160 t四柱液壓立式壓裝治具的設計

趙 志， 蔣曉妍

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司， 遼寧 沈陽 110141)

0 概述

多功能天車是中國有色(沈陽)冶金機械有限公司的重點產品，主要分為鋁電解多功能天車、焙燒天車以及堆垛天車等。鋁電解多功能天車主要由大車、工具小車、出鋁小車組成。出鋁小車包括吊鉤滑輪組、行走小車、卷揚裝置、活動框架、固定架等部分組成[1]。吊鉤滑輪組由移動架、滑輪、軸承、隔套、滑輪軸、軸套等組成，如圖1所示。

圖1 吊鉤滑輪組裝配示意圖

吊鉤滑輪組的裝配特點是在四面封閉的移動架中，將一個軸裝入兩組(四個)滑輪及其相關部件中，需按一軸多件的工藝來設計壓裝設備。再者，一軸多件壓裝時，需根據其結構情況采取必要合理的工裝及工藝措施才能保證質量及效率。如圖1所示，在一個封閉框架內，有四個滑輪，用一個通過八件軸承、七件軸套的輪軸裝在框架內而形成的滑輪組。根據其結構及配合性質制定出壓裝方案。由于其結構形式為一軸多件安裝，安裝時需將軸套、滑輪依次準確擺放后才能壓入。如果選用橫裝，即圖1所示的擺放方式，則無法定位、安裝困難。所以選用豎裝方式，即將圖1左端朝下，右端朝上。將軸套、滑輪依次擺放，利用導向軸使裝配件同軸并讓其穩定，再裝配輪軸。以往滑輪軸裝配有兩種方法：(1)用錘打入。由于錘擊為沖擊力，裝配過程中受力不均，極易砸傷工件。(2)將滑輪組放入立式框架內，用千斤頂進行壓裝。但千斤頂行程小，需多次利用調整墊進行調節，費力的同時還增加了安全隱患。很顯然這兩種方法已不適合現代高效生產，所以設計一臺安全、可靠的壓裝治具來提高效率、保證安全就顯得尤為重要了。綜上所述，該壓裝治具需從如下幾個方面考慮：(1)采用立式壓裝滿足裝配工藝要求。(2)合理的結構及尺寸滿足專用、通用結合要求。(3)采用液壓傳動的方式滿足其運動穩定。(4)160 t的額定壓力在滿足滑輪組壓裝達到最大過盈量時的所能承受的壓力要求。

160 t四柱液壓立式壓裝治具設計的主要特點是定位基礎穩定，壓裝工件不用吊車吊裝壓，滿足了出鋁小車吊鉤滑輪組的裝配要求，有效提高了吊鉤滑輪組裝配生產效率，保障了產品的裝配安全，保證了產品的裝配質量。而且給諸多小件壓裝配合產品提供了方便，降低了大量成本，符合現代化生產高效、高質、低耗的需求。該160 t四柱液壓立式壓裝治具還可用于天車車輪軸、燒結機臺車車輪、卷筒軸等件的壓裝，起到一機多能的作用，如圖2所示。

圖2 160 t四柱液壓立式壓裝治具結構設計圖

1 160 t四柱液壓立式壓裝治具的設計過程

160 t四柱液壓立式壓裝治具主要是參數確定及液壓缸等件中主要尺寸的計算，如圖3所示。

圖3 液壓缸的結構設計圖

1.1 160 t四柱液壓立式壓裝治具主要參數的確定

壓力F=160 t，油缸運行速度V=20 cm/min，行程L=500 mm，使用環境為高壓。

1.1.1 液體壓力的選擇

由于使用環境為高壓，故選擇液體壓力P為200 kg/cm2[2]。

1.1.2 活塞的選擇

P=F/A

(1)

式中F—工作壓力，kg；

P—液體壓力，200 kg/cm2；

A—活塞面積，cm2。

A=πD2/4=0.785D2，故D=(F/0.785P)0.5=(160×103/0.785×200)0.5≈32 cm=320 mm，即活塞直徑為320 mm。

1.1.3 油缸流量的選擇

Q=A×V×10-3

(2)

