新型高壓開關(guān)殼體(GIS)專用多功能液壓翻邊機(jī)

郝 樂，郝 瑾，汪 洋，王紅濤，薛 哲

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

近年來， 隨著我國(guó)電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展以及“西電東送”工程的啟動(dòng)，中國(guó)電網(wǎng)投資規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及高壓、特高壓項(xiàng)目的迅速推動(dòng)，高壓開關(guān)行業(yè)快速發(fā)展，高壓開關(guān)行業(yè)生產(chǎn)GIS產(chǎn)品合金鋁、合金鋼等材料的圓筒體分支孔的重要專用設(shè)備——多功能液壓翻邊機(jī)市場(chǎng)需求迫切，尤其是高壓、超高壓及特高壓交直流輸配電設(shè)備的需求，為該設(shè)備的應(yīng)用提供了巨大的市場(chǎng)空間。國(guó)內(nèi)各大高壓電氣開關(guān)企業(yè)目前應(yīng)用的設(shè)備主要以日本東芝(TOSHIBA)公司以及前蘇聯(lián)特種安裝工程科學(xué)研究所上世紀(jì)八十年代生產(chǎn)的為主，兩種都需要預(yù)熱，加工效率和成品率低，且拉裂現(xiàn)象頻繁。因此，研發(fā)一種國(guó)產(chǎn)的高效、節(jié)能、環(huán)保的多功能液壓翻邊機(jī)極為迫切。

1 傳統(tǒng)的多功能液壓翻邊機(jī)

傳統(tǒng)的翻邊機(jī)采用上拉式單工作缸結(jié)構(gòu)，在機(jī)架1 的前上部有可沿導(dǎo)軌垂直移動(dòng)滑塊2 ,在滑塊2的中部有油壓缸3通過軟管與泵7連接。V形壓鐵固定在滑塊的底部，其作用是翻邊時(shí)阻止管子向上移動(dòng)。油壓缸的活塞桿上有卡頭4，翻邊用的可換模具5夾緊在卡頭4上?？蓳Q模具由模具桿和翻邊模組成操作時(shí), 把管子放在高度預(yù)先調(diào)好的滾輪支座6 上, 水平移動(dòng)管子, 使孔的軸線與翻邊模的軸線重合, 利用手輪把滑塊V形壓鐵壓住管子, 再把模具桿插在液壓缸卡頭中, 下端插入翻邊模的槽中, 旋轉(zhuǎn)90°，與翻邊模連接。然后對(duì)管子局部加熱, 開動(dòng)油壓缸使活塞桿向上進(jìn)行翻邊獲得凸緣。

該翻邊機(jī)采用單油缸上拉成形，加工范圍和能力有限，使用壽命短，設(shè)備維護(hù)成本高，且翻邊需要預(yù)熱，拉裂現(xiàn)象頻發(fā)。而日本的設(shè)備基本上均采用了雙主缸結(jié)構(gòu)，使用一段時(shí)間后，普遍存在雙主缸運(yùn)動(dòng)不同步、翻邊力偏載的現(xiàn)象，而且在翻邊過程中，對(duì)規(guī)格稍大一些的筒體，基本上都需要進(jìn)行預(yù)熱，無法做到一次冷翻邊成形，以致翻邊效率也不高。

1. 機(jī)架 2. 滑塊 3. 油壓缸 4. 卡頭 5. 可換模具 6. 支座7. 泵 8. 翻邊模支撐柱圖1 傳統(tǒng)翻邊設(shè)備示意圖

2 新型多功能液壓翻邊機(jī)

中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司2005年開始自主研發(fā)多功能液壓翻邊機(jī)相繼開發(fā)了4 MN、6 MN、8 MN三個(gè)系列的下拉式液壓翻邊機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

如圖2所示，多功能液壓翻邊機(jī)主要由機(jī)械移動(dòng)臂、升降托架、主機(jī)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、各種成套模具等組成。

