陳 麗，任小鴻

(1.瀘州華西機械有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646300；2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系，四川 瀘州 646005)

一種折彎機行程可調(diào)油缸的優(yōu)化設(shè)計

陳 麗1，任小鴻2

(1.瀘州華西機械有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646300；2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系，四川 瀘州 646005)

針對某液壓折彎機執(zhí)行機構(gòu)在運動功能方面的需要，在吸收傳統(tǒng)折彎機油缸的行程調(diào)節(jié)方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種新型液壓缸，主要采用蝸桿蝸輪機構(gòu)及梯形螺紋傳動的工作原理，實現(xiàn)液壓缸行程可調(diào)，利用單片機技術(shù)或PLC技術(shù)，實現(xiàn)液壓折彎機的行程自動精確調(diào)節(jié)。該液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單、行程調(diào)節(jié)相當(dāng)方便，在實踐過程中使用效果較好，特別適合于要求行程可調(diào)的液壓裝備。

液壓折彎機；行程可調(diào)；油缸

0 前言

液壓折彎機是一種能對薄板進(jìn)行折彎成型的裝備，主要用于生產(chǎn)各類覆蓋件(如汽車外形)。通過更換折彎機模具，可以滿足各種形狀的加工需求。在實際成型過程中，要求根據(jù)成型深度的需要改變折彎機的行程。改變折彎機的行程即改變液壓缸行程，液壓缸(油缸)作為液壓折彎機中的執(zhí)行件，通常有兩種方式改變液壓缸的運動行程。一是控制采用液壓控制閥調(diào)節(jié)液壓缸的行程，該液壓系統(tǒng)相對復(fù)雜，并且控制的效果不好，因為在換向過程中有一個滯后性，加工出來的產(chǎn)品并不能符合要求；二是對液壓缸的活塞桿進(jìn)行機械限位。由于采用機械限位的活塞桿手動控制和自動控制都難實現(xiàn)行程的精確調(diào)節(jié)。因此，本文通過絲桿螺母機構(gòu)對液壓缸活塞桿的運動長度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過蝸桿蝸輪機構(gòu)與電機連接，并通過單片機或PLC技術(shù)來改變液壓缸的行程，具有行程調(diào)節(jié)簡便、精確度高、維修方便等優(yōu)點。

1 油缸結(jié)構(gòu)與原理

1.1 油缸的結(jié)構(gòu)

某折彎機液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。液壓缸主要包括導(dǎo)向套、缸筒體、活塞桿、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)螺栓 、缸頭、卡簧、平面軸承、蝸輪等零件組成，活塞桿內(nèi)部設(shè)置為一沉孔，內(nèi)設(shè)置有調(diào)節(jié)桿，并將調(diào)節(jié)絲桿安裝在調(diào)節(jié)桿上，調(diào)節(jié)絲桿的外圓采用梯形螺紋與活塞桿內(nèi)孔形成螺紋副，中間通過鍵與調(diào)節(jié)桿進(jìn)行聯(lián)接，與調(diào)節(jié)桿保持同步運動，在調(diào)節(jié)絲桿右側(cè)設(shè)有一卡簧，可有效防止調(diào)節(jié)絲桿超行程運動；調(diào)節(jié)桿右端通過鍵與蝸輪聯(lián)接，并在蝸輪與缸頭間采用一平面軸承，有效避免蝸輪轉(zhuǎn)動時與缸頭間的摩擦。

1.導(dǎo)向套 2.缸筒體 3.活塞桿 4.調(diào)節(jié)桿 5.調(diào)節(jié)絲桿 6.缸頭 7.卡簧 8.平面軸承 9.蝸輪圖1 液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of hydraulic cylinder structure

