大型组合框架立式液压机机身关键构件分析与研究.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 01 2 1 2 0 1 0 0 6 0 0 3 8 0 4 大型组合框架立式液压机机身关键构件分析与研究 叶臻 。王 晋 抚 ， 田 华 明 ， 刘振 1 ． 扬 州捷迈锻 压机械 有 限公 司 ， 江 苏 扬 州 2 2 5 1 2 7； 2 ． 扬 州 工 业 职 业 技 术 学 院 ， 江 苏扬 州2 2 5 0 0 0 摘 要 通过 对大 型组合框 架立 式液压机机 身 的关键构 件及其 工 艺要求进 行具体分 析 ， 得 出了影 响机身精 度 的几 个 因素 。 对 此 类 型 液 压 机 的设 计 具 有 一 定 指 导 意 义 。 关 键 词 机 械 制 造 ； 组 合 框 架 ； 液 压 机 ； 精 度 分 析 中 图分 类 号 T G3 l 5 ． 4 文 献 标 识 码 B 1引 言 随 着 制 造 业 的飞 速 发 展 ，对 各 类 冲 压 件 以及 汽 车覆 盖件等 的加工要求 越来 越高 ， 不 断 向精 密化 ， 大 型 化 方 向 迈 进 。 对 于 液 压 机 类 锻 压 设 备 不 仅 要 求 台 收稿 日期 2 0 1 0 1 0 2 6 作者简介 叶臻 1 9 8 1 一 ， 男 ， 工程 师， 从事锻压 装备及液压 系统的 设计研 究 5结 束 语 该 套 数 控 系 统 的 开 发 ， 控 制 原 理 简 单 ， 使 用 方 便 ， 运 行 经 济 ，可 靠 性 高 ， 人 工 干 预 工 作 减 少 ， 工 作 周 期 明 显 缩 断 ， 从 原 来 的 6 0 0 s缩 减 到 6 0 s之 内 ， 操 作 安 全 性大 大提高 。该 套机 组 自 开 发 、 投 产 以 来 ，生 产 效 率 高 、 电 网 8 液压控制回路 面大 、 吨位 大 ， 更 要求具有 精度 高 、 刚性 大等 特点 ， 为 此 ，通 常将 此类液 压机机 身设计 为组合 框架立 式结 构 。具 体 的讲 ，就是通过 四根拉 紧螺栓 3将 上横梁 1 、左 有 立 柱 5和下 横 梁 8连 接成 一封 闭 的受 力框 架 ， 如 图 1 所 示 。 机 身 是 液 压 机 的 主 要 承 载 部 件 ， 结 构 复 杂 ， 而 且 在 工作 载荷作用 下各 构件均 受到较 大的应 力 。以前 设 计 时 ，虽 然 在 强 度 计 算 中 针 对 上 下 横 梁 的 受 力 情 极块 制件致 密度 高 ， 获得 客户 的好评 。 系统 充分体 现 了液压 机 高性 能 、 高效 率 、 高 自动 化 的特 点 ， 使 电极 棒制 品液 压机整机 具有 较高 的综 合性 能和 自动化 水 平 ， 值 得 在 液 压 机 行 业 推 广 。 【 参 考文献 】 [ 1 】 廖常初．s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用技术． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． I 2 1 中小型液压机． 天津锻压机床总厂编． f 3 ] S i e m e n s A G． S T E P 7 V 5 ． 1 编程使用手册 ， 1 9 9 8 ． f 4 1 S i e m e n s A G． s 7 ～ 3 0 0可编程控制器 C P U及模板规范手册 ， 2 0 0 3 ． f 5 1 贾鲁宁 ， 孙 承建． 直线 电机的驱动技术研 究． 锻压装备与制造技 术 ， 2 0 0 9 ， 4 4 6 2 一 2 3 ． App l i c a t i o n o f CNC S y s t e m f or Aut o ma t i c M a t e r i a l Pi c k u p Un i t i n Hy d r a ul i c Pr e s s f rl I ＼ 白 i l l i ／ l ／ ／ ， l ／ ／ 7 8 图 I 组合框架立式液压机机身结构图 I ． 