一种折弯机行程可调油缸的优化设计

陈 丽，任小鸿

(1.泸州华西机械有限责任公司，四川 泸州 646300；2.四川化工职业技术学院机械工程系，四川 泸州 646005)

一种折弯机行程可调油缸的优化设计

陈 丽1，任小鸿2

(1.泸州华西机械有限责任公司，四川 泸州 646300；2.四川化工职业技术学院机械工程系，四川 泸州 646005)

针对某液压折弯机执行机构在运动功能方面的需要，在吸收传统折弯机油缸的行程调节方式的基础上，设计出一种新型液压缸，主要采用蜗杆蜗轮机构及梯形螺纹传动的工作原理，实现液压缸行程可调，利用单片机技术或PLC技术，实现液压折弯机的行程自动精确调节。该液压缸的结构简单、行程调节相当方便，在实践过程中使用效果较好，特别适合于要求行程可调的液压装备。

液压折弯机；行程可调；油缸

0 前言

液压折弯机是一种能对薄板进行折弯成型的装备，主要用于生产各类覆盖件(如汽车外形)。通过更换折弯机模具，可以满足各种形状的加工需求。在实际成型过程中，要求根据成型深度的需要改变折弯机的行程。改变折弯机的行程即改变液压缸行程，液压缸(油缸)作为液压折弯机中的执行件，通常有两种方式改变液压缸的运动行程。一是控制采用液压控制阀调节液压缸的行程，该液压系统相对复杂，并且控制的效果不好，因为在换向过程中有一个滞后性，加工出来的产品并不能符合要求；二是对液压缸的活塞杆进行机械限位。由于采用机械限位的活塞杆手动控制和自动控制都难实现行程的精确调节。因此，本文通过丝杆螺母机构对液压缸活塞杆的运动长度进行调节，通过蜗杆蜗轮机构与电机连接，并通过单片机或PLC技术来改变液压缸的行程，具有行程调节简便、精确度高、维修方便等优点。

1 油缸结构与原理

1.1 油缸的结构

某折弯机液压缸的结构示意图如图1所示。液压缸主要包括导向套、缸筒体、活塞杆、调节杆、调节螺栓 、缸头、卡簧、平面轴承、蜗轮等零件组成，活塞杆内部设置为一沉孔，内设置有调节杆，并将调节丝杆安装在调节杆上，调节丝杆的外圆采用梯形螺纹与活塞杆内孔形成螺纹副，中间通过键与调节杆进行联接，与调节杆保持同步运动，在调节丝杆右侧设有一卡簧，可有效防止调节丝杆超行程运动；调节杆右端通过键与蜗轮联接，并在蜗轮与缸头间采用一平面轴承，有效避免蜗轮转动时与缸头间的摩擦。

1.导向套 2.缸筒体 3.活塞杆 4.调节杆 5.调节丝杆 6.缸头 7.卡簧 8.平面轴承 9.蜗轮图1 液压缸结构示意图Fig.1 Schematic diagram of hydraulic cylinder structure

图2 调节杆Fig.2 Adjustable lever

1.2 油缸行程调节原理

图1所示为液压缸最大行程,此时液压缸左行程的终点限位端面为图2调节杆限位A面,右行程的终点限位为活塞杆的右端面[1],当工作需要调节行程时，由折弯机的电器控制系统(由单片机或PLC构成的控制系统)发出调节行程的指令，带动蜗杆蜗轮机构的电机开始运转，从而带动蜗轮旋转，由于蜗轮是固定在调节杆上的，因此调节杆开始旋转，带动了调节杆上的丝杆旋转(螺杆与调节杆是通过键进行传动)，丝杆旋转后，由于活塞杆上的螺母是固定的，从而带丝杆做直线运动，丝杆在调节杆上的位置发生变化，随着旋转后，丝杆的左端面往相应的方向移动，与调节杆的限位A面间距离发生变化，当液压缸运动时，进油口的油通过设在丝杆上的孔进入活塞杆的内部，与活塞杆的左端面一起往左运动，运动到调节丝杆的左端面与调节杆的限位面A面(如图2)重合，完成了一次行程。

2 液压缸设计特点

该折弯机液压缸的基本参数：工作压力20 MPa,缸径φ280 mm，杆径φ260 mm，最大行程250 mm,行程可调为0～130 mm,缸体的外形要求为方形，根据相关公式可计算出其工作推力为1 004 kN。

