浅谈液压机的节能型缓冲装置的应用.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 01 2 1 2 01 1 01 0 0 3 1 - 0 3 浅 谈 液 压 机 的 节 能 型 缓 冲 装 置 的应 用 韩 其 义 山东 力 丰重 型机床 有 限公 司 天津 分公 司 ， 天 津 3 0 0 1 3 4 摘 要 介绍 了利 用 新型 蓄 能器 作 为液压 机 的缓 冲装 置 的应用 。 解 决 了液压 机作 冲裁 工 艺加 工 时产 生 的较 大 冲 击 和 振 动 ， 提 高 了液 压 机 工 作 平 稳 性 。 关 键 词 机 械 制 造 ； 缓 冲 装 置 ； 蓄 能 器 ； 液 压 机 中 图 分 类 号 TG3 1 5 ． 4 文 献 标 识 码 B 1 引 言 使 用缓 冲装 置是 单动 薄板 冲压 液 压机 的 主要 特 点 之 一 ， 也 是 与 机 械 压 力 机 竞 争 的 有 利 条 件 。 上 世 纪 8 0年 代 以 前 生 产 的 该 类 液 压 机 ，不 能 完 成 冲 裁 工 艺 ， 原 因 就 是 没 有 缓 冲 缸 和 缓 冲 装 置 。 因 为 在 压 机 完 成 冲裁工 作 的末端 ， 由于 冲压能 量 突然 释放 ， 将会 产 生 较 大 冲 击 和 振 动 ， 这 是 当 时 的 液 压 机 不 能 胜 任 的 。 为此 ， 在低 能耗 、 高 性 能设 计 思 路 的指 导 下 ， 在液 压 机上 使用 蓄能 器缓 冲装 置 ， 可 以有 效解 决 这一 难题 。 2缓 冲 装 置 原 理 2 ． 1缓 冲 装 置 原 理 及 功 能 说 明 缓 冲力是 由缓 冲缸 和缓 冲装 置共 同来 实 现 ， 是 在 冲裁 末 端 实 现 。缓 冲力 通 常 为 液 压 机 公 称 力 的 4 0 ％～ 6 0 ％ ， 缓 冲 缸 在 工 作 瞬 间 形 成 刚 性 液 压 垫 。 蓄 能器 在液 压 系统 中是一 种 液压 能储 存装 置 ，其 作用 一 ，是 在 工 况 需 要 时 ， 向 系 统 输 出 压 力 能 ； 作 用 二 是 作 为吸 收压力 冲击 或减 轻 油路 中 的压 力 脉 动 。这里 收稿 日期 2 0 1 0 1 0 0 7 作者简介 韩其义 1 9 8 1 一 ， 男 ， 工程 师， 从事机械设计及 自动化 利 用 蓄能器 储存 和 释放 压力 能 的特点 ，设 计 了一 套 合 理而 又节 能 的液压 系统 ， 系统原 理见 图 1所示 。 回路 中选用 了两 关键 液压 元件 节流 阀 ，平衡 阀 。 平 衡 阀 由单 向 阀 和 溢 流 阀 组 合 而 成 ，见 图 2所 示 。 平 衡 阀 中 的 溢 流 阀部 分 起 到 调 节 缓 冲 力 作 用 ， 节 流 阀起 到消 除压力 峰值 作 用 。 因为冲 裁开始 ， 缓 冲杆 开始 接触 缓 冲缸 ， 缓 冲作用 开始 ， 缓 冲缸 中的液 压油 需 要 释放 ， 此 时平衡 阀中 的溢流 阀部 分开 启 ， 因其 弹 簧 作 用 需 要 一 定 时 间 ， 即压 力 上 升 时 间 △t ， 它 的 反 应 是 溢 流 阀 的 阶 跃 响 应 指 标 之 一 。 所 以在 平 衡 阀 中 的 溢 流 阀 部 分 开 启 前 通 过 节 流 阀 的 节 流 小 孔 节 流 ， 图 1 液压原理 图 1 ． 蓄能器2 ． 节门3 ． 测压接头4 ． 节流 阀5 ． 平衡 阀6 ．压 力表7 ． 压力表节门8 ．缓 冲缸9 ． 液压机缓 冲接触杆 A Sp e c i a l Fo ur -c o l u m n Hy dr a ul i c Pr e s s f o r Ac t i v a t e d Ca r b o n Ba r W U Xi nz hu ，ZHANG Yunhe ，W U X i uf e ng ，ZHANG Le i 1 ． J i n a n No l Ma c h i n e -t o o l Gr o u p C 2 ． J i na n Fo un d a n d Me t a l f o r mi n g Ma c h i n e r y Re s e Abs t ract A t e chni cal pr opos al of a s pec i al f o ur f o r wa r d i n t h e t e x t ．