2500T高速?zèng)_壓液壓機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)

梁明勇，周林，張玉成，聶國成

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2500T高速?zèng)_壓液壓機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)

梁明勇，周林，張玉成，聶國成

（東風(fēng)小康汽車有限公司汽車技術(shù)中心，重慶 400033）

根據(jù)線首2500T液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)要求，對(duì)滑塊及液壓墊流量需求進(jìn)行分析，確定電機(jī)及主、輔泵的選型。從現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備穩(wěn)定性角度出發(fā)，對(duì)壓機(jī)機(jī)身及管路設(shè)計(jì)制造、加工工藝提出建議，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

高速液壓機(jī)；流量分析；機(jī)身結(jié)構(gòu)；插裝比例閥

引言

隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，汽車覆蓋件越來越傾向于大型化、精密化，加工要求高；高精度、性能穩(wěn)定且速度快的壓機(jī)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)零件生產(chǎn)的首要前提。液壓機(jī)作為一種通用的無切削成型加工設(shè)備，采用帕斯卡工作原理，通過流體工作介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)；與機(jī)械傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無過載現(xiàn)象，具有柔性傳動(dòng)特點(diǎn)。其中，框架式液壓機(jī)經(jīng)過多年發(fā)展，制造技術(shù)相對(duì)成熟，但行業(yè)內(nèi)大型高速?zèng)_壓液壓機(jī)應(yīng)用較少，且液壓漏油、油路污染等問題仍無法避免。本文以2500T高速單動(dòng)框架式液壓機(jī)開發(fā)為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)壓機(jī)設(shè)計(jì)制造、加工工藝等提出相應(yīng)解決建議，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 流量分析及選型

多工位沖壓線整線節(jié)拍由壓機(jī)及自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備速度共同決定，但生產(chǎn)深拉延件時(shí)，首臺(tái)壓機(jī)受零件拉深深度影響，耗時(shí)長(zhǎng)，整線節(jié)拍較慢。為提高整線生產(chǎn)速度，壓機(jī)部分應(yīng)著重從首臺(tái)壓機(jī)入手，提升壓制速度及設(shè)備穩(wěn)定性。其中，線首2500T單動(dòng)液壓機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求如表1：

表1 2500T液壓機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 滑塊流量分析

2500T框架式單動(dòng)壓機(jī)中座滑塊采用五缸結(jié)構(gòu)，三支下壓缸、兩支上升缸，其中下壓缸定義為A口，上升缸定義為B口，如圖1所示。

圖1 2500T中座滑塊五缸示意圖

根據(jù)中座滑塊負(fù)載及公稱力，結(jié)合快下速度、工作速度及回程速度要求，作五缸不同工況下的流量分析。A口中間主缸缸徑710mm、桿徑680mm，兩邊主缸缸徑680mm、桿徑650mm。B口上升缸缸徑270mm、桿徑240mm。A口最大行程容積1745.6Li，B口最小行程容積153.8Li。A口三支缸加壓（2500T）工作壓力為243.75 kg/cm2，其中中間缸加壓出力885T、工作壓力243.7 kg/cm2，B口慢速上升（200T）工作壓力為221kg/cm2。背壓分別為105 kg/cm2、77.4 kg/cm2，且液體工作壓力≤ 25 MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。中座滑塊設(shè)計(jì)時(shí)所需流量分析詳見表2。

表2 2500T液壓機(jī)中座滑塊流量分析

根據(jù)滑塊流量分析，滑塊電機(jī)選用250HP雙軸（4個(gè)），主泵采用A2V-500型，輔助泵選用T6EES系列，除慢下階段主電機(jī)泵供油稍有不足外，其余實(shí)際流量及參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)壓機(jī)單循環(huán)工作時(shí)間設(shè)計(jì)要求，結(jié)合滑塊速度及行程參數(shù)，滑塊慢下階段需采用蓄能器補(bǔ)油。通過計(jì)算，蓄能器最高工作壓力為220 kg/cm2，最低工作壓力180kg/ cm2，充油由主電機(jī)泵組完成。蓄能器慢下開始出力800T，慢下結(jié)束時(shí)出力653T，滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上，確定預(yù)滿閥、防爆軟管、防爆閥等配合型號(hào)。油路帶防反彈回路（約200T），使用±10V比例閥控制，且壓力波動(dòng)量不大于0.1MPa，快下轉(zhuǎn)慢下時(shí)增加測(cè)試模塊，增加導(dǎo)引流量。

