全自动两辊液压卷板机研制.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， NO ． 0 9 ．2 0 1 4 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 9 ． 0 0 8 全 自动两辊液压卷板机研制 张文华， 白国振 ， 杨勇明 R D o f Au t o ma t i c Hy d r a u h c Be nd i n g M a c h i n e wi t h Two Ro l l e r ZHANG Wen hu a， BAI Gu o- z h e n， YANG Yo ng -mi n g 上海理工大学 ， 上海2 0 0 0 9 3 摘 要 传统 的卷 圆工艺通过三辊或 四辊卷板机完成 ， 生产率 低、 筒体带有一定 的直边段 。 这里介绍 了一款 高效率 的全 自动两辊液压卷 板 机 ， 能实现无直边段 的高质量卷圆 ， 生产效率高 ， 全程不需要人工干预 。主要介绍全 自动两辊液压卷板机 的原理 、 结 构和实现 方式 。 关键词 两辊 ； 卷板机 ； 卷圆 中图分类号 T H1 3 7 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 9 0 0 1 9 0 4 O 引言 简体的卷 圆加工一般通过卷板机完成 ．常见 的卷 板机有两辊卷板机、 三辊卷板机 、 四辊卷板机等。 三辊卷板机是运用三点弯曲卷 圆的原理[ 1 ] ， 如图 1 。 三辊卷板机具有结构简单 ． 成本低等优点 ． 缺点是卷制 前需要对工件进行预弯 ， 卷制精度低 ， 卷制完成 的筒体 有 直边 闼 四辊卷板机是三辊卷板机的一种变形形式 ．实际 卷板 过程 中同一时间也只有三个辊子参与板料弯曲运 动[ 3 ] ， 基本原理如图 2所示 。相对于三辊卷板机 。 四辊卷 板机的结构 比较复杂 ， 造价较高 ， 同时 。 四辊卷板机 的 卷制精度 比三辊卷板机高 ． 直边段也 比较短 ． 但是仍 然 无法消除直边 三辊 、四辊卷板机卷圆的工艺决定 了卷 圆过程 中 收藕 日期 2 0 1 4 0 1 0 9 作者简介 张文华 1 9 8 1 一 ， 男 ， 江苏无锡人 ， 工程师 ， 学士 ， 主要从 事 自动 化 设备及精密机械设备研究 。 需要板料来 回滚动 ， 多次弯曲 ， 所以卷 圆过程花费的时 间较长。两辊卷板机解决 了简体直边段的问题 ． 并且一 次卷圆成形[4 ] ， 生产率很高。 ， 、 ／ 简体 ／ 一 、 、 、／ 简体 1 两辊卷 板机原理 两辊卷板机的原理 ， 如 图 3所示 ， 基本结构 由聚氨 酯橡胶辊 上辊 、 钢辊 下辊 、 模具套筒组成。由于聚 氨酯胶辊表面聚氨酯的特性 ． 在受压力状态下 。 会产生 可塑弹性变形 ．聚氨酯胶辊与模具套筒 的接触 面会形 成一个沿辊轴方向的曲面 ．而且与模具套筒 的接触面 是完全贴合 的。在如此的紧密接触下 。 提供了类似液体 的压力传递作用 ．能将系统 的动力有效地转化为聚氨 图 3单向阀充液示意 图 4 散装料仓 备 已经完成 了制作 拼装 ． 而且 在调试过程 中顺利地实 现了各项动作。接下来该设备将会用于某城市的地铁 修建工程 ．用来对盾构机采掘 出来 的渣土等物料进行 装车。 参考文 献 [ 1 ] 刘仕平． 液压 与气 压传 动[ M] ． 郑州 黄河水利 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 雷天觉 ． 新 编液压工程手 册[ M] ． 北京 北京 理工大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 3 】 林建亚 ， 何存兴 ． 液压元件【 M1 ． 北京 机 械工业 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 4 ] 许益 民． 电液 比例 控制 系统 分析与设计【 M】 ． 北京 机械工业 出 版社 ． 2 0 0 6 。 [ 5 ] 帅长斌 ， 等 ． 