液压机工作机构的改造

液压机工作机构的改造

0生产线所需时间y32系列双弹簧机已经安装在一家工厂，其主要技术如下。公称力:3150kN滑块行程:800mm开口高度:1250mm工作台有效面积:1120mm×1120mm滑块快降速度:>100mm/s滑块工作速度:5～12mm/s滑块回程速度:60mm/s机器总功率:22kW前段时期该厂进行了技术改造,拟将该液压机作为生产线中的一台设备,所被允许的工作循环时间比原来的要缩短10s。为了满足生产线工作节拍的要求,本着充分利用原有压机、尽量少更换零部件、改造周期短、节约成本的原则,我们对该压机进行了改造。1液压系统参数调整方案由于压机工作循环时间的缩短,这就使得压机工作机构(滑块或顶出器)的运动速度必须要增大。已知工作机构的运动速度v=q/A,所以可以通过增加流量q或减小油缸面积A来达到运动速度的提高。为了使改动尽可能少地牵涉到现有的零部件,经过研究计算,决定采用如下方案:压制速度仍保持在5～12mm/s(因为所压制的工件未变),而将原压机滑块的快降速度和回程速度增大;由于该厂所生产工件的压制工艺基本不需要顶出器动作,因此顶出器速度不作改动;另外,由于压机的吨位、几何参数没有变,主机尽可能地不作变动。此方案的好处在于:虽然滑块速度的提高必然涉及到液压系统的改动,但改动量较小,只需要更换一个主油缸,而液压泵站基本上不需变动。这是因为:滑块回程速度的提高可以在不增加泵流量的前提下通过加粗活塞杆直径即可得到;而滑块的快降一般是依靠其自重下落,当滑块快降时,泵的流量远远满足不了主油缸上腔的需要,主油缸上腔形成负压,于是充液箱中的油液顶开充液阀补充到主油缸上腔,由此可见快降速度与泵的流量基本无关,其大小与运动部件(滑块、油缸活塞杆、上模等)的重量、行程、摩擦阻力、主油缸下腔排油阻力等因素有关。这样,滑块快降速度和回程速度的提高都可不必去改变泵的流量、规格,另外依靠泵直接供油的压制速度、顶出器速度未变,泵的规格也无须变动。因此原有压机液压系统集成控制块的通径、电动机的功率、油箱的容积等均不需要改动,液压泵站仍可用原来的。液压系统的改动量较小,由此带来的电气控制系统的改动量也较小,这就给设备改造带来了很大的便利。2基于液压论的网络系统计算2.1改造压机滑块的动作循环时间通过以上分析可知,压机工作循环时间要缩短10s,实际上就是滑块的动作循环时间要缩短10s。已知原压机滑块的一个动作循环时间为:t=t快降+t压制+t保压、卸压+t回程=s快降v快降+s压制v压制+t保压、卸压+s回程v回程=720110+8012+3+80060=6.6+6.7+3+13.3=29.6s所以改造后的压机滑块的动作循环时间应为t=19.6s。2.2活塞杆直径计算已知原系统采用的是63YCY14-1B轴向柱塞泵,泵的排量V=63mL/r,电动机的转数n=1500r/min,泵的容积效率ηv=0.95,所以泵的流量为:qp=V·n·ηv=63×10-3×1500×0.95=89.8L/min原主油缸的内径为ϕ400mm、活塞杆直径为ϕ360mm,为了提高回程速度,活塞杆直径必须大于ϕ360mm且小于ϕ400mm。