一種折彎?rùn)C(jī)行程可調(diào)油缸的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 麗，任小鴻

(1.瀘州華西機(jī)械有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646300；2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川 瀘州 646005)

一種折彎?rùn)C(jī)行程可調(diào)油缸的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 麗1，任小鴻2

(1.瀘州華西機(jī)械有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646300；2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川 瀘州 646005)

針對(duì)某液壓折彎?rùn)C(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)功能方面的需要，在吸收傳統(tǒng)折彎?rùn)C(jī)油缸的行程調(diào)節(jié)方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種新型液壓缸，主要采用蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)及梯形螺紋傳動(dòng)的工作原理，實(shí)現(xiàn)液壓缸行程可調(diào)，利用單片機(jī)技術(shù)或PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)液壓折彎?rùn)C(jī)的行程自動(dòng)精確調(diào)節(jié)。該液壓缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行程調(diào)節(jié)相當(dāng)方便，在實(shí)踐過(guò)程中使用效果較好，特別適合于要求行程可調(diào)的液壓裝備。

液壓折彎?rùn)C(jī)；行程可調(diào)；油缸

0 前言

液壓折彎?rùn)C(jī)是一種能對(duì)薄板進(jìn)行折彎成型的裝備，主要用于生產(chǎn)各類(lèi)覆蓋件(如汽車(chē)外形)。通過(guò)更換折彎?rùn)C(jī)模具，可以滿足各種形狀的加工需求。在實(shí)際成型過(guò)程中，要求根據(jù)成型深度的需要改變折彎?rùn)C(jī)的行程。改變折彎?rùn)C(jī)的行程即改變液壓缸行程，液壓缸(油缸)作為液壓折彎?rùn)C(jī)中的執(zhí)行件，通常有兩種方式改變液壓缸的運(yùn)動(dòng)行程。一是控制采用液壓控制閥調(diào)節(jié)液壓缸的行程，該液壓系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，并且控制的效果不好，因?yàn)樵趽Q向過(guò)程中有一個(gè)滯后性，加工出來(lái)的產(chǎn)品并不能符合要求；二是對(duì)液壓缸的活塞桿進(jìn)行機(jī)械限位。由于采用機(jī)械限位的活塞桿手動(dòng)控制和自動(dòng)控制都難實(shí)現(xiàn)行程的精確調(diào)節(jié)。因此，本文通過(guò)絲桿螺母機(jī)構(gòu)對(duì)液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)與電機(jī)連接，并通過(guò)單片機(jī)或PLC技術(shù)來(lái)改變液壓缸的行程，具有行程調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、精確度高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 油缸結(jié)構(gòu)與原理

1.1 油缸的結(jié)構(gòu)

某折彎?rùn)C(jī)液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。液壓缸主要包括導(dǎo)向套、缸筒體、活塞桿、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)螺栓 、缸頭、卡簧、平面軸承、蝸輪等零件組成，活塞桿內(nèi)部設(shè)置為一沉孔，內(nèi)設(shè)置有調(diào)節(jié)桿，并將調(diào)節(jié)絲桿安裝在調(diào)節(jié)桿上，調(diào)節(jié)絲桿的外圓采用梯形螺紋與活塞桿內(nèi)孔形成螺紋副，中間通過(guò)鍵與調(diào)節(jié)桿進(jìn)行聯(lián)接，與調(diào)節(jié)桿保持同步運(yùn)動(dòng)，在調(diào)節(jié)絲桿右側(cè)設(shè)有一卡簧，可有效防止調(diào)節(jié)絲桿超行程運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)桿右端通過(guò)鍵與蝸輪聯(lián)接，并在蝸輪與缸頭間采用一平面軸承，有效避免蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與缸頭間的摩擦。

1.導(dǎo)向套 2.缸筒體 3.活塞桿 4.調(diào)節(jié)桿 5.調(diào)節(jié)絲桿 6.缸頭 7.卡簧 8.平面軸承 9.蝸輪圖1 液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of hydraulic cylinder structure

圖2 調(diào)節(jié)桿Fig.2 Adjustable lever

1.2 油缸行程調(diào)節(jié)原理

圖1所示為液壓缸最大行程,此時(shí)液壓缸左行程的終點(diǎn)限位端面為圖2調(diào)節(jié)桿限位A面,右行程的終點(diǎn)限位為活塞桿的右端面[1],當(dāng)工作需要調(diào)節(jié)行程時(shí)，由折彎?rùn)C(jī)的電器控制系統(tǒng)(由單片機(jī)或PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng))發(fā)出調(diào)節(jié)行程的指令，帶動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)的電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，由于蝸輪是固定在調(diào)節(jié)桿上的，因此調(diào)節(jié)桿開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)了調(diào)節(jié)桿上的絲桿旋轉(zhuǎn)(螺桿與調(diào)節(jié)桿是通過(guò)鍵進(jìn)行傳動(dòng))，絲桿旋轉(zhuǎn)后，由于活塞桿上的螺母是固定的，從而帶絲桿做直線運(yùn)動(dòng)，絲桿在調(diào)節(jié)桿上的位置發(fā)生變化，隨著旋轉(zhuǎn)后，絲桿的左端面往相應(yīng)的方向移動(dòng)，與調(diào)節(jié)桿的限位A面間距離發(fā)生變化，當(dāng)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)油口的油通過(guò)設(shè)在絲桿上的孔進(jìn)入活塞桿的內(nèi)部，與活塞桿的左端面一起往左運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到調(diào)節(jié)絲桿的左端面與調(diào)節(jié)桿的限位面A面(如圖2)重合，完成了一次行程。