圖2 調(diào)節(jié)桿Fig.2 Adjustable lever

1.2 油缸行程調(diào)節(jié)原理

圖1所示為液壓缸最大行程,此時液壓缸左行程的終點限位端面為圖2調(diào)節(jié)桿限位A面,右行程的終點限位為活塞桿的右端面[1],當(dāng)工作需要調(diào)節(jié)行程時，由折彎機的電器控制系統(tǒng)(由單片機或PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng))發(fā)出調(diào)節(jié)行程的指令，帶動蝸桿蝸輪機構(gòu)的電機開始運轉(zhuǎn)，從而帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，由于蝸輪是固定在調(diào)節(jié)桿上的，因此調(diào)節(jié)桿開始旋轉(zhuǎn)，帶動了調(diào)節(jié)桿上的絲桿旋轉(zhuǎn)(螺桿與調(diào)節(jié)桿是通過鍵進(jìn)行傳動)，絲桿旋轉(zhuǎn)后，由于活塞桿上的螺母是固定的，從而帶絲桿做直線運動，絲桿在調(diào)節(jié)桿上的位置發(fā)生變化，隨著旋轉(zhuǎn)后，絲桿的左端面往相應(yīng)的方向移動，與調(diào)節(jié)桿的限位A面間距離發(fā)生變化，當(dāng)液壓缸運動時，進(jìn)油口的油通過設(shè)在絲桿上的孔進(jìn)入活塞桿的內(nèi)部，與活塞桿的左端面一起往左運動，運動到調(diào)節(jié)絲桿的左端面與調(diào)節(jié)桿的限位面A面(如圖2)重合，完成了一次行程。

2 液壓缸設(shè)計特點

該折彎機液壓缸的基本參數(shù)：工作壓力20 MPa,缸徑φ280 mm，桿徑φ260 mm，最大行程250 mm,行程可調(diào)為0～130 mm,缸體的外形要求為方形，根據(jù)相關(guān)公式可計算出其工作推力為1 004 kN。

在液壓缸設(shè)計過程中，需要對主要的受力零件活塞桿和調(diào)節(jié)桿進(jìn)行校核，對于活塞桿經(jīng)過核算完全能滿足要求，但對于調(diào)節(jié)桿，由于其受力時產(chǎn)生變形。因此，本文主要采用solidworks軟件對其進(jìn)行應(yīng)力分析與應(yīng)變分析，結(jié)果如圖2、3所示，根據(jù)受力情況，調(diào)節(jié)桿的應(yīng)力集中點在限位面與外圓相結(jié)處，調(diào)節(jié)絲桿的設(shè)計完全能滿足使用的要求。

圖3 應(yīng)力分析圖Fig.3 Stress analysis diagram

圖4 應(yīng)變分析圖Fig.4 Strain analysis diagram

該液壓缸設(shè)計特點：

(1)在蝸輪與缸頭右端面間裝一平面軸承，其作用是減少或降低蝸輪在旋轉(zhuǎn)過程由于偏載產(chǎn)生的與缸頭間的摩擦，使行程調(diào)節(jié)更加自如；

(2)絲桿的設(shè)計。由于普通螺紋在傳遞運動的過程中易產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象，改變傳統(tǒng)的普通螺紋, 采用梯形螺紋的結(jié)構(gòu)有利用將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動。

(3)在調(diào)節(jié)桿設(shè)置了卡簧。絲桿在調(diào)節(jié)到右極限點時，與缸頭易產(chǎn)生碰撞，卡簧的設(shè)置有效地減少和降低了這種碰撞產(chǎn)生的可能。

3 使用中應(yīng)注意的問題

(1)該液壓缸是用機械限位的方法來調(diào)整行程,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,無法采用節(jié)流孔、節(jié)流槽等緩沖機構(gòu),因此存在一定的液壓換向沖擊；因此，應(yīng)采取相應(yīng)防止措施[3]。在使用過程中，采用回油節(jié)流調(diào)速回路，節(jié)流閥使液壓缸回油腔形成了一定的背壓,因而它能承受一定的負(fù)值負(fù)載,提高了缸的速度平穩(wěn)性；

(2)該機構(gòu)對于調(diào)節(jié)桿及調(diào)節(jié)絲桿的要求較高，特別是其限位面的碰撞造成的疲勞破壞，易在使用過程中產(chǎn)生應(yīng)力。同時對調(diào)節(jié)桿與調(diào)節(jié)絲桿表面進(jìn)行表面氮化處理，強化其抗沖擊作用，提高其耐磨性，在使用過程中要注意記錄使用頻率，使用時要注意觀察，必要時要進(jìn)行拆裝保養(yǎng)。

4 結(jié)論

該液壓缸采用絲桿螺母副結(jié)構(gòu)進(jìn)行行程調(diào)

節(jié)，操作靈活自如; 軸向尺寸相對較短,特別適合于軸向尺寸受限制的場合[2]; 采用了蝸輪傳動及絲桿螺母傳動，行程調(diào)節(jié)范圍大,行程可以從零起調(diào);通過在某折彎機上的試用，調(diào)節(jié)的精度比同類產(chǎn)品的提高近2倍，且產(chǎn)品適長期工作。

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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

陳麗(1975-)，女，重慶人， 工程師, 主要從事液壓元件及系統(tǒng)的研制。

TM571

A

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