巖土工程師輔導(dǎo)：液壓設(shè)備傳統(tǒng)改造技術(shù)研究

　　摘 要：對液壓成形設(shè)備進(jìn)行改造，為解決傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)中液壓油對液壓系統(tǒng)的沖擊和振動(dòng)問題提供依據(jù)。目的在于優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高機(jī)器的整體性能。

　　關(guān)鍵詞：液壓成形;設(shè)備

　　液壓成形的實(shí)用化與迅速發(fā)展，很大程度上取決于專用設(shè)備的開發(fā)與普及。美國、日本及一些歐洲國家都已開發(fā)出了專業(yè)的液壓成形設(shè)備。國際上能夠提供成套技術(shù)與設(shè)備的制造商多數(shù)集中在歐洲。其中，以德國舒勒公司、SPS公司和瑞典AP&T公司為主要代表。此外，還有日本的川崎油工，美國的ITC、Hydro DynamicsTechnology，德國的Grabener Maschinentechnik、S.DUNKES，加拿大的ValiantMachine&Tool等公司。哈爾濱工業(yè)大學(xué)是國內(nèi)最早開展液壓成形技術(shù)研究和設(shè)備研制的單位，燕山大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校也相繼開展了此技術(shù)的研究。本文所改造的液壓機(jī)為合肥鍛壓機(jī)床總廠的YH28-100/180-SM雙動(dòng)薄板拉伸液壓機(jī)，它主要用于不銹鋼及其它各種金屬薄板的拉深成形，具有結(jié)構(gòu)緊湊、速度快、效率高等特點(diǎn)，有較先進(jìn)的液壓和控制系統(tǒng)，操作方便，功能齊全。該機(jī)有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，并采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、半自動(dòng)、自動(dòng)三種工作方式，液壓系統(tǒng)采用二通插裝閥，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝維修方便，動(dòng)作靈敏可靠，傳動(dòng)效率高，密封性能好。

　　該機(jī)拉伸油缸采用快速缸，速度可達(dá)280mm/s，拉伸力可達(dá)1000KN，壓邊力可達(dá)800KN，速度和壓力都可在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，用戶可根據(jù)需要把拉伸速度和壓邊力選擇到最佳工作狀態(tài)，可拉深出質(zhì)量較高的不銹鋼等各種制品，是薄板拉深的理想設(shè)備。液壓室供油系統(tǒng)要求滿足液壓成形的工藝要求，同時(shí)系統(tǒng)不會(huì)過于復(fù)雜?，F(xiàn)設(shè)計(jì)其液壓原理如圖1所示。其動(dòng)作說明如下：電機(jī)啟動(dòng)，泵來油經(jīng)換向閥中位流回油箱，泵卸荷。當(dāng)1DT通電時(shí)，油經(jīng)過換向閥、單向閥進(jìn)入注油板將板料壓入凹模而成形。在成形的末期，1DT斷電，2DT通電，油經(jīng)過增壓缸進(jìn)入注油板，在超高壓的作用下，板料進(jìn)一步緊貼凹模而成形其小圓角。該液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵是變頻器5與增壓缸10.在液壓成形中，根據(jù)工藝的需要，液壓系統(tǒng)提供給液壓室的工作流量和工作壓力應(yīng)該是不斷變化的，因此液壓系統(tǒng)所消耗的功率也應(yīng)該是隨著工作流量和工作壓力的變化而不斷變化的。

　　液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，液壓機(jī)中的液壓泵大多是定量泵，拉深工序中不同動(dòng)作所需的液壓油工作流量和壓力是通過一系列閥門及相關(guān)回路來調(diào)節(jié)的。由于泵的流量一定，也就意味著在工作周期的各個(gè)階段其流量均為最大工作流量，在不需最大工作流量的工序上，多余的壓力油經(jīng)溢流閥回路流回油箱，而驅(qū)動(dòng)液壓泵的電機(jī)始終保持著維持最大工作流量時(shí)的轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)所消耗的功率也始終維持在工作周期中的最大功率上，造成了大量的電能浪費(fèi)。