在液压缸设计过程中，需要对主要的受力零件活塞杆和调节杆进行校核，对于活塞杆经过核算完全能满足要求，但对于调节杆，由于其受力时产生变形。因此，本文主要采用solidworks软件对其进行应力分析与应变分析，结果如图2、3所示，根据受力情况，调节杆的应力集中点在限位面与外圆相结处，调节丝杆的设计完全能满足使用的要求。

图3 应力分析图Fig.3 Stress analysis diagram

图4 应变分析图Fig.4 Strain analysis diagram

该液压缸设计特点：

(1)在蜗轮与缸头右端面间装一平面轴承，其作用是减少或降低蜗轮在旋转过程由于偏载产生的与缸头间的摩擦，使行程调节更加自如；

(2)丝杆的设计。由于普通螺纹在传递运动的过程中易产生卡滞现象，改变传统的普通螺纹, 采用梯形螺纹的结构有利用将旋转运动改变为直线运动。

(3)在调节杆设置了卡簧。丝杆在调节到右极限点时，与缸头易产生碰撞，卡簧的设置有效地减少和降低了这种碰撞产生的可能。

3 使用中应注意的问题

(1)该液压缸是用机械限位的方法来调整行程,在结构设计中,无法采用节流孔、节流槽等缓冲机构,因此存在一定的液压换向冲击；因此，应采取相应防止措施[3]。在使用过程中，采用回油节流调速回路，节流阀使液压缸回油腔形成了一定的背压,因而它能承受一定的负值负载,提高了缸的速度平稳性；

(2)该机构对于调节杆及调节丝杆的要求较高，特别是其限位面的碰撞造成的疲劳破坏，易在使用过程中产生应力。同时对调节杆与调节丝杆表面进行表面氮化处理，强化其抗冲击作用，提高其耐磨性，在使用过程中要注意记录使用频率，使用时要注意观察，必要时要进行拆装保养。

4 结论

该液压缸采用丝杆螺母副结构进行行程调

节，操作灵活自如; 轴向尺寸相对较短,特别适合于轴向尺寸受限制的场合[2]; 采用了蜗轮传动及丝杆螺母传动，行程调节范围大,行程可以从零起调;通过在某折弯机上的试用，调节的精度比同类产品的提高近2倍，且产品适长期工作。

[1] 王钦明,余心宏,马凌微. 三梁四柱型液压机有限元模态分析及结构改进[J]. 重型机械,2014(01):75-80.

[2] 侯晓望,童水光. 基于有限元分析的液压机结构优化[J]. 重型机械,2005(04):46-48.

[3] 董晓娟,权晓惠,张立波. 挤压机的液压控制系统[J]. 重型机械,2012(03):82-85.

[4] 成先飚,张建华,郭晓锋. 国内大型自由锻造液压机的技术特点[J]. 重型机械,2012(03):121-124.

[5] 吕少力. 一种行程可调的液压缸的结构设计[J]. 液压与气动,2007(11):29-30.

[6] 韩振宇. 一种新型的可调行程液压缸[J]. 液压与气动,2000(06):33.

[7] 姚 静. 锻造油压机液压控制系统的关键技术研究[D].燕山大学,2009.

[8] 李远明,冀俊杰,马立峰,等. 新一代液压滚切剪技术的研究及应用[J]. 重型机械,2010(03):8-10.

[9] 朱乃燔. 国内外折弯机技术的最新发展[J]. 锻压机械,1995(06):9-13.

[10]赵新春,雷鹏,李英芬. 挤管机液压系统的伺服泵故障分析[J]. 重型机械,2013(04):76-78.

[11]顾忠新,胡智明. 基于ANSYS折弯机机架的有限元分析[J]. 锻压装备与制造技术,2014(01):26-28.

[12]李永堂,雷步芳,朱元乾. 液压锤闭式液压系统的数字仿真[J]. 重型机械,1989(02):34-41.

[13]管成. 液压机的机械-液压复合式节能液压系统的研究及应用[D].浙江大学,2002.

[14]李亚丽. 全液压伞钻结构及液压系统设计研究[D].中国矿业大学,2014.

[15]崖华青. 一种曲轴精密校直液压机的液压系统设计[J]. 锻压装备与制造技术,2013(01):52-54.

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

陈丽(1975-)，女，重庆人， 工程师, 主要从事液压元件及系统的研制。

TM571

A

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