式中Q—油缸所需要的流量，L/min；

A—活塞有效面積(cm2)，取A=πD2/4=0.785D2=0.785×322=803.84 cm2；

D—活塞直徑(cm)，取D=32 cm；

V—活塞速度(cm/min)，取V=20 cm/min。

代入數據：Q=A×v×10-3=803.84×20×10-3≈16 L/min。

1.1.4 缸筒厚度的選擇

δ=PD/200[σ]

(3)

式中δ—壁厚，mm；

P—最大壓力(kg/cm2)，取P=200 kg/cm2；

D—內徑(mm)，取D=320 mm；

[σ]—材料的許用拉應力，取[σ]=σ/5=12.2 kg/mm2；

σ—材料的最低抗拉強度(kg/mm2)，σ=61 kg/mm2。

代入數據：δ=PD/200[σ]=200×320/(200×12.2)=25.6 mm；取安全系數n=1.5，則選擇壁厚為25.6×1.5=38.4 mm，本設計取δ=40 mm，滿足要求。

1.1.5 缸底厚度的選擇

鋼底為平底，如公式(4)所示：

δ≥0.433D(P/[σ])0.5

(4)

式中δ—缸底壁厚，cm；

D—油缸內徑(cm)，取D=32 cm；

P—缸內最大油壓(kg/cm2)，取P=200 kg/cm2；

[σ]—材料的許用拉應力[3]，[σ]=2 350 kg/cm2。

代入數據：δ≥0.433D(P/[σ])0.5=0.433×32×(200/[2 350])0.5=4 cm=40 mm，選擇n=1.25。故δ取=50 mm。本設計選δ=50 mm，滿足要求。

1.1.6 立柱直徑的選擇

A=F/[σ]

(5)

式中F—系統公襯壓力(kg)，取F=160×10-3kg；

A—立柱橫截面積(cm2)，取A=(P/[σ])=0.785 d2；

[σ]—材料抗拉強度(kg/cm2)，取[σ]=σ/5=1 200 kg/cm2；

σ—材料的最低抗拉強度(kg/cm2)，取σ=6 000 kg/cm2。

代入數據：0.785d2=5×160×103/6 000，故立柱直徑d=13 cm=130 mm，本設計選擇4根立柱直徑均為130 mm，滿足強度要求。

2 液壓系統的設計

2.1 液壓系統的組成

液壓系統是液壓設備的一個組成部分，它與主機的關系密切，液壓系統通常由三個功能部分和輔助裝置組成，按液流循環方式分為開式和閉式兩種[4]，此次設計選用開式、160 t單缸立式油壓機傳動系統，它是一種結構和動作較簡單的液壓機，用來完成滑輪組的裝配。

2.2 液壓傳動原理

液壓傳動原理及系統工作情況[5]，如圖4所示。

圖4 液壓傳動原理

工作狀態活塞下壓、上升；非工作：卸壓(換向閥在中間位置)。工作活塞下壓，操縱手柄換向閥左位接入系統，活塞下壓。當未碰到工件時，系統壓力較低，液壓泵輸出流量大，活塞快速進給；當碰到工件時，系統壓力升高，流量減小，從而系統自動轉入低速、壓力上升的工作狀態，路由程序是：

(1)進油路：電機機—液壓泵—濾油器—手動滑閥—油缸上腔。

(2)回油路：油缸下腔—單項順序閥—油箱。

工作行程結束，撞塊撥動操縱手柄使換向閥回到中間位置，液壓泵卸載狀態工作行程停止?；钊仙?，操縱手柄使換向閥接入系統，活塞向上運動，是空行程，故泵在低壓大流量狀態下工作，實現快速回程，當回到行程上端時，撞塊又撥動操縱手柄是換向閥回到中間位置，活閥停止工作。路由程序是：

(1)回程進油路：油泵—電機帶動濾油器—換向閥右端—平衡線中單向閥—缸下腔。

(2)回程時油路：缸上腔—閥右腔—油箱。

3 160 t四柱液壓立式壓裝治具的有益效果

160 t四柱液壓立式壓裝治具的設計，使原本需要兩天兩人完成裝配，現在由單人兩個小時就可以解決，這樣既提高了裝配效率，保證滑輪軸裝配質量，節省人力、提高效率、降低成本。該160 t四柱液壓立式壓裝治具還可以使用在其他產品的壓裝裝配、對軸類產品進行校直等，滿足了現代吊鉤滑輪組裝配高質、高效、高節奏、低消耗的生產需要。