陳振宇

摘 要：平衡缸的主要作用是平衡滑塊、連桿及上模的重量，避免壓力機(jī)在運(yùn)行時(shí)，主傳動(dòng)各運(yùn)動(dòng)部件間產(chǎn)生沖擊和磨損，可以有效提高滑塊的運(yùn)行精度，是機(jī)械壓力機(jī)極為重要的輔助部件之一。本文主要介紹了機(jī)械壓力機(jī)用平衡缸的結(jié)構(gòu)、作用及其設(shè)計(jì)、計(jì)算的過(guò)程和方法。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐檢驗(yàn)證明，該設(shè)計(jì)計(jì)算方法穩(wěn)定可靠，可直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械壓力機(jī)；平衡缸；設(shè)計(jì)；計(jì)算

中圖分類號(hào)：TG315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

平衡缸是機(jī)械壓力機(jī)不可或缺的部件之一，其主要作用是平衡連桿、導(dǎo)柱、滑塊及上模等部件的重量，避免和消除飛輪負(fù)荷的驟然提高，改善制動(dòng)器的工作條件，并減少其發(fā)熱，提高壓力機(jī)的靈敏度和可靠性。同時(shí)能防止制動(dòng)器失效或連桿突然斷裂，而導(dǎo)致的滑塊墜落。并能有效減少壓力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件間的沖擊和磨損，保證滑塊的運(yùn)行精度。

平衡缸主要由氣缸、活塞、活塞桿、活塞桿潤(rùn)滑部件及平衡缸支架幾個(gè)部分組成。拉桿通過(guò)下部的平衡缸支架與滑塊相連，氣缸與上梁底部相連接。工作時(shí)，增壓空氣由氣缸下部的通氣口進(jìn)入，推動(dòng)活塞，平衡滑塊等部件的重量。并通過(guò)平衡缸氣罐減少運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的氣壓波動(dòng)情況。

1 平衡缸機(jī)械本體計(jì)算

平衡缸本體設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，首先是確定氣壓大小（p）、氣缸內(nèi)徑（d）及氣缸個(gè)數(shù)（n）。然后根據(jù)機(jī)械壓力機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，確定氣缸長(zhǎng)度（L）。平衡缸活塞桿長(zhǎng)度，則需要根據(jù)上梁把合位置和滑塊平衡缸支架位置綜合考慮。因本項(xiàng)目用戶提供的工廠氣源壓力為0.6MPa，所以暫定其為壓力機(jī)最大工作壓力。在此壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。

1.1 平衡缸能力確定

平衡缸的平衡能力F，由滑塊部分重量（包括滑塊本體、支點(diǎn)部分、減速機(jī)及電機(jī)調(diào)整驅(qū)動(dòng)部分、脫模部分、調(diào)整指示裝置、自動(dòng)同步機(jī)及、配管、操作油、模具接線板等接觸滑塊的所有重量），連桿部分重量（包括連桿、銷軸、軸瓦、半瓦和導(dǎo)柱重量），以及最大上模重量全部相加并乘以系數(shù)。一般機(jī)械壓力機(jī)系數(shù)取1.1即可。

根據(jù)L4S-2400機(jī)械壓力機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)可查得，滑塊部分重量為68690kg，連桿部分重量為20760kg，最大上模重量為25000kg。所以該項(xiàng)目平衡缸的平衡能力為125895kg。

1.2 氣缸內(nèi)徑及長(zhǎng)度計(jì)算

平衡缸氣缸內(nèi)徑計(jì)算可按下式：

若采用左右兩個(gè)平衡缸式的設(shè)計(jì)，由于受壓面積較小，平衡缸氣源需要進(jìn)行增壓處理。又因?yàn)榱⒅g安裝空間足夠，可以采用4個(gè)平衡缸，即n=4。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式，可得d=809mm。根據(jù)密封件標(biāo)準(zhǔn)尺寸，缸體內(nèi)徑采用850mm。

平衡缸氣缸長(zhǎng)度（L）由滑塊行程、裝模高度調(diào)整量、活塞厚度、氣缸底蓋厚度以及運(yùn)行余量相加。根據(jù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)可得L=2155mm。

1.3 平衡缸進(jìn)氣口管徑計(jì)算

氣缸進(jìn)氣口大小是平衡缸設(shè)計(jì)中重要環(huán)節(jié)之一，若進(jìn)氣口太小，氣體流動(dòng)速度不足，會(huì)造成運(yùn)動(dòng)過(guò)程中氣缸充氣困難，影響正常工作；若進(jìn)氣口太大，則需要選擇過(guò)大的進(jìn)氣管路，不僅造成浪費(fèi)，而且占用太大的安裝控件。

