L4S2400—MB機械壓力機平衡缸設(shè)計

陳振宇

摘 要：平衡缸的主要作用是平衡滑塊、連桿及上模的重量，避免壓力機在運行時，主傳動各運動部件間產(chǎn)生沖擊和磨損，可以有效提高滑塊的運行精度，是機械壓力機極為重要的輔助部件之一。本文主要介紹了機械壓力機用平衡缸的結(jié)構(gòu)、作用及其設(shè)計、計算的過程和方法。經(jīng)現(xiàn)場實踐檢驗證明，該設(shè)計計算方法穩(wěn)定可靠，可直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：機械壓力機；平衡缸；設(shè)計；計算

中圖分類號：TG315 文獻標志碼：A

平衡缸是機械壓力機不可或缺的部件之一，其主要作用是平衡連桿、導(dǎo)柱、滑塊及上模等部件的重量，避免和消除飛輪負荷的驟然提高，改善制動器的工作條件，并減少其發(fā)熱，提高壓力機的靈敏度和可靠性。同時能防止制動器失效或連桿突然斷裂，而導(dǎo)致的滑塊墜落。并能有效減少壓力機運行過程中，主傳動運動部件間的沖擊和磨損，保證滑塊的運行精度。

平衡缸主要由氣缸、活塞、活塞桿、活塞桿潤滑部件及平衡缸支架幾個部分組成。拉桿通過下部的平衡缸支架與滑塊相連，氣缸與上梁底部相連接。工作時，增壓空氣由氣缸下部的通氣口進入，推動活塞，平衡滑塊等部件的重量。并通過平衡缸氣罐減少運動過程中的氣壓波動情況。

1 平衡缸機械本體計算

平衡缸本體設(shè)計的要點，首先是確定氣壓大小（p）、氣缸內(nèi)徑（d）及氣缸個數(shù)（n）。然后根據(jù)機械壓力機各項參數(shù)，確定氣缸長度（L）。平衡缸活塞桿長度，則需要根據(jù)上梁把合位置和滑塊平衡缸支架位置綜合考慮。因本項目用戶提供的工廠氣源壓力為0.6MPa，所以暫定其為壓力機最大工作壓力。在此壓力的基礎(chǔ)上進行計算。

1.1 平衡缸能力確定

平衡缸的平衡能力F，由滑塊部分重量（包括滑塊本體、支點部分、減速機及電機調(diào)整驅(qū)動部分、脫模部分、調(diào)整指示裝置、自動同步機及、配管、操作油、模具接線板等接觸滑塊的所有重量），連桿部分重量（包括連桿、銷軸、軸瓦、半瓦和導(dǎo)柱重量），以及最大上模重量全部相加并乘以系數(shù)。一般機械壓力機系數(shù)取1.1即可。

根據(jù)L4S-2400機械壓力機設(shè)計參數(shù)可查得，滑塊部分重量為68690kg，連桿部分重量為20760kg，最大上模重量為25000kg。所以該項目平衡缸的平衡能力為125895kg。

1.2 氣缸內(nèi)徑及長度計算

平衡缸氣缸內(nèi)徑計算可按下式：

若采用左右兩個平衡缸式的設(shè)計，由于受壓面積較小，平衡缸氣源需要進行增壓處理。又因為立柱間安裝空間足夠，可以采用4個平衡缸，即n=4。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式，可得d=809mm。根據(jù)密封件標準尺寸，缸體內(nèi)徑采用850mm。

平衡缸氣缸長度（L）由滑塊行程、裝模高度調(diào)整量、活塞厚度、氣缸底蓋厚度以及運行余量相加。根據(jù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)可得L=2155mm。

1.3 平衡缸進氣口管徑計算

氣缸進氣口大小是平衡缸設(shè)計中重要環(huán)節(jié)之一，若進氣口太小，氣體流動速度不足，會造成運動過程中氣缸充氣困難，影響正常工作；若進氣口太大，則需要選擇過大的進氣管路，不僅造成浪費，而且占用太大的安裝控件。

