液壓搖臂裁斷機(jī)的技術(shù)改造及應(yīng)用*

郭 然

(浙江衢州廣播電視大學(xué)， 浙江 衢州 324000)

1 引 言

裁斷機(jī)是一些輕工行業(yè)不可缺少的設(shè)備，傳統(tǒng)觀念的裁斷機(jī)是借助于機(jī)器運(yùn)動(dòng)的作用力加壓于刀模，對(duì)材料進(jìn)行切割加工的機(jī)器。近年的裁斷機(jī)發(fā)生了一些變化，開(kāi)始將高壓水束、超聲波等先進(jìn)技術(shù)用于皮革沖切，但人們?nèi)匀粚⑦@些設(shè)備歸納在裁斷機(jī)類的設(shè)備中。

自動(dòng)化程度高的裁斷設(shè)備有：由電腦控制的動(dòng)頭式裁斷機(jī)、激光裁斷機(jī)(振蕩刀具)、高壓水束切割機(jī)和電腦裁斷機(jī)等。另外，意大利和英國(guó)USM公司生產(chǎn)一種投影裁斷機(jī),這種設(shè)備的下料臺(tái)上設(shè)有振蕩型刀具及目視觀察裝置，用于對(duì)皮革進(jìn)行輪廓掃描，或在皮革上進(jìn)行投影以引導(dǎo)裁斷工安排下料樣板在皮革上的套排。

目前一些小型、個(gè)體廠商仍在使用機(jī)械傳動(dòng)的裁斷機(jī)，但這種形式的裁斷機(jī)勢(shì)必被淘汰。液壓傳動(dòng)的搖臂裁斷機(jī)現(xiàn)在仍然處于主流地位。在液壓裁斷機(jī)中，大量被采用的是噸位在14～18 t的搖臂式裁斷機(jī)。平板式和龍門式裁斷機(jī)多數(shù)用于比較大型的生產(chǎn)廠家，更適合與對(duì)人造材料的沖切。

液壓裁斷機(jī)出口提高很快，近兩年，國(guó)內(nèi)進(jìn)口裁斷機(jī)的數(shù)量和金額一直呈下降趨勢(shì)，而國(guó)產(chǎn)裁斷機(jī)出口則呈現(xiàn)欣欣向榮之態(tài)。2011年國(guó)內(nèi)出口裁斷機(jī)數(shù)量為2384臺(tái)，同比增長(zhǎng)24%，出口金額為0.1億美元，同比增長(zhǎng)68%。這足以說(shuō)明，隨著國(guó)內(nèi)制革業(yè)的迅猛發(fā)展，也帶動(dòng)了裁斷機(jī)業(yè)的發(fā)展，且國(guó)產(chǎn)裁斷機(jī)在質(zhì)量、檔次、品牌方面都有較大幅度的提高。目前，國(guó)產(chǎn)液壓裁斷機(jī)在中國(guó)制革市場(chǎng)的占有率已經(jīng)超過(guò)60%，從市場(chǎng)需求來(lái)看，中國(guó)作為制革大國(guó)，皮革機(jī)械市場(chǎng)還有很大潛力，未來(lái)20年還有快速發(fā)展的機(jī)會(huì)。江蘇、浙江、廣東、河北等地，是國(guó)產(chǎn)液壓裁斷機(jī)制造相對(duì)集中的地方。

老式立式裁斷機(jī)，生產(chǎn)效率和裁布精度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工藝要求。本著降低能耗和維修成本，提高設(shè)備的裁斷精度和整機(jī)自動(dòng)化水平，筆者對(duì)傳統(tǒng)液壓裁斷機(jī)進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)改造，使之更好地滿足工藝生產(chǎn)需求。

2 主要研究?jī)?nèi)容[1-2]

(1) 采用機(jī)械式定位，通過(guò)定位柱上的鏈輪和鏈條來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)平衡，改變刀模高度后，無(wú)需作任何調(diào)整使裁斷機(jī)即可輸出22T、25T的裁斷力；

(2) 研究上臺(tái)板的位移量，設(shè)計(jì)特殊的油路系統(tǒng)，達(dá)到方便調(diào)整擺臂高度的目的；

(3) 研究隨動(dòng)電磁換向閥和雙儲(chǔ)油箱錯(cuò)位的電機(jī)油泵聯(lián)接工藝。

本液壓裁斷機(jī)的預(yù)期主要技術(shù)指標(biāo)：

最大裁斷壓力為：≥216 kN；有效行程為：90 mm；搖臂寬度為：370 mm；電機(jī)功率為：0.75 kW；工作噪音為：≤75 dB；沖裁速度為：≥51 mm/s；工作臺(tái)尺寸為：900 mm×430 mm。

3 設(shè)備工作原理[3-4]

液壓搖臂裁斷機(jī)包括機(jī)座、搖臂和立柱，其中機(jī)座內(nèi)設(shè)有動(dòng)力裝置和液壓裝置，動(dòng)力裝置中的電機(jī)與飛輪和液壓裝置中的油泵同軸連接，在沖裁行程的空載階段，可以只利用油缸驅(qū)動(dòng)活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，即可用較小的功率和少量的液壓油驅(qū)動(dòng)活塞桿，從而節(jié)省能耗和加快活塞桿運(yùn)動(dòng)速度。液壓控制油路巧妙地結(jié)合沖裁動(dòng)作各階段油缸、各油口液壓的變化規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)，使整個(gè)液壓控制油路簡(jiǎn)單、可靠、合理。