　　在液壓回路上加裝變頻器回路，根據(jù)工作周期中所需的壓力的變化，利用變頻器的變頻功能改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源頻率，使周期中的每一個(gè)確定的液壓工作流量都對應(yīng)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(頻率)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)工作要求的變化而實(shí)時(shí)變化，從而可達(dá)到對液壓系統(tǒng)的工作流量和工作壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和節(jié)約電能的目的。增壓缸是在成形的最后階段為成形工件的小圓角而為液壓室提供高壓的一種措施。由于所需壓強(qiáng)較高，一般的液壓元件難以滿足，若整個(gè)系統(tǒng)采用超高壓泵和耐高壓液壓元件，勢必會(huì)增加制造成本，所以采用了增壓缸來滿足成形后期所需的高壓。

　　由于在加工前后注油板需要升降，所以我們的成形力液壓系統(tǒng)采用了軟管與注油板相連接。

　　在液壓成形過程中，由于需要很高的液壓，因此，本文采用組合密封的形式。組合密封通常由一個(gè)聚四氟乙烯制造的主密封環(huán)和一個(gè)輔助彈性密封元件組成，屬接觸型自緊式密封。彈性密封元件一般采用O形圈，安裝時(shí)，主密封環(huán)和彈性體密封環(huán)放置于同一溝槽中，并給彈性密封環(huán)一定的壓縮量。由于彈性密封環(huán)受壓縮產(chǎn)生的初始應(yīng)力作用在聚四氟乙烯環(huán)上，既阻止了低壓流體可能通過，同時(shí)通過主密封環(huán)把接觸力傳遞到主密封環(huán)與金屬接觸表面之間的通道，起到初始密封的作用。當(dāng)密封壓力增加時(shí)，流體壓力把O形密封環(huán)推向低壓側(cè)，與槽壁緊密接觸。在高壓流體作用下，O形圈發(fā)生變形，并擠壓四氟乙烯主密封環(huán)，使主密封環(huán)與金屬表面的接觸應(yīng)力增加。流體的壓力越高，擠壓應(yīng)力也就越大，以此達(dá)到自緊式密封的作用。密封組合大多用于液壓缸密封。但液壓成形所需密封形式不同于液壓缸密封，因此在用于液壓成形的密封時(shí)，其安裝形式需要改變，但其密封原理仍然不變。本文采用聚四氟乙烯環(huán)與O形圈組合，此種密封結(jié)構(gòu)又稱斯特封，耐壓程度達(dá)60MPa.至此，對傳統(tǒng)液壓成形設(shè)備改造完畢。在液壓成型過程中，液壓系統(tǒng)的壓力設(shè)定、控制和密封對于板料成形的影響較大，而且各參數(shù)之間有很多組合，加上液壓系統(tǒng)在成形瞬間對模具的沖擊，振動(dòng)等對板料的成形也有很大的影響，因此對一種零件的板料成形，其各參數(shù)的確定都比較困難。目前為得到一種具體零件的液壓成形過程中液壓系統(tǒng)各參數(shù)的設(shè)定都采用反復(fù)試驗(yàn)的辦法，既繁瑣又不經(jīng)濟(jì)。利用該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，分析一些主要的參數(shù)對板料成形性能的影響，可以在模擬之中得到液壓系統(tǒng)各參數(shù)變化對成形工藝的影響，并獲得所需參數(shù)。對液壓系統(tǒng)的仿真可以使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段預(yù)測機(jī)器的性能，避免因重復(fù)試驗(yàn)及加工所帶來的昂貴費(fèi)用，可以優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高機(jī)器的整體性能。為解決傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)中液壓油對液壓系統(tǒng)的沖擊和振動(dòng)問題提供依據(jù)。

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