液壓式安全平衡裝置在螺桿式伺服壓力機(jī)中的應(yīng)用

方 昕，王路鷺

（1.江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221116；2.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 徐州221000）

在傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)上一般都裝有平衡裝置，其作用是防止滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，因其自重而迅速下降，使傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪反向受力而造成撞擊和噪聲；可以消除連桿與滑塊間的間隙，減少受力零件的沖擊和磨損；可以降低裝模高度調(diào)整機(jī)構(gòu)的功率消耗；同時(shí)，還可以防止連桿折斷時(shí)，滑塊墜落而產(chǎn)生事故。

離合器和制動(dòng)器也是傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)上不可缺少的部件，用以控制壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和停止。離合器的作用是使傳動(dòng)系統(tǒng)中的從動(dòng)部分與能源部分(電機(jī)與飛輪)接合或脫開(kāi)，制動(dòng)器的作用是在從動(dòng)部分與能源部分脫開(kāi)后將前者迅速制動(dòng)。

可見(jiàn)，平衡裝置和離合制動(dòng)器都是傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)必不可少的組成部件，兩者配合，共同保證了壓力機(jī)的安全運(yùn)行。

1 問(wèn)題提出

近年來(lái)全電機(jī)械伺服壓力機(jī)得到了快速的發(fā)展，國(guó)內(nèi)大噸位全電機(jī)械伺服壓力機(jī)領(lǐng)域，江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的螺桿式伺服壓力機(jī)憑借穩(wěn)定的性能和較高的性價(jià)比，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。全電機(jī)械伺服壓力機(jī)由于靠伺服電機(jī)直接輸出扭矩來(lái)提供沖壓力，而非傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)靠飛輪降速釋放能量來(lái)提供沖壓力，故取消了離合器部件，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。但由于伺服斷電后，伺服電機(jī)喪失了制動(dòng)扭矩，而傳統(tǒng)平衡缸由于采用可壓縮的空氣作為介質(zhì)，無(wú)法起到制動(dòng)滑塊的作用，所以必須增加安全制動(dòng)器，來(lái)保證滑塊在伺服斷電后能夠得到有效制動(dòng)。但在螺桿式伺服壓力機(jī)中，由于傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的限制，要想增加安全制動(dòng)器，必須額外進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更改，這樣就會(huì)增加制造成本，同時(shí)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

通過(guò)以上分析不難看出，如果有一套新的方案能夠把滑塊平衡缸和安全制動(dòng)器合二為一，既可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少部件，同時(shí)又可以降低部分成本，將會(huì)是一種理想的解決方案。

2 新方案

通過(guò)分析使用工況要求，提出了新的解決方案，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

由系統(tǒng)原理圖（圖1）可知，初始狀態(tài)下，滑塊位于下死點(diǎn)位置，蓄能器預(yù)充氮?dú)庵?2MPa，主泵站上的三位四通電磁閥(中位Y機(jī)能)左位得電，插裝閥上的兩位三通電磁閥處于通電狀態(tài)，液壓泵站向平衡缸及蓄能器打壓至設(shè)定壓力P，P可由下述公式確定：

式中：K——平衡系數(shù)，一般取1.2；

m1——滑塊部件重量；

m2——最大上模重量；

g——重力加速度；

d——平衡缸內(nèi)徑，可根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸及初選系統(tǒng)壓力確定；

n——平衡缸數(shù)目。

系統(tǒng)壓力至設(shè)定壓力后，主泵站停止工作，主泵站上的三位四通電磁閥失電回中位，壓力油被封閉在平衡缸至蓄能器一路的系統(tǒng)管路中，承受滑塊及模具的重量。隨著滑塊的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓力油通過(guò)插裝閥在平衡缸及蓄能器之間來(lái)回往復(fù)切換。

正常情況下，機(jī)床停止時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)及滑塊模具通過(guò)伺服電機(jī)提供的制動(dòng)力矩保持位置不變。而當(dāng)操作人員下班后設(shè)備需要斷電關(guān)機(jī)或者生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備異常斷電時(shí)，伺服電機(jī)已無(wú)法提供制動(dòng)力矩，此時(shí)，因插裝閥上的兩位三通電磁閥處于失電狀態(tài)，控制油路通