液压机活动横梁安全保护装置分析

赵玺 郝铁文

摘 要：活动横梁是液压机完成成型工艺的传动部件。压机调试、维护、换模时活动横梁都处于静止状态，需有可靠的装置保证横梁不会因意外而发生坠落。文章介绍了几种活动横梁安全保护装置，并采用传统计算对液压式锁紧装置进行选型计算，确保锁紧装置的安全可靠。

关键词：液压机；锁紧装置；安全保护

引言

活动横梁是液压机完成成型工艺的传动部件，压机在检修、换模时活动横梁都处于静止状态，需有可靠的装置保证横梁不会因意外而发生坠落。本文介绍了几种活动横梁安全保护装置，并对活动横梁液压式锁紧装置进行选型计算和液压控制回路分析。[1]

1 活动横梁安全保护装置的分类及应用范围

活动横梁安全保护装置分为三大类：简易支柱式、电机驱动的机械锁紧装置、液压驱动的插销式锁紧装置。最初始的动梁安全保护装置是焊接柱状物，压机检修时，将支柱立于活动横梁下方，活动横梁被支柱支撑，起到防止坠落的作用。此种方法原始简单，只能人工操作，不适用于自动化生产。目前，小吨位的液压机一般采用电机减速机驱动的纵向拖拽式的锁紧装置。该装置通过电机减速机来带动端部带有螺帽的拉杆完成上、下运动。此装置的拉杆主要受拉应力，对于重量比较大的活动横梁需要增加杆径和相关部件的强度。近年来，此种装置已经标准化，增大杆径势必增加锁紧装置的成本。因此，对于自重比较大的液压机活动横梁通常采用横向推动的锁紧装置（见图1）。这种装置的插销主要承受压应力和剪切力的作用，相比电机驱动的机械式锁紧装置更适合重量大的活动横梁。

1缸体；2活塞；3法兰套；4定居坏；5自润滑导套；6锁销

7压板；8检测杆；9支板；10圆盘；11接近开关

图1 液压锁紧装置

2 液压驱动式活动横梁安全保护装置的机械本体介绍及选型计算

液压驱动式活动横梁锁紧装置的工作原理是：当活动横梁在上死点以上某一位置或行程内的某些指定位置时活动横梁锁紧面高于锁销受压面5～10mm，锁紧装置即可开始动作。通过液压相关阀组的控制，驱动缸塞侧通高压回路，活塞杆2在压力的作用下被推向前行，与锁销连接的检测杆随锁销一同前行，支板上的两个接近开关传感器与检测杆上的圆盘接近时即可发出信号，PLC可依据信号实现对锁销的行程监控和控制。锁销到达指定位置后，活动横梁缓慢下降至锁紧面，完成对活动横梁的位置定位工序。锁销是主要受力部件，因此对锁销的校核尤为重要。

锁销材料一般采用42CrMo锻件，锻后需对锁销超声波探伤检测和表面磁粉检查，锁销与活动横梁的接触面处需淬火处理（见图2）。下面，本文依托北车集团60MN落料油压机项目，对活动横梁锁紧装置进行计算分析。

锁销受压工作时，对锁销的剪应力和面压进行简单校核计算符合强度要求。

锁销伸出工作时，在压力的作用下将产生一个弯曲变形，其数学模型是一个悬臂梁，梁的截面为圆形，其中。[2]

预对锁销进行安全计算，需分析以下数据：

M=F×l 式1

式2

式3

式中：W-抗弯截面系数（■d3）（mm3）；M-杆系最大弯矩（N.M）；Jz-截面的惯性矩（■d4）（mm4）；E-弹性模量2.1×105（MPa）；f为受压部位的弯曲变形量（mm）；？滓max为综合应力（MPa）

带入真实的数据，可得出锁销的设计是合理的、安全的。

3 液压驱动式锁紧装置的控制回路

液压驱动式锁紧装置的液压控制回路经历了三種控制方式的转变。[3]

最初始的控制采用方式1形式的回路。控制阀组为普通的二位四通换向阀。这种控制方式的优点是在大多数的时间内锁紧装置处于打开状态，换向阀一直处在左位，锁紧缸的活塞杆一直处于被压靠状态，不会出现活动横梁与锁紧装置的干涉现象。这种方法会导致液压泵（蓄能器）至液压执行机构之间的管路（泵与阀体间管路l1+阀体与缸体之间管路l2）一直处于高压状态，长时间的高压会导致液压管道的泄漏、密封元件寿命的缩短，增加用户的使用维护成本。

上世纪90年代后，方式1的弊端逐步被大家所共识，由此出现了方式2的控制思想。方式2则采用“O”机能的三位四通双电磁铁换向阀为控制阀组。这种控制方案的特点是：无论是锁紧动作还是打开动作，液压执行机构在完成动作后控制阀都要回到中位，此时，液压泵（蓄能器）至控制阀组之间的管道内无高压油，在很大程度上避免了管路l1段的泄露危险。此时由于阀组的“A”、“B”口都处于关闭状态，液压缸存在憋压状态，能保证插销处于静止状态。

本世纪初期，随着此种机构在锻造压机上的大范围使用，l2段因震动而发生泄露检修的频率越来越高，为了解决上述问题，出现了方式3的控制方法。新的控制方式充分考虑了活动横梁锁紧后插销与活动横梁结合面之间的摩擦力，这种摩擦力随着活动部分重量的增加而增加，我们可以认为正是由于摩擦力的存在，插销在锁紧时不会发生其它的运动。方式3采用“Y”机能的三位四通换向阀作为控制阀组。锁销静止时，换向阀处于中位，此时阀的A、B口与T口相通，液压执行机构的塞腔和杆腔都处于无压状态，此时，即使接头发生松动也不会喷射出高压油，避免了事故的发生。

4 结束语

本文介绍了三种液压机活动横梁安全保护装置，并比较了各自的优缺点和使用范围，着重介绍了用于重型锻造压机上的液压驱动式锁紧装置的本体和液压回路，为今后液压机活动横梁安全保护装置的选取作出了阐述和建议。

参考文献

[1]俞新陆.液压机的设计与应用.北京机械工业出版社.2006.

[2]刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.

[3]郝铁文.50MN油压机的系统设计.一重技术.2012.（2）.