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２０１６ 年 １ 月 第 ４４ 卷 第 ２ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｊａｎ ２０１６ Ｖｏｌ ４４ Ｎｏ ２ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１６ ０２ ０４１ 收稿日期 ２０１４－１１－３０ 作者简介 邹炳燕 （１９６５）， 男， 工程硕士， 高级工程师， 主要从事机电一体化专业相关教学和科研工作。 Ｅ－ｍａｉｌ ｚｂｙ６５０９０１＠ ｓｉｎａ ｃｏｍ。 ３ １５ ＭＮ 压板机液压系统设计 邹炳燕 （天津中德应用技术大学航空航天与汽车学院， 天津 ３００３５０） 摘要 介绍压板机液压系统工作原理。 利用分流阀解决动板上升下降过程中的同步问题； 利用溢流阀消除液压缸每个 行程的同步误差； 利用蓄能器和压力开关实现长时间保压过程系统不发热； 利用充液阀极大地降低了柱塞泵排量和电机 功率。 关键词 压板机； 液压系统； 多缸同步； 长时间保压 中图分类号 ＴＨ１３７ ７ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１６） ２－１３３－３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ３ １５ ＭＮ Ｐｕｎｃｈｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ＺＯＵ Ｂｉｎｇｙａｎ （Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｔｉａｎｊｉｎ Ｓｉｎｏ⁃Ｇｅｒｍａｎｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｄｏｇｙ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３５０， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｄｉｖｅｒｔｅｒ ｖａｌｖｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉ⁃ ｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｐｌａｔｅ ｕｐ ａｎｄ ｄｏｗｎ． Ｒｅｌｉｅｆ ｖａｌｖｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｉｎ ｅａｃｈ ｓｔｒｏｋｅ． Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｔｃｈ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｕｒｅ ｉｎ ａ ｌｏｎｇ⁃ｔｉｍｅ ｈｏｌｄｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｎｏｔ ｈｏｔ． Ｐｒｅ⁃ ｆｉｌｌ ｖａｌｖｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｌｕｎｇｅｒ ｐｕｍｐ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｏｔｏｒ ｐｏｗｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ； Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ； Ｍｕｌｔｉ⁃ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ； Ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｄｗｅｌｌ 从 １７９５ 年英国人 ＢＲＡＭＡＨ 根据 Ｐａｓｃａｌ 原理发明 压力机开始， 液压系统在各行业得到了广泛应用。 压 力不同、 液压传动原理各异的压力机更是层出不穷。 ３ １５ ＭＮ 压板机用于特种厢式货车车厢板的制 造。 特种厢式货车车厢板出于特殊需要， 例如为了防 辐射等， 由内外衬板、 特殊材料中间层等多层材料及 特种胶压制而成。 工艺需要每个车厢板压制时间为 ８ ｈ。 最大车厢板尺寸为６ ０００ ｍｍ 长、 ２ ５００ ｍｍ 宽。 最 大压力 ３ １５ ＭＮ。 １ ３ １５ ＭＮ 压板机工艺及受力分析 为保证多层车厢板在压制前有足够的操作空间， 动板的上下位移为 ７００ ｍｍ。 分析动板动作要求， 动 板在 ７００ ｍｍ 运动范围内， 产品工艺上没有同步要 求， 是空行程。 因为以下原因， 要求动板在上下运动 过程中必须保持同步运动 （１） 压板机机械结构中， 没设计导向装置， 动板上下运动时如果不同步， 会出 现倾斜， 会影响油缸导向套正常工作， 降低油缸的使 用寿命， 甚至造成设备不能正常工作；（２） 如果动 板上下运动不同步， 运动到接触车厢板的一瞬间， 会 造成多层的车厢板横向受力， 出现每层之间错位现 象， 影响产品质量。 所以液压系统必须保证动板上下 运动同步。 根据车厢板尺寸， ３ １５ ＭＮ 压板机的动板长度不 能小于 ６ ０００ ｍｍ， 宽度不能小于 ２ ５００ ｍｍ。 初步选定用 ４ 只 ϕ１００ ｍｍϕ７０ ｍｍ７００ ｍｍ 单出 杆双作用油缸， 安装在动板 ４ 个角上， 控制动板上下 运动， 只要保证了 ４ 只双作用油缸的同步， 就保证了 动板上下运动符合工艺要求。 为了保证动板在 ６ ０００ ｍｍ２ ５００ ｍｍ 范围内均匀 加压， 选择 １０ 只 ϕ１２５ ｍｍ７５０ ｍｍ 单作用柱塞缸， 沿２ ５００ ｍｍ 方向分 ２ 排、 每排 ５ 只布置。 １４ 只液压 缸同时加压， 达到压板要求的 ３ １５ ＭＮ 压力要求。 初步核算压板时系统工作压力约为 ２６ ＭＰａ。 ３ １５ ＭＮ 压板机结构示意图如图 １ 所示。 图 １ ３ １５ ＭＮ 压板机结构示意图 根据工况要求， 动板在行程上终点时为压板机原 始工作状态。 首先在床身的承压面上， 将要压制的多 层车厢板装好， 然后动板下降， 直至接触到车厢板， 加压至 ２６ ＭＰａ， 保压 ８ ｈ， 动板上升至上行程终点， 完成一个工作循环。 ２ ３ １５ ＭＮ 压板机液压系统主要液压元件选择 根据实际工况分析， ３ １５ ＭＮ 压板机工艺要求及 计算， 综合考虑各液压缸速度、 推力、 系统工作压 力， 选择其他各液压元件 （液压缸参数在第 １ 节已 经确定） 参数如下 液压泵选型。 选择定量柱塞泵 １０ＭＣＹ１４⁃１Ｂ 为系 统供油。 根据各液压缸最大工作速度和工作压力要 求， 选择的柱塞泵排量为 １０ ｍＬ／ ｒ， 额定工作压力 ３０ ＭＰａ。 保压时间达 ８ ｈ， １０ 只柱塞缸由充液阀供油， 是选择小排量柱塞泵的原因。 液压控制阀选型。 选择液压阀时， 应考虑它在通 过最大流量时， 不要有太大压降， 以减少功率损耗及 系统发热。 根据此系统额定流量和额定工作压力的要 求， 双作用油缸控制用各换向阀和溢流阀均选择规格 为 ６ 通径。 