宋生華

德州宇力液壓有限公司，山東德州，253072

0 引言

液壓缸是通過做直線往復(fù)運動將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的執(zhí)行元件，它結(jié)構(gòu)簡單，運行平穩(wěn)，其中單活塞桿雙作用液壓缸在各類工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[1]。一般情況下，液壓缸與整機(jī)連接采用耳環(huán)型式，如圖1所示，液壓缸兩端均為單耳環(huán)結(jié)構(gòu)，且在耳環(huán)內(nèi)裝配襯套，以便在長期使用過程中產(chǎn)生磨損時更換，節(jié)約成本。其中液壓缸耳環(huán)與襯套為過盈聯(lián)接。

過盈連接裝配主要有以下四種方式：①雙柱壓力機(jī)壓入法；②人工加墊塊錘擊法；③冷縮法；④熱漲法。筆者公司多采用前兩種裝配方式，如圖2所示，當(dāng)使用壓力機(jī)壓裝時，因壓力機(jī)必須處于固定位置，壓裝過程中需要用周轉(zhuǎn)車多次周轉(zhuǎn)液壓缸，導(dǎo)致工件移動次數(shù)過多，既增加了勞動強度又增加了漆層磕碰損傷的風(fēng)險，當(dāng)通過人工加墊塊錘擊法裝配時，雖然不需要周轉(zhuǎn)液壓缸，但錘擊勞動強度大，壓裝效率低，既不能保證產(chǎn)品質(zhì)量又不能滿足生產(chǎn)需求[2]。

因此，針對公司現(xiàn)狀，專門設(shè)計了一種移動式襯套壓裝系統(tǒng)用于液壓缸耳環(huán)襯套壓裝，該壓裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，相關(guān)零部件制造、裝配簡單易行，成本低廉，體積小巧，既避免了漆層磕碰損傷的風(fēng)險，又降低了勞動強度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，值得推廣。

1 工藝參數(shù)

公司生產(chǎn)的液壓缸主要應(yīng)用在6T及以下裝載機(jī)和挖掘機(jī)等工程機(jī)械上面，生產(chǎn)過程中工藝流程為：先進(jìn)行液壓缸總成裝配、試驗，然后進(jìn)行液壓缸總成表面噴涂底漆和面漆、噴涂后處理，最后進(jìn)行壓裝襯套操作。圖3為襯套壓裝時液壓缸狀態(tài)示意，液壓缸總成經(jīng)涂裝生產(chǎn)線噴漆、烘干固化后，下線至液壓缸專用清理架上，進(jìn)行噴漆后處理，經(jīng)檢查液壓缸總成質(zhì)量合格后，再進(jìn)行襯套壓裝作業(yè)。

在襯套壓裝過程中，主要考慮的工藝參數(shù)就是液壓缸耳環(huán)的尺寸和襯套的尺寸。

1.1 液壓缸耳環(huán)參數(shù)

液壓缸耳環(huán)參數(shù)如圖4所示。

圖中，①耳環(huán)寬度B1：60～100mm；②耳環(huán)外形直徑d1：130～200mm；③耳環(huán)孔直徑D1：65～105mm；④耳環(huán)材料牌號：45-GB/T699。

1.2 液壓缸襯套參數(shù)

液壓缸襯套參數(shù)如圖5所示。

圖中，①寬度B2：60～100mm（同耳環(huán)寬度或小于耳環(huán)寬度）；②外圓直徑d2：65～105mm（同耳環(huán)孔直徑）；③內(nèi)孔直徑D2：55～95mm（一般情況下，襯套單邊壁厚約5mm）；④襯套材料牌號：45-GB/T699。

說明：當(dāng)襯套寬度B2小于液壓缸耳環(huán)寬度B1時，襯套需要壓裝到耳環(huán)的中間位置。

2 壓裝力計算

過盈配合是依靠包容件和被包容件裝配后的過盈量達(dá)到緊固連接，裝配后，由于包容件和被包容件的徑向彈性變形，使結(jié)合表面產(chǎn)生一定的壓力，工作載荷就是靠相伴產(chǎn)生的摩擦力來傳遞。在本文中，包容件指液壓缸耳環(huán)，被包容件指襯套，將襯套壓入液壓缸耳環(huán)的壓裝力，可以按照縱向過盈配合裝配壓裝力的計算方法進(jìn)行計算，具體如下：

（1）過盈配合壓裝力計算：

式中，PXi—將被包容件壓入包容件的壓裝力（kN）；

Pfmax—結(jié)合表面承受的最大單位壓力 （kN/mm2）；

df—結(jié)合直徑（mm），本文取最大105mm；

Lf—結(jié)合長度（mm），本文取最長100mm；

μ—摩擦系數(shù)，如表1，本文取0.1。

表1 摩擦系數(shù)

（2）結(jié)合表面承受的最大單位壓力計算：

式中，δmax—最大過盈量，本文為0.06mm；

Ea—包容件彈性模量，按表3選取，本文取210；

Ei—被包容件彈性模量，按表3選取，本文取210；

Ca、Ci—系數(shù)，經(jīng)計算，可確定，Ca為1.967，Ci為5.907。

（3）系數(shù)Ca、Ci計算：

式中，qa—包容件直徑比，為結(jié)合直徑與包容件外徑比，本文取0.5；

qi—被包容件直徑比，為被包容件內(nèi)徑和結(jié)合直徑比，本文為0.85；

γa—包容件的泊松系數(shù)，按表2選取，本文取0.3；

γi—被包容件的泊松系數(shù)，按表2選取，本文取0.3。

表2 彈性模量和泊松系數(shù)