新型多功能液壓翻邊機(jī)生產(chǎn)主要過程如下：根據(jù)產(chǎn)品要求選擇合適的模具。加工殼體7放置在凹模5上，兩個(gè)升降托架3分別放置在輔助工作臺(tái)4上，能夠?qū)^長(zhǎng)尺寸的殼體起支撐作用。凹模5通過定位鍵與主機(jī)6連接，放置于主機(jī)4工作臺(tái)面上的中心位置。機(jī)械移動(dòng)臂1將凸模2送到主機(jī)4中心(翻邊成形中心)，凸模2與拉桿掛模成功后，機(jī)械移動(dòng)臂1退回至初始位置，主機(jī)4同時(shí)帶動(dòng)拉桿、凸模2下降，進(jìn)行下拉翻邊工作。該生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度高，無需對(duì)工件加熱，一次冷拉成型，輔助工時(shí)短，大大提高了生產(chǎn)效率和工件成品率。

表1 多功能液壓翻邊機(jī)主要技術(shù)參數(shù)及性能

1.機(jī)械移動(dòng)臂 2.凸模 3.升降托架 4.輔助工作臺(tái) 5.凹模 6.主機(jī) 7.高壓開關(guān)殼體圖2 翻邊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 多功能液壓翻邊機(jī)主工作缸結(jié)構(gòu)

新型多功能液壓翻邊機(jī)采用“一主兩輔”三油缸下拉式結(jié)構(gòu)方式，加大了主缸的尺寸，側(cè)面兩輔助小直徑油缸，主缸的密封設(shè)計(jì)采用了Z形防塵圈、軸用方形圈、導(dǎo)向環(huán)、孔用階梯形圈的組合布置方式。實(shí)現(xiàn)了快速空程和回程，有效利用主缸所產(chǎn)生的拉力，消除了翻邊力偏載的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)翻邊主缸與翻邊孔的中心同軸線，零件翻邊不容易出現(xiàn)拉裂、拉偏等現(xiàn)象，保證了翻邊支口的圓度精度要求，大大提高了殼體翻邊合格率，做到了冷翻邊一次成形。同時(shí)，簡(jiǎn)化了下橫梁的設(shè)計(jì)和制造難度，兩個(gè)輔助油缸也可以選用標(biāo)準(zhǔn)油缸，只需要加工制造一個(gè)非標(biāo)缸，簡(jiǎn)化了設(shè)備整體結(jié)構(gòu)和制造難度。

1.輔助缸 2.主工作缸 3.下橫梁 4.工作臺(tái)圖3 翻邊機(jī)主機(jī)示意圖

主要技術(shù)性能參數(shù)：

翻邊額定拉力 額定 6 MN(拉力可調(diào))

液壓系統(tǒng)額定工作壓力 額定 25 MPa

拉桿最大行程 500 mm

拉桿空載荷上升速度 0～33 mm/s

拉桿空載荷下降速度 0～15 mm/s

4 多功能液壓翻邊機(jī)送模機(jī)構(gòu)

新型多功能液壓翻邊機(jī)機(jī)械移動(dòng)臂如圖4所示。

1.送進(jìn)機(jī)構(gòu) 2.升降機(jī)構(gòu) 3.機(jī)械臂 4.模具圖4 機(jī)械移動(dòng)臂示意圖

采用變頻電機(jī)、減速機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、齒條傳動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械臂在平面導(dǎo)軌上移動(dòng)，且自主開發(fā)了模具自動(dòng)對(duì)中控制技術(shù)。采用機(jī)械臂進(jìn)行翻邊凸模送進(jìn)、凸模和主缸活塞桿旋轉(zhuǎn)嵌合，下拉式液壓加載方式可實(shí)現(xiàn)超大尺寸工件的翻邊。該技術(shù)的應(yīng)用，具有傳動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，通過旋轉(zhuǎn)缸動(dòng)作直接實(shí)現(xiàn)翻邊主缸、拉桿、模具的旋轉(zhuǎn)嵌合，自動(dòng)化程度高，簡(jiǎn)化了翻邊過程的工序，替代了傳統(tǒng)拉拔工序中的輔助連接部分，大大提高了翻邊的效率。

主要工作參數(shù)：

機(jī)械手行程： 3200 mm

機(jī)械手送模垂直行程： 600 mm

機(jī)械手前進(jìn)、后退最大速度： 150 mm/s(速度可調(diào))