上 横梁2 ． 液 压 张紧 装置3 ． 拉 紧螺 栓4 ． 环 形键 5 ．立 柱6 ．立柱调节导轨7 ． 矩形键8 ． 下横梁 况 均 作 了相 应 的 限 制 ，但 忽 略 了 对 立 柱 结 构 进 行 合 理 性 优 化 ， 如 刚 度 指 标 和 预 紧 方 式 等 ， 而 且 对 加 工 和 装 配 工 艺 要 求 也 很 少 作 细 节 上 的 处 理 ， 所 以 ， 在 垂 直 和 水 平 方 向 上 仍 会 产 生 与 应 力 相 应 的 变 形 ， 如 图 2所 示 。 由于 垂 直 变 形 使 液 压 机 在 升 压 和 卸 压 过 程 中 产 生 缝 隙 ， 引 发 强 烈 振 动 ， 而 水 平 变 形 会 影 响 导 轨 间 隙 的变 化 ，使 导 轨 在 运 行 过 程 中 受 阻 而 产 生 水 平 力 ， 导 致 立 柱 在 水 平 方 向 上 出 现 严 重 变 形 或 错 图2 载荷作用下机身的变形图 移等 ， 直 接影 响液 压机 的整体 工 作性 能 ， 从 而 影 响液 压 机 的成 形 加 工 精 度 。 此 外 ， 设 备 安 装 精 度 和 导 轨 调 整 间 隙 等 也 对 液 压 机 的 成 形 加 工 精 度 有 影 响 。 2立 柱 结 构 形 式 对 机 身 精 度 性 能 的 影 响 立 柱 在 液 压 机 机 身 中 不 仅 起 支 撑 联 接 作 用 ， 而 且 起 传 递 载 荷 和 辅 助 滑 块 导 向 的作 用 ，其 结 构 形 式 分 为 整体结 构 和分体 结 构 。 整体 结构 简单 ， 加 工工 艺 性 好 ， 但 是耗 材 多 ， 接 触 面 的 加 I _ I _ I 作 量 大 ， 同时 不 适 合 前 后 方 向 台 面 大 和 需 要 从 侧 面 更 换 模 具 或 上 下 送 料 的液压 机 ；分体 结构 适合 于 大 吨位 大 台面液 压 机 ， 但 对 加 工 工 艺 要 求 高 ， 受 力 稳 定 性 差 ， 在 承 受 最 大 载 荷 后 易 产 生 弹 性 变 形 和 弯 曲 ，影 响 液 压 机 的 整 体 性 能 和 成 形 精 度 。 E 确 重蛋 2 ． 1分 体 结 构 立 柱 的 设 计 要 求 由 于 立 柱 在 承 受 最 大 载 荷 后 要 产 生 弹 性 变 形 和 弯 曲 现 象 ，并 承 受 残 余 预 紧力 和 上 下 横 粱 变 形 后 产 生 的 角 弯 矩 ， 因 此 ， 立 柱 外 侧 受 压 应 力 要 比 内 侧 大 得 多 。在 结 构 设 计 中通 常 将 立 柱 设 计 成 箱 形 截 面 的 全 钢 板 焊 接 结 构 ， 应 力 控 制 在 5 0 MP a以 内 ； 合 理 增 加 靠 近 拉 紧 螺 栓 处 的板 材 厚 度 ，提 高 刚 性 和 抗 偏 载 能 力 ； 在 立 柱 与 上 、 下 梁 结 合 面 处 均 采 用 圆 环 键 加 两 个 垂 直 的 矩 形 键 来 定 位 ， 防 止 立 柱 与 上 下 横 梁 之 间 出 现 错 移 或 扭 转 ； 同 时 在 内 侧 加 工 出 导 轨 的 定 位 基 准 面 ， 以便 安 装 立 柱 调 节 导 轨 。具 体 结 构 见 图 3所 示 。 I ∥l oo 2 l A lB H ＼ I广 上 加 0 6 l cl ． ‘ 二 J厂 j _ 1 00 8 l A l囝I o 0 2 ] C I 1 q1 I i I 1 0 ．0 5 l 捆 P 卜 _ 一 0 D l n F口 1 l 一⋯一【 l l ] ’ ’ 1 ⋯ L一 I 圆 一 5 6 喜 J l 加 工 要 求 位 1、 r 『 r f 卅． 旧卉卸 进行同时加工 ， 保证等高 。 图 3 立柱结构及技术要求图 2 ． 2分 体 结 构 立 柱 的 加 工 工 艺 要 求 尽 管 立 柱 结 构 形 式 简 单 ， 焊 接 工 艺 容 易 保 证 ， 如 果 对 加 丁 1 二 艺 要 求 没 有 控 制 好 ，将 出 现 下 列 两 种 情 况 一 是机 身在 受最 大载荷 或偏 载 时 四个 立 柱 出现 菱 面 现 将 保 2 3 4 5 6 0 ． 