經(jīng)以上公式計算，本文涉及襯套所需壓裝力最大約為16002N。

3 液壓缸及動力源選擇

根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，移動式襯套壓裝系統(tǒng)的輸出力也即是液壓缸額定輸出力，至少應(yīng)為需求壓裝力的3～5倍，約為48006～80010N，確定襯套壓裝機(jī)需要的壓裝力后，應(yīng)進(jìn)行動力源設(shè)計，考慮到壓裝系統(tǒng)的制作成本和生產(chǎn)現(xiàn)場的空間狀況，選用公司自主生產(chǎn)的液壓泵站和液壓缸分別作為動力源和執(zhí)行部件，此液壓泵站最高可提供63MPa，其中液壓缸參數(shù)如表3。

經(jīng)分析壓裝動作可知，液壓缸在活塞桿縮回時，做功將襯套壓入耳環(huán)，可按下式計算此液壓缸活塞桿縮回時的額定輸出力。

通過計算，可得液壓缸額定輸出力為96140N，滿足壓裝系統(tǒng)壓裝力需求。

表3 液壓缸參數(shù)表

4 方案設(shè)計

如圖6所示，由于液壓缸下線后水平放置在專用清理架上，所以采用立式壓裝，壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)無固定位置，用平衡器懸掛在液壓缸耳環(huán)上方，調(diào)整好平衡器后，只需要用手握住把手輕微加力就可以讓壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工藝范圍內(nèi)上下移動。完成裝配后，用手握住把手往上輕推，壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)就可以穩(wěn)定地懸在空中，以節(jié)約占地面積。要想連續(xù)完成本工序的壓裝作業(yè)，需要設(shè)置相應(yīng)的單軌吊軌道，手拖動壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使其沿著單軌吊軌道前后左右移動，工作狀態(tài)下壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)距離地面約850mm，且自由狀態(tài)至少可以上下移動450mm。

如圖7所示，壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝工藝軸，工藝軸通過螺紋與液壓缸活塞桿連接，工藝軸上面開設(shè)環(huán)形槽，襯套必須位于耳環(huán)孔正上方，耳環(huán)孔口設(shè)計有導(dǎo)向斜面，使襯套均勻壓入，避免在壓裝過程中發(fā)生壓偏、切傷現(xiàn)象，工作時，按下開關(guān)，活塞桿伸出同時帶動工藝軸伸出穿過襯套、耳環(huán)孔到達(dá)耳環(huán)的下方，露出環(huán)形槽，將開口墊片插入環(huán)形槽，作為限位。按下?lián)Q向開關(guān)，活塞桿縮回同時帶動工藝軸縮回，開口墊片與液壓缸之間的距離隨之縮減，從而將襯套壓入耳環(huán)孔。再次換向，工藝軸再次伸出，取下開口墊片，手用力使平衡器帶動壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體上移，同時拉動壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿單吊軌道換位進(jìn)行下一個襯套壓裝，如此反復(fù)。

當(dāng)襯套寬度小于耳環(huán)寬度時，需增加調(diào)整墊片，以便于將襯套壓裝至耳環(huán)中心位置，壓裝時將調(diào)整墊片置于襯套上方，調(diào)整墊片方式如圖8所示。

圖中，①B3為調(diào)整厚度，是液壓缸耳環(huán)與配合襯套厚度差的一半，即可按式(B1-B2)/2計算；②d3作為限位直徑，應(yīng)大于配合直徑D1，當(dāng)壓裝到此位置即壓裝完成；③d4作為定位直徑，與襯套端面接觸，應(yīng)略小于襯套外徑d2；④d5與襯套內(nèi)孔配合，設(shè)計有導(dǎo)向角，可以略小于襯套內(nèi)徑D2；⑤D3是工藝孔直徑，壓裝時工藝軸從中穿過，所以其值應(yīng)大于工藝軸直徑[3-4]。

使用本壓裝系統(tǒng)進(jìn)行壓裝作業(yè)時，均為批次作業(yè)，為便于襯套取用以及產(chǎn)品切換時的換裝操作，減少往返取件的頻次尤其是操作者的行走距離，還需要配置一輛周轉(zhuǎn)小車，周轉(zhuǎn)小車可以跟隨壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動而移動，即使襯套和工裝一直處于操作者隨手可及的位置，從而降低了勞動強度，周轉(zhuǎn)小車樣式見圖9，小車配有兩個帶剎車的萬向輪，兩個定向輪，方便推行，可即行即停，操作臺面分上下兩層，小車上層操作臺可放置待壓裝襯套，下層操作臺可放置壓裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相關(guān)換裝配件，比如：調(diào)整墊片、開口墊片及工藝軸等[5-6]。

5 結(jié)語

長期生產(chǎn)實踐證實，本文介紹的移動式襯套壓裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且制造成本低廉，勞動強度低且壓裝效率高，壓裝過程平穩(wěn)，很好地滿足了壓裝工藝要求。