5 新型多功能液壓翻邊機(jī)模具系統(tǒng)

傳統(tǒng)翻邊模具裝置的拉桿結(jié)構(gòu)是在桿端加工成外花鍵(花鍵360°四等份)，且高度方向上分布三層，主要是為了加強(qiáng)拉桿的強(qiáng)度。但這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求拉桿、凸模的花鍵加工精度很高，尤其是內(nèi)、外花鍵高度方向上的配合尺寸，否則影響兩者的掛模配合。此外，外花鍵有三層，理論上是可以增加拉桿與凸模的接觸面積，從而增加拉桿的強(qiáng)度，但在實(shí)際翻邊過程中，不能保證拉桿和凸模之間的每一層花鍵理想配合，兩者的接觸往往變成點(diǎn)接觸，長(zhǎng)時(shí)間的使用，反而加劇了對(duì)拉桿的破壞作用。另外，原來的凸、凹模圓角設(shè)計(jì)不規(guī)范，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，往往隨意性很大，導(dǎo)致殼體翻邊容易產(chǎn)生拉裂、豎邊不直等不良現(xiàn)象。

新型多功能液壓翻邊機(jī)模具系統(tǒng)如圖5所示，該模具在原有基礎(chǔ)上的改進(jìn)，重新完善拉桿的設(shè)計(jì)，從材質(zhì)上提高拉桿的使用強(qiáng)度。拉桿頂部端面的外花鍵由原來的三層變成一層，這樣的設(shè)計(jì)能夠保證拉桿、凸模的花鍵配合始終是面接觸，從而改善拉桿在翻邊過程中的受力情況。在不影響配合的情況下，將原外花鍵側(cè)面的斜面加工改變?yōu)橹泵婕庸ぃ瑴p少了加工難度。凸、凹模圓角設(shè)計(jì)規(guī)范化一致性好，在翻邊過程中筒體材料與凸模表面適度接觸， 解決了殼體翻邊容易產(chǎn)生拉裂，豎邊不直等不良現(xiàn)象。

1.模柄 2.蓋 3.凸模 4.凹模 5.右擋塊 6.左擋塊 7.凹模座 8.拉桿圖5 翻邊機(jī)模具示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)備于2005年開始研發(fā)、投產(chǎn)至今，經(jīng)過中國(guó)西電集團(tuán)公司、國(guó)家電網(wǎng)平高集團(tuán)公司、上海正泰電氣股份有限公司等數(shù)十家單位的實(shí)際生產(chǎn)考核，設(shè)備工作穩(wěn)定、可靠，滿足生產(chǎn)實(shí)際需求，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，滿足了國(guó)內(nèi)高壓、特高壓項(xiàng)目對(duì)高壓開關(guān)翻邊設(shè)備的需求。研發(fā)制造的翻邊機(jī)液壓主缸采用整體結(jié)構(gòu)、“一主兩輔”布置，液壓主缸與翻邊力同心，消除了翻邊偏載力，不容易出現(xiàn)拉裂、拉偏等現(xiàn)象，主缸布置方式優(yōu)于國(guó)外設(shè)備的分體結(jié)構(gòu)。研發(fā)制造的翻邊機(jī)的翻邊力、加工殼體外徑、翻邊孔外徑、機(jī)械手行程等設(shè)備性能參數(shù)均優(yōu)于國(guó)外設(shè)備的性能參數(shù)，可滿足更廣泛產(chǎn)品尺寸的加工要求。該設(shè)備在國(guó)內(nèi)各大高壓開關(guān)企業(yè)的推廣和使用，使高壓開關(guān)行業(yè)形成了以GIS設(shè)備為主導(dǎo)的高壓、超特高壓產(chǎn)品體系。產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平明顯提高，制造能力普遍增強(qiáng)，設(shè)備事故率不斷下降，國(guó)產(chǎn)化率明顯提升，國(guó)產(chǎn)GIS設(shè)備產(chǎn)量和市場(chǎng)占有率也在迅速增長(zhǎng)。提高了高壓開關(guān)行業(yè)翻邊設(shè)備的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，也推動(dòng)了我國(guó)輸配電行業(yè)高壓、超高壓技術(shù)的快速發(fā)展。

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