1.2 液壓墊流量分析

液壓墊采用采用五缸結(jié)構(gòu)，中間缸作快速頂出上升、周邊四支缸跟隨滑塊拉深時(shí)作從動(dòng)下降，如圖2所示。設(shè)計(jì)要求：液壓墊力650T，行程450mm，最大頂出速度150 mm/s。A口下降缸缸徑330mm、桿徑290mm，B口頂出缸缸徑180mm、桿徑170mm。液壓墊A口最大行程容積118.89Li，快速上升、下降時(shí)所需流量為2377.9Li/min。B口最小行程容積10.21Li，快速上升、下降時(shí)所需流量為204.3Li/min。A口工作壓力為246.0 kg/cm2；B口頂出力43T、工作壓力為189.4 kg/cm2，液壓墊重量30T、背壓為132.2 kg/cm2，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 2500T液壓墊五缸示意圖

液壓墊電機(jī)選用90kW雙軸型，泵采用T6EES系列，預(yù)滿閥、防爆軟管等選用相應(yīng)型號(hào)配合。液壓墊實(shí)際速度及流量如表3所示，滿足速度及流量設(shè)計(jì)要求。

表3 2500T液壓機(jī)液壓墊流量分析

2 主機(jī)機(jī)身及管路設(shè)計(jì)制造

框架式液壓機(jī)主要由主機(jī)機(jī)身、電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)這三部分構(gòu)成。上述流量分析、電機(jī)、主輔泵、控制閥的選型是電氣及液壓系統(tǒng)的重要組成部分，決定了壓機(jī)動(dòng)作的穩(wěn)定性，而主機(jī)機(jī)身作為壓機(jī)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的載體，其制造精度、安裝精度決定了壓機(jī)動(dòng)作精度。

2.1 機(jī)身設(shè)計(jì)制造

2500T液壓機(jī)機(jī)身采用框架式結(jié)構(gòu)，上座橫梁、立柱、下座橫梁由液壓預(yù)緊螺母鎖緊，拉緊螺栓預(yù)緊力應(yīng)大于最大工作載荷。機(jī)身三梁四柱在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作PRO-MECHANIC應(yīng)力、應(yīng)變分析，以保證機(jī)架剛性，圖3為下座橫梁應(yīng)變分析。壓機(jī)立柱在加壓和卸壓過程中會(huì)發(fā)生彈性變形及彎曲現(xiàn)象，由于殘余預(yù)緊力及上、下橫梁變形角彎矩的存在，使得立柱外側(cè)應(yīng)力大于內(nèi)側(cè)應(yīng)力。立柱采用箱形截面，全鋼板焊接，靠近拉緊螺栓位置合理增加板厚，提高剛性及抗偏載能力。中座滑塊四角裝配可調(diào)導(dǎo)板，與立柱導(dǎo)軌組成四角八面導(dǎo)滑結(jié)構(gòu)，確保導(dǎo)向精度，方便導(dǎo)滑間隙調(diào)整。

圖3 下座橫梁應(yīng)變分析

中座滑塊、下座液壓墊液壓缸均采用柱塞缸結(jié)構(gòu)，如圖4所示。柱塞缸、柱塞桿材質(zhì)可選用CCI冷激鑄鐵或35#鋼，缸體及柱塞桿整體鍛打并作探傷檢查、表面經(jīng)中頻淬火處理，確保剛性強(qiáng)度及耐磨性能。柱塞缸與活塞缸相比有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）柱塞缸加工精度控制準(zhǔn)確，而活塞缸加工比較復(fù)雜，同心精度不易控制；

（2）柱塞桿與油缸內(nèi)壁無接觸，不存在油缸內(nèi)壁摩擦及異物侵入產(chǎn)生刮傷現(xiàn)象，而活塞缸有接觸易出現(xiàn)刮傷現(xiàn)象；

