四柱液压机压头防下落装置的设计.pdf

解决方寨 E叵墨i 峦盈 工艺， 工装， 疆鼻， 诌断， 赫潮， mi l l ／ 改进 四柱液压机压头防 下落装置的 设计 王存伟 。 陈龙厚 ， 胡忠 良， 蔡文明 ， 卞王 东 江苏华宏科技股份有 限公司 ， 江苏 江 阴 2 1 4 4 0 0 1 问题的提 出 四柱液压机如 图 1 所示 。为防止压头因 自重产生下 落 ，在液压系统 的 设计中已考虑 了这 一 问题 ， 所以 ， 在正 常的工作 中 ，压头 不会产生 自动下落 现象。 然而 ， 在实 际 的使用中 ，有一家 四柱液 压机 用 户 ， 在液压机工作过程 中，发生 了油管破 裂 ，液压 系统压力 骤降 ，压头 由于 自 重 的原因产生了下落 ， 对人身安全造成威胁 。 2 方案的选择 由于事故 中压头下落 是在液压 系统 失效 后产生 的， 所 以 ， 单纯在液压系统方面采取措施 ， 难度较大 ， 如果采 取机械方面的装置 ， 或机液结合 的方式 ， 似乎可 以方便一 些 ， 为此进行了方案拟定。 2 ． J 方 案一 采 用配 重 如 图 2所示 ， 支 架安置固定在液压机 的上梁上 ，滚轮安装 在支架上 ，钢丝绳一 端连接在 压头上 ， 另 一 端连 接在配重 上 。 为防止上下运动给操 作者带来危 险，特设 有防护罩 ，这一装置 的原理是在配重设置 大 于 压 头 组 件 的 重 量 ，当液压系统失效 后 ， 压头由于重量 比配重轻 ， 所以不会下落。 2 ． 2 方案二 采用外抱制动器 如图 3所示 ， 外抱块式常闭制动器的直流电磁铁 、 动 1 44 机械工程师 2 0 1 0 年第9 期 铁 芯 由销轴 及调 整 螺钉 支撑 于制 动器支架上 ， 制动 器 支架通 过 螺栓 安 装在 液压 机 的 压头上 ， 制动器 主 弹 簧 的张力 使 动 铁 芯推 动杠 杆 随 着 两个 制动 器抱 住 液压 机立 柱 而 起到制动作用 。 当 液压系统失效 ， 如油管破裂 、 接 口松脱 等情况发生时 ， 液 压系统将失去压力 ， 压力继 电器将改变发出的信号 ， 使制 动器电磁铁失电 ，制动器制动瓦在 主弹簧的作用下抱住 液压机的立柱 ， 使压头不能下落 ， 达到制动的 目的。 2 - 3 方案三 采 用特制制动缸 如图 4所示 ， 制动缸缸 体安装在液压机的上梁上 ， 制动轴一端安装在压头上。 工作原理 在正常工况下 ， 制动轴 随着压头能上下 运 动 ，当液压系统失效时 ， 制 动缸 中的制动装置将 锁住 制动轴 ， 使制动轴不能上下 运动 ， 从而避免压头下落。 会 同用 户单 位相关 人 员对上述 方案进行 了分 析 认为 方案一和方案二在原 理 、 设计 和制作方面应无大问题 ， 但在使用 中， 由于它们的 装置设置在液压机的侧边 ， 对模具的装拆、 零部件的进出、 人员的操作都有影响。所以最后采用了方案三的设计。 3 设计 3 ． 原理 设 计 图 5所示为制动缸内部结构 图。 其动作原理为 制动 缸体 4安装在液压机上梁上 ，制动轴 8下端安装在液压 机压头上 。 制动缸体 4 下端设有一进油 口， 当进油 口没有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 压力油进 入时 ，活塞 5 在碟簧 3的作用 下 ， 压 紧弹性锥套 6 ，使弹性 锥套 6锁住 制 动轴 8 ， 弹性锥套 6与制动轴 8 之 间产 生 的摩 擦 力 大 于液 压 机 压 头组 件 的 重力 。液压机压头就不 会产 生下落的现象 ， 当 制 动 缸 体 4下 端 进 油 口进入压 力油后 ， 在 油 液 压 力 大 于碟 簧 的 弹 力 时 ， 压力油就推 动活 塞 5上行 ，弹性锥套 6 在 自身 弹性 力 作 用 下 与制 动轴 松脱 ， 弹性锥 套 6与制 动 轴 8解脱 锁定制动关系 ， 液压机压头带动制动轴可实现上下运 动， 在上述制动缸 的锁定制动和松脱 两种工况中需要液压油 的控制 ， 而这可以借用液压机本身的液压系统油液 。 当液 压机启动工作 ， 液压系统 中建立起压力时 ， 压力油进入制 动缸缸体 ， 推动活塞上行 ， 解除弹性锥套与制动轴 的锁定 制动关系 ， 使液压机压头能正常上下运动 ； 当液压机液压 系统失效 ， 液压系统失去压力时， 制动缸内活塞在碟簧的 作用下 向下运行 ，使 弹性锥套与制动轴进入锁定制动关 系 ， 使液压机压头不能形成下落运动。 3 ． 2 零部件设计 3 ． 