移動式襯套壓裝系統設計

宋生華

德州宇力液壓有限公司，山東德州，253072

0 引言

液壓缸是通過做直線往復運動將液壓能轉化為機械能的執行元件，它結構簡單，運行平穩，其中單活塞桿雙作用液壓缸在各類工程機械的液壓系統中得到廣泛應用[1]。一般情況下，液壓缸與整機連接采用耳環型式，如圖1所示，液壓缸兩端均為單耳環結構，且在耳環內裝配襯套，以便在長期使用過程中產生磨損時更換，節約成本。其中液壓缸耳環與襯套為過盈聯接。

過盈連接裝配主要有以下四種方式：①雙柱壓力機壓入法；②人工加墊塊錘擊法；③冷縮法；④熱漲法。筆者公司多采用前兩種裝配方式，如圖2所示，當使用壓力機壓裝時，因壓力機必須處于固定位置，壓裝過程中需要用周轉車多次周轉液壓缸，導致工件移動次數過多，既增加了勞動強度又增加了漆層磕碰損傷的風險，當通過人工加墊塊錘擊法裝配時，雖然不需要周轉液壓缸，但錘擊勞動強度大，壓裝效率低，既不能保證產品質量又不能滿足生產需求[2]。

因此，針對公司現狀，專門設計了一種移動式襯套壓裝系統用于液壓缸耳環襯套壓裝，該壓裝系統結構簡單，相關零部件制造、裝配簡單易行，成本低廉，體積小巧，既避免了漆層磕碰損傷的風險，又降低了勞動強度，保證了產品質量，值得推廣。

1 工藝參數

公司生產的液壓缸主要應用在6T及以下裝載機和挖掘機等工程機械上面，生產過程中工藝流程為：先進行液壓缸總成裝配、試驗，然后進行液壓缸總成表面噴涂底漆和面漆、噴涂后處理，最后進行壓裝襯套操作。圖3為襯套壓裝時液壓缸狀態示意，液壓缸總成經涂裝生產線噴漆、烘干固化后，下線至液壓缸專用清理架上，進行噴漆后處理，經檢查液壓缸總成質量合格后，再進行襯套壓裝作業。

在襯套壓裝過程中，主要考慮的工藝參數就是液壓缸耳環的尺寸和襯套的尺寸。

1.1 液壓缸耳環參數

液壓缸耳環參數如圖4所示。

圖中，①耳環寬度B1：60～100mm；②耳環外形直徑d1：130～200mm；③耳環孔直徑D1：65～105mm；④耳環材料牌號：45-GB/T699。

1.2 液壓缸襯套參數

液壓缸襯套參數如圖5所示。

圖中，①寬度B2：60～100mm（同耳環寬度或小于耳環寬度）；②外圓直徑d2：65～105mm（同耳環孔直徑）；③內孔直徑D2：55～95mm（一般情況下，襯套單邊壁厚約5mm）；④襯套材料牌號：45-GB/T699。

說明：當襯套寬度B2小于液壓缸耳環寬度B1時，襯套需要壓裝到耳環的中間位置。

2 壓裝力計算

過盈配合是依靠包容件和被包容件裝配后的過盈量達到緊固連接，裝配后，由于包容件和被包容件的徑向彈性變形，使結合表面產生一定的壓力，工作載荷就是靠相伴產生的摩擦力來傳遞。在本文中，包容件指液壓缸耳環，被包容件指襯套，將襯套壓入液壓缸耳環的壓裝力，可以按照縱向過盈配合裝配壓裝力的計算方法進行計算，具體如下：