（3）柱塞缸無活塞頭、不存在內(nèi)泄、安全性能高，而活塞頭密封圈損傷后易產(chǎn)生內(nèi)泄露導(dǎo)致出力不足、壓力不穩(wěn)，且柱塞缸蓋密封圈后期更換維護(hù)相對(duì)較方便；

（4）柱塞缸提升缸單向出力，結(jié)合上升拉桿行程平面均分上升力，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性高，而活塞缸單點(diǎn)受力，無法形成平面。

圖4 中座滑塊柱塞缸、柱塞桿

如圖5所示，液壓墊油缸采用五缸結(jié)構(gòu)，中間缸作上升時(shí)快速頂出，周邊四支缸作拉深時(shí)從動(dòng)下降。在零件拉延成型時(shí)，五缸結(jié)構(gòu)比三缸一字排列結(jié)構(gòu)的成型壓力更平穩(wěn)、無傾斜及偏載現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)周邊四支缸可根據(jù)不同的成型力需求進(jìn)行單獨(dú)、獨(dú)立控制。如圖6所示，液壓墊為塊狀式結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)設(shè)計(jì)為箱型結(jié)構(gòu)，既保證了工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)剛性，也有利于中小型件成型時(shí)集中受力。工作臺(tái)舉升、夾緊系統(tǒng)油路可采用一體式控制，管路簡(jiǎn)潔、降低漏油風(fēng)險(xiǎn)及維護(hù)成本。

圖5 液壓墊油缸五缸結(jié)構(gòu)

圖6 液壓墊塊狀式結(jié)構(gòu)

所有焊接件采用全坡口焊接工藝，全通道焊接，確保結(jié)構(gòu)件焊接質(zhì)量穩(wěn)定。大件焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，箱型結(jié)構(gòu)、筋板及焊接倒角對(duì)稱布置焊接，各結(jié)構(gòu)件成傾斜45°角作平面焊接，保證焊接時(shí)焊材流速均勻、焊縫齊整，外觀無焊渣及流疤。

2.2 管路設(shè)計(jì)制造

油箱、電機(jī)、泵、控制閥件、冷卻系統(tǒng)等部件作為管路中的一部分，在設(shè)計(jì)前應(yīng)作這些部件安裝位置提前規(guī)劃，以便液壓管路設(shè)計(jì)。壓機(jī)管路較多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以整潔有序、便于后期維保為原則，采用如圖7所示3D可視化設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)器型號(hào)、位置進(jìn)行編碼處理，以備管路損壞時(shí)可快速查證問題原因，并實(shí)現(xiàn)部件快速更換處理。

圖7 上座橫梁3D油路設(shè)計(jì)

因進(jìn)油側(cè)油路壓力較大，采用高壓軟管連接，減少爆管漏油風(fēng)險(xiǎn)。其余管路采用冷拔鋼管，彎頭處采用冷彎工藝，且管路彎頭處不應(yīng)有凹痕、波紋及壓扁現(xiàn)象。如圖8所示，高壓管路與成型彎頭管路間采用管路擴(kuò)口、密封圈法蘭盤連接工藝，這種卡套式無焊接管路可避免因焊接產(chǎn)生的焊渣污染油路，且降低因焊接質(zhì)量問題導(dǎo)致的漏油。

