姜澎濤 矯 健 張超群 黃 穎 李運(yùn)強(qiáng)

（齊齊哈爾工程學(xué)院，齊齊哈爾 161005）

我國工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)正在向現(xiàn)代化工業(yè)轉(zhuǎn)移。身處“中國制造2025”戰(zhàn)略的偉大歷史背景下，我國汽車行業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)超預(yù)期要求。提高汽車產(chǎn)量與質(zhì)量成為眾多汽車廠商的頭等大事，因此制造廠商尤為關(guān)注沖壓設(shè)備的升級換代。多工位壓力機(jī)能夠顯著提升生產(chǎn)效率與質(zhì)量，但存在開機(jī)平衡缸充氣放氣時(shí)間過長、使用氣源壓力高等問題，直接影響設(shè)備的生產(chǎn)效率。因此，優(yōu)化多工位平衡缸氣動(dòng)系統(tǒng)十分必要。針對多工位平衡缸氣動(dòng)系統(tǒng)的制約因素，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法推動(dòng)技術(shù)革新，最大限度縮短充放氣時(shí)間，才能夠在多工位壓力機(jī)設(shè)計(jì)方面取得突破。

1 多工位壓力機(jī)平衡缸氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化的必要性

近年來，我國汽車行業(yè)發(fā)展迅猛。通過與國外先進(jìn)汽車制造廠商合作，我國引進(jìn)了很多知名品牌。新技術(shù)和新車型的引進(jìn)，使生產(chǎn)用到的制造設(shè)備要求不斷更高。機(jī)械壓力機(jī)作為汽車行業(yè)重要的制造設(shè)備，在設(shè)計(jì)、制造及功能上的要求尤其嚴(yán)格。目前，可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的多工位壓力機(jī)，以占地面積小、生產(chǎn)節(jié)拍快、可實(shí)現(xiàn)沖壓的多道工序以及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)受到了廣大用戶的青睞[1]。

生產(chǎn)過程中，多工位壓力機(jī)的平衡缸、自動(dòng)化和氣液混合過載保護(hù)都需要壓縮空氣[2]。為了保證整個(gè)工作過程的穩(wěn)定性，要求平衡缸供氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定且充氣速度快?？s短平衡缸充氣時(shí)間可以提高生產(chǎn)效率。對每個(gè)平衡缸設(shè)置獨(dú)立的排氣系統(tǒng)，有利于提高設(shè)備的維修效率，更快地恢復(fù)生產(chǎn)。

2 優(yōu)化多工位壓力機(jī)平衡缸氣動(dòng)系統(tǒng)的制約因素

2.1 多工位壓力機(jī)地下安裝空間不足

多工位壓力機(jī)相當(dāng)于將整線的多臺(tái)普通壓機(jī)整合在一起。其內(nèi)部的機(jī)械機(jī)構(gòu)與原有的普通機(jī)械壓力機(jī)相比，整體尺寸略有增加，配套的自動(dòng)化設(shè)備多且雜。例如，數(shù)控液壓墊的整套液壓站尺寸大，占用地坑面積廣，如圖1所示。液壓墊管路需要根據(jù)現(xiàn)場情況，具體安裝焊接需要操作空間，且平衡缸儲(chǔ)氣罐無法安置在地坑內(nèi)，如圖2所示。

圖1 數(shù)控液壓墊泵站

圖2 數(shù)控液壓墊安裝示意圖

2.2 多工位壓力機(jī)上平衡缸使用的壓縮空氣壓強(qiáng)大

多工位壓力機(jī)每分鐘的沖壓次數(shù)為10～25次。4個(gè)平衡缸均勻分布在上橫梁的前側(cè)和后側(cè)。受上橫梁整體尺寸限制，平衡缸的設(shè)計(jì)尺寸不能過大。當(dāng)平衡缸平衡負(fù)載一定時(shí)，平衡缸尺寸越大，需要的壓縮氣體壓力越小，反之壓縮空氣的壓力越大。由于上橫梁安裝空間尺寸有限，平衡缸按照極限尺寸設(shè)計(jì)往往需要壓縮空氣在1.0 MPa以上。當(dāng)壓縮空氣達(dá)到1.0 MPa以上時(shí)，平衡缸中需要相應(yīng)密封環(huán)保證其氣密性。密封環(huán)的制造成本會(huì)隨著尺寸的增大而增大，直接影響了整機(jī)的制造成本與維修難度[3]。此外，管路連接元件也很難找到大尺寸的高氣壓元件。

2.3 平衡缸維修時(shí)不能單獨(dú)控制儲(chǔ)氣罐充、排氣

當(dāng)平衡缸管路出現(xiàn)問題時(shí)，需要將原有的壓縮氣體排出后再進(jìn)行維修。每個(gè)平衡缸都有對應(yīng)的儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐的充氣放氣無法單獨(dú)控制直接影響設(shè)備的維修效率。這種氣動(dòng)系統(tǒng)充氣和排氣時(shí)間過長、檢修時(shí)需要整體排氣以及儲(chǔ)氣罐排水系統(tǒng)操作不便等問題，是平衡缸氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化的難點(diǎn)。