By c o mpa r i n g wi t h t h e g e n e r a l f o u r - mo r e c o mpa c t s t r uc t u r e a n d t he m o v i n g b e a m s t r o k e h a s and unl o adi ng pr o ces s c an not onl y be c onduct ed by m a t o i m pr o ve ef f i c i ency． K e y w o r ds F o u r c o l u mn h y d r a u l i c p r e s s ；Ac t i v a t 晶 消 除在 溢 流 阀完 全 开 启 前管 路 中的压力 峰值 。 另 一 方 面 溢 流 阀 的 溢 流 量 由零 到 额 定 流 量 发 生 阶 跃 变化时 ， 其 进 口压力 将 如 图 3所 示 迅 速 升 高 并 超过 其调定 压力值 ， 然后 逐 步 衰 减 并 稳 定 在 调 定 压 力 值 上 ， 这 即为 溢 流 阀 的动 态 特 性 。 节 流 阀 的 节 流 小 孔 节 流 作 用 也 在 一 定 程 度 上 消 除 溢 流 阀 的 图 2 平衡 阀结构 图 1 ． 溢流阀2 ． 单向阀3 ． 阀体 超调 压力 在管路 中产生 的这 部分压 力峰值 。 所 以 ， 节 流 阀节流小 孔消 除压力 峰值 ， 可 以使 缓 冲平 稳 。 缓 冲工 艺实 现如下 ①液 压机 冲裁开 始 ， 即缓 冲 接触 杆开始 接触缓 冲缸 柱塞 头 。② 缓 冲缸 柱塞 头被 迫下 行 ，液压 油经 由节 流 阀和平衡 阀 中的溢 流阀部 分至 蓄能器 ，开 始吸收压 力 冲击并 达到液 压 能储存 功能 。③ 冲裁 完成 后 ， 缓 冲接触 杆脱 离缓 冲缸 ， 蓄能 器 释 放 压 力 能 ，液 压 油 经 由平 衡 阀 中 的 单 向 阀 部 分 至 缓 冲 缸 ， 使 缓 冲 缸 柱 塞 上 行 ， 并 等 待 下 一 次 液 压 机 冲 裁 。 2 ． 2缓 冲装置液 压分 析及计 算 1 液压 冲击计 算 缓 冲装 置作 用 就是 将动 能 转换 为 液 压 冲击 ， 该 装置 的蓄能器 作用 就是用 于 吸收因 阀开启 前后 而在 管路 中产生 的液压 冲击 。这 时蓄能器 的容 积 和管路 布置 、 油 液状态 、 阻尼和泄 漏情况 有关 。常 采用 下述 经 验公 式计算 蓄能器 容积 V o O ． O 4 p2 q 0 ． 0 1 6 4 L T ／ p 2 - p1 式 中 q 阀 口关 闭前管道 内流 量 ； 卜阀 口由开 到关 闭的持续 时 间 ； P 阀 口开 、 闭前 的工作压 力 ； p 厂系统 允许最 高 冲击压力 ； ， J 产 生 冲 击 波 的管 道 长 度 。 2 贮 存和 释放压 力 能 在 考 虑 压 力 能 贮 存 和 释 放 时 蓄 能 器 容 积 为 l 1 1 V o V ／ f 一 ] P0 P2 P 1 广蓄 能 器 输 出给 缓 冲缸 的 体 积 ； p 一 蓄 能 器 充 气 压 力 ； P。 蓄能器 的最 高压力 ； p 厂蓄能器 的最低 压力 ； n 指 数 其 值 由气 体状 态决定 ， 当蓄能 器瞬 时 提供 大 量 油 液 时 ，释 放 能 量 速 度 很 快 ，可 以认 为 气 体在 绝 热条 件 下工 作 ， n --- ．1 ． 4 。 对 于 气 囊 式 蓄 能 器 来 说 ，能 使 气 囊 工 作 时 的 容 腔在 其充 气容 腔 的 1 ／ 3 ～1 ／ 2区域 变化 ，它就 能 更加 经 久 耐 用 。 