大 吨位 箱形简支梁 运架设备 的研 制【 J 】 ． 铁 道标准 设计 ， 2 0 0 1 ， 3 ． 1 9 液 压 气 动 与 d -／ 2 0 1 4年 第 0 9期 酯胶辊的压力 ．并传送到置于聚氨酯胶辊与模具套筒 之间的板料 当板料被送入聚氨酯胶辊与模具套筒之 间 ． 并被夹紧在该接触曲面上 ． 经 由此曲面所施加 的压 力 ． 达到板材的屈服强度时 。 板材就被卷弯为与模具套 筒相 同的曲率。聚氨酯胶辊连续转动 ， 带动板材连续 向 前进给并卷弯 ，直到整块板材完成卷弯。在压力消失 后 ．聚氨酯胶辊表面的聚氨酯材料会立即恢复到原有 的状态 ． 而在受压状态下完成卷板工艺的筒体 ， 当压力 消失后 ． 也会产生一定 的回弹 ． 回弹后 的筒体 刚好达到 设计所要求的尺寸 。 两辊卷板机有两种基本结构形式 。 如图 3 、 图 4所 示 ． 分上辊驱动式和下辊驱动式。目前 比较常见 的为下 辊驱动式 ， 其 自动化程度不高 ， 上下料需要人工搬运 ， 生产效率较低 筒体 模具套筒 上辊 下辊 聚氨酯橡胶 图 3两辊 卷 板 机上 辊 驱 动式 图 4两辊 卷 板 机 下辊 驱 动 式 2 全 自动两辊卷板机机械结构 2 ． 1 整机 结构 全 自动两辊液压卷板机 如图 5 、 图 6所示 主要结 构包括两辊卷板机 主机 包括主轴箱 、 聚氨酯胶辊 、 钢 辊、 翻倒架等部分构成 、 承料台、 吸料装置 、 进料装置、 出料装置 、 液压站等组成。卷板机主机的功能是实现板 料卷圆过程 ． 承料 台用于堆放待卷制 的板料 ． 吸料装置 是实现板料从承料台到进料台的搬运过程 ． 进料装置实 现对板料的位置校准和进料的功能 ． 出料装置的功能是 从卷板机推出卷制完成的工件 ． 液压站是卷板机 的动力 单元。全 自动两辊液压卷板机主要 由以上这些单元组 成 ， 通过 P L C 可编程序控制器 和 H MI 人机 界面 控 制 ， 实现板料的 自动进料 、 卷圆和出料 的整个工艺过程。 l 一 地 面2 一 液压站3 一 承料 台4 一 电动横梁5 一 吸料装置6 一 主轴箱 7 一 聚氨酯胶辊8 一 钢辊9 一 翻倒架 1 0 一 出料装置 l 1 一 进料 装置 图 5卷板机主视图 2 0 1 2 1 2 一 控 制 箱 1 3 - j 便压 缸 图 6卷 板 机 侧 视 图 2 ． 2 卷 板机 主 机 卷板机主机主要包括底座 、 左机架 、 右机架 、 液压 驱动装置、 液压缸 、 上辊 、 下辊 、 翻倒架等组成。底座 由 工字钢焊接而成 ．左右机架都是通过钢板切割后焊接 而成 ． 因为焊接机架具有重量轻 ， 刚性好 、 加工周期短 ， 便于维修维护等优点阎 。两辊全 自动液压卷板机的主机 结构采用上辊为聚氨酯弹性辊 ， 下辊为钢辊的结构 ， 即 图 3所示 的上辊驱动型 采用这种结构是为了方便 实 现卷圆 自动化工艺 。因为下辊驱动型结构的卷板机 在 完成板料卷 圆工艺后 ．工件开 口向下并且在重力作用 下工件容易与聚氨酯辊接触 ． 不利于出料 上辊驱动式 机构 的卷板机完成卷 圆工艺后 的工 件是开 口向上的 ． 由于重力作用挂在模具套筒上 ． 不会与聚氨酯辊接触 ． 便于实现 自动化 出料 卷板机主机工作原理如 图 7所示 ．液压缸驱动聚 氨酯上辊做上下运 动 ．液压驱动装置实现聚氨酯上辊 的旋转运动 ．聚氨酯上辊两头安装在轴承座中。工作 时 ． 聚氨酯上辊在液压缸的作用下 。 以一定 的力压到模 具套筒上 ． 并使聚氨酯层保持一定压缩量 ． 然后 由液压 驱动装置驱动上辊旋转 ， 模具套筒也跟随一起旋转。此 时 ， 在两辊 中间插入板料 ， 在摩擦力 的作用下 ， 板料从 上下辊 中间滚过 ， 完成卷圆过程 。卷 圆结束后 ． 通过液 压缸提升聚氨酯上辊 ．下辊一侧 的轴承座 由翻到架打 开 。 把工件从模具套筒上顺着翻到架方 向推 出。 图 7 卷板机结构 原理 2 ． 3吸料装 置 吸料装置由承料 台、 吸料架和电动横梁组成 。承料 材的变形量。液控单向阀 8是起一个液压锁的作用 ． 能 使液 压缸活塞 停 留在任 意位置 时保 持缸体 内压 力不 变 ，即在聚氨酯辊在卷板过程 中能保持聚氨酯辊对模 具 套筒的压力不变 。