新型薄板扣压机优势多

◎ 李敏 陈学仁 孙玉岗 肖亚北 杨洋｜文

通过对传统薄板扣压机工作原理和工况的分析，介绍了一种新型薄板扣压机及其液压系统的设计特点，指出其与传统液压机相比，具备多种优势。

针对传统液压机容易产生高速冲击力，从而导致薄板工件在扣压过程中无法满足客户要求的精度这一问题，广东冠邦科技有限公司设计开发了一种采用增压技术的新型扣压机。该机的特点是：（1）利用液压增压器产生的超高压直接作用于主油缸做功，因增压器具有输出压力大、运行动作平稳的优点，符合扣压工况，从而可实现对薄板工件的平稳扣压，大幅提高工件的成材率。（2）整机采用套筒拉杆结构，在薄板工件扣压时，整机四立柱受力均匀，增加机器寿命；采用液压超高压控制使其结构更加紧凑，减小占地面积。（3）利用精准行程定位，对工作行程进行功能区域划分，从而提高电机的使用效率，降低了能源消耗。（4）设备采用压力控制和工作位置控制双重保护装置确保了超高压系统的安全控制，从而确保了设备的安全性。

新型150T超高压扣压机工作原理

图1为液压原理图。

1.液压原理

1油箱 2空气滤清器 3液位控制继电器 4液位液温计 5吸油过滤器6回油过滤器 7机泵组8冷却器 9电磁溢流阀10过滤器 11压力表开关12耐震压力表 13单向阀 14电液换向阀 15液控单向阀 16电接点压力表 17压力继电器 18增压器 19溢流阀 20 超高压电磁换向阀 21蓄能器 22电磁换向阀 23 节流阀 24单向阀（注：行程开关S1为起始位，S2为工作位，S3为高压保护位）

2.工作原理

启动：按下泵启动按钮，电磁溢流阀1YA先通电2s，机泵组的电机再通电，泵不带载荷启动，延时5s之后，电磁溢流阀1YA先断电，系统升压，同时蓄能器处在充压状态。检测起始位行程开关S1，如无信号则2YA通电，油缸和增压器活塞上升待S1开关发讯，2YA断电。

压制：按下工作压下按钮，如机器光栅信号正常则3YA、4YA、5YA通电，油缸快速压下待系统压力在控制器设定值SP1发讯，6YA通电，增压器开始增压压下；当压力到压力控制器设定值SP2时发讯并检测S3发讯。此时处于高压压制状态，延时保压0.5S后3YA断电，延时20MS后4YA断电释放压力。2YA通电、5YA、6YA断电，油缸回程，检测S2工作位发讯，2YA断电，油缸停止回程。等待下一次工作命令循环。

保护：由于本设备为三梁四柱式结构压力机，工作区域敞开，比较开阔。为避免操作者由于麻痹大意引起的安全事故，特设定一光电感应保护开关。只要该光电感应开关得信号（即操作者进入危险高压区域）设备立即切换到急停状态，终止本设备一切电信号停止设备运行，从而保护操作工人。

系统参数确定

1.主油缸

缸径：200mm；杆径：160mm

行程：100mm；系统压力Px：11MPa

2.油缸150T时的工作压力

Pg= F/A =150000/0.785×202=47.77(MPa)

F：压力机的公称压力，单位kg

A：油缸的面积，单位cm2

Pg：工作压力，单位MPa

3.增压器增压比

Pg：工作压力，MPa；Px：系统压力，MPa

整合数据，选择增压器增压比I为：I=5：1

4.选择油缸额定工作压力

工厂要求油缸快进速度Vk：30mm/s，油缸工进速度Vg：4mm/s，选择油缸额定工作压力63MPa。

5.泵选择

油缸最大速度时的流量：A×Vk=56.52(L/min)

泵：V42C2R；排量q：42mL/r； 额定工作压力Pbe：1.5-14MPa。

6.电机选择

采用四级电机。

泵最大输入功率（Nbs）：

Nbs=Px×Qbs=11×42×1500/60×1000=11.55(kW)

Qbs：泵输出最大流量（L/min），Qbs=q×n

Q：泵排量，42mL/r；

N：电机转速，1500r/min

按泵输入功率的65%选择电机，则：

Nd≥Nbs×65%=7.5（kW）

选电机：Y132M-4，功率：7.5kW，转速：1440r/min，额定电流：7A

7.校核

系统流量（Qx）：

Qx=q×n=42×1440/1000=60.48(L/min)

Q：泵排量（mL/r）；N：电机转速（r/min）

泵输入功率：Qx×Px=60.48×11/60=11.088(kW)

Px：系统压力，MPa

电机功率占最大功率的百分比：7.8/11.088×100%=67.6%

油缸快进速度Vk(mm/s)，考虑系统溢流和内泄，一般按系统流量的95%计算，则：

Vk＞30(mm/s)

即：快进速度满足设计要求。

油缸工进速度Vk，考虑系统溢流和内泄，一般按系统流量的95%计算，则：

Vk＞4(mm/s)

即：工进速度也满足设计要求。

8.增压器设计

采用单行程增压形式，高压腔活塞直径和系统腔活塞直径分别为：180mm，80mm

增压比：I=A1/A2=5.0625

假定工进距离Lg：8mm，假定增压完成时，主油缸在最大行程位置，则在不考虑油压缩的情况下，所需增压器输出的流量Q1：

Q1=A×Lg=0.251(L)

油缸无杆腔的油在50MPa压力作用下，总压缩量Q2(假定从0MPa压缩到50MPa，δP=50MPa)：

Q2=Δp×A×L/E=0.174(L)

L：主油缸行程，100mm；E：液压油弹性模量，取E=900MPa

增压器需要输出的总流量Qz：

Qz=Q1+Q2=0.251+0.174=0.425(L)

单向增压器的有效行程Lzy：

Az：增压器高压腔活塞面积

考虑泄露等原因，取增压器有效行程为：100mm

增压器大小腔活塞直径分别为：180mm，80mm，有效行程：100mm

9.油箱有效容积

按泵流量的5倍[5×60.48=300(L)]计算，取油箱有效容积为：300L，油箱外形尺寸：800×800×500(mm)3。

10.高压管通径及壁厚计算

采用20#普通无缝钢管，其抗拉强度σb为：

σb≥410MPa

σp=σb/n=410/4=102.5(MPa)

δ≥（p×d）/（2×σp）=4.39（mm）

σp：许用应力，MPa；δ：管子壁厚，mm；N：安全系数，当p≥17.5MPa时，n=4；D：管子内径，d=18 mm；P：工作压力，p =50MPa；取δ=5mm，即采用φ28×5的无缝钢管。

结束语

新型150T超高压扣压机不但解决了传统液压机冲击大的问题，而且使整个设备更加紧凑、操作也更简单方便。该设备已经投入生产一年，达到合同要求的技术指标，满足了用户的使用要求。本设计对超高压、短行程工况的液压机具有一定的参考价值。