大型液壓機緩沖裝置的設(shè)計與應(yīng)用

□ 馬冬莉 □ 桑弘鵬 □ 張海燕 □ 王金金 □ 馬 彪

中車唐山機車車輛有限公司 河北唐山 063035

1 設(shè)計背景

隨著機械工業(yè)的快速發(fā)展,作為鍛壓裝備的液壓機不斷向大型化、自動化、精密化和智能化方向邁進,同時需要符合國家倡導(dǎo)的低碳經(jīng)濟和綠色環(huán)保發(fā)展要求。板材沖裁時,由于材料變形的阻力突然減小或消失,會出現(xiàn)失載現(xiàn)象,往往使液壓機本體受到極大的沖擊振動，并伴隨刺耳的噪聲，嚴(yán)重時會拉斷地腳螺釘,甚至導(dǎo)致橫梁斷裂,基礎(chǔ)受損等。嚴(yán)重的噪聲污染還會給工人身體健康帶來嚴(yán)重危害。控制有害振動并降低噪聲，已成為迫切需要解決的問題[1]。

筆者所在公司現(xiàn)有沖床的最大噸位為800 t,由于產(chǎn)品升級,需要對沖裁力達到10 000 kN以上的工件進行落料,因此計劃使用現(xiàn)有的2 000 t液壓機替代沖床進行落料生產(chǎn)。為減小沖裁時液壓機的振動和噪聲,改善工人的作業(yè)環(huán)境,設(shè)計了適用于2 000 t液壓機的緩沖裝置。

2 沖裁緩沖原理

液壓機通過滑塊下行運動，帶動固定在上面的成形模具快速合模,使金屬板材產(chǎn)生永久變形,從而獲得最終成形零件。液壓機在落料時產(chǎn)生振動和沖擊的主要原理為，在板材剪切斷裂瞬間,液壓機執(zhí)行機構(gòu)主油缸的高壓突然消失,油缸中液體壓縮能與機身彈性變形能急劇釋放。這一過程導(dǎo)致液壓機強烈晃動和管道振動,使整個設(shè)備的噪聲很大。常見的緩沖裝置分為機械緩沖裝置和液壓緩沖裝置。其中，利用彈簧吸能的緩沖裝置和利用橡膠吸能的緩沖裝置屬于機械緩沖裝置，利用液壓吸能的緩沖裝置屬于液壓緩沖裝置[2-9]。目前,對于液壓機主要采用反壓法來進行降噪,其基本原理為在板材斷裂時,由反置液壓缸提供一個反向力作用在滑塊上,代替沖裁時板材作用在液壓機滑塊上的載荷,使液壓機由沖裁工藝載荷平穩(wěn)過渡到反置液壓缸載荷,進而使主液壓缸內(nèi)積聚的液壓能與機身的彈性變形能受控釋放,確保液壓機在工作過程中不存在突然失荷現(xiàn)象,消除由此而產(chǎn)生的沖擊與振動[10]。

3 緩沖裝置參數(shù)計算

2 000 t液壓機裝模高度為500～2 200 mm,工作臺尺寸為4 000 mm×1 900 mm。主要沖裁模具中，側(cè)柱落料模具尺寸為3 200 mm×1 170 mm×820 mm，大橫梁落料模具尺寸為3 850 mm×860 mm×705 mm,所需沖裁力約為11 000 kN。為保證緩沖裝置安裝后不妨礙落料模具的使用,在液壓機底座左右兩側(cè)安裝四臺緩沖缸,每臺緩沖缸公稱力為2 500 kN。根據(jù)液壓機臺面尺寸和模具寬度尺寸，得到緩沖缸外徑最大尺寸為520 mm。結(jié)合模具安裝時調(diào)整量及緩沖缸壁厚,緩沖缸內(nèi)徑不得大于360 mm。

以內(nèi)徑360 mm計算，緩沖缸壓力面積為0.102 m2。根據(jù)壓強公式,緩沖缸的壓強可達24.5 MPa。選用進口密封件進行密封,防止液壓油向外泄漏。根據(jù)模具高度尺寸，緩沖缸最小高度為700 mm,緩沖行程為50 mm,可調(diào)節(jié)總高度為400 mm,微調(diào)高度為50 mm，緩沖裝置壓力總調(diào)節(jié)范圍為4 000 kN～10 000 kN。

4 緩沖缸結(jié)構(gòu)

緩沖缸由缸體、活塞桿、蝶簧、支撐板、調(diào)整絲杠、墊塊、上固定墊、油箱等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，實物如圖2所示。

每臺緩沖缸都設(shè)有獨立的液壓油箱,液壓油在液壓管道內(nèi)循環(huán)往復(fù),不需要動力驅(qū)動,可減少能耗,并降低故障率。為不妨礙其它模具使用,緩沖缸與液壓機工作臺采用螺栓連接,靈活性高,安裝拆卸方便。活塞桿內(nèi)加工為螺紋形式,并設(shè)有排氣裝置,可快速排出缸體內(nèi)的空氣,保證壓力平穩(wěn),運行流暢。蝶簧安裝在缸體內(nèi),由導(dǎo)桿進行導(dǎo)向,滿足蝶簧在振動工況下無偏移,保證活塞桿頂升動作平穩(wěn)可靠。調(diào)整絲杠設(shè)置在活塞桿內(nèi),調(diào)整絲杠與活塞桿為螺紋螺桿結(jié)構(gòu)形式,通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整絲杠,實現(xiàn)高度微調(diào)功能。高度微調(diào)裝置上設(shè)有鎖緊螺母,當(dāng)調(diào)整到適當(dāng)高度時,旋緊鎖緊螺母，防止松動。當(dāng)調(diào)整高度大于50 mm時,在調(diào)整絲杠端面可放置不同數(shù)量的墊塊,滿足不同高度模具的使用要求。每個墊塊之間設(shè)有定位卡槽,防止因振動而導(dǎo)致墊塊滑落。

5 緩沖缸液壓系統(tǒng)

緩沖缸液壓系統(tǒng)安裝于油箱與緩沖缸之間的管道上,用于向緩沖缸提供壓力。液壓系統(tǒng)由單向溢流閥、接頭及管道組成。單向溢流閥上設(shè)有刻度及壓力轉(zhuǎn)盤,可方便對壓力進行設(shè)定。

6 緩沖裝置的應(yīng)用

緩沖裝置已安裝在2 000 t液壓機上,成功應(yīng)用于側(cè)柱和大橫梁落料生產(chǎn)中,如圖3所示。由側(cè)柱落料模具更換到大橫梁模具時,只需根據(jù)高度拆卸兩塊墊塊,對調(diào)整絲杠的高度進行調(diào)整，即可進行落料生產(chǎn)。生產(chǎn)時只有輕微噪聲,大大減小了沖裁時沖擊力對設(shè)備的沖擊和振動。

7 結(jié)束語

筆者以沖裁緩沖技術(shù)為理論基礎(chǔ),設(shè)計了適用于2 000 t液壓機的緩沖裝置,成功應(yīng)用于側(cè)柱和大橫梁落料生產(chǎn)中。實踐證明，這一緩沖裝置緩沖效果可靠,有效減小了液壓機的振動和沖裁噪聲,改善了工人的作業(yè)環(huán)境,值得推廣。