超长超大折弯机液压系统的设计分析.pdf

文 章编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 0 1 1 0 4 0 0 3 7 0 3 超 长 超 大 折 弯 机 液 压 系统 的 设 计 分 析 曹光荣 ，张子 东 ，谈传 明 。王 志 明 ，毛志 强 ， ，刘冲 - 。魏 雪梅 - 1 ． 江 苏亚 威机 床股份 有 限公 司 ， 江苏江都2 2 5 2 0 0 ； 2 ． 南京 理工 大 学 机械 工 程 学院 ， 江苏南京2 1 0 0 9 4 摘要 介 绍 了一种 先进 、 高 效板 料折 弯机 液压 系统 。 分析 了系统 工作 原理和 运行 过程 ； 阐述 了该 系统 比例 压 力控制 的特 点和 工作 台比例 液压控 制 的补偿 方 式。 并 对 系统 的数据 进行 了计算分 析 ， 确定 了液 压 系统 的参 数 。 关 键词 流体传 动 与控 制 ； 液 压 系统 ； 折弯机 ； 特 点分 析 ； 参数 设定 中图分 类 号 T P 2 7 1 ． 3 1 ／ TG3 1 5 ． 5 4 文献标 识 码 B 1引 言 数 控 板 料 折 弯 机 是 一 种 应 用 非 常 广 泛 的金 属 板料 冷 加 工 成 形设 备 。 机 床拥 有 灵 活 的专 门数 控 系 统 ， 集 合 比例 控制 技 术 ，可实 现 高 度 自动化 、 高 精度 复 杂 形 状板 料 的弯 曲加 工 ， 生 产效 率 高 ， 工 件质量 好 _ 1 l 。高 的性 能指 标 要靠 合 理 结 构 和系 统 的 设计 、 完 善 的 控制 手 段 以及 机 、 电 、 液 、 气 等 协 调 一 致 的工 作来 保证 闭 。 这 里 对 超 长 超 大 折 弯 机 液 压 系 统 工 作 原 理 进 行 介 绍 ，重 点 分 析 该 液 压 系 统 采 用 的 压 力 控 制 技 术 和 工 作 台的液 压补偿 技 术 。 2折 弯机 的 工作原 理 与运行 过 程 2 ． 1 工作 原理 折 弯 机 液 压 系 统 原 理 如 图 1所 示 。液压 缸安 装在 折弯 机 的两侧 ， 为 对称 结构 。系 统 最 大 压 力 为 2 6 ． 2 MP a ， 静 态 支 撑 压 力 为 1 1 ． 3 MP a 。 液 压 系统 完成 的 主要 动 作 液压 缸下 压快 进 、下 压工 进 、 保压 、 卸 荷和快 速 回程 等 。 其 中 ， 下 压快 进和 快速 回程利用 充 液 阀块 ， 可 以快 速充 液 和 回油 。 1 压 力 控 制 块 主 要 由 比 例 压 力 阀 4 ． 4 、 二 通 插 装 阀 4 ． 1 安 全 阀 4 ． 3 、 安 全 溢 流 阀 D0 2 、 蓄 能 器 充液 阀 D01 、 蓄能器 D0 5 等组 成 。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 0 3 作者简介 曹光荣 1 9 7 5 一 ， 男， 工程师， 硕士， 从事数控板料折弯机开 发设计 图 1 液压 系统原理 图 2 同步控 制 块 主要 由 比例伺 服 阀 2 ． 2 ， 背压 阀 二通 插装 阀 2 ． 1 和先 导式 压力 阀 2 I 3 组 合 、 控 制 快下 和工 进 转换 的 方 向控 制 阀 二通 插 装 阀 2 ． 4 和 换 向 阀 Y5组 合 、 方 向控 制 阀 二 通 插 装 阀 3 ． 2 和 电磁 球 阀 Y6组 合 、 安 全 阀 7 ． 1 和 单 向 阀 8 ． 1 等组 2． 2 3 0 ％ 比例 下降 液 油 缸 上 通 插装 阀 2 ． 4 、 比例伺 服 阀 2 ． 2 回油 箱 。