液壓機活動橫梁安全保護裝置分析

趙璽 郝鐵文

摘 要：活動橫梁是液壓機完成成型工藝的傳動部件。壓機調試、維護、換模時活動橫梁都處于靜止狀態，需有可靠的裝置保證橫梁不會因意外而發生墜落。文章介紹了幾種活動橫梁安全保護裝置，并采用傳統計算對液壓式鎖緊裝置進行選型計算，確保鎖緊裝置的安全可靠。

關鍵詞：液壓機；鎖緊裝置；安全保護

引言

活動橫梁是液壓機完成成型工藝的傳動部件，壓機在檢修、換模時活動橫梁都處于靜止狀態，需有可靠的裝置保證橫梁不會因意外而發生墜落。本文介紹了幾種活動橫梁安全保護裝置，并對活動橫梁液壓式鎖緊裝置進行選型計算和液壓控制回路分析。[1]

1 活動橫梁安全保護裝置的分類及應用范圍

活動橫梁安全保護裝置分為三大類：簡易支柱式、電機驅動的機械鎖緊裝置、液壓驅動的插銷式鎖緊裝置。最初始的動梁安全保護裝置是焊接柱狀物，壓機檢修時，將支柱立于活動橫梁下方，活動橫梁被支柱支撐，起到防止墜落的作用。此種方法原始簡單，只能人工操作，不適用于自動化生產。目前，小噸位的液壓機一般采用電機減速機驅動的縱向拖拽式的鎖緊裝置。該裝置通過電機減速機來帶動端部帶有螺帽的拉桿完成上、下運動。此裝置的拉桿主要受拉應力，對于重量比較大的活動橫梁需要增加桿徑和相關部件的強度。近年來，此種裝置已經標準化，增大桿徑勢必增加鎖緊裝置的成本。因此，對于自重比較大的液壓機活動橫梁通常采用橫向推動的鎖緊裝置（見圖1）。這種裝置的插銷主要承受壓應力和剪切力的作用，相比電機驅動的機械式鎖緊裝置更適合重量大的活動橫梁。

1缸體；2活塞；3法蘭套；4定居壞；5自潤滑導套；6鎖銷

7壓板；8檢測桿；9支板；10圓盤；11接近開關

圖1 液壓鎖緊裝置

2 液壓驅動式活動橫梁安全保護裝置的機械本體介紹及選型計算

液壓驅動式活動橫梁鎖緊裝置的工作原理是：當活動橫梁在上死點以上某一位置或行程內的某些指定位置時活動橫梁鎖緊面高于鎖銷受壓面5～10mm，鎖緊裝置即可開始動作。通過液壓相關閥組的控制，驅動缸塞側通高壓回路，活塞桿2在壓力的作用下被推向前行，與鎖銷連接的檢測桿隨鎖銷一同前行，支板上的兩個接近開關傳感器與檢測桿上的圓盤接近時即可發出信號，PLC可依據信號實現對鎖銷的行程監控和控制。鎖銷到達指定位置后，活動橫梁緩慢下降至鎖緊面，完成對活動橫梁的位置定位工序。鎖銷是主要受力部件，因此對鎖銷的校核尤為重要。

鎖銷材料一般采用42CrMo鍛件，鍛后需對鎖銷超聲波探傷檢測和表面磁粉檢查，鎖銷與活動橫梁的接觸面處需淬火處理（見圖2）。下面，本文依托北車集團60MN落料油壓機項目，對活動橫梁鎖緊裝置進行計算分析。

鎖銷受壓工作時，對鎖銷的剪應力和面壓進行簡單校核計算符合強度要求。

鎖銷伸出工作時，在壓力的作用下將產生一個彎曲變形，其數學模型是一個懸臂梁，梁的截面為圓形，其中。[2]

預對鎖銷進行安全計算，需分析以下數據：

M=F×l 式1

式2

式3

式中：W-抗彎截面系數（■d3）（mm3）；M-桿系最大彎矩（N.M）；Jz-截面的慣性矩（■d4）（mm4）；E-彈性模量2.1×105（MPa）；f為受壓部位的彎曲變形量（mm）；？滓max為綜合應力（MPa）

帶入真實的數據，可得出鎖銷的設計是合理的、安全的。

3 液壓驅動式鎖緊裝置的控制回路

液壓驅動式鎖緊裝置的液壓控制回路經歷了三種控制方式的轉變。[3]

最初始的控制采用方式1形式的回路。控制閥組為普通的二位四通換向閥。這種控制方式的優點是在大多數的時間內鎖緊裝置處于打開狀態，換向閥一直處在左位，鎖緊缸的活塞桿一直處于被壓靠狀態，不會出現活動橫梁與鎖緊裝置的干涉現象。這種方法會導致液壓泵（蓄能器）至液壓執行機構之間的管路（泵與閥體間管路l1+閥體與缸體之間管路l2）一直處于高壓狀態，長時間的高壓會導致液壓管道的泄漏、密封元件壽命的縮短，增加用戶的使用維護成本。

上世紀90年代后，方式1的弊端逐步被大家所共識，由此出現了方式2的控制思想。方式2則采用“O”機能的三位四通雙電磁鐵換向閥為控制閥組。這種控制方案的特點是：無論是鎖緊動作還是打開動作，液壓執行機構在完成動作后控制閥都要回到中位，此時，液壓泵（蓄能器）至控制閥組之間的管道內無高壓油，在很大程度上避免了管路l1段的泄露危險。此時由于閥組的“A”、“B”口都處于關閉狀態，液壓缸存在憋壓狀態，能保證插銷處于靜止狀態。

本世紀初期，隨著此種機構在鍛造壓機上的大范圍使用，l2段因震動而發生泄露檢修的頻率越來越高，為了解決上述問題，出現了方式3的控制方法。新的控制方式充分考慮了活動橫梁鎖緊后插銷與活動橫梁結合面之間的摩擦力，這種摩擦力隨著活動部分重量的增加而增加，我們可以認為正是由于摩擦力的存在，插銷在鎖緊時不會發生其它的運動。方式3采用“Y”機能的三位四通換向閥作為控制閥組。鎖銷靜止時，換向閥處于中位，此時閥的A、B口與T口相通，液壓執行機構的塞腔和桿腔都處于無壓狀態，此時，即使接頭發生松動也不會噴射出高壓油，避免了事故的發生。

4 結束語

本文介紹了三種液壓機活動橫梁安全保護裝置，并比較了各自的優缺點和使用范圍，著重介紹了用于重型鍛造壓機上的液壓驅動式鎖緊裝置的本體和液壓回路，為今后液壓機活動橫梁安全保護裝置的選取作出了闡述和建議。

參考文獻

[1]俞新陸.液壓機的設計與應用.北京機械工業出版社.2006.

[2]劉鴻文.材料力學.北京：高等教育出版社，2004.

[3]郝鐵文.50MN油壓機的系統設計.一重技術.2012.（2）.