0 6 ／ ] 0 0 0 ram， 上 下 两 定 位 面 与 基 准 面 的 不 垂 直 度 允 差 为 0 ． 0 5 ／ 1 0 0 0 ram，且 两 面 的不 平 行 度 允 差 为 0 ． 0 8 ／ l O 0 0 mm。 ③ 圆环 键 槽 和 两 个 垂 直 的矩 形 键 槽 均 与 上 下 两 定 位 面 垂 直 ， 形 位 公 差 要 控 制 好 。 ④ 在 安 装 机 身 固定 导 轨 时 ， 不 能 有 偏 置 或 倾 斜 现 象 ， 确 保 导 轨 与 水 平 面 垂 直 。 通 过 对 这 些 加 工 工 艺 的 可 靠 控 制 ， 能 够 有 效 的减 少 加 工 误 差 对 整 机 精 度 的 影 响 。 3立 柱 预 紧 措 施 对 机 身 精 度 性 能 的影 响 为了避免立 柱和上 下横梁 接触 面之 间出现 间隙 和错移 ，保 持压 机能够 正常工作 并具 有 良好 的精 度 保 持 性 ， 除 了 在 立 柱 设 计 中 要 有 键 定 位 外 ， 还 需 在 装 配机 身部件 时 ，对 拉紧螺 栓施加 超过最 大工作 载荷 的 预 紧 力 ， 对 机 身 进 行 预 紧 。 3 ． 1 张 紧装置结 构 过 去 通 常 采 用 加 热 法 进 行 预 紧 ， 由 于 预 紧 力 都 是间接计 算并 忽略 了上下横 梁的变形 ， 因此 ， 预 紧力 的均匀性 受 到刚度与计 算误 差的影 响 ，况且 加 热时 间 较 长 ， 耗 能 高 。 图 4所 示 的 液 压 张 紧 装 置 ， 是 在 锁 紧 螺 母 5外 侧 安 放 环 形 垫 块 4， 用 以 支 撑 张 拉 缸 体 。 其 工 作 过 程 在 拧 紧 螺 母 2后 ， 给 张 拉 缸 体 3通 入 压 力 油 ， 使 拉 紧 螺 栓 1伸 长 ， 同 时通 过 件 4将 力 传 到 上 横 梁 上 ， 使 机 身 受 压 ， 并 具 有 一 定 的 压 缩 量 ， 此 时 ， 锁 紧螺母 5与横梁结 合面 间产 生缝 隙 ，这 时可 通过环 形 垫 块 4上 的 预 留 长 孔 区 间 将 扳 手 插 入 ，旋 转 锁 紧 螺母 5并将 其锁 紧 ，当缸体 3卸压 后 由拉 紧螺 栓 的 弹性 伸长量对 框架机 身产生 预紧力 ，直接 由锁 紧螺 母 贴 合 面 传 到横 梁 上 。 这 种 结 构 的 优 点 是 无 须 配 制 垫 片 ，仅在拉 紧螺栓 处于张 拉状态 下旋 紧锁 紧螺母 即 可 ， 操 作 简 便 ， 省 去 了 繁 杂 的 间 隙 测 量 与 垫 片 配 制 工 作 图4液压张紧装置 1 ． 拉 紧螺栓2 ． 活 塞螺母3 ． 张拉 缸体 4 ． 环形垫块5 ．锁 紧螺母 预 紧 力 大 小 和拉 紧 螺 栓 危 险截 面 的确 定 假 设 机 身 受 载 时 ， 由 临 界 力 F o F 的 作 用 引 起 立 柱 与 横 梁 结 合 面 张 开 ， 即立 柱 预 紧压 力 为零 。 根 据 液 压 机 的 S I Z 艺 用 途 及 结 构 特 点 取 F o ／ F 1 ． 5 ～ 2 。 计 算 预 紧 力 的 条 件 是 在 作 用 下 的 拉 紧 螺栓 变 形 等 于在 作 用下 预 紧 时机 身 零件 和 拉 紧 螺 栓 变 形 的 总 和 。通 常 使 用 的 经 验 公 式 为 1 ． 2 ～ 1 ． 5 F， 当求 得 后 ， 便 可 决 定 张 拉 液 压 缸 的所 需 压 力 P。预紧 时立柱 中的最 大压应力 为 F ] ／ 4 A [ r ， ] 式 中 立 柱 最 小 危 险 断 面 积 。 当预紧 的机身在 额定工 作压力 F作 用下 ，拉 紧 螺栓 的受力 按下式 计算 2 A1 A2 A3 A4 ／ A1 A2 A3 A4 式 中 A ～ A 广分 别 为拉 紧螺 栓 、 立柱 、 工作 台和横 梁 的 柔 度 。 