滑 块快 下 速 度可 通过 调节 比例 伺 服 阀的控 制 电压控 制 比例 伺 服 阀 开 口而 得 到 不 同 速 度 。 2 亡进 比例 压 力 阀 4 ． 4 Y4得 电 ， 电 磁 换 向 阀 Y7得 电 ，使 充液 阀关 闭 ， Y5失 电 ，电磁球 阀 Y6 得 电 ， 油 泵 排 出 的 压 力 油 ， 经 比例 伺 服 阀 2 ． 2 进 人 油 缸 上腔 无 杆腔 。油 缸下 腔 的油 通过 二通 插 装 阀 3 ． 2 、 二通 插 装 阀 背 压 阀 2 ． 1 、 比例 伺 服 阀 2 ． 2 回油 箱 。 滑块 慢 速下 压 。 通过 调节 比例 伺服 阀的控制 电 压 Y4控 制 比 例 伺 服 阀 开 口而 得 到 不 同工 进 速 度 。安 全 阀 7 ． 1 是 为油 缸 下腔 的安 全 阀 设 定 压 力 比系 统 压 力 高 1 0 ％ ， 背 压 阀 2 ． 3 设 定 压 力 一 般 为 平 衡 压 力 加 3 0 ～ 5 0 b a r 。 3 保 压 当滑 块 到 达下 死 点 后 ， 给 比例 伺 服 阀 Y4零 电压 ， 比例 伺 服 阀 2 ． 2 在 中位 ， 切 断 油 缸 上 、 下 腔 的 通 路 ， 滑 块 停 止 在 下 死 点 上 。 4 卸 荷 折弯 机工 进保 压 后 ， 给 比例伺 服 阀 Y4 一 定 负 电压 ， 使 油缸 上行 一定 距离 卸 荷距 离 ， 油缸 上 腔 的压力 通 过 比例伺 服 阀卸荷 。 5 返 回 电 磁 换 向 阀 Y7失 电 时 ， 充 液 阀 打 开 ， 给 比例 压力 阀 4 ． 4 Y1一 定 电压 ， 比例伺 服 阀 Y4负 电压 ， 油 泵 排 出的 压 力 油 经 比例伺 服 阀 2 ． 2 、 二 通 插 装 阀 2 ． 4 、 单 向 阀 8 ． 1 到 油 缸下 腔 有 杆 腔 ， 推 动 滑 块 向上 ， 而油 缸 上 腔 无 杆 腔 的液 压 油 一路 经 充 液 阀 回油箱 ， 一 路经 比例伺 服 阀 回油箱 。 滑块 快速 返 回。 回程速 度 可通 过调 节 比例伺 服 阀开 口而得 到 。 3压 力 控 制 特 点 分 析 3 ． 1系统 总压力 控 制 由 比例 压 力 阀 4 ． 4 控 制 二 通插 装 阀 4 ． 1 来 调 节 主泵 的压力 ， 即液压 系统 压力 ， 以满足 折 弯力 的要 求 。安 全 阀 4 ． 3 控制 着 油 泵输 出的最 高 压 力 ， 当油 泵 出 口压 力 过高 时 ， 对 其 进行 卸荷 保护 。 3 ． 2控 制 油路 的压 力 由控 制泵 和 蓄能器 为 控制 油路 提供 油 源 ，即为 充液 阀 的工作 和 同步 块 上 比例 伺 服 阀提供 控 制 油 ， 启 动控 制 油 泵 ， 通 过调 节 蓄 能器 充 液 阀 D 01 高 压 统 压 降至 U 使 蓄 是 安 缸 上 上 腔 卸 荷 。 安 全 阀 7 ． 1 是 为 油 缸 下 腔 的 安 全 阀 设 定 压 力 比系统 压力 高 1 0 ％ 。 3 ． 4远 程压 力控 制 压力 中心 块是 安装 在机 器 的 中间部位 ，通 常控 制两 边 充液 阀 的控制 阀也 在压力 中心块 上 。 国 内机 床 远 程 压 力 控 制 目前 距 离 只 能 做 到 2 ． 5 m、 1 2 m 以 内 ， 1 8 m 的折 弯机 就会 有控 制稳 定性 的问题 。此 外 ， 控 制管 道直 径不 可 能大 ， 大 约在 1 2 mm 以 内 ， 否 则会 有 沿程 压力 损失 ， 回油压 力快慢 ， 进 油压 力 快慢 等 问 题 ， 直 接导致 充 液 阀的关 闭效果 不 稳定 ， 最 终显 现 出 来 的 就是整 个 机床 的动作 、 性 能不 稳定 可 以将控 制 阀拆 分成 两个 ， 直接 装 到两个 油 缸上 面 ， 两个 阀 同 步控 制 保证 其控 制效 果 。 