3 多工位壓力機(jī)平衡缸氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化對策

3.1 調(diào)整平衡缸安裝位置

由于地坑無法使用，需要將平衡缸儲(chǔ)氣罐的安裝位置。多工位壓力機(jī)自動(dòng)化程度高，自動(dòng)換模具、自動(dòng)運(yùn)料和自動(dòng)上料等設(shè)備的安裝位置需要在地面鋪設(shè)軌道，因此地面不能使用[4]。平衡缸儲(chǔ)氣罐為平衡缸提供平衡負(fù)載用的壓縮空氣，可以將氣罐安裝在距離平衡缸位置較近的上橫梁上。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)平衡缸用氣量和壓力波動(dòng)范圍計(jì)算儲(chǔ)氣罐的體積，然后對儲(chǔ)氣罐進(jìn)行軸向和徑向設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的安裝位置選出合適的外形。如果將平衡缸安裝在上橫梁內(nèi)部，則儲(chǔ)氣罐在設(shè)計(jì)時(shí)不能超過整機(jī)高度，同時(shí)盡量做高，如圖3所示。如果將儲(chǔ)氣罐安裝在上橫梁外部，通過支架將其固定，則儲(chǔ)氣罐在設(shè)計(jì)時(shí)不能超過上橫梁的整體寬度，如圖4所示。

圖3 平衡缸安裝在上橫梁內(nèi)部

圖4 平衡缸安裝在上橫梁外部

3.2 完善氣動(dòng)控制系統(tǒng)

平衡缸氣動(dòng)系統(tǒng)包括高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)兩部分。其中，高壓系統(tǒng)由減壓閥、壓力表、調(diào)壓閥、氣動(dòng)先導(dǎo)兩位兩通電磁換向閥以及手動(dòng)兩位三通換向閥組成。氣動(dòng)系統(tǒng)原理，如圖5所示。

圖5 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖圖

以32 000 kN多工位壓力機(jī)為例，空氣壓縮機(jī)將平衡缸使用1.6 MPa的壓縮空氣送入系統(tǒng)，通過減壓閥1調(diào)定壓縮空氣的壓力，通過減壓閥2調(diào)定先導(dǎo)閥的開啟壓力。系統(tǒng)中先導(dǎo)氣路中增加了一個(gè)小的儲(chǔ)氣罐，以保證先導(dǎo)電磁閥正常開啟。先導(dǎo)電磁閥3起到向系統(tǒng)補(bǔ)壓的作用，先導(dǎo)電磁閥4起到自動(dòng)調(diào)整壓強(qiáng)的作用，手動(dòng)兩位三通換向閥控制整個(gè)高壓系統(tǒng)的通斷。

平衡缸低壓系統(tǒng)采用2寸的大管徑鋼管與高壓系統(tǒng)氣源管相連接。整個(gè)低壓系統(tǒng)進(jìn)氣口與工廠氣源（工作壓強(qiáng)0.55 MPa）連接，通過空氣過濾器5等必要的輔助設(shè)備接入平衡缸控制系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)末端安裝有氣控的氣控?fù)Q向閥6、雙電控?fù)Q向閥7用來控制氣控?fù)Q向閥6的開關(guān)。壓力繼電器8、壓力繼電器9用于檢測平衡低壓供氣管路中的壓力。當(dāng)壓強(qiáng)低于0.9 MPa時(shí)，氣控?fù)Q向閥閥處于打開狀態(tài)，系統(tǒng)快速充氣，將支持平衡缸工作的4個(gè)儲(chǔ)氣罐填滿；當(dāng)壓強(qiáng)高于0.9 MPa時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，氣控?fù)Q向閥關(guān)閉，高壓系統(tǒng)接入，對平衡缸儲(chǔ)氣罐加壓，以滿足對壓縮空氣的工作壓強(qiáng)要求。當(dāng)設(shè)備需要檢修排氣時(shí)，高壓系統(tǒng)排氣將系統(tǒng)壓力釋放，壓力繼電器9檢測系統(tǒng)工作壓強(qiáng)低于到達(dá)0.9 MPa，電磁換向閥10得電，氣控?fù)Q向閥打開，電磁換向閥10從充氣狀態(tài)切換到排氣狀態(tài)。此時(shí)，高壓管路與低壓管路共同排氣，大大縮短了排氣時(shí)間。

3.3 針對檢修設(shè)備優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)平衡缸管路原理，在每一個(gè)儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口都加裝電磁換向閥11。當(dāng)系統(tǒng)供氣時(shí)，電磁換向閥處于開啟狀態(tài)；設(shè)備正常工作時(shí)，電磁換向閥處于常閉狀態(tài)[5]。檢修時(shí)可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)儲(chǔ)氣罐的自動(dòng)排氣與充氣，保證系統(tǒng)可以更快地恢復(fù)生產(chǎn)。在原來安裝在上橫梁儲(chǔ)氣罐下方的截止閥后增加排污管路，集成到立柱便于工人可以操作的位置。這種優(yōu)化方式既減少了日常操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又能夠滿足在橫梁上維修管路的需求。

4 結(jié)語

采用上述技術(shù)方案，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)由低壓系統(tǒng)快速充氣、高壓系統(tǒng)提高壓強(qiáng)的高低壓共同供氣。與常用的由空壓機(jī)單獨(dú)供氣方式相比，設(shè)計(jì)的方案縮短了系統(tǒng)的充氣時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣與排氣采用自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)故障檢修時(shí)的單控單排。目前，該系統(tǒng)正在申請國家實(shí)用新型專利，并且已成功應(yīng)用在廣東、北京等制造廠商購買的多工位壓力機(jī)設(shè)備。經(jīng)過實(shí)際使用驗(yàn)證和信息反饋，該系統(tǒng)可以縮短系統(tǒng)的充氣時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，確保系統(tǒng)的供氣穩(wěn)定。