要核算氣缸進氣口大小，首先要計算管路內(nèi)氣體流速，公式如下所示。

Q'=Aυ/a

式中：Q'—管路內(nèi)氣體流速（m/s）；A—平衡缸受壓面積（cm2）；υ—滑塊速度（m/s）；a—管路斷面積（cm2）。

在設(shè)計時要注意，管路內(nèi)氣體流動速度必須小于許用流速，故該部分設(shè)計需要進行多次計算對比方可選出最合適的口徑。不同尺寸管路的許用流速對照見表1。

根據(jù)L4S-2400機械壓力機參數(shù)計算對比，可知當(dāng)管路為6''時Q'=49，在許用范圍之內(nèi)。根據(jù)管路標準選擇氣缸入氣口外徑為168mm。

2 平衡缸圖表繪制

為指導(dǎo)安裝現(xiàn)場對平衡缸氣壓的調(diào)試工作，在設(shè)計時需繪制平衡缸圖表，以表明安裝不同上模重量時，平衡缸氣壓的大小。一般來說，平衡缸圖表分為調(diào)試時和運行時兩種狀態(tài)。同等上模重量下，運行時平衡缸氣壓較調(diào)試時高0.05MPa。

將計算平衡缸內(nèi)徑公式反推，即可計算出給定的平衡缸平衡能力時，平衡缸所需氣壓大小。根據(jù)計算可得當(dāng)上模重量為0時，平衡缸氣壓為0.4MPa，則相應(yīng)運行時氣壓為0.45MPa。當(dāng)采用最大上模重量時，平衡缸氣壓為0.51MPa，則相應(yīng)運行時氣壓為0.56MPa。將數(shù)據(jù)繪制成圖表，如圖1所示。此表可指導(dǎo)現(xiàn)場調(diào)試，但最終用于生產(chǎn)的平衡缸圖表仍需以現(xiàn)場安裝調(diào)試時的實際壓力為準。

3 平衡缸結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 安裝形式

由于機械壓力機運動時震動較大，為防止平衡缸脫落造成意外，將傳統(tǒng)的懸掛式平衡缸安裝方式，改變?yōu)閺纳狭簜?cè)面插入式安裝。但是由于客戶要求壓力機周圍進行全封閉，在安裝結(jié)束后平衡缸無法再從側(cè)面拆卸，故將平衡缸與上梁的把合蓋設(shè)計成長扁式外形。在因維護或更換密封件而需要拆卸時，將平衡缸旋轉(zhuǎn)90°后，便可順利從上梁底板空隙中抽出。這種形式的平衡缸雖然在維護時稍有不便，但安裝極為便捷，也極大地提高了生產(chǎn)現(xiàn)場的安全性。

平衡缸活塞桿部分與平衡缸支架的連接方式為分體式連接，可隨時拆卸拉桿上連接的螺母，很方便地將平衡缸與滑塊部分分離。這種設(shè)計便于在不拆滑塊的前提下，維護平衡缸。

3.2 拉桿潤滑部分

根據(jù)以往客戶反饋，存在壓力機運動時活塞桿發(fā)生拉研現(xiàn)象，導(dǎo)致活塞桿損壞。經(jīng)分析，極大可能是由于壓力機行程次數(shù)較大，滑塊運行速度較快，而壓力機活塞桿處潤滑不足所導(dǎo)致的，所以活塞桿與氣缸銅套之間發(fā)生干摩擦，造成活塞桿研傷。故氣缸與拉桿摩擦部分采用強制潤滑措施。直接在該處注入潤滑油，并采用耐磨銅套防止拉桿研傷。經(jīng)現(xiàn)場反饋，此種強制潤滑設(shè)計方式合理，活塞桿運行良好。

結(jié)語

經(jīng)校核，上述計算均可用于生產(chǎn)，且已交付用戶使用。根據(jù)用戶反饋，平衡缸運轉(zhuǎn)良好，且安裝、維護便捷。

參考文獻

[1]王建新.小松式壓力機氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算[J].一重技術(shù)，1998（2）：1-4.

[2]何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.