4液压 系统 参 数 的确 定 该 折弯 机滑 块长 度 1 8 m，为控 制减 小 滑块 的变 形 ， 使 得滑 块 的高度 、 厚 度不 可 能做 得小 ， 高 度 4 ． 8 m， 厚 度 3 0 0 mm， 这 样 滑 块 的重 量 会 大 于 2 0 0 t 含 模 具 的重量 ，通常 的 3 0 0 0吨油缸 下 腔面 积不 足 以支撑 这 么 重 的滑块 ， 经计算 加 大油 缸下 腔 的面积 ， 使 得 支 撑 压 力在 1 1 MP a左 右 ， 带来 的后 果就 是 油 缸下 腔 的 流量 大大增 加 ， 为 了达到 滑块 的速 度 ， 只有 加 大液 压 系统 的通径 、 流 量 。液压 系统 的原 始数 据见 表 1 。 表 1 液压 系统 的原 始数 据 吨位／ t 2 5 0 0 快下速度／ mm ／ s 7 0 工作 台长度／ ram 1 8 o o 0 行程／ mm 7 5 0 工进速度／ mm ／ s 7 滑块重量 2 1 0 0 0 0 快 回速度／ mm／ s 6 0 比例 阀流量选择 3 7 0 gg q ／ L ／ rai n 油缸直径 7 8 0 油泵流量 Q ／ e m3 ／ r 3 7 5 Di m m 活塞杆直径 d | mm 7 0 0 工作压力 P ／ b a r 2 6 0 充 液阔 流量q “ ／ L ／m in 2 5 0 0 下腔 回油管 4 4 油泵效率 ％ 9 8 内径 o ／ ram 自吸管路 内 1 4 0 径 o ／ m l n 压力管路 内 径 m m 3 8 电机频率 n ／ Hz 5 0 1 油 缸 的 表 面 积 由表 中油 缸 直 径 D 和 活 塞杆 直 径 d可 求 的油 缸 上 腔 面 积 S为 4 7 7 6 e m ， 下 腔 面 积 5为 9 2 9 c m ， 所 以上 下 腔 面 积 比 为 5 ． 1 4。 2 系统 的压 力 实 际计 算 吨位【 5 J 2 4 8 3 t 理 论 支撑压 力 P I _ 2 6 2 b a r 静 态 支撑 压力 尸 2 1 1 3 b r 3 油 泵 的 流 量 油 泵 的 理 论 流 量 『5 _ 5卫 5 4 3 ．7 5 L ／m in 油 泵 的效 率 按 照 a 7 9 8 ％来 计算 ， 可 以得 到 油 泵 的 实 际 流 量 q 2 q 1 9 8 ％ 5 3 2 ． 8 8 L ／ mi n 4 油箱 体积 机 械 手 册 第 四卷 P1 7 ～ 7 4 2中 关 于 油 箱 尺 寸 的 选 择有 如下 经 验值 ，即取 液压 泵 每分 钟 流量 的 3 ～ 7 倍 ， 即 V Aq 式 中 A 系 数 。 为 了使油 泵 和油路 管道 获得 充足 的 油液 ，这 里 选取 A 8 ， 所 以油箱 的体 积 为 4 3 5 0 L 。 5 速 度 分析 ①快 下速 度 由于 陕进 时 ， 油泵 和充液 阀同时对 上 油腔 供 油 ， 这两 部分 的 流量都 对快 下 的速度 产生 影 响 ，但 是 油 缸下 腔油 液 只经过 比例 阀 回到油 箱 中 ，所 以按 照 比 例 阀计算 的更 准确 些 。 按充 液 阀计算 [5 ] 1 ” -- q“ x 6 l 0 0 s 0 0 0 一 8 7 ． 2 4 mm／ s 按 比例 阀计算 6 6 ． 3 5 mm／ s ②工 进 速度 在工 进 时 比例 阀不 一定 需要 全部 打 开 ，此 时工 进 的速度 可 以通过 油泵 的流量求 的 ，假设 油 泵 的效 率 为 9 8 ％， 有 2 9 ． 