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        數(shù)控高速沖床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2016-08-17 03:00:58王偉宋源
        中國新通信 2016年14期
        關(guān)鍵詞:液壓系統(tǒng)

        王偉 宋源

        【摘要】 開發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)我國實(shí)際環(huán)境的高速沖床液壓系統(tǒng)是當(dāng)前我國科技工作的一個重要課題。本文將比例伺服控制的原理應(yīng)用到高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)中,這樣設(shè)計(jì)出的沖床液壓系統(tǒng)不僅安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單,而且具有較高的沖壓頻率。

        【關(guān)鍵詞】 沖壓設(shè)備 高速數(shù)控沖床 液壓系統(tǒng)

        隨著我國工業(yè)逐步向現(xiàn)代化方向加速發(fā)展,現(xiàn)代工業(yè)體系逐步形成,國內(nèi)市場對于高速沖壓設(shè)備的需求愈加迫切,對其各方面的性能要求也越來越高。目前我國幾乎還不具備自主生產(chǎn)高速沖壓設(shè)備的液壓系統(tǒng)的能力,造成我國生產(chǎn)沖壓設(shè)備的成本很高,且進(jìn)口的液壓系統(tǒng)不能很好的適應(yīng)我國的實(shí)際情況,所以,根據(jù)我國目前的實(shí)際情況,研制出適合我國國情的高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)是一個亟待解決的課題。

        一、沖壓設(shè)備的概述

        要使沖壓技術(shù)得到更大發(fā)展,擁有更先進(jìn)的沖壓設(shè)備是一個必備的前提,沖壓系統(tǒng)是沖壓設(shè)備重要的組成部分,是目前世界各國沖的壓系統(tǒng)主要采用機(jī)械式和液壓式,機(jī)械式是一種比較傳統(tǒng)的沖壓方式,其主要通過曲柄壓力機(jī)這一設(shè)備實(shí)現(xiàn)沖壓,曲柄壓力機(jī)的主要零部件有滑塊、曲軸、連桿等。液壓式?jīng)_壓機(jī)應(yīng)用液壓傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)沖壓功能,其基本工作原理為YA1中有電流通過時液壓油在泵的作用下經(jīng)過電磁換向閥流入液壓缸下腔,這時液壓缸上腔的液壓油就會經(jīng)由單向閥3、電磁換向閥2后流回油箱,滑塊在活塞的帶動下向上運(yùn)動;這時對YA2通電,電磁換向閥2的右位開始工作,滑塊會在活塞的帶動下向下運(yùn)動,對工件進(jìn)行沖壓,實(shí)現(xiàn)沖壓功能。

        二、數(shù)控高速沖床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2.1系統(tǒng)的工況分析及方案的確定

        設(shè)計(jì)的該款高速沖床不僅可以沖壓金屬,還能夠進(jìn)行沖孔加工。對工件沖壓式,滑塊快速下降,接觸到工件時,滑塊速度降低,但壓力變大,以保證工件準(zhǔn)確的成形,完成沖壓過程后,滑塊快速上升。該液壓系統(tǒng)為達(dá)到快速沖壓的目的,設(shè)計(jì)系統(tǒng)的回路時采用了蓄能器+雙泵供油+差動連接的組合。選定比例伺服方向閥作為沖床液壓系統(tǒng)的控制元件,以滿足系統(tǒng)工作時需快速頻繁換向的要求。下圖是高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)的原理圖。

        1、電機(jī) 2、高壓大流量泵 3、低壓小流量泵 4、壓力表5、過濾器 6、空氣濾清器 7、冷卻器 8、液動換向閥 9、電磁換向閥 10、15.單向閥11、16.蓄能器 12、溢流閥 13、比例伺服閥 14、液壓缸

