一種折彎機行程可調油缸的優化設計

陳 麗，任小鴻

(1.瀘州華西機械有限責任公司，四川 瀘州 646300；2.四川化工職業技術學院機械工程系，四川 瀘州 646005)

一種折彎機行程可調油缸的優化設計

陳 麗1，任小鴻2

(1.瀘州華西機械有限責任公司，四川 瀘州 646300；2.四川化工職業技術學院機械工程系，四川 瀘州 646005)

針對某液壓折彎機執行機構在運動功能方面的需要，在吸收傳統折彎機油缸的行程調節方式的基礎上，設計出一種新型液壓缸，主要采用蝸桿蝸輪機構及梯形螺紋傳動的工作原理，實現液壓缸行程可調，利用單片機技術或PLC技術，實現液壓折彎機的行程自動精確調節。該液壓缸的結構簡單、行程調節相當方便，在實踐過程中使用效果較好，特別適合于要求行程可調的液壓裝備。

液壓折彎機；行程可調；油缸

0 前言

液壓折彎機是一種能對薄板進行折彎成型的裝備，主要用于生產各類覆蓋件(如汽車外形)。通過更換折彎機模具，可以滿足各種形狀的加工需求。在實際成型過程中，要求根據成型深度的需要改變折彎機的行程。改變折彎機的行程即改變液壓缸行程，液壓缸(油缸)作為液壓折彎機中的執行件，通常有兩種方式改變液壓缸的運動行程。一是控制采用液壓控制閥調節液壓缸的行程，該液壓系統相對復雜，并且控制的效果不好，因為在換向過程中有一個滯后性，加工出來的產品并不能符合要求；二是對液壓缸的活塞桿進行機械限位。由于采用機械限位的活塞桿手動控制和自動控制都難實現行程的精確調節。因此，本文通過絲桿螺母機構對液壓缸活塞桿的運動長度進行調節，通過蝸桿蝸輪機構與電機連接，并通過單片機或PLC技術來改變液壓缸的行程，具有行程調節簡便、精確度高、維修方便等優點。

1 油缸結構與原理

1.1 油缸的結構

某折彎機液壓缸的結構示意圖如圖1所示。液壓缸主要包括導向套、缸筒體、活塞桿、調節桿、調節螺栓 、缸頭、卡簧、平面軸承、蝸輪等零件組成，活塞桿內部設置為一沉孔，內設置有調節桿，并將調節絲桿安裝在調節桿上，調節絲桿的外圓采用梯形螺紋與活塞桿內孔形成螺紋副，中間通過鍵與調節桿進行聯接，與調節桿保持同步運動，在調節絲桿右側設有一卡簧，可有效防止調節絲桿超行程運動；調節桿右端通過鍵與蝸輪聯接，并在蝸輪與缸頭間采用一平面軸承，有效避免蝸輪轉動時與缸頭間的摩擦。

1.導向套 2.缸筒體 3.活塞桿 4.調節桿 5.調節絲桿 6.缸頭 7.卡簧 8.平面軸承 9.蝸輪圖1 液壓缸結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of hydraulic cylinder structure

圖2 調節桿Fig.2 Adjustable lever

1.2 油缸行程調節原理

圖1所示為液壓缸最大行程,此時液壓缸左行程的終點限位端面為圖2調節桿限位A面,右行程的終點限位為活塞桿的右端面[1],當工作需要調節行程時，由折彎機的電器控制系統(由單片機或PLC構成的控制系統)發出調節行程的指令，帶動蝸桿蝸輪機構的電機開始運轉，從而帶動蝸輪旋轉，由于蝸輪是固定在調節桿上的，因此調節桿開始旋轉，帶動了調節桿上的絲桿旋轉(螺桿與調節桿是通過鍵進行傳動)，絲桿旋轉后，由于活塞桿上的螺母是固定的，從而帶絲桿做直線運動，絲桿在調節桿上的位置發生變化，隨著旋轉后，絲桿的左端面往相應的方向移動，與調節桿的限位A面間距離發生變化，當液壓缸運動時，進油口的油通過設在絲桿上的孔進入活塞桿的內部，與活塞桿的左端面一起往左運動，運動到調節絲桿的左端面與調節桿的限位面A面(如圖2)重合，完成了一次行程。

