160 t四柱液压立式压装治具的设计

赵 志， 蒋晓妍

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

0 概述

多功能天车是中国有色(沈阳)冶金机械有限公司的重点产品，主要分为铝电解多功能天车、焙烧天车以及堆垛天车等。铝电解多功能天车主要由大车、工具小车、出铝小车组成。出铝小车包括吊钩滑轮组、行走小车、卷扬装置、活动框架、固定架等部分组成[1]。吊钩滑轮组由移动架、滑轮、轴承、隔套、滑轮轴、轴套等组成，如图1所示。

图1 吊钩滑轮组装配示意图

吊钩滑轮组的装配特点是在四面封闭的移动架中，将一个轴装入两组(四个)滑轮及其相关部件中，需按一轴多件的工艺来设计压装设备。再者，一轴多件压装时，需根据其结构情况采取必要合理的工装及工艺措施才能保证质量及效率。如图1所示，在一个封闭框架内，有四个滑轮，用一个通过八件轴承、七件轴套的轮轴装在框架内而形成的滑轮组。根据其结构及配合性质制定出压装方案。由于其结构形式为一轴多件安装，安装时需将轴套、滑轮依次准确摆放后才能压入。如果选用横装，即图1所示的摆放方式，则无法定位、安装困难。所以选用竖装方式，即将图1左端朝下，右端朝上。将轴套、滑轮依次摆放，利用导向轴使装配件同轴并让其稳定，再装配轮轴。以往滑轮轴装配有两种方法：(1)用锤打入。由于锤击为冲击力，装配过程中受力不均，极易砸伤工件。(2)将滑轮组放入立式框架内，用千斤顶进行压装。但千斤顶行程小，需多次利用调整垫进行调节，费力的同时还增加了安全隐患。很显然这两种方法已不适合现代高效生产，所以设计一台安全、可靠的压装治具来提高效率、保证安全就显得尤为重要了。综上所述，该压装治具需从如下几个方面考虑：(1)采用立式压装满足装配工艺要求。(2)合理的结构及尺寸满足专用、通用结合要求。(3)采用液压传动的方式满足其运动稳定。(4)160 t的额定压力在满足滑轮组压装达到最大过盈量时的所能承受的压力要求。

160 t四柱液压立式压装治具设计的主要特点是定位基础稳定，压装工件不用吊车吊装压，满足了出铝小车吊钩滑轮组的装配要求，有效提高了吊钩滑轮组装配生产效率，保障了产品的装配安全，保证了产品的装配质量。而且给诸多小件压装配合产品提供了方便，降低了大量成本，符合现代化生产高效、高质、低耗的需求。该160 t四柱液压立式压装治具还可用于天车车轮轴、烧结机台车车轮、卷筒轴等件的压装，起到一机多能的作用，如图2所示。

图2 160 t四柱液压立式压装治具结构设计图

1 160 t四柱液压立式压装治具的设计过程

160 t四柱液压立式压装治具主要是参数确定及液压缸等件中主要尺寸的计算，如图3所示。

图3 液压缸的结构设计图

1.1 160 t四柱液压立式压装治具主要参数的确定

压力F=160 t，油缸运行速度V=20 cm/min，行程L=500 mm，使用环境为高压。

1.1.1 液体压力的选择

由于使用环境为高压，故选择液体压力P为200 kg/cm2[2]。

1.1.2 活塞的选择

P=F/A

(1)

式中F—工作压力，kg；

P—液体压力，200 kg/cm2；

A—活塞面积，cm2。

A=πD2/4=0.785D2，故D=(F/0.785P)0.5=(160×103/0.785×200)0.5≈32 cm=320 mm，即活塞直径为320 mm。

1.1.3 油缸流量的选择

Q=A×V×10-3

(2)

式中Q—油缸所需要的流量，L/min；

A—活塞有效面积(cm2)，取A=πD2/4=0.785D2=0.785×322=803.84 cm2；

D—活塞直径(cm)，取D=32 cm；

V—活塞速度(cm/min)，取V=20 cm/min。

代入数据：Q=A×v×10-3=803.84×20×10-3≈16 L/min。

1.1.4 缸筒厚度的选择

δ=PD/200[σ]