要核算氣缸進(jìn)氣口大小，首先要計(jì)算管路內(nèi)氣體流速，公式如下所示。

Q'=Aυ/a

式中：Q'—管路內(nèi)氣體流速（m/s）；A—平衡缸受壓面積（cm2）；υ—滑塊速度（m/s）；a—管路斷面積（cm2）。

在設(shè)計(jì)時(shí)要注意，管路內(nèi)氣體流動(dòng)速度必須小于許用流速，故該部分設(shè)計(jì)需要進(jìn)行多次計(jì)算對(duì)比方可選出最合適的口徑。不同尺寸管路的許用流速對(duì)照見(jiàn)表1。

根據(jù)L4S-2400機(jī)械壓力機(jī)參數(shù)計(jì)算對(duì)比，可知當(dāng)管路為6''時(shí)Q'=49，在許用范圍之內(nèi)。根據(jù)管路標(biāo)準(zhǔn)選擇氣缸入氣口外徑為168mm。

2 平衡缸圖表繪制

為指導(dǎo)安裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)平衡缸氣壓的調(diào)試工作，在設(shè)計(jì)時(shí)需繪制平衡缸圖表，以表明安裝不同上模重量時(shí)，平衡缸氣壓的大小。一般來(lái)說(shuō)，平衡缸圖表分為調(diào)試時(shí)和運(yùn)行時(shí)兩種狀態(tài)。同等上模重量下，運(yùn)行時(shí)平衡缸氣壓較調(diào)試時(shí)高0.05MPa。

將計(jì)算平衡缸內(nèi)徑公式反推，即可計(jì)算出給定的平衡缸平衡能力時(shí)，平衡缸所需氣壓大小。根據(jù)計(jì)算可得當(dāng)上模重量為0時(shí)，平衡缸氣壓為0.4MPa，則相應(yīng)運(yùn)行時(shí)氣壓為0.45MPa。當(dāng)采用最大上模重量時(shí)，平衡缸氣壓為0.51MPa，則相應(yīng)運(yùn)行時(shí)氣壓為0.56MPa。將數(shù)據(jù)繪制成圖表，如圖1所示。此表可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，但最終用于生產(chǎn)的平衡缸圖表仍需以現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)的實(shí)際壓力為準(zhǔn)。

3 平衡缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 安裝形式

由于機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)震動(dòng)較大，為防止平衡缸脫落造成意外，將傳統(tǒng)的懸掛式平衡缸安裝方式，改變?yōu)閺纳狭簜?cè)面插入式安裝。但是由于客戶要求壓力機(jī)周?chē)M(jìn)行全封閉，在安裝結(jié)束后平衡缸無(wú)法再?gòu)膫?cè)面拆卸，故將平衡缸與上梁的把合蓋設(shè)計(jì)成長(zhǎng)扁式外形。在因維護(hù)或更換密封件而需要拆卸時(shí)，將平衡缸旋轉(zhuǎn)90°后，便可順利從上梁底板空隙中抽出。這種形式的平衡缸雖然在維護(hù)時(shí)稍有不便，但安裝極為便捷，也極大地提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全性。

平衡缸活塞桿部分與平衡缸支架的連接方式為分體式連接，可隨時(shí)拆卸拉桿上連接的螺母，很方便地將平衡缸與滑塊部分分離。這種設(shè)計(jì)便于在不拆滑塊的前提下，維護(hù)平衡缸。

3.2 拉桿潤(rùn)滑部分

根據(jù)以往客戶反饋，存在壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)活塞桿發(fā)生拉研現(xiàn)象，導(dǎo)致活塞桿損壞。經(jīng)分析，極大可能是由于壓力機(jī)行程次數(shù)較大，滑塊運(yùn)行速度較快，而壓力機(jī)活塞桿處潤(rùn)滑不足所導(dǎo)致的，所以活塞桿與氣缸銅套之間發(fā)生干摩擦，造成活塞桿研傷。故氣缸與拉桿摩擦部分采用強(qiáng)制潤(rùn)滑措施。直接在該處注入潤(rùn)滑油，并采用耐磨銅套防止拉桿研傷。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反饋，此種強(qiáng)制潤(rùn)滑設(shè)計(jì)方式合理，活塞桿運(yùn)行良好。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)校核，上述計(jì)算均可用于生產(chǎn)，且已交付用戶使用。根據(jù)用戶反饋，平衡缸運(yùn)轉(zhuǎn)良好，且安裝、維護(hù)便捷。

參考文獻(xiàn)

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