为了减少柱塞泵启停次数， 选择保压用蓄 能器容积为 １０ Ｌ。 电机参数选择 根据系统额定流量 １４ Ｌ／ ｍｉｎ 和 额定工作压力 ２６ ＭＰａ， 选择功率为 １１ ｋＷ ４ 极异步 电机。 ３ ３ １５ ＭＮ 压板机液压系统工作原理 ３ １５ ＭＮ 压板机液压系统工作原理图如图 ２ 所示。 图 ２ ３ １５ ＭＮ 压板机液压原理图 如图 ２ 所示， ３ １５ ＭＮ 压板机液压系统主要由电 动机、 液压泵、 各种液压阀、 液压缸、 过滤装置及其 他辅助元件构成。 根据液压系统所完成的功能， 将其 分为供油单元、 双作用油缸控制单元、 柱塞缸控制单 元等几个部分。 该系统在机械和电气的配合下， 能够实现 “动 板下降➝动板压紧➝动板保压➝动板上升➝动板上位 停止半自动循环”。 溢流阀 ９ 用于调定液压系统的最高压力 ２６ ＭＰａ； 吸油滤油器 ３、 回油滤油器 ２８ 在系统工作时对液压 油进行２ 次过滤。 单向阀７ １ 的作用 （１） 防止液压 系统中的压力冲击， 对液压泵 ４ 造成影响；（２） 在 对液压泵进行拆装维修时避免系统中的油液倒流， 造 成油液外泄和环境污染。 为了减少功率消耗， 在系统不工作时由电磁换向 阀 １０ 通过中位实现卸荷。 当液压系统其他部位工作 时， 例如动板上升时， Ｙ４ 或 Ｙ５ 电磁铁带电， 电磁换 向阀 １０ 换向， 系统保压。 表 １ ３ １５ ＭＮ 压板机电磁铁动作表 Ｙ１Ｙ２Ｙ３Ｙ４Ｙ５Ｙ６ 动板下降＋－－＋－－ 动板压紧－－－－＋＋ 动板保压－－－－＋－＋ 动板上升－＋＋＋－－ 停止－－－－－－ 双作用油缸下降。 启动压板下降控制按钮， 电磁 ４３１机床与液压第 ４４ 卷 铁 Ｙ１、 Ｙ４ 带电， 电磁换向阀 １１ 左位， 电磁换向阀 １０ 上位。 压力油经柱塞泵 ４、 单向阀 ７． １、 电磁换向 阀 １１、 电磁换向阀 １６ 到 ４ 个双作用油缸 ２１ 无杆腔。 回油路从液压锁 ２０、 分流阀 １９、 分流阀 １８、 单向节 流阀１３、 回油滤油器 ２８ 回主油箱。 单向节流阀１３ 用 于调节动板下降速度。 在动板重力和单向节流阀 １３ 作用下， 为了防止 双作用油缸 ２１ 有杆腔超压， 动板下降过程中， 由溢 流阀 １４ 调节系统压力至 ８ ＭＰａ。 动板下降过程中的 同步由分流阀 １８ 和 １９ 共同保证。 动板某一部位接触 车箱板后， 由 ６ 个溢流阀 ２５ 来实现消除同步误差； 此时先达到限位点的液压缸活塞杆不再运动， 其对应 的溢流阀溢流， 来模拟已到位液压缸仍然从分流阀获 得流量， 直到最后的液压缸运动到位。 柱塞缸下降。 为了减小功率消耗， 设置充液油 箱， 安装在压板机上定板。 当动板在双作用油缸作用 下向下运动时， １０ 只柱塞缸 ２３ 柱塞杆被动伸出， 油 液从充液油箱经充液阀 ２２ 进入柱塞缸。 动板压紧。 电磁铁 Ｙ５、 Ｙ６ 带电， 电磁换向阀 １０ 下位， 电磁换 向阀 １６ 左位。 油液一路经减压阀 １２、 电磁换向阀 １６ 至双作用油缸无杆腔， 避免了柱塞缸加压时造成双作 用油缸有杆腔超压。 油液另一路经电磁换向阀 １０、 单向阀 ７ ２ 至柱塞缸， 在压力油的作用下， ２ 个充液 阀 ２２ 自动关闭， １０ 只柱塞缸被加压至溢流阀 ９ 调定 压力。 动板保压。 因为保压时间长达 ８ ｈ， 为了减少系 统发热， 在柱塞缸工作腔设置蓄能器，， 安装压力开 关 ２４， 用于检测保压上限和下限压力。 柱塞泵工作 时， 系统压力上升至保压压力上限， 压力开关发信号 停泵。 柱塞缸在蓄能器 １５、 单向阀 ７ ２，、 ２ 个充液 阀 ２２ 的共同作用下， 实现较长时间保压。 