3 节 流 孔 流 动 计 算 其 实 就 是 孔 口流 动 ， 当 液 压 油 流 经 小 孔 ， 由 于 流 体 的惯性 作用 ，使通 过小孔 后 的流体 形成 一个 收缩 截 面 ， 然 后 再 扩 大 ， 这 一 收 缩 和 扩 大 过 程 便 产 生 了 局 部 能 量 损 失 ， 造 成 压 差 。 由经 验 公 式 得 出 节 流 孔 前 后 的 压 差 为 △ p g ／ c d A o 2 ／ 2 式 中 p 液体 的密度 ； q 液体 流经 节流小 孔 的流量 ； C 厂 一 流 量 系 数 ； 厂 ～节 流 孔 的 截 面 积 。 3缓 冲 装 置 实 际 应 用 3 ． 1 缓 冲装 置 缓 冲装 置工 程示 意如 图 3所 示 ，为 了吸收 冲裁 时 产 生 的较 大 冲 击 和 振 动 ，两 个 缓 冲 缸 各 自安 装 在 液 压机下 粱 的上 平面 上 ， 缓 冲杆 与滑块 连接 ， 滑块 下 行 冲裁时带 动缓 冲杆 压在缓 冲缸柱 塞 上 ，柱 塞头 被 迫 下 行 ，液 压 油 经 由 节 流 阀 和 平 衡 阀 中 的 溢 流 阀 部 分 至蓄能器 吸 收压力 冲击 ，以此方 式达 到减 缓滑 块 对液 压机机 身产生 的 冲击 。 经 过 缓 冲 装 置 的缓 冲 ， 从 现 场 测 试 ， 液 压 机 作 冲 裁工 艺时 ，冲裁最 初 和冲裁结 束这 两个 阶段振 动 特 别 显 著 ， 没 有达到 预期 的液压 机工作 平稳 性 。 经分析 ，由于手调 的平衡 阀的溢 流 阀部分 和节 流 阀调 节 的压力 和流量 ， 会 因人工 因素 ， 造 成在 缓 冲 过程 中缓 冲缸 中的液压 油通 过平衡 阀 的溢流 阀Y t 启 时 间不 一 致 ， 以及 通 过 节 流 阀 的 流 量 不 一 致 ， 而 导 致 液压 机在 冲裁工-- 乙14 - - 时最 初和 冲裁结束 这 两个 阶段振 动特别 显著 。所 以只需让 其溢 流 阀和节 流 阀同时开 启 即可解 决这 一 问题 ，现 只要将 两个 缓 冲缸油 路连 接 在 一 起 ， 如 图 4所 示 。 由 图 可 看 出 ， 无 论 在 平 衡 阀 的溢 流 阀部 分 和节 流 阀方 面上 调 节 不～ 致情 况 下 ， 只要缓 冲开 始作用 ，两个 缓 冲缸油路 连接 一起 后它 们 是一起 通过 溢流 阀及节 流 阀 ， 由此 我们 可 以得知 ， 这 样就避 免 了两个缓 冲缸缓 冲效果 不平衡 的现象 。 经 过 改 装 后 缓 冲 装 置 ， 从 现 场 测 试 ， 液 压 机 在 冲 裁 工艺 时 ，冲裁最 初和 冲裁结束 这两 个 阶段 已无 明 显振 动 ， 达 到 了缓 冲 的预期效 果 ， 提 高 了液压机 工作 平 稳 性 。 图 3 缓 冲装置工程示意 图 4 缓 冲装置工程示意 3 ． 2缓 冲 装 置 安 装 注 意 事 项 1 蓄能 器选 择 与安装 缓 冲装 置应具 有 消除 脉动 冲击 特点 ，所 以用 于 缓 和 冲击 的 蓄 能 器 ， 应 选 用 惯 性 小 的 蓄 能 器 ， 如 气 囊 式 蓄 能 器 、 弹 簧 式 蓄 能 器 等 。 这 种 蓄 能 器 ， 一 般 尽 可 能 安 装 在 靠 近 发 生 冲 击 的 地 方 ， 并 垂 直 安 装 ， 油 口 向 下 。 如 受 位 置 限 制 ， 垂 直 安 装 不 可 能 时 ， 再 水 平 安 装 ； 同时 在管路 上 安装 蓄能 器 ，必须 用支 板或 支 架将 蓄 能 器 固 紧 ， 以 免 发 生 事 故 ； 蓄 能 器 应 安 装 在 远 离 热 源 的 地 方 。 综 上 ，蓄 能 器 安 装 在 液 压 机 下 梁 侧 面 上 即 可 ， 此 外 ， 将 蓄 能 器 置 于 液 压 机 下 梁 的 地 坑 下 更 为 安 全 。 