3 0 mr r d s 考虑 这样 大 的折 弯机 ， 工进 速度 太快 了 ， 采用 工 进 时关掉 一个 油泵 的方 案 有 3个 1 2 5 e mi r的 主油 泵 ， 可 得 15 ] 1 3 2 p 2 一 6 ． 2 0 mm／ s ③ 回程速 度 回程 时 ， 油缸下 腔 的油 液全 部 由油泵 提供 ， 所 以 可求 得[ 5 】 4 7 ． 7 8 mm／ s 5工 作 台挠度 的补 偿 折 弯机 在板 材折 弯过 程 中 ，由于滑 块 两端 受力 最 大 ， 在 反作 用 力 下 ， 滑 块 下 表 面 出现 凹形 形 变 ， 滑 块 中间部分 形变 最 明显嗍。工 件越 长 ， 这 种误 差 也越 大 。 同时 随着影 响 负载 的材料 强度 增加 ， 或 板料 增厚 都会 导致 全 长范 围 内的角度 误 差增 大 ，严重 影 响 到 工件 的直 线精 度 。 所 以 ， 在超 长超 大折 弯机 对高 强度 板材 折弯 时 ， 这种 挠度 的补偿 显 的尤 为重 要 。 液压 补 偿 系统 采 用 直径 为 o 4 7 0 mm 的 补偿 缸 9 个 ， 补偿 阀流 量 为 1 6 0 L ／ mi n ， 补 偿 管道 内径 o 2 0 mm， 计算 下来 数据 显示 补偿 速度 决定 了补 偿 流量 ，所 以 要加 大补 偿溢 流 阀的通 径 流量 。考虑 补偿 油 缸在 机 床长 度方 向上 布置 的话 ，采 用单 边进 油会 有 沿程 压 力 损失 ， 影 响整 个补 偿速 度和 精度 ， 最 后采 用在 机 床 左 右两 侧利 用两 个 油泵 双 向供 油 给补偿 缸 。 在 超 长超 大折 弯机 中 ， 采 用液 压挠 度补 偿 ， 可 获 得 在工 作 台全长 上精 度均 匀 一致 的工 件 。液压 挠 度 补 偿 由一组 安装 在 下工作 台内 的油缸 组成 ，可 使 工 作 台相 对移 动 ， 形 成 加 凸的理 想 曲线 ， 保 证 受力 后 与 滑 块 的相对 位置 关 系不变 。补 偿量 由数 控 系统 根据 板 厚 、 模 具 开 口及 材 料特性 自动计算 确 定 。 液 压补 偿 的优势 在 于充分 利用 液压 原 理 ，补偿 量 随着 负载 的增 大 而增大 ，不 需要 或 者很 少需 要对 补偿 量 进行 调节 ， 更 加方便 用 户 的使 用 ， 它在 大 、 中 、 小 型数 控折 弯床 上都 适用 。 不 足 在于成 本 高 ， 结 构较 复 杂 ， 同时存 在挠 度 曲线种 类 有 限的 问题 [ 7 1 。 6总 结 该 液压 系统 集 成度 高 ，采用模 块 化设 计拆 装 维 修 方便 ， 具 有流 量大 、 速度 快 、 精度 高等 优点 ， 设 计 流 量 可 以做 到 6 0 0 0吨 以 上 ； 具 有 多个 安 装 接 口 ， 可 升 级 配置 其他 功 能 的阀块 ， 如安 全 阀块等 。 充液 阀 的控 制 采用 近端 控制 的方 案 ，避 免 了远 端 控制 带来 的 不 稳 定 。大 流量插 装式 补偿 阀解 决 了补偿 流 量速 度 的 问题 ， 两侧 双 向进油 方案 解决 了沿 程压 力损 失 大 、 补 偿 速度 慢 等 问题 。 【 参 考 文献 】 [ 1 】 侯伟峰． 数控折弯机液压系统分析[ 伺服控制， 2 0 0 8 ， 2 5 4 - [ 2 ] [ 3 】 【 4 ] 【 5 ] 文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 21 2 0 1 1 0 4 0 0 4 0 0 2 激 光 切 割机 工 作 台升 降装 置 的 改进 杨吉 吉，刘 文 华 ，张玉 ， 郭俊 济 南铸 造锻 压机 械研 究所有 限公 司， 山东济 南 2 5 0 0 2 2 摘 要 激 光切 割机 工作 台的升 降装 置为 液压 系统 控 制加机 械机 构 导 向 ， 实现板 材 的送 料 动作 。