机身零 件 的柔 度按 下式决 定 Al l／ 4ElA l ； A2 Lz ／ 4Ez A 2 ； A3 E 3 ； A4 L4 ／ 4E 4 式 中 ， J ． ～ ￡ 一分 别 为拉 紧螺 栓 、 立 柱 、 工 作 台 、 横 梁 的计算 长度 ； E。～ E 一分 别 为 各 零 件 材 料 的 弹 性 模 量 ； A ～ A 一分别 为各零 件 的横截 面积 。 根据 这个 条件 ，按疲 劳及屈 服强度 等决定 拉 紧 螺 栓 的危 险 截 面 A 尺 寸 。 3 ． 3预紧措施 及实 验数据 分析 在 框 架 机 身 预 紧 计 算 中 ，假 设 上 下 横 梁 均 为 刚 体 ， 仅 考虑 立柱 受 压 ， 拉 紧螺 栓受 拉情 况 ， 其 受力 与 变形 关系如 图 5所 示 。据 此得 到在工作 载荷 F作 用 下不 开缝 的条件 为接触 面上存 在残余 预 紧力 。如果 四根 拉紧螺 栓 的预紧力施 加得 不足或 不均 匀 ，在 载 荷作用 下立 柱 内侧仍 然会 出现缝 隙 ，影 响压 机 的整 体精度 。采 取 的措施 是将 两套液 压张 紧装置 通过 对 角 线 布 置 ， 用 软 管 连 接 起 来 ， 使 用 手 动 泵 轮 番 进 行 逐 级 升 压 加 载 。例 如 最 大 加 载 压 力 为 4 0 MP a的 可 按 表 1次序进 行加 载 ，然后换 成 另一 对角 采用 相 同方法 进 行 。如果条 件允许 最好采 用应变仪 来监 控拉 紧螺 栓 与立柱 在加 载与卸 载后 的应变情况 。 图 5 拉紧螺 栓与立柱受力一变形图 表 1 N- 角加 载 顺 序 加载次序 l 2 3 4 5 6 对角编号 b b b 加载压力／ MP a 1 O 2 0 3 0 4 0 4 0 4 0 通 过 实 验 数 据 分 析 ， 在 公 称 压 力 作 用 下 预 紧 力 与垂 直 变 形 的 关 系 如 图 6所 示 。 从 图 中 明 显 看 出 ， 随 着 预 紧压力 的不 断升 高 ， 立 柱垂 直变 形逐 渐 减s l , ， 当 超 过 最 大 预 紧 力 时 ， 变 形 几 乎 趋 于 某 向一 定 值 。 暑 旨 ＼ ＼ ＼ ＼ O l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 预紧压力 P ／ MP a 图 6 预紧压 力 与垂直 变形 4导 轨 结 构 及 调 整 方 式 对 机 身 精 度 性 能 的 影 响 在 大 型 组 合 框 架 液 压 机 中 ，往 往 零 部 件 结 构 尺 寸 比较 大 ， 难 以 避 免 出 现 零 件 制 造 和 装 配 累 积 误 差 。 为 了保 证 滑 块 下 平 面 对 工 作 台 面 的 不 平 行 度 和 滑 块 运 动 方 向 上 对 工 作 台 面 的 不 垂 直 度 能 方 便 调 整 ，保 持 主 机 精 度 好 ，因 此 ，需 要 设 计 合 理 的 滑 块 导 向 结 构 。 目 前 ，通 常 使 用 的 滑 块 导 向 结 构 有 八 字 导 轨 、 L 形 导轨 、 X形导轨 和矩 形八 面 导轨 等几 种形式 。 考虑 适 用 范 围 ， 结 合 大 型 液 压 机 的 运 动 特 性 和 需 要 承 受 偏 载 能 力 的要 求 ，设 计 了一 种 楔 块 与 推 拉 螺 钉 组 合 式 导 轨 ， 如 图 7所 示 。 这 种 结 构 利 用 斜 楔 调 节 块 6调 节 滑 块 左 右 方 向 的位 移 ， 利 用 成 组 推 拉 螺 钉 2 两 推 一 拉 调 节 滑 块 前 后 方 向 的 位 移 。这 种 结 构 的 优 点 是 ① 左 右 方 向 能 够 承 受 很 大 的偏 载 力 矩 ， 容 易 调 整 液 压 机 的 精 度 ； ② 具 有 四 角 八 面 全 钢 导 轨 导 向 ， 前 后 左 右 方 向 均 可 调 整 ；③ 镶 衬 有 低 摩 擦 系 数 的锡 青 铜 合金 ，调 整后 不易发 生精 度跑 偏 现象 ；④ 导轨 采 用 田 图 7楔块与推拉螺钉组合 式导轨 1 ．立 柱2 ． 推拉螺钉3 ． 固定块4 ． 调节导轨 5 楔 固定块6 缘 楔调节块7 ． 