L4S2400—MB机械压力机平衡缸设计

陈振宇

摘 要：平衡缸的主要作用是平衡滑块、连杆及上模的重量，避免压力机在运行时，主传动各运动部件间产生冲击和磨损，可以有效提高滑块的运行精度，是机械压力机极为重要的辅助部件之一。本文主要介绍了机械压力机用平衡缸的结构、作用及其设计、计算的过程和方法。经现场实践检验证明，该设计计算方法稳定可靠，可直接用于指导生产。

关键词：机械压力机；平衡缸；设计；计算

中图分类号：TG315 文献标志码：A

平衡缸是机械压力机不可或缺的部件之一，其主要作用是平衡连杆、导柱、滑块及上模等部件的重量，避免和消除飞轮负荷的骤然提高，改善制动器的工作条件，并减少其发热，提高压力机的灵敏度和可靠性。同时能防止制动器失效或连杆突然断裂，而导致的滑块坠落。并能有效减少压力机运行过程中，主传动运动部件间的冲击和磨损，保证滑块的运行精度。

平衡缸主要由气缸、活塞、活塞杆、活塞杆润滑部件及平衡缸支架几个部分组成。拉杆通过下部的平衡缸支架与滑块相连，气缸与上梁底部相连接。工作时，增压空气由气缸下部的通气口进入，推动活塞，平衡滑块等部件的重量。并通过平衡缸气罐减少运动过程中的气压波动情况。

1 平衡缸机械本体计算

平衡缸本体设计的要点，首先是确定气压大小（p）、气缸内径（d）及气缸个数（n）。然后根据机械压力机各项参数，确定气缸长度（L）。平衡缸活塞杆长度，则需要根据上梁把合位置和滑块平衡缸支架位置综合考虑。因本项目用户提供的工厂气源压力为0.6MPa，所以暂定其为压力机最大工作压力。在此压力的基础上进行计算。

1.1 平衡缸能力确定

平衡缸的平衡能力F，由滑块部分重量（包括滑块本体、支点部分、减速机及电机调整驱动部分、脱模部分、调整指示装置、自动同步机及、配管、操作油、模具接线板等接触滑块的所有重量），连杆部分重量（包括连杆、销轴、轴瓦、半瓦和导柱重量），以及最大上模重量全部相加并乘以系数。一般机械压力机系数取1.1即可。

根据L4S-2400机械压力机设计参数可查得，滑块部分重量为68690kg，连杆部分重量为20760kg，最大上模重量为25000kg。所以该项目平衡缸的平衡能力为125895kg。

1.2 气缸内径及长度计算

平衡缸气缸内径计算可按下式：

若采用左右两个平衡缸式的设计，由于受压面积较小，平衡缸气源需要进行增压处理。又因为立柱间安装空间足够，可以采用4个平衡缸，即n=4。将相关数据代入公式，可得d=809mm。根据密封件标准尺寸，缸体内径采用850mm。

平衡缸气缸长度（L）由滑块行程、装模高度调整量、活塞厚度、气缸底盖厚度以及运行余量相加。根據相关技术参数可得L=2155mm。

1.3 平衡缸进气口管径计算

气缸进气口大小是平衡缸设计中重要环节之一，若进气口太小，气体流动速度不足，会造成运动过程中气缸充气困难，影响正常工作；若进气口太大，则需要选择过大的进气管路，不仅造成浪费，而且占用太大的安装控件。

要核算气缸进气口大小，首先要计算管路内气体流速，公式如下所示。

Q'=Aυ/a

式中：Q'—管路内气体流速（m/s）；A—平衡缸受压面积（cm2）；υ—滑块速度（m/s）；a—管路断面积（cm2）。

在设计时要注意，管路内气体流动速度必须小于许用流速，故该部分设计需要进行多次计算对比方可选出最合适的口径。不同尺寸管路的许用流速对照见表1。

根据L4S-2400机械压力机参数计算对比，可知当管路为6''时Q'=49，在许用范围之内。根据管路标准选择气缸入气口外径为168mm。

2 平衡缸图表绘制

为指导安装现场对平衡缸气压的调试工作，在设计时需绘制平衡缸图表，以表明安装不同上模重量时，平衡缸气压的大小。一般来说，平衡缸图表分为调试时和运行时两种状态。同等上模重量下，运行时平衡缸气压较调试时高0.05MPa。

将计算平衡缸内径公式反推，即可计算出给定的平衡缸平衡能力时，平衡缸所需气压大小。根据计算可得当上模重量为0时，平衡缸气压为0.4MPa，则相应运行时气压为0.45MPa。当采用最大上模重量时，平衡缸气压为0.51MPa，则相应运行时气压为0.56MPa。将数据绘制成图表，如图1所示。此表可指导现场调试，但最终用于生产的平衡缸图表仍需以现场安装调试时的实际压力为准。

3 平衡缸结构设计

3.1 安装形式

由于机械压力机运动时震动较大，为防止平衡缸脱落造成意外，将传统的悬挂式平衡缸安装方式，改变为从上梁侧面插入式安装。但是由于客户要求压力机周围进行全封闭，在安装结束后平衡缸无法再从侧面拆卸，故将平衡缸与上梁的把合盖设计成长扁式外形。在因维护或更换密封件而需要拆卸时，将平衡缸旋转90°后，便可顺利从上梁底板空隙中抽出。这种形式的平衡缸虽然在维护时稍有不便，但安装极为便捷，也极大地提高了生产现场的安全性。

平衡缸活塞杆部分与平衡缸支架的连接方式为分体式连接，可随时拆卸拉杆上连接的螺母，很方便地将平衡缸与滑块部分分离。这种设计便于在不拆滑块的前提下，维护平衡缸。

3.2 拉杆润滑部分

根据以往客户反馈，存在压力机运动时活塞杆发生拉研现象，导致活塞杆损坏。经分析，极大可能是由于压力机行程次数较大，滑块运行速度较快，而压力机活塞杆处润滑不足所导致的，所以活塞杆与气缸铜套之间发生干摩擦，造成活塞杆研伤。故气缸与拉杆摩擦部分采用强制润滑措施。直接在该处注入润滑油，并采用耐磨铜套防止拉杆研伤。经现场反馈，此种强制润滑设计方式合理，活塞杆运行良好。

结语

经校核，上述计算均可用于生产，且已交付用户使用。根据用户反馈，平衡缸运转良好，且安装、维护便捷。

参考文献

[1]王建新.小松式压力机气动系统的设计计算[J].一重技术，1998（2）：1-4.

[2]何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1987.