液压马达 的转速是通过 比例 阀 5 来控制的， 正反转由电磁阀 6控制 台是一个桌子结构， 功能是堆放待卷制的板料。吸料架 主要 由真空 吸盘 、 长行程气缸 、 迷你气缸 、 导杆等零件 组成。真空吸盘用于吸料 。 长行程气缸用于实现吸盘组 的上升 、 下降运动。迷你气缸用于控制吸盘组摆动一个 角度 ， 以适应进料装置台面 的斜度。电动横梁主要 由横 梁 、 电机 、 链条 、 链 轮 、 导轨 等零件组成 ． 吸料架安装在 电动横梁的滑块板上 ， 电机旋转带动链条运动 ． 从而驱 动吸料架在承料 台和上料装置之间来回运动 2 ． 4进 料装 置 进料装置 由带万 向球的台面、 板料校正机构 、 进料 气缸等组成 。为了方便进料 ． 进料装置的台面不是水平 放置 的 ，而是与地 面成一定角度 以适应 聚氨酯辊下压 状态下 的进料角度 。板料校正机构 由左右两排导轮组 组成 ，两排导轮组在齿轮齿条 的作用下 ．实现同步开 合 ， 以适应不同宽度板料 的位置校正 进料气缸的作用 是在板料完成位置校正后将板料通过万 向球 台面推进 卷板机 的上下辊之间开始卷板 2 ． 5出料装 置 出料装置主要由 V形出料架 、 出料气缸、 V形架顶 升气缸组成 。V形出料架内安装很多万 向球 ． 可 以使卷 制完成的简体顺着 V行架顺利推 出．同时设计成 V形 架结构是为 了适应不 同直径的简体 出料 V形架顶升 气缸 的作用是 ．在完成工件的卷制后 ．聚氨酯上辊上 升 ． 简体是开 口向下挂在下辊的模具套筒上 的。 为 了便 于出料 ．先用顶升气缸把 V形架顶升一个高度使 V形 架托住筒体 ． 并且使筒体上部 与模具套筒分离 ， 然后通 过 出料气缸直接将工件推 出卷板机 。出料装置为 了适 应不同直径的工件 ． 上下高度可以通过丝杠调节。 3 全 自动两辊卷板机液压系统 液压系统是卷板机 的主要动力系统 ．通过控制油 缸和液压 马达 的动作 以完成聚氨酯辊 的上下运动和旋 转运动 ． 为卷板机提供必要 的卷板机力 液压原理 图如 图 8所示 ． 聚氨酯辊上下运动是通过 电磁 阀 1 3控制的 两个液压缸 1 2来实现的，为 了保证卷制筒体 的质量 ， 聚氨酯辊与模具套筒 的接触面需要 同时均匀地 接触 ． 因此 ．两个液压缸 1 2的动作需要 有 比较高的 同步精 度 为 了保证聚氨酯辊下压的力均匀地施加在模具套 筒上 ．聚氨酯辊两头轴承座在下降和上升过程中需要 保持 良好的同步性 ．这里两侧液压缸 的同步控 制采用 分流集流阀 1 0来实现嘲． 这种同步方式 比较简单 。 配合 针阀 1 1 ． 能实现比较好 的同步性能。 压力传感器 9是用 来检测油缸压力 的．通过 H MI 可以直接读 出卷制过程 中的压力 ． 通过调节 系统压力 。 可以控制卷板过程中板 l 一 油箱2 一 进 油过滤器3 一 液压泵4 ～ 压力表5 一 比例阀 6 一 三位 四通 电磁 阀7 一 液压 马达8 一 液控单 向阀 9 一 压力传感器1 O 一 分流集流阀 1 1 - 针阀 1 2 一 液压缸 1 3 一 三 位四通 电磁 阀 1 4 一回油过滤器 图 8液压 系统 图 4 全 自动两辊卷板机气动系统 整机气动系统主要是配合卷板机完成整个 自动化 进料和出料过程。 气动系统原理 图如图 9所示。 真空 吸 盘 1 7通过真空发生器 1 6 ． 产生真空 ． 用于板料 的吸取 和释放 。吸料架升降气缸 1 5的作用是控制吸盘组运 动 ， 使其下降到承料 台上方 ， 待吸料完成后上升 ， 等吸 料架移动到进料装置上方后下降到一定高度 ．等待真 空吸盘放料 吸盘组翻转气缸 的功能是在向进料 台放 下板料前 ． 先把吸盘组转动一定 角度 ． 以适应进料 台面 的倾斜角度 工件校正气缸 8的作用是推动左右两排 导轮组开合 ， 对进料台面上的钢板进行位置校正。进料 气缸 6的作用是把完成位置校正后 的板料 推进卷板机 的上下辊之间 ， 实现进料工作。出料架顶升气缸 1 1的 作用是 ． 卷板完成后 ， 把 V形托料架顶起一个高度 ， 实 现筒体与模具套筒分离。出料气缸 1 0用来推 出卷制完 成的筒体。翻倒架气缸 7用于控制翻倒架 的闭合 ， 在卷 板过程 中翻倒架始终处于闭合状态 ．