大型液压机缓冲装置的设计与应用

□ 马冬莉 □ 桑弘鹏 □ 张海燕 □ 王金金 □ 马 彪

中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 063035

1 设计背景

随着机械工业的快速发展,作为锻压装备的液压机不断向大型化、自动化、精密化和智能化方向迈进,同时需要符合国家倡导的低碳经济和绿色环保发展要求。板材冲裁时,由于材料变形的阻力突然减小或消失,会出现失载现象,往往使液压机本体受到极大的冲击振动，并伴随刺耳的噪声，严重时会拉断地脚螺钉,甚至导致横梁断裂,基础受损等。严重的噪声污染还会给工人身体健康带来严重危害。控制有害振动并降低噪声，已成为迫切需要解决的问题[1]。

笔者所在公司现有冲床的最大吨位为800 t,由于产品升级,需要对冲裁力达到10 000 kN以上的工件进行落料,因此计划使用现有的2 000 t液压机替代冲床进行落料生产。为减小冲裁时液压机的振动和噪声,改善工人的作业环境,设计了适用于2 000 t液压机的缓冲装置。

2 冲裁缓冲原理

液压机通过滑块下行运动，带动固定在上面的成形模具快速合模,使金属板材产生永久变形,从而获得最终成形零件。液压机在落料时产生振动和冲击的主要原理为，在板材剪切断裂瞬间,液压机执行机构主油缸的高压突然消失,油缸中液体压缩能与机身弹性变形能急剧释放。这一过程导致液压机强烈晃动和管道振动,使整个设备的噪声很大。常见的缓冲装置分为机械缓冲装置和液压缓冲装置。其中，利用弹簧吸能的缓冲装置和利用橡胶吸能的缓冲装置属于机械缓冲装置，利用液压吸能的缓冲装置属于液压缓冲装置[2-9]。目前,对于液压机主要采用反压法来进行降噪,其基本原理为在板材断裂时,由反置液压缸提供一个反向力作用在滑块上,代替冲裁时板材作用在液压机滑块上的载荷,使液压机由冲裁工艺载荷平稳过渡到反置液压缸载荷,进而使主液压缸内积聚的液压能与机身的弹性变形能受控释放,确保液压机在工作过程中不存在突然失荷现象,消除由此而产生的冲击与振动[10]。

3 缓冲装置参数计算

2 000 t液压机装模高度为500～2 200 mm,工作台尺寸为4 000 mm×1 900 mm。主要冲裁模具中，侧柱落料模具尺寸为3 200 mm×1 170 mm×820 mm，大横梁落料模具尺寸为3 850 mm×860 mm×705 mm,所需冲裁力约为11 000 kN。为保证缓冲装置安装后不妨碍落料模具的使用,在液压机底座左右两侧安装四台缓冲缸,每台缓冲缸公称力为2 500 kN。根据液压机台面尺寸和模具宽度尺寸，得到缓冲缸外径最大尺寸为520 mm。结合模具安装时调整量及缓冲缸壁厚,缓冲缸内径不得大于360 mm。

以内径360 mm计算，缓冲缸压力面积为0.102 m2。根据压强公式,缓冲缸的压强可达24.5 MPa。选用进口密封件进行密封,防止液压油向外泄漏。根据模具高度尺寸，缓冲缸最小高度为700 mm,缓冲行程为50 mm,可调节总高度为400 mm,微调高度为50 mm，缓冲装置压力总调节范围为4 000 kN～10 000 kN。

4 缓冲缸结构

缓冲缸由缸体、活塞杆、蝶簧、支撑板、调整丝杠、垫块、上固定垫、油箱等组成，结构如图1所示，实物如图2所示。

每台缓冲缸都设有独立的液压油箱,液压油在液压管道内循环往复,不需要动力驱动,可减少能耗,并降低故障率。为不妨碍其它模具使用,缓冲缸与液压机工作台采用螺栓连接,灵活性高,安装拆卸方便。活塞杆内加工为螺纹形式,并设有排气装置,可快速排出缸体内的空气,保证压力平稳,运行流畅。蝶簧安装在缸体内,由导杆进行导向,满足蝶簧在振动工况下无偏移,保证活塞杆顶升动作平稳可靠。调整丝杠设置在活塞杆内,调整丝杠与活塞杆为螺纹螺杆结构形式,通过旋转调整丝杠,实现高度微调功能。高度微调装置上设有锁紧螺母,当调整到适当高度时,旋紧锁紧螺母，防止松动。当调整高度大于50 mm时,在调整丝杠端面可放置不同数量的垫块,满足不同高度模具的使用要求。每个垫块之间设有定位卡槽,防止因振动而导致垫块滑落。

5 缓冲缸液压系统

缓冲缸液压系统安装于油箱与缓冲缸之间的管道上,用于向缓冲缸提供压力。液压系统由单向溢流阀、接头及管道组成。单向溢流阀上设有刻度及压力转盘,可方便对压力进行设定。

6 缓冲装置的应用

缓冲装置已安装在2 000 t液压机上,成功应用于侧柱和大横梁落料生产中,如图3所示。由侧柱落料模具更换到大横梁模具时,只需根据高度拆卸两块垫块,对调整丝杠的高度进行调整，即可进行落料生产。生产时只有轻微噪声,大大减小了冲裁时冲击力对设备的冲击和振动。

7 结束语

笔者以冲裁缓冲技术为理论基础,设计了适用于2 000 t液压机的缓冲装置,成功应用于侧柱和大横梁落料生产中。实践证明，这一缓冲装置缓冲效果可靠,有效减小了液压机的振动和冲裁噪声,改善了工人的作业环境,值得推广。