機(jī)座內(nèi)底部為油箱，考慮到液壓搖臂裁斷機(jī)實(shí)際使用過(guò)程中，每天的工作時(shí)間較長(zhǎng)，計(jì)劃改造機(jī)體的油箱尺寸(加大油箱)，從而增長(zhǎng)使用過(guò)程中的溫升時(shí)間，也減少壓力損耗的時(shí)間。

(1) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理圖

液壓控制裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。液壓控制裝置包括液壓缸、有桿活塞、電磁閥、油泵、溢流閥，有桿活塞安裝在液壓缸內(nèi)，還包括調(diào)節(jié)閥、撓性軸，有桿活塞上設(shè)有上油腔通道、下油腔通道、卸荷通道，在卸荷通道的上部設(shè)有調(diào)節(jié)閥腔，調(diào)節(jié)閥位于調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)，調(diào)節(jié)閥與撓性軸的一端相聯(lián)，撓性軸的側(cè)端設(shè)手柄，電磁閥的出口直接與有桿活塞的外端相聯(lián)接，電磁閥與油泵之間通過(guò)方塊法蘭和聯(lián)接管使之相聯(lián)、方塊法蘭的側(cè)端接有溢流閥。

圖1 液壓裁斷機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

(2) 工作原理

液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，通過(guò)動(dòng)力元件(油泵)將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐簤河偷膲毫δ埽偻ㄟ^(guò)控制元件，然后借助執(zhí)行元件(油缸或油馬達(dá))將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且通過(guò)對(duì)控制元件遙控操縱和對(duì)流量的調(diào)節(jié)，調(diào)定執(zhí)行元件的力和速度。當(dāng)外界對(duì)上述系統(tǒng)有擾動(dòng)時(shí)，執(zhí)行元件的輸出量一般要偏離原有調(diào)定值出現(xiàn)誤差。

液壓控制和液壓傳動(dòng)一樣，系統(tǒng)中也包括動(dòng)力元件、控制元件和執(zhí)行元件，也是通過(guò)油液傳遞功率。兩者不同之點(diǎn)是液壓控制具有反饋裝置，反饋裝置的作用是執(zhí)行元件的輸出量(位移、速度、力等機(jī)械量)反饋回去與輸入量(可以是變化的，也可以是恒定的)進(jìn)行比較，用比較后的偏差來(lái)控制系統(tǒng)，使執(zhí)行元件的輸出隨輸入量的變化而變化或保持恒定。它是一種構(gòu)成閉環(huán)回路的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，也叫液壓隨動(dòng)系統(tǒng)或液壓伺服系統(tǒng)。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中用的是通斷式或邏輯式控制元件，就其控制目的，是保持被調(diào)定值的穩(wěn)定或單純變換方向，也叫定值和順序控制元件。

液壓控制系統(tǒng)中用的是伺服控制元件，具有反饋結(jié)構(gòu)，并用電氣裝置進(jìn)行控制，有較高的控制精度和響應(yīng)速度，所控制的壓力和流量常連續(xù)變化。輸出功率可放大。

4 液壓裁斷機(jī)改造的特點(diǎn)[5-7]

(1) 采用機(jī)械式定位，通過(guò)定位輪及鋼絲提升來(lái)操縱隨動(dòng)閥的打開(kāi)與關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)搖臂的快速提升和定位。

(2) 通過(guò)專門設(shè)計(jì)的裁切開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)上臺(tái)板自動(dòng)適應(yīng)高度不同的刀模，提高了工作效率。

(3) 在油泵進(jìn)油口加裝了消音系統(tǒng)，大大地降低了機(jī)器的噪音。

圖2 液壓裁斷機(jī)外觀圖

如圖2所示，本產(chǎn)品包括機(jī)座、搖臂和立柱，其中機(jī)座內(nèi)設(shè)有動(dòng)力裝置和液壓裝置，動(dòng)力裝置中的電機(jī)與飛輪和液壓裝置中的油泵同軸連接，在沖裁行程的空載階段，可以只利用油缸驅(qū)動(dòng)活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，即可以用較小的功率和少量的液壓油驅(qū)動(dòng)活塞桿，從而節(jié)省能耗和加快活塞桿運(yùn)動(dòng)速度。液壓控制油路巧妙地結(jié)合了沖裁動(dòng)作各階段油缸各油口液壓的變化規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)，使整個(gè)液壓控制油路簡(jiǎn)單、可靠、合理。

機(jī)座內(nèi)底部為油箱，由于考慮到該機(jī)在實(shí)際使用時(shí)每天工作時(shí)間較長(zhǎng)，特別改裝了機(jī)體的油箱尺寸(即加大油箱)，從而大大增長(zhǎng)了使用過(guò)程中的溫升時(shí)間，也即增長(zhǎng)了減少壓力損耗時(shí)間。

5 試制結(jié)果

在科研人員的努力下，開(kāi)發(fā)研制的低噪音液壓搖臂裁斷機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)如表1所列。

表1 液壓裁斷機(jī)技術(shù)參數(shù)表

6 結(jié) 語(yǔ)

解決了3個(gè)方面的關(guān)鍵問(wèn)題：①采用機(jī)械式定位，通過(guò)定位輪及鋼絲提升來(lái)操縱隨動(dòng)閥的打開(kāi)與關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)搖臂的快速提升和定位；②專門設(shè)計(jì)裁切開(kāi)關(guān)控制、實(shí)現(xiàn)上臺(tái)板自動(dòng)適應(yīng)高度不同的刀模，提高工作效率；③為了降低機(jī)器噪音，研究在油泵加油口加裝消音系統(tǒng)。

從用戶反饋的情況看，液壓裁斷機(jī)使用方便、定位準(zhǔn)確、技術(shù)參數(shù)符合用戶生產(chǎn)要求，可代替進(jìn)口產(chǎn)品。

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