2 防 止 泄 漏 针对 缓 冲装置 的低 能耗 及 环保 特点 ，控 制 泄漏 E Q U IP M E N T 田 特 别 重 要 ，为 了 减 少 承 受 冲 击 和 振 动 的 管 接 头 松 动 引 起 的泄 漏 ， 采 取 以下 措 施 使 用 减 振 支 架 固定 所 有 管 子 以便 吸 收 冲击 和振 动 ；将平 衡 阀 和 节 流 阀 做 成 集 成 块 贴 合 在 缓 冲 缸 上 ，为 了 得 到 满 意 的 初 始 密 封 和 防 止 密 封 件 被 挤 出 沟槽 而 磨 损 ，安 装 面应 平 直 ， 密 封 面要 求 精 加 _T ， 表 面 粗 糙 度 0 ． 8 m，平 面 度 0 ． 0 1 ／ l O O mm， 避 免 过 多 的 配 管 ， 防 止潜 在 的泄漏 因素 。 4结 束 语 现 场 使 用 表 明 ， 液 压 机 缓 冲装 置使 用 了 蓄能 器 及集 成 阀块 后 ， 系 统 安全 可 靠 ， 安 装 、 调 试 、 维 护 方 便 。 面 对 目 前 制 造 业 中 提 倡 推 广 节 能 、 环 保 、 绿 色 发 展 ， 对 机 械 产 品 的 液 压 系 统 和 柔 性 调 节 提 出 了越 来越 高 的要 求 。这里 设计 的液 压机 蓄 能器 控制 系统 ， 符合 这 样 的设 计 要求 ， 从 而拓 展 了单 动薄 板 冲 压 液 压 机 的 使 用 领 域 ，让 企 业 获 得 了 更 多 的 社 会 经 济 效 益 。 【 参考 文献 】 [ 1 ] 章宏 甲， 黄谊 ， 王 积伟 ． 液压与 气压传动[ MJ ． 北京 机械丁业 出 版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 】 h t t p ／ ／ w w w ． c t i i n ． c o i n ． o i l 中国创新技术信息 网 ． 【 3 】 h t t p ／ ／ w w w ． a c a d ． c n k i ． n e t ． c n 中国学术期刊 网络 出版总库 ． [ 4 ] 孟凡武 ， 等． 电液锤液压系统 中蓄能器 的选择锻 压装备与制造技 术 ， 2 0 0 5 ， 4 0 2 3 5 3 7 ． [ 5 】 王 峰 ， 仲米生． 提高液压系统T作可靠性的方法． 锻压装备 制 造技 术 ， 2 0 0 6 ， 4 1 1 2 2 2 5 ． The Ap pl i c a t i o n o f Ene r g y s a V i ng Buffe r i ng Uni t i n Hyd r a u l i c Pr e s s HAN Qi y i T i a n j i n B r a n c h， S h a n d o n g L i f c n g He a v y Ma c h i n e - t o o l C o ． ， L t d ． ， T i a n j i n 3 0 01 3 4， C h i n a A b s t r a c t Th e a p p l i c a t i o n o f a ne w k i n d o f t h e a c c u m u l a t o r a s a b u f f e r de v i c e f o r h y dr a u l i c p r e s s h a s i n t r o du c e d i n t h e t e x t ． Th e l a r g e s h o c k a nd v i b r a t i o n g e n e r a t e d b y h y d r a u l i c p r e s s i n t h e b l a n ki n g p r o c e s s h a v e s ol v ed，whi ch i m pr o ves t he wor ki ng s t abi l i t y of hydr aul i c pr es s． K e y wor ds Bu f f e r i n g u n i t ；Ac c u m u l a t o r ；Hy d r a ul i c p r e s s