只有在工件卷制 完成 ， 需要 出料时 ， 翻倒架气缸才动作 ， 打开翻倒架 ， 完 成 出料后 ． 翻倒架立刻闭合 。 5 全 自动两辊卷板机电气控制系统 设备 的控制系统采用西 门子 P L C S 7 2 0 0 ， 配合 触摸屏 台湾 w i n v i e w 。 实现设备的全 自动控制。 触摸屏 21 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0l 4年 第 0 9期 2 3 4 l 一 气 动三联件2 一 歧管块3 一 消声器4 - 电磁 阀5 - 节流调速阀6 一 进料气缸7 一 翻倒架气缸8 一 工件校正气缸9 一 减压 阀 1 O 一 出料气缸 1 1 - 出料架顶升气缸 1 2 一 歧管块 1 3 一 电磁 阀 1 4 一 吸盘组翻转气缸 1 5 一 吸料架升 降气缸6 一 真空发生器 l 7 一 真空吸盘 1 8 一 电磁 阀 图 9气动 系统 图 的控制模式设定有 自动和手动控制 ．通过设定好 的程 序可以方便进行 自动控制或进行各单项功能操作 ， 如 聚氨酯辊的升降和正反转 。 翻倒架 的开闭 ， 进料气缸的 进退 ， 板料位置校正机构的夹紧与 回撤等。触摸屏操作 面板 的人机界面简单明了． 使操作者容易掌握。整个控 制系统安装在设备的控制箱里 。 系统的控制流程主要 由两个循环组成 ．一个是上 料循环控制 。 另一个是卷板和出料循环控制。 上料 循 环 控制 方 案 承 料 台感 应 开关 确 认 有 料吸料架下行到位吸料并确认吸到料 吸 料架上行到位吸料架右移到位吸料架下行到 位吸盘组翻转吸盘组放料确认上料台有 料板料位置校正进料气缸推料同时聚氨 酯辊下 压到位聚氨酯辊旋转开始板料卷制 。 此时 ． 吸料架返 回吸料 ， 并将下一个待卷板料送至进料 装置台面 ． 板料处于位置校正状态 。 开始等候 。 卷 板 和 出料 循 环 控 制方 案 进 料 气 缸 开 始 推 料 同时聚氨酯辊下压到位聚氨酯辊旋转 开 始 卷圆 卷 圆结束 根据 长度 、 聚氨酯辊 直径和转 速由 P L C程序设定时间控制卷 圆时间 聚氨酯辊 上升到位出料架顶升气缸顶升 翻倒架打开到 位 出料气缸将料推 出翻到架闭合到位 同 时出料气缸返 回托料气缸下降到位进料气缸 进料开始下一个工作循环 6结 论 这种全 自动两辊液压卷板机主要有以下特点 2 2 1 最大卷板厚度 2 ． 5 m m， 最大卷板宽度 1 2 0 0 m m； 2 卷制筒体范围 2 8 0 m m 5 0 0 mm 3 通过更换模具套筒 ， 实现多种直径规格的筒体 的加工 4 卷制的筒 体无 直边段 ， 无需校 圆 ， 可 以直接进 行缝焊 5 生产效率高 ， 能达到 3 0 s ／ 件 ； 6 整个上料 、 卷制、 出料过程 ， 实现全 自动控制 ， 不需 要人 工干 预 该全 自动两辊液压卷板机运行平稳 、 噪声低 ， 生产 率高 ， 卷制工件质量好 ， 技术水平处于 国内领先地位 。 几年来 ， 该款设备 已经成功应用在海尔热水器公司、 美 的卫浴 电器公司 、 成都前锋热水器公司 、 南京西门子热 水器公司 、 广州万和厨具、 阿诗丹顿 电气有 限公司等热 水器公司的生产线上 。 产生巨大的经济效益。 参考文 献 [ 1 ]1 郭永 平 ， 李泽 武． 常用 三辊卷板机结 构形式及传 动方式[ J ] ． 锻 压装备与制造技术 ， 2 0 1 0 ， 4 5 6 ． 『 2 12 刘芳 华 ， 卢道 华 ， 王 佳 ， 等 ． 水平下 调式数控卷板 机的设计 [ J ] ． 中国制造信息化， 2 0 0 3 ， 3 2 1 2 1 1 7 1 1 9 ． [ 3 】 莫施宁． 弯卷机和矫正机【 M 】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 5 8 ． [ 4 】 梁生 龙． 两辊 数 控液压 卷 板机 的研 究[ J ] ． 机 械 研究 与应 用 ， 2 0 1 0 ， 2 3 4 5 1 - 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