滑块 4 5号 钢 ， 经 淬 火 处 理 ， 硬 度 可 达 HRC 4 5以 上 ， 耐 磨 性 能 良好 ， 使 用 寿命长 。 此 外 ， 为 了保 证 导 轨 面 上 的 比压 值 ， 设 计 时 必 须 合 理 考 虑 导 轨 的 长 度 、 宽 度 尺 寸 以 及 润 滑 情 况 。 5 结 论 通 过 对 大 型 组 合 框 架 立 式 液 压 机 关 键 构 件 进 行 分 析 和 研 究 ， 我 们 认 为 ， 要 保 证 机 身 具 有 较 高 的 精 度 性 能 ， 必 须要 做到 ① 立 柱须 强度 高 、 刚性好 ， 结 构合 理 ， 符合 加 工 工 艺要 求 ； ② 应 采 用科 学 的预 紧方 式 ， 合 理 确 定 立 柱 拉 紧螺 栓 的 预 紧 力 ，使 机 身 充 分 的 预 紧 并 形 成 一 个 封 闭 的 整 体 结 构 ；③ 合 理 选 择 立 柱 的 导 轨 调 节 结 构 形 式 ，弥 补 零 件 制 造 和 装 配 造 成 的 累 积 误 差 。在 设计 和加 T制 造 中综合 考 虑到 以上 因素 将 大 大 提 高 机 身 的整 体 精 度 。 【 参 考 文献 】 [ 1 】 俞新陆． 液压机．北 京 机械丁业 出版杜 。 1 9 8 4 ． [ 2 ] 天津 锻压机床 厂．中小 型液压机设 计计算．天津人 民出版社 ， l 9 6 7． f 3 1 吴生富 ， 金淼 ， 聂绍 珉 ， 等． 大型锻造液压机全预 紧组合机架 的 整体性及影响 因素分析． 塑性工程学报 ， 2 0 0 6， 1 3 2 ． [ 4 ] 刘华军． 液压拉伸预 紧技 术在大型压力机安装 中的应用． 锻压机 械 ， 1 9 9 7 ． 3 2 2 2 9 3 0 ． [ 5 】 周杰 ， 伍驭美 ， 等． 拉 紧螺栓 预紧力对 闭式 组合机 身压 力机精 度的影响． 锻压机械 ，2 0 0 1 ， 3 6 1 3 5 3 8 ． An a l y s i s a n d Re s e a r c h O f Ke v Pa r t s o f He a v y Co mbi na t i o n Fr a me f o r Hy dr a u l i c Pr e s s YE Zh e n ，W ANG J i n f u ，TI AN Hu a mi n g ，L I U Zh e n 1 ． Ya ng z h o u J FMMRI Me t a l f o r mi n g Ma c h i n e r y Co ． ，L t d． ， Ya n g z h o u 2 2 5 1 2 7，J i a n g s u Ch i n a； 2． Ya n g z ho u I n d us t r i a l Vo c a t i o n a l Te c hn o l o g y Co l l e g e，Ya ng z ho u 2 25 0 0 0，J i a n g s u Ch i na A bs t rac t The ke y par t s and de m a nds o f t ec hni c al pr o ces s f o r he avy combi nat i on flame i n hydr aul i c pr es s be en di s cus s ed i n t he t e xt ．And s ome f ac t or s whi ch i nflue nc e t he pr ec i s i on o f flame hav e been obt ai ne d．I t i s h t o pr ovi de r ef er ence f or t he des i gn o f hea vy hy dr aul i c pr es s ． K e yw ords Hydr a ul i c pr es s；Com bi nat i on fram e wo r k；Par t s ；Pr e ci s i o n O 5 O 5 0 O 加 O O 0 O 0 O