液壓機(jī)活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置分析

趙璽 郝鐵文

摘 要：活動(dòng)橫梁是液壓機(jī)完成成型工藝的傳動(dòng)部件。壓機(jī)調(diào)試、維護(hù)、換模時(shí)活動(dòng)橫梁都處于靜止?fàn)顟B(tài)，需有可靠的裝置保證橫梁不會(huì)因意外而發(fā)生墜落。文章介紹了幾種活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置，并采用傳統(tǒng)計(jì)算對(duì)液壓式鎖緊裝置進(jìn)行選型計(jì)算，確保鎖緊裝置的安全可靠。

關(guān)鍵詞：液壓機(jī)；鎖緊裝置；安全保護(hù)

引言

活動(dòng)橫梁是液壓機(jī)完成成型工藝的傳動(dòng)部件，壓機(jī)在檢修、換模時(shí)活動(dòng)橫梁都處于靜止?fàn)顟B(tài)，需有可靠的裝置保證橫梁不會(huì)因意外而發(fā)生墜落。本文介紹了幾種活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置，并對(duì)活動(dòng)橫梁液壓式鎖緊裝置進(jìn)行選型計(jì)算和液壓控制回路分析。[1]

1 活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置的分類及應(yīng)用范圍

活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置分為三大類：簡(jiǎn)易支柱式、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械鎖緊裝置、液壓驅(qū)動(dòng)的插銷式鎖緊裝置。最初始的動(dòng)梁安全保護(hù)裝置是焊接柱狀物，壓機(jī)檢修時(shí)，將支柱立于活動(dòng)橫梁下方，活動(dòng)橫梁被支柱支撐，起到防止墜落的作用。此種方法原始簡(jiǎn)單，只能人工操作，不適用于自動(dòng)化生產(chǎn)。目前，小噸位的液壓機(jī)一般采用電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的縱向拖拽式的鎖緊裝置。該裝置通過電機(jī)減速機(jī)來帶動(dòng)端部帶有螺帽的拉桿完成上、下運(yùn)動(dòng)。此裝置的拉桿主要受拉應(yīng)力，對(duì)于重量比較大的活動(dòng)橫梁需要增加桿徑和相關(guān)部件的強(qiáng)度。近年來，此種裝置已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，增大桿徑勢(shì)必增加鎖緊裝置的成本。因此，對(duì)于自重比較大的液壓機(jī)活動(dòng)橫梁通常采用橫向推動(dòng)的鎖緊裝置（見圖1）。這種裝置的插銷主要承受壓應(yīng)力和剪切力的作用，相比電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式鎖緊裝置更適合重量大的活動(dòng)橫梁。

1缸體；2活塞；3法蘭套；4定居壞；5自潤(rùn)滑導(dǎo)套；6鎖銷

7壓板；8檢測(cè)桿；9支板；10圓盤；11接近開關(guān)

圖1 液壓鎖緊裝置

2 液壓驅(qū)動(dòng)式活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置的機(jī)械本體介紹及選型計(jì)算

液壓驅(qū)動(dòng)式活動(dòng)橫梁鎖緊裝置的工作原理是：當(dāng)活動(dòng)橫梁在上死點(diǎn)以上某一位置或行程內(nèi)的某些指定位置時(shí)活動(dòng)橫梁鎖緊面高于鎖銷受壓面5～10mm，鎖緊裝置即可開始動(dòng)作。通過液壓相關(guān)閥組的控制，驅(qū)動(dòng)缸塞側(cè)通高壓回路，活塞桿2在壓力的作用下被推向前行，與鎖銷連接的檢測(cè)桿隨鎖銷一同前行，支板上的兩個(gè)接近開關(guān)傳感器與檢測(cè)桿上的圓盤接近時(shí)即可發(fā)出信號(hào)，PLC可依據(jù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖銷的行程監(jiān)控和控制。鎖銷到達(dá)指定位置后，活動(dòng)橫梁緩慢下降至鎖緊面，完成對(duì)活動(dòng)橫梁的位置定位工序。鎖銷是主要受力部件，因此對(duì)鎖銷的校核尤為重要。

鎖銷材料一般采用42CrMo鍛件，鍛后需對(duì)鎖銷超聲波探傷檢測(cè)和表面磁粉檢查，鎖銷與活動(dòng)橫梁的接觸面處需淬火處理（見圖2）。下面，本文依托北車集團(tuán)60MN落料油壓機(jī)項(xiàng)目，對(duì)活動(dòng)橫梁鎖緊裝置進(jìn)行計(jì)算分析。

