣。

1.3 工作過程

打開第一球閥，氣源經(jīng)過氣動三聯(lián)件后，分別走A、B兩條路線進(jìn)入儲氣罐。如果壓力機(jī)加工的是質(zhì)量較小的模具，無需對氣源進(jìn)行增加即可實現(xiàn)模具與滑塊的質(zhì)量平衡。為滿足加工要求，關(guān)閉第二球閥，讓氣源全部只通過A路進(jìn)入儲氣罐即可。如果壓力機(jī)加工的是大質(zhì)量的模具，氣源壓力無法讓滑塊達(dá)到與模具的質(zhì)量平衡效果，則打開第二球閥，讓氣源通過B路增壓后進(jìn)入儲氣罐。A、B兩線路具體進(jìn)氣量可以通過調(diào)節(jié)第二球閥與單向閥進(jìn)行控制，必要時可關(guān)閉單向閥，讓全部氣體經(jīng)B線路增壓后進(jìn)入儲氣罐。氣體走B線路時，通過調(diào)節(jié)增壓閥使氣體壓力增加。需要注意，由于B線路輸送的氣體壓強(qiáng)高于A線路，因此兩條線路在輸送氣體時需要獨立操作。聯(lián)合使用時需先通過A線路輸送氣體，而當(dāng)B線路輸送氣體時，隨著儲氣罐壓力的增強(qiáng)，單向閥會關(guān)閉，停止A線路供氣。

1.4 方案優(yōu)點

將壓力機(jī)平衡缸動氣系統(tǒng)由傳統(tǒng)的單向進(jìn)氣改為雙路進(jìn)氣，以增壓閥增壓調(diào)節(jié)氣體壓力來實現(xiàn)滑塊與模具的質(zhì)量平衡，以此代替增大平衡缸直徑維持平衡的方法，不必增加上橫梁空間，可以在保證平衡缸發(fā)揮效用的同時，減少壓力機(jī)質(zhì)量，縮小壓力機(jī)外形體積。另外，以此法調(diào)節(jié)平衡，操作簡單，易于開展，可以縮短裝配周期。由于不需要增加儲氣罐的直徑與長度，可以降低改進(jìn)成本，節(jié)約材料與經(jīng)濟(jì)資源。另外，在空間與布局設(shè)計上，這樣也更為靈活。

2 氣路優(yōu)化

氣動系統(tǒng)是壓力機(jī)的重要組成部分。除了控制平衡缸以外，它也可控制離合器、制動器和拉伸墊等結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中的各個執(zhí)行元件對壓力機(jī)的質(zhì)量與性能都有重要影響。因此，優(yōu)化氣動系統(tǒng)對提高壓力機(jī)沖壓的效率與質(zhì)量具有重要意義。

壓力機(jī)運轉(zhuǎn)過程中，滑塊會因為自重而做快速向下運動。傳動系統(tǒng)的齒輪會受到滑塊沖擊力的反向作用而發(fā)生撞擊。應(yīng)用平衡裝置可以消除滑塊與連桿間的空隙。一方面可以降低調(diào)整裝模的功率消耗，另一方面可以減少零件在沖擊力作用下引起的磨損和消耗[2]。另外，平衡缸的使用也可以防止連桿折斷、制動器失靈等意外情況下，滑塊發(fā)生墜落而導(dǎo)致發(fā)生安全事故。

通常情況下，平衡缸安裝在壓力機(jī)的上梁上，下腔通過管路連接通入壓縮空氣的儲氣罐。平衡缸桿與滑塊連接，并將其托住維持平衡。當(dāng)滑塊向上運動時，儲氣罐內(nèi)壓縮空氣進(jìn)入平衡缸，平衡缸內(nèi)壓縮空氣進(jìn)入儲氣罐。這一過程中，準(zhǔn)確計算平衡缸氣路的壓力、平衡缸與儲氣罐之間進(jìn)氣管路的尺寸以及平衡缸儲氣罐相關(guān)設(shè)計十分必要[3]。平衡缸內(nèi)的氣體工作壓力計算公式為：

平衡缸內(nèi)的氣體工作壓力=4×平衡系數(shù)（滑塊總量+最大上?？偭浚娄小疗胶飧讛?shù)量（平衡缸內(nèi)徑的平方-平衡缸桿徑的平方） （1）

管路方面，確定管路尺寸需要遵循的原則是，保證平衡缸最大速度運動時缸內(nèi)氣體變化量同管路中氣體體積單位時間內(nèi)變化量相匹配。這里所說的平衡缸最大速度，按照壓力機(jī)工作時滑塊最大運動速度計算[4]。滑塊最大移動速度下，有：

平衡缸所有桿腔面積總和=平衡缸進(jìn)氣管路橫斷面×進(jìn)氣管路流速 （2）

這里引入平衡缸管路許用流速與橫斷面乘積，具體量值見表1。

表1 平衡缸管路許用流速與橫斷面乘積值

平衡缸儲氣罐方面，根據(jù)壓力機(jī)工作原理與設(shè)計要求，氣罐的體積一般按照5倍平衡缸內(nèi)體積最大變化量進(jìn)行設(shè)計，即：

儲氣罐通常掛在上梁外部兩側(cè)，共通常使用數(shù)量為2個。因此，具體計算儲氣罐內(nèi)徑時，要嚴(yán)格依據(jù)《鋼制壓力容器用封頭》（JB/T 4746—2002）標(biāo)準(zhǔn)[5]。

3 結(jié)語

壓力機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的用途十分廣泛。提高壓力機(jī)工作效率與質(zhì)量，對保證工業(yè)正常生產(chǎn)具有重要意義。平衡缸動氣系統(tǒng)是維持滑塊傳動裝置高度平穩(wěn)運動的關(guān)鍵。本文對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，設(shè)計啟動增壓系統(tǒng)，將傳統(tǒng)單向進(jìn)氣改為雙向進(jìn)氣，并從平衡缸氣路壓力、平衡缸與儲氣罐之間進(jìn)氣管路的尺寸、平衡缸儲氣罐設(shè)計3個方面優(yōu)化氣路，操作簡單，易于開展，成本節(jié)約，可以更好地發(fā)揮平衡缸效用，具有一定的通用性。