(3)

式中δ—壁厚，mm；

P—最大压力(kg/cm2)，取P=200 kg/cm2；

D—内径(mm)，取D=320 mm；

[σ]—材料的许用拉应力，取[σ]=σ/5=12.2 kg/mm2；

σ—材料的最低抗拉强度(kg/mm2)，σ=61 kg/mm2。

代入数据：δ=PD/200[σ]=200×320/(200×12.2)=25.6 mm；取安全系数n=1.5，则选择壁厚为25.6×1.5=38.4 mm，本设计取δ=40 mm，满足要求。

1.1.5 缸底厚度的选择

钢底为平底，如公式(4)所示：

δ≥0.433D(P/[σ])0.5

(4)

式中δ—缸底壁厚，cm；

D—油缸内径(cm)，取D=32 cm；

P—缸内最大油压(kg/cm2)，取P=200 kg/cm2；

[σ]—材料的许用拉应力[3]，[σ]=2 350 kg/cm2。

代入数据：δ≥0.433D(P/[σ])0.5=0.433×32×(200/[2 350])0.5=4 cm=40 mm，选择n=1.25。故δ取=50 mm。本设计选δ=50 mm，满足要求。

1.1.6 立柱直径的选择

A=F/[σ]

(5)

式中F—系统公衬压力(kg)，取F=160×10-3kg；

A—立柱横截面积(cm2)，取A=(P/[σ])=0.785 d2；

[σ]—材料抗拉强度(kg/cm2)，取[σ]=σ/5=1 200 kg/cm2；

σ—材料的最低抗拉强度(kg/cm2)，取σ=6 000 kg/cm2。

代入数据：0.785d2=5×160×103/6 000，故立柱直径d=13 cm=130 mm，本设计选择4根立柱直径均为130 mm，满足强度要求。

2 液压系统的设计

2.1 液压系统的组成

液压系统是液压设备的一个组成部分，它与主机的关系密切，液压系统通常由三个功能部分和辅助装置组成，按液流循环方式分为开式和闭式两种[4]，此次设计选用开式、160 t单缸立式油压机传动系统，它是一种结构和动作较简单的液压机，用来完成滑轮组的装配。

2.2 液压传动原理

液压传动原理及系统工作情况[5]，如图4所示。

图4 液压传动原理

工作状态活塞下压、上升；非工作：卸压(换向阀在中间位置)。工作活塞下压，操纵手柄换向阀左位接入系统，活塞下压。当未碰到工件时，系统压力较低，液压泵输出流量大，活塞快速进给；当碰到工件时，系统压力升高，流量减小，从而系统自动转入低速、压力上升的工作状态，路由程序是：

(1)进油路：电机机—液压泵—滤油器—手动滑阀—油缸上腔。

(2)回油路：油缸下腔—单项顺序阀—油箱。

工作行程结束，撞块拨动操纵手柄使换向阀回到中间位置，液压泵卸载状态工作行程停止。活塞上升，操纵手柄使换向阀接入系统，活塞向上运动，是空行程，故泵在低压大流量状态下工作，实现快速回程，当回到行程上端时，撞块又拨动操纵手柄是换向阀回到中间位置，活阀停止工作。路由程序是：

(1)回程进油路：油泵—电机带动滤油器—换向阀右端—平衡线中单向阀—缸下腔。

(2)回程时油路：缸上腔—阀右腔—油箱。

3 160 t四柱液压立式压装治具的有益效果

160 t四柱液压立式压装治具的设计，使原本需要两天两人完成装配，现在由单人两个小时就可以解决，这样既提高了装配效率，保证滑轮轴装配质量，节省人力、提高效率、降低成本。该160 t四柱液压立式压装治具还可以使用在其他产品的压装装配、对轴类产品进行校直等，满足了现代吊钩滑轮组装配高质、高效、高节奏、低消耗的生产需要。