圖8 管路法蘭盤連接示意圖

壓機(jī)的各項(xiàng)動(dòng)作均是通過油路上安裝的各種閥鎖的開閉狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的功能，壓機(jī)閥鎖主要分為壓力閥、流量閥和方向閥三類。閥鎖的開閉狀態(tài)主要是由控制柜輸出的電信號(hào)或氣信號(hào)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。2500T壓機(jī)采用插裝式比例邏輯油路設(shè)計(jì)，主要由比例閥、邏輯閥，輔以電磁閥、止逆閥等組成。比例閥能連續(xù)地、按比例地控制執(zhí)行元件的力、速度及方向，并可防止壓力或速度變化及換向時(shí)行程的沖擊現(xiàn)象。與普通液壓閥相比，比例閥以比例電磁鐵作為信號(hào)給定原件代替原有的控制、驅(qū)動(dòng)部件，這是借用比例電磁鐵具有輸出推力與輸入線圈電流基本成比例的特性。比例閥能實(shí)現(xiàn)多種不同控制方式，使電的快速靈活與液壓傳動(dòng)功率大的特點(diǎn)得以有效結(jié)合。如圖9所示，插裝式比例邏輯油路簡(jiǎn)化了油路系統(tǒng)，減少了元件的使用量，油路運(yùn)行順暢、無抖動(dòng)停滯現(xiàn)象，且制造簡(jiǎn)單，成本投入低。

圖9 插裝式比例邏輯油路設(shè)計(jì)

3 結(jié)論

為提高整線生產(chǎn)節(jié)拍，本文以線首2500T高速?zèng)_壓液壓機(jī)開發(fā)為例，從流量分析，機(jī)身設(shè)計(jì)加工，管路設(shè)計(jì)控制等方面作相應(yīng)闡述，得到以下結(jié)論：

1）根據(jù)公稱力、滑塊行程、不同工況下速度等設(shè)計(jì)參數(shù)要求，作滑塊及液壓墊五缸結(jié)構(gòu)流量分析，根據(jù)不同流量要求，對(duì)電機(jī)、主泵及輔助泵選型。其中滑塊慢下階段時(shí)有供油不足現(xiàn)象，需采用蓄能器補(bǔ)油，滿足流量及速度要求，其余均符合設(shè)計(jì)參數(shù)要求；安裝調(diào)試完成后，以一定拉深深度作測(cè)試條件，壓機(jī)單循環(huán)工作時(shí)間能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

2）從機(jī)身整體剛度、設(shè)備穩(wěn)定性角度出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)立柱滑塊、缸體結(jié)構(gòu)及加工工藝提出相應(yīng)處理方法；2500T液壓機(jī)采用插裝式比例邏輯油路，3D可視化設(shè)計(jì)，不同管路間采用管路擴(kuò)口、密封圈法蘭盤連接工藝，降低爆管漏油風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 楊固川,于江,劉軍,何萬明.大型模鍛液壓機(jī)工作介質(zhì)的選擇及系統(tǒng)技術(shù)方案分析研究[J].鍛壓技術(shù),2011 36 (01):73-77.

[2] 李艷聰,張連洪,喻宏波,王棟彥,張淳.組合框架立式液壓機(jī)立柱概念設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2011 (04):69-71.

[3] 趙昕.大型組合框架立式液壓機(jī)機(jī)身關(guān)鍵構(gòu)件分析與研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2011,24(04):91-92+94.

[4] 虞自奮,褚亮,時(shí)立軍.框架式液壓機(jī)機(jī)架立柱筋板位置優(yōu)化[J].工程機(jī)械,2008(07):35-39+7.

[5] 吳建曲.大型模鍛壓機(jī)電控系統(tǒng)框架研究及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)和設(shè)計(jì)[D].重慶大學(xué),2011.

[6] 沈月忠,姜澄宇,王仲奇.一種比例閥壓力控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立[J].現(xiàn)代制造工程,2006(11):94-96.

The Design and Development of 2500T High-Speed Stamping Hydraulic Press

Liang Mingyong, Zhou Lin, Zhang Yucheng, Nie Guocheng

( Automotive Technological Center, Dong Feng Xiao Kang Motor Co. Ltd, Chongqing 400033 )

Based on the design parameters requirements of the line head 2500T hydraulic press, the flux demand of slide blockand hydraulic die cushion is analyzed to confirm the model selection of the electric machinery and main pump and auxiliary pump.According to field experience and equipment stability,make recommendations to the press fuselage and pipeline that were designed and manufactured,having a certain value on engineering application.

high-speed hydraulic press; flux analysis; fuselage structure; cartridge propcrtional valve

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1671-7988(2018)22-196-04

TH162

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1671-7988(2018)22-196-04

TH162

梁明勇，就職于東風(fēng)小康汽車有限公司汽車技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.070