        由上圖可知系統(tǒng)的工作原理:比例伺服閥的右位工作,泵2排除的液壓油和泵3排出后經(jīng)過液動換向閥8的液壓油一起流經(jīng)比例伺服閥,流入液壓缸的上腔,同時,缸上腔的油依次流經(jīng)8和13兩閥后也流進(jìn)上腔,這樣就構(gòu)成差動回路,沖頭產(chǎn)生一個向下的快速運(yùn)動。沖頭接觸到工件時,收到的壓力增大,達(dá)到閥8的最大承受壓力時,閥8的左位接通,泵3停止工作,差動回路中斷,此時泵2排出的高壓油流經(jīng)閥13 后進(jìn)入液壓桿上腔,沖頭緩慢向下運(yùn)動,沖壓工件。沖壓到規(guī)定的極限時,SQ2發(fā)出信號,比例閥接到負(fù)的輸入電壓信號,左位接通,同時系統(tǒng)的壓力自動降低,接通閥8的右位后,泵2和泵3一起將油泵如入液壓缸的下腔,上腔的油流經(jīng)閥13 后回到油箱,沖頭在活塞的帶動下迅速向上運(yùn)動,至此就是一個工作循環(huán)的全過程。

        2.2液壓系統(tǒng)基本工作參數(shù)

        系統(tǒng)的額定最大工作載荷F= 200 Kn.系統(tǒng)由兩個泵供油,低壓泵額定壓力為7 Mpa,高壓泵額定壓力31.5 MPa。沖床的最大行程S為40mm,沖壓周期隨行程的變化而變化,當(dāng)沖壓行程設(shè)為12mm時,沖壓周期T為0.2s。

        (1)計(jì)算缸筒內(nèi)徑D。已知系統(tǒng)最大負(fù)載為200KN,最大壓力P為0.8pn=25Mpa,設(shè)所受阻力f為25KN,根據(jù)公式D≥4(Fmax+ f)pπ得D=110mm。(2)活塞桿直徑d。活塞向下時的速度為v1=4qπd2,上升時速度為v2=4qπ(D2-d2),求v1+v2=V的最大值,發(fā)現(xiàn)22D=d=77.8時活塞完成一個工作循環(huán)用時最少。所以取d=80mm。(3)泵的排量。在一個工作循環(huán)中,油箱的出油量應(yīng)等于其進(jìn)油量,所以一個工作循環(huán)的需要的總流Q=8πDSf= 34.2 L/min,所以低壓泵的理論流量為qt2= 30 L/min,高壓泵的為qt1= 10 L/min設(shè)定兩個泵的轉(zhuǎn)速均為1500 r/min。

        根據(jù)公式qt= Vn得,高壓泵排量V1= 6.7 mL/r,低壓泵排量V2== 20 mL/r

        根據(jù)以上計(jì)算,低壓泵決定選用排量V2= 20 mL/r,額定壓力pn2= 7 Mpa

        的GFZB-5型齒輪泵,高壓泵選用排量V1= 6.3 mL/r,額定壓力pn1=31.5 MPa的GFZB-6閥配流軸向柱塞。

        2.3速度驗(yàn)算

        以行程為12 mm,沖壓板的厚度為1 mm的條件下進(jìn)行速度驗(yàn)算。當(dāng)活塞下行時v1=4(q1+ q2)π d2= 13.09 cm/s,活塞上行時v2=4(q1+ q2)π(D2- d2)= 14.68 cm/s,這時的頻率為4.25HZ,即每分鐘內(nèi)可對工件沖壓265次??梢姰?dāng)S=10mm,對厚度為1mms的工件沖壓時,可以實(shí)現(xiàn)f達(dá)到300/min以上的預(yù)定目標(biāo)。

        三、結(jié)語

        本文對沖床液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),采用比例伺服方向控制閥作為系統(tǒng)的控制元件,壓力系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載的變化自動調(diào)整,且采用了雙泵交替供油的設(shè)計(jì)方案。其次根據(jù)沖床的使用要求,確定沖程、周期、頻率、壓力等工作參數(shù),然后設(shè)計(jì)計(jì)算出了液壓系統(tǒng)的主要元件液壓缸的各個數(shù)據(jù),最后經(jīng)過驗(yàn)算,確定可以實(shí)現(xiàn)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]臧貽娟.數(shù)控高速沖床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真[ D].山東:山東大學(xué),2006.

        [2]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊[ M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

        [3]李勇.新一代沖壓技術(shù)[ J].新技術(shù)新工藝,2003(4): 31。

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