2 液壓缸設(shè)計(jì)特點(diǎn)

該折彎?rùn)C(jī)液壓缸的基本參數(shù)：工作壓力20 MPa,缸徑φ280 mm，桿徑φ260 mm，最大行程250 mm,行程可調(diào)為0～130 mm,缸體的外形要求為方形，根據(jù)相關(guān)公式可計(jì)算出其工作推力為1 004 kN。

在液壓缸設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)主要的受力零件活塞桿和調(diào)節(jié)桿進(jìn)行校核，對(duì)于活塞桿經(jīng)過(guò)核算完全能滿足要求，但對(duì)于調(diào)節(jié)桿，由于其受力時(shí)產(chǎn)生變形。因此，本文主要采用solidworks軟件對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析與應(yīng)變分析，結(jié)果如圖2、3所示，根據(jù)受力情況，調(diào)節(jié)桿的應(yīng)力集中點(diǎn)在限位面與外圓相結(jié)處，調(diào)節(jié)絲桿的設(shè)計(jì)完全能滿足使用的要求。

圖3 應(yīng)力分析圖Fig.3 Stress analysis diagram

圖4 應(yīng)變分析圖Fig.4 Strain analysis diagram

該液壓缸設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

(1)在蝸輪與缸頭右端面間裝一平面軸承，其作用是減少或降低蝸輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程由于偏載產(chǎn)生的與缸頭間的摩擦，使行程調(diào)節(jié)更加自如；

(2)絲桿的設(shè)計(jì)。由于普通螺紋在傳遞運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中易產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象，改變傳統(tǒng)的普通螺紋, 采用梯形螺紋的結(jié)構(gòu)有利用將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。

(3)在調(diào)節(jié)桿設(shè)置了卡簧。絲桿在調(diào)節(jié)到右極限點(diǎn)時(shí)，與缸頭易產(chǎn)生碰撞，卡簧的設(shè)置有效地減少和降低了這種碰撞產(chǎn)生的可能。

3 使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

(1)該液壓缸是用機(jī)械限位的方法來(lái)調(diào)整行程,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,無(wú)法采用節(jié)流孔、節(jié)流槽等緩沖機(jī)構(gòu),因此存在一定的液壓換向沖擊；因此，應(yīng)采取相應(yīng)防止措施[3]。在使用過(guò)程中，采用回油節(jié)流調(diào)速回路，節(jié)流閥使液壓缸回油腔形成了一定的背壓,因而它能承受一定的負(fù)值負(fù)載,提高了缸的速度平穩(wěn)性；

(2)該機(jī)構(gòu)對(duì)于調(diào)節(jié)桿及調(diào)節(jié)絲桿的要求較高，特別是其限位面的碰撞造成的疲勞破壞，易在使用過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力。同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)桿與調(diào)節(jié)絲桿表面進(jìn)行表面氮化處理，強(qiáng)化其抗沖擊作用，提高其耐磨性，在使用過(guò)程中要注意記錄使用頻率，使用時(shí)要注意觀察，必要時(shí)要進(jìn)行拆裝保養(yǎng)。

4 結(jié)論

該液壓缸采用絲桿螺母副結(jié)構(gòu)進(jìn)行行程調(diào)

節(jié)，操作靈活自如; 軸向尺寸相對(duì)較短,特別適合于軸向尺寸受限制的場(chǎng)合[2]; 采用了蝸輪傳動(dòng)及絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)，行程調(diào)節(jié)范圍大,行程可以從零起調(diào);通過(guò)在某折彎?rùn)C(jī)上的試用，調(diào)節(jié)的精度比同類(lèi)產(chǎn)品的提高近2倍，且產(chǎn)品適長(zhǎng)期工作。

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Optimization design of a stroke adjustable oil cylinder for bending machine

CHEN Li1，REN Xiao-hong2

(1.Luzhou Huaxi Machinery Co., Ltd., Luzhou 646300, China;2.Department of Mechanical engineering , Sichuan Vocational College of Chemical Technology, Luzhou 646005, China)

For a hydraulic press brake actuators in motor function need, based on stroke adjustment mode of traditional bending machine, a new type of hydraulic cylinder is designed. Stroke adjustable of hydraulic cylinder is completed based on working principle of worm and worm gear mechanism and trapezoidal screw threads transmission. Motion stroke hydraulic bending machine is adjusted automatically through using single chip microcomputer technology or PLC technology. The hydraulic cylinder structure is simple and adjustment easy, it is better to use in practice, especially suitable for requirement schedule adjustable hydraulic equipment.

hydraulic bending machine; stroke adjustable; oil cylinder

2015-05-28；

2015-08-10

陳麗(1975-)，女，重慶人， 工程師, 主要從事液壓元件及系統(tǒng)的研制。

TM571

A

1001-196X(2016)02-0083-03