但是 原液 压 系统 为调速 阀控制 ， 在 实 际操 作 中存在 调 节 困难 ， 不 易实现 平稳 动作 的 问题 。 本 文针 对 此 问题 ， 提 出 了解决 方 法 。 关键 词 机械 制造 ； 工 作 台 ； 激 光切 割机 ； 控 制 系统 ； 改进 中 图 分 类 号 T G4 8 5 文 献 标 识 码 B 1前 言 激光 切 割机 用 于切 割金属 板 材零件 ，尤其 适 于 切 割形 状 复 杂 的产 品 ， 加 工 板材 最 大厚 度 2 5 ram， 因 此 ，在 制造业 得 到广 泛应 用 。机 器工 作 台为送 料 机 构 ， 通过 它 的升 降把板 材 送到 加工 区域 。 工作 台采 用 液压 缸 升 降加机 械导 向的方式 动 作 ，工作 台的 四角 布 置 四个直 径 相 同的油缸 及 导 向装置 ，通 过 液压 系 统 控 制油缸 来 驱动 工作 台上 升或 下 降 。最 初 的液 压 系统采 用调 速 阀控 制方 案 ，即每 一个 油缸 对 应一 个 调 速 阀 ，调 速 阀通 过调 节流 量 的大小 来调 整 油缸 的 升 降速 度 ，要求 通 过调 节达 到 4个油 缸速 度 基本 一 致 ， 起 到工作 台辅助 同步 的作 用 。 同时 ， 导 向装置 在 工作 台升 降过 程 中起 纠 偏作 用 ，保证 升 降动 作 的平 稳 ．与同步 。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 2 1 作者简介 杨吉 占 1 9 8 0 一 ， 男， 工程师， 从事液压系统的设 计研究 2老 系 统 的 问题 1 根 据 油 缸 速 度 进 入 油 缸 的流 量片由缸 面积 的原 理 ，液压 油 进入 油缸 流量 的大 小直 接 决定 油缸 的升 降速度 。 在 液压 系统 的总流量 一定 的情 况 下 ， 虽 然 每个 油缸 的流 量都 可 以调 节 ，但 也 出现 了调 节某 一 个 油 缸流量 时其他 油缸 流量受 影 响 的现 象 ，再加 上 油缸 数量 较 多 ， 导致 油缸 速度 越调 越乱 ， 不能 平稳 升 降 。此外 调速 阀调 节 困难 ， 不易 调节 同步 。 2 原 有 液 压 系统 在 布 局 上没 有 考 虑 压 差对 油 缸 升 降动作 的影 响 ，从 调速 阀到 每一个 油 缸 的管路 长 度不 同 ， 沿 程 流阻 不 同 ， 导致 油缸 刚 开始 动作 时就 出现 偏差 ， 虽 有 纠 偏 导 向装 置 ， 但 往 往 反应 滞 后 ， 影 响 精 度 。 3 油 缸与 工作 台 、 油缸 与导 向装置 底 座若 为 刚 性 连接 ， 一旦 油 缸升 降速 度差 异较 大 ， 易发 生憋 劲 的 现 象 ， 工作 台被 动锁 紧 ， 既不能 上升 ， 也不 能 下降 。 产 生上 述现 象 的原 因在 于多缸 动作 不 同步 。多 [ 6 】 张志兵， 佘健， 陆闻海， 等．数控折弯机两种补偿机构的比较【 J J ． 2 1 锻压装备与制造技术， 2 0 1 0 ， 4 5 5 3 7 3 8 ． [ 8 】 [ 7 】 吴国富懈 析板料折弯机的挠度补偿[ J 】 l 装备机械， 2 0 0 3 ， 3 1 9 一 机械设计手册编委会． 机械设计手册l J I ． 北京 机械工业出版社 2 0 0 4 ． De s i g n a nd a n a l y s i s o f hy dr a ul i c s y s t e m f o r pr e s s br a ke wi t h o v e r - l e ng t h＆ o v e r -we i g h t