按照GB2348-80有关液压缸活塞杆外径尺寸系列标准以及密封件的配套情况,我们选取活塞杆直径为ϕ380mm,于是改造后的滑块回程速度为:v′回程=4qp×10660⋅π(D2-d2)=4×89.8×10660⋅π(4002-3802)=122mm/s2.3保压、卸压-t改造的快降速度k回程所用时间为:t′回程=s回程v′回程=800122=6.6s所以快降时间只剩下:t′快降=t′-t压制-t保压、卸压-t′回程=19.6-6.7-3-6.6=3.3s改造后的快降速度为:v′快降=7203.3=218mm/s由以上计算可知,回程速度需由原来的60mm/s提高到122mm/s,这可以通过将活塞杆直径由ϕ360mm增大到ϕ380mm而实现;快降速度需由原来的110mm/s提高到218mm/s,以下介绍它的实现过程。3快速设备设计3.1快速缸的结构原理由于该液压机的滑块在下行过程中所受到的摩擦阻力、回油阻力相比于滑块等运动部件的重量而言较大,经实测其快降速度在整个快速行程中平均约为110mm/s,因此使用原来的主油缸是无法实现218mm/s的快速要求的。为此我们设计了快速缸来取代原普通油缸,它的结构原理图如图1。由图中看出,快速缸比普通缸多了一个小油腔C腔,在滑块的快速行程中,我们让泵流量只经过柱塞1中心的孔进入C腔,使活塞2下降,A腔中所需油液经充液阀从充液箱吸入。这样,就可以实现较快的快降速度。C腔面积越小,活塞2以及滑块的下降速度越快(v′快降=4qpπd2c),此时的快降速度取决于泵的流量qp、柱塞1的直径dc,其快降速度可通过泵的供油得到强制性的保证。由上述公式我们可求出小柱塞的直径:dc=√4qpπv′快降=√4×89.8×10660π⋅218=93.5(mm)查有关标准,取dc=90mm。这样,快速缸的3个腔A、B、C腔的直径都已确定,分别为400mm、380mm和90mm。3.2快速缸顶下置式无充液箱的安装由于要取代原有的普通缸,因此所设计的快速缸还要承接原油缸的装配关系,这使得本压机快速缸的结构较有特点:以前采用快速缸的液压机,一般整个系统的油箱是上置式的,快速缸顶部不需要再安装充液箱,而本次改造决定了此快速缸必须在其顶部同时安装充液阀和充液箱;另外原普通缸的缸筒和缸底是通过焊接而成为一个整体的,这就使得缸底外端面有安装充液阀和充液箱的位置,而快速缸的缸底和缸筒无法做成整体式,必须要通过螺栓、螺母紧固联接。这样缸底外端面就没有位置来安装充液箱的螺钉。针对上述矛盾,我们将缸底设计成了“工”字形的结构,如图2所示。这样,就可以较方便地解决了快速缸上需要安装充液箱的问题。4其他零件的重建除了快速缸的设计制造是本次改造的重点外,滑块快降、回程速度的提高还牵涉到以下的改动:(1)需要增加一项性能控制单元快速缸多了1个小油腔,而整个系统的工作压力、流量均未变,因此只须增加1个控制块即可。改造后的液压原理图如图3。(2)快速缸下腔油管通径应增加dg32由于快降速度的增大,造成了快速缸下腔排出油液流量的增加,为了使油液能够顺畅地排回油箱,避免油缸下腔背压过高,影响快降速度,快速缸下腔油管通径需增大,经计算,由原来的Dg25增大到Dg32。(3)充液阀的通径由于快降速度是原快降速度的2倍,所以滑块快降时,充液箱中通过充液阀进入到快速缸上腔的油液流量也是原来的2倍,如果充液阀的通径不够大,则会使油液经过充液阀阀口的流速过快、压力损失过大,严重时会造成油缸上腔吸油不充分或吸空现象。为此我们将充液阀的通径由原来的Dg100增大到Dg125。按说充液箱的容积也要相应地增大,但经过计算,原充液箱容积已是滑块1个快降行程所需油量的4～5倍,当时的设计余量较大,因此充液箱就可不必改动了。(4)电气系统的改革由于整个系统的功率未变,牵涉到电气系统的只是增加了一个电磁换向阀6YA,因此电气系统的改动不大。5提高了生产线及生产线生产率