（1）過盈配合壓裝力計算：

式中，PXi—將被包容件壓入包容件的壓裝力（kN）；

Pfmax—結合表面承受的最大單位壓力 （kN/mm2）；

df—結合直徑（mm），本文取最大105mm；

Lf—結合長度（mm），本文取最長100mm；

μ—摩擦系數，如表1，本文取0.1。

表1 摩擦系數

（2）結合表面承受的最大單位壓力計算：

式中，δmax—最大過盈量，本文為0.06mm；

Ea—包容件彈性模量，按表3選取，本文取210；

Ei—被包容件彈性模量，按表3選取，本文取210；

Ca、Ci—系數，經計算，可確定，Ca為1.967，Ci為5.907。

（3）系數Ca、Ci計算：

式中，qa—包容件直徑比，為結合直徑與包容件外徑比，本文取0.5；

qi—被包容件直徑比，為被包容件內徑和結合直徑比，本文為0.85；

γa—包容件的泊松系數，按表2選取，本文取0.3；

γi—被包容件的泊松系數，按表2選取，本文取0.3。

表2 彈性模量和泊松系數

經以上公式計算，本文涉及襯套所需壓裝力最大約為16002N。

3 液壓缸及動力源選擇

根據經驗設計，移動式襯套壓裝系統的輸出力也即是液壓缸額定輸出力，至少應為需求壓裝力的3～5倍，約為48006～80010N，確定襯套壓裝機需要的壓裝力后，應進行動力源設計，考慮到壓裝系統的制作成本和生產現場的空間狀況，選用公司自主生產的液壓泵站和液壓缸分別作為動力源和執行部件，此液壓泵站最高可提供63MPa，其中液壓缸參數如表3。

經分析壓裝動作可知，液壓缸在活塞桿縮回時，做功將襯套壓入耳環，可按下式計算此液壓缸活塞桿縮回時的額定輸出力。

通過計算，可得液壓缸額定輸出力為96140N，滿足壓裝系統壓裝力需求。

表3 液壓缸參數表

4 方案設計

如圖6所示，由于液壓缸下線后水平放置在專用清理架上，所以采用立式壓裝，壓裝執行機構無固定位置，用平衡器懸掛在液壓缸耳環上方，調整好平衡器后，只需要用手握住把手輕微加力就可以讓壓裝執行機構在工藝范圍內上下移動。完成裝配后，用手握住把手往上輕推，壓裝執行機構就可以穩定地懸在空中，以節約占地面積。要想連續完成本工序的壓裝作業，需要設置相應的單軌吊軌道，手拖動壓裝執行機構可以使其沿著單軌吊軌道前后左右移動，工作狀態下壓裝執行機構距離地面約850mm，且自由狀態至少可以上下移動450mm。

如圖7所示，壓裝執行機構安裝工藝軸，工藝軸通過螺紋與液壓缸活塞桿連接，工藝軸上面開設環形槽，襯套必須位于耳環孔正上方，耳環孔口設計有導向斜面，使襯套均勻壓入，避免在壓裝過程中發生壓偏、切傷現象，工作時，按下開關，活塞桿伸出同時帶動工藝軸伸出穿過襯套、耳環孔到達耳環的下方，露出環形槽，將開口墊片插入環形槽，作為限位。按下換向開關，活塞桿縮回同時帶動工藝軸縮回，開口墊片與液壓缸之間的距離隨之縮減，從而將襯套壓入耳環孔。再次換向，工藝軸再次伸出，取下開口墊片，手用力使平衡器帶動壓裝執行機構整體上移，同時拉動壓裝執行機構沿單吊軌道換位進行下一個襯套壓裝，如此反復。

當襯套寬度小于耳環寬度時，需增加調整墊片，以便于將襯套壓裝至耳環中心位置，壓裝時將調整墊片置于襯套上方，調整墊片方式如圖8所示。

圖中，①B3為調整厚度，是液壓缸耳環與配合襯套厚度差的一半，即可按式(B1-B2)/2計算；②d3作為限位直徑，應大于配合直徑D1，當壓裝到此位置即壓裝完成；③d4作為定位直徑，與襯套端面接觸，應略小于襯套外徑d2；④d5與襯套內孔配合，設計有導向角，可以略小于襯套內徑D2；⑤D3是工藝孔直徑，壓裝時工藝軸從中穿過，所以其值應大于工藝軸直徑[3-4]。

使用本壓裝系統進行壓裝作業時，均為批次作業，為便于襯套取用以及產品切換時的換裝操作，減少往返取件的頻次尤其是操作者的行走距離，還需要配置一輛周轉小車，周轉小車可以跟隨壓裝執行機構的移動而移動，即使襯套和工裝一直處于操作者隨手可及的位置，從而降低了勞動強度，周轉小車樣式見圖9，小車配有兩個帶剎車的萬向輪，兩個定向輪，方便推行，可即行即停，操作臺面分上下兩層，小車上層操作臺可放置待壓裝襯套，下層操作臺可放置壓裝執行機構的相關換裝配件，比如：調整墊片、開口墊片及工藝軸等[5-6]。

5 結語

長期生產實踐證實，本文介紹的移動式襯套壓裝系統結構簡單且制造成本低廉，勞動強度低且壓裝效率高，壓裝過程平穩，很好地滿足了壓裝工藝要求。