2 液壓缸設計特點

該折彎機液壓缸的基本參數：工作壓力20 MPa,缸徑φ280 mm，桿徑φ260 mm，最大行程250 mm,行程可調為0～130 mm,缸體的外形要求為方形，根據相關公式可計算出其工作推力為1 004 kN。

在液壓缸設計過程中，需要對主要的受力零件活塞桿和調節桿進行校核，對于活塞桿經過核算完全能滿足要求，但對于調節桿，由于其受力時產生變形。因此，本文主要采用solidworks軟件對其進行應力分析與應變分析，結果如圖2、3所示，根據受力情況，調節桿的應力集中點在限位面與外圓相結處，調節絲桿的設計完全能滿足使用的要求。

圖3 應力分析圖Fig.3 Stress analysis diagram

圖4 應變分析圖Fig.4 Strain analysis diagram

該液壓缸設計特點：

(1)在蝸輪與缸頭右端面間裝一平面軸承，其作用是減少或降低蝸輪在旋轉過程由于偏載產生的與缸頭間的摩擦，使行程調節更加自如；

(2)絲桿的設計。由于普通螺紋在傳遞運動的過程中易產生卡滯現象，改變傳統的普通螺紋, 采用梯形螺紋的結構有利用將旋轉運動改變為直線運動。

(3)在調節桿設置了卡簧。絲桿在調節到右極限點時，與缸頭易產生碰撞，卡簧的設置有效地減少和降低了這種碰撞產生的可能。

3 使用中應注意的問題

(1)該液壓缸是用機械限位的方法來調整行程,在結構設計中,無法采用節流孔、節流槽等緩沖機構,因此存在一定的液壓換向沖擊；因此，應采取相應防止措施[3]。在使用過程中，采用回油節流調速回路，節流閥使液壓缸回油腔形成了一定的背壓,因而它能承受一定的負值負載,提高了缸的速度平穩性；

(2)該機構對于調節桿及調節絲桿的要求較高，特別是其限位面的碰撞造成的疲勞破壞，易在使用過程中產生應力。同時對調節桿與調節絲桿表面進行表面氮化處理，強化其抗沖擊作用，提高其耐磨性，在使用過程中要注意記錄使用頻率，使用時要注意觀察，必要時要進行拆裝保養。

4 結論

該液壓缸采用絲桿螺母副結構進行行程調

節，操作靈活自如; 軸向尺寸相對較短,特別適合于軸向尺寸受限制的場合[2]; 采用了蝸輪傳動及絲桿螺母傳動，行程調節范圍大,行程可以從零起調;通過在某折彎機上的試用，調節的精度比同類產品的提高近2倍，且產品適長期工作。

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Optimization design of a stroke adjustable oil cylinder for bending machine

CHEN Li1，REN Xiao-hong2

(1.Luzhou Huaxi Machinery Co., Ltd., Luzhou 646300, China;2.Department of Mechanical engineering , Sichuan Vocational College of Chemical Technology, Luzhou 646005, China)

For a hydraulic press brake actuators in motor function need, based on stroke adjustment mode of traditional bending machine, a new type of hydraulic cylinder is designed. Stroke adjustable of hydraulic cylinder is completed based on working principle of worm and worm gear mechanism and trapezoidal screw threads transmission. Motion stroke hydraulic bending machine is adjusted automatically through using single chip microcomputer technology or PLC technology. The hydraulic cylinder structure is simple and adjustment easy, it is better to use in practice, especially suitable for requirement schedule adjustable hydraulic equipment.

hydraulic bending machine; stroke adjustable; oil cylinder

2015-05-28；

2015-08-10

陳麗(1975-)，女，重慶人， 工程師, 主要從事液壓元件及系統的研制。

TM571

A

1001-196X(2016)02-0083-03