当保压压 力下降至保压压力下限时， 压力开关发信号， 柱塞泵 ４ 重新启动， 保证了保压压力在工艺要求范围内。 节 省能源， 减少系统发热， 延长柱塞泵使用寿命。 动板上升。 达到保压时间后， 电磁铁 Ｙ４ 先带 电， 然后 Ｙ２、 Ｙ３ 带电， 电磁换向阀 １０ 上位， 电磁 换向阀 １１ 右位， 电磁换向阀 １７ 左位。 双作用油缸上升。 压力油经柱塞泵 ４、 单向阀 ７ １、 电磁换向阀 １１、 单向节流阀 １３、 分流阀 １８、 分 流阀 １９、 液压锁 ２０ 至双作用缸有杆腔。 回油路从电 磁换向阀 １６、 电磁换向阀 １１、 回油滤油器 ２８ 回主油 箱。 动板上升过程中的同步由分流阀 １８ 和 １９ 共同保 证， 同步误差由溢流阀 ２５ 来消除。 动板上升至上限 位后， 压力开关 ２４ 发信号， 进入新的工作周期。 ４ 只液压锁 ２０ 用于保持动板在上限位置， 不会因泄漏 而下降。 柱塞缸上升。 控制油路经柱塞泵 ４、 单向阀 ７ １、 减压阀 １２、 电磁换向阀 １７ 至充液阀 ２２， 将充液阀打 开， 减压阀 １２ 保证充液阀开启压力。 动板在双作用 油缸带动下上升， １０ 只柱塞缸柱塞杆被动上升， 主 回路油液经充液阀回充液油箱。 ４ 液压系统调试过程出现问题及解决措施 调试初期， 动板上升下降不同步， ７００ ｍｍ 行程 误差达到 ８０ ｍｍ， 大大超过分流阀同步精度。 动板上 升时， 液压系统流量约为 １４ Ｌ／ ｍｉｎ， 先由分流阀 １８ 等分为 ２ 路 ７ Ｌ／ ｍｉｎ， 再由 ２ 个分流阀 １９ 等分为 ４ 路 ３ ５ Ｌ／ ｍｉｎ。 所选择的分流阀 １８ 额定流量 １５ Ｌ／ ｍｉｎ， 分流阀 １９ 额定流量 ７ ５ Ｌ／ ｍｉｎ。 所选分流阀同步精度 见图 ３。 图 ３ 分流阀分流精度示意图 由图 ３ 可见 分流阀实际流量越接近其额定流 量， 同步精度越高， 实际流量小于分流阀额定流量 ５０％时， 同步精度急剧下降。 按此项目分流阀参数选 择， 同步精度应达到 １％～２％。 分析流量出现问题的 原因， 主溢流阀 ９ 压力调节偏低， 动板上升时， 达到 了溢流阀 ９ 的开启压力， 一部分油液经溢流阀 ９ 回主 油箱了， 所以分流阀同步精度偏低。 提高溢流阀 ９ 溢 流压力 ２ ＭＰａ 后， 同步精度提高至 １％以内。 ５ 结束语 经试验验证， 该原理满足压板机的动作及参数要 求。 利用分流阀成功解决动板上升下降过程中的同步 问题； 利用溢流阀消除液压缸每个行程的同步误差； 利用蓄能器和压力开关实现长时间保压过程系统不发 热， 节约能源； 利用充液阀极大降低了柱塞泵排量和 电机功率。 参考文献 ［１］ 张利平．液压控制系统及设计［Ｍ］．北京化学工业出版 社，２００６． ［２］ 王野牧，杨德金，宋安，等．一体化不压井修井机液压系 统研究［Ｊ］．机床与液压，２０１３，４１（２２）７０－７３． ［３］ 赵丽梅．大型自动翻转机液压系统设计［Ｊ］．液压与气 动，２０１１（２）７１－７３． ［４］ 林义忠，谭超．大吨位伸缩臂履带式起重机液压系统设 计［Ｊ］．液压与气动，２０１１（８）９０－９２． ［５］ 田富，李向阳，李龙．履带运输车行走驱动液压系统的设 计［Ｊ］．液压与气动，２０１４（１）７０－７２． ［６］ 宋亚林．使用双向液压锁后液压缸平稳性的改善方法 ［Ｊ］．机床与液压，２０１１，３９（４）１３１－１３２． ５３１第 ２ 期邹炳燕 ３ １５ ＭＮ 压板机液压系统设计
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