2 ． 1 受力分析 如 图 6所示 ， 根据手 册 [1 J 和制 动器受力情况进行分析。 F为压头组 件 、 上模 具 、 制动 轴等零部件质量组成 的重力 ， 为 弹性锥套对制动轴的摩擦 阻力 ， 只 有 当 F ． F时 ，液压机 压头才 不会 因 自重下落。 ／ z ／ x 弹性锥套与制动轴之间的摩擦 系数 ， 由于选择制动轴为钢件 弹性 锥套选 择淬火件 ， 根据 文献 [ 1 ] 取 ／ x 0 ． 1 5 ； 弹性锥套对制动轴的正压力 e o s a 弹性锥套的斜度 ， 活塞对弹性锥套的正压力 F 3 s i n o t F 4 ， 为碟簧对活塞的推力 。 3 ． 2 - 2 主要零件的设计和选择 1 碟簧的设计 和选择 根据上述受力分析 ， 碟簧对活塞的推力为 F 4 F J s i n a F J s i n a 。 c o s a F ／ s i n a’ c o s 。 ／ _t F ／ s i n a’ c o s ‘ “ 当确定 值后 即能计算 出 值 ， 也 即可对照碟 簧标 准件参数进行碟簧 的尺寸 、 数量 、 组合形式 的初步选择 ， 待制动轴计算选择时 ， 再综合考虑相配尺寸 ， 最终确定碟 解决方寨 工艺 I 工装 i 瞑具i 谬断i 尬嬲 i 缘硌i 改造 E臣墨嗣 盈 簧的选择 。 2 制动轴的设计和选择 根据上述受力分 析 ，制动轴主要受力为轴 向拉力和 制动摩擦面表面的压力。 根据手册 要 求 ， 制动轴的最大拉应力应小于材料 的 许用拉应力 ， 即 t r ． x F ／ r r R ≤[ ] 一制动轴的最大拉应力 ， [ ] 材料的许用拉应力 ， R 制 动轴半径。 由上式可计算出制动轴的最小安全直径数值 。 3 弹性锥套的设计和选择 根据手册 n 要求 ， 制动轴制动摩擦面的压强必须小于 许用压强 的要求 。即 P F J 2 “ r r RH ／ 2 百 尺 ≤[ P ] P 制动轴制动摩擦面压强 ； 日 弹性锥套 与制动轴制动时 轴 向有效接触长度 ； [ P ] 材料许用压强 ， [ P ] 0 ． 2 M P a ， 得 HtF I／ 2 “ r r R I x [ P ] F ／ 2 R I x [ P ] 由上式可计算 出弹性锥套最小安全有效制动摩擦面 轴 向长度 。 4 活塞 的设计选择 根据上述受力分析 ， 制动缸在制动情况下 ， 活塞在碟 簧的作 用下 ， 处在压 紧弹性锥套的位置 ， 而 当制动缸处于 解除制动锁定情况时 ， 活塞需向上运行 ， 使弹性锥套与制 动轴处于松脱 的位置 ， 这时 ， 活塞下端的油液压力应大于 碟簧的弹力 ， 即 根据手册 ⋯ 公式计算 ， [ 1 ／ 2 D 2 “r r 一 1 ／ 2 d r ] x Q 油液对活塞 的总压力 ， D 活塞下端外径 ， d 活塞下端 内径 ， Q 油液系统压力。 由上式就可先确定 D 或 d 值 ， 然后计算出 d 或 D 值。 4 方案实施 根据上述设计进行了试制 ，制动缸装上液压机后进 行了反复 的试运转 ， 当液压机在正常工况下 ， 压头能根据 工况 的变化上下运行 ； 当液压系统失 压 、 失效 时 油 管接 头松脱 ， 液压机压头被制动缸制动锁定 ， 不能下落 ， 达到 了设计 的要求 。这一液压机压头防下落装置在用户单位 已经使用了 3年多的时间 ，没有发生一次因液压系统失 效或停机时压头的下落事件 ， 受到了用户的好评 。 5 结语 采用特制制动缸的设计具有如下 的特点 在液压机 停机不工作状态时， 制动缸也处在制动锁定的状况 ， 使压 头不能下落 ， 这样增加 了液压机的安全性 ； 在进行液压系 统的维修 、 零部件更换时 ， 也不会产生压头下落问题 。制 动缸 动作 的动力采用 了液压机 自身所带 的液压系统 动 力 ， 所以减少了动力方面的其他配置 ， 降低了成本 ； 另外 ， 制动缸装置设置在液压机的顶部 ，对液压机原有的模具 安装 、 物料的进 出、 人员的操作不造成影响。 所 以， 此特制 制动缸 的设计是一项成功的设计。 编辑黄荻 作者简介 王存伟 1 9 5 8 一 ， 男， 高级工程师， 主要从事机械设计及故 障分析和检 测的研 究。 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 0 7 机 械工程师2 0 1 0 年第9 期l 1 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m