鎖銷受壓工作時(shí)，對(duì)鎖銷的剪應(yīng)力和面壓進(jìn)行簡(jiǎn)單校核計(jì)算符合強(qiáng)度要求。

鎖銷伸出工作時(shí)，在壓力的作用下將產(chǎn)生一個(gè)彎曲變形，其數(shù)學(xué)模型是一個(gè)懸臂梁，梁的截面為圓形，其中。[2]

預(yù)對(duì)鎖銷進(jìn)行安全計(jì)算，需分析以下數(shù)據(jù)：

M=F×l 式1

式2

式3

式中：W-抗彎截面系數(shù)（■d3）（mm3）；M-桿系最大彎矩（N.M）；Jz-截面的慣性矩（■d4）（mm4）；E-彈性模量2.1×105（MPa）；f為受壓部位的彎曲變形量（mm）；？滓max為綜合應(yīng)力（MPa）

帶入真實(shí)的數(shù)據(jù)，可得出鎖銷的設(shè)計(jì)是合理的、安全的。

3 液壓驅(qū)動(dòng)式鎖緊裝置的控制回路

液壓驅(qū)動(dòng)式鎖緊裝置的液壓控制回路經(jīng)歷了三種控制方式的轉(zhuǎn)變。[3]

最初始的控制采用方式1形式的回路。控制閥組為普通的二位四通換向閥。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是在大多數(shù)的時(shí)間內(nèi)鎖緊裝置處于打開狀態(tài)，換向閥一直處在左位，鎖緊缸的活塞桿一直處于被壓靠狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)橫梁與鎖緊裝置的干涉現(xiàn)象。這種方法會(huì)導(dǎo)致液壓泵（蓄能器）至液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的管路（泵與閥體間管路l1+閥體與缸體之間管路l2）一直處于高壓狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間的高壓會(huì)導(dǎo)致液壓管道的泄漏、密封元件壽命的縮短，增加用戶的使用維護(hù)成本。

上世紀(jì)90年代后，方式1的弊端逐步被大家所共識(shí)，由此出現(xiàn)了方式2的控制思想。方式2則采用“O”機(jī)能的三位四通雙電磁鐵換向閥為控制閥組。這種控制方案的特點(diǎn)是：無論是鎖緊動(dòng)作還是打開動(dòng)作，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在完成動(dòng)作后控制閥都要回到中位，此時(shí)，液壓泵（蓄能器）至控制閥組之間的管道內(nèi)無高壓油，在很大程度上避免了管路l1段的泄露危險(xiǎn)。此時(shí)由于閥組的“A”、“B”口都處于關(guān)閉狀態(tài)，液壓缸存在憋壓狀態(tài)，能保證插銷處于靜止?fàn)顟B(tài)。

本世紀(jì)初期，隨著此種機(jī)構(gòu)在鍛造壓機(jī)上的大范圍使用，l2段因震動(dòng)而發(fā)生泄露檢修的頻率越來越高，為了解決上述問題，出現(xiàn)了方式3的控制方法。新的控制方式充分考慮了活動(dòng)橫梁鎖緊后插銷與活動(dòng)橫梁結(jié)合面之間的摩擦力，這種摩擦力隨著活動(dòng)部分重量的增加而增加，我們可以認(rèn)為正是由于摩擦力的存在，插銷在鎖緊時(shí)不會(huì)發(fā)生其它的運(yùn)動(dòng)。方式3采用“Y”機(jī)能的三位四通換向閥作為控制閥組。鎖銷靜止時(shí)，換向閥處于中位，此時(shí)閥的A、B口與T口相通，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的塞腔和桿腔都處于無壓狀態(tài)，此時(shí)，即使接頭發(fā)生松動(dòng)也不會(huì)噴射出高壓油，避免了事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了三種液壓機(jī)活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置，并比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍，著重介紹了用于重型鍛造壓機(jī)上的液壓驅(qū)動(dòng)式鎖緊裝置的本體和液壓回路，為今后液壓機(jī)活動(dòng)橫梁安全保護(hù)裝置的選取作出了闡述和建議。

參考文獻(xiàn)

[1]俞新陸.液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京機(jī)械工業(yè)出版社.2006.

[2]劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，2004.

[3]郝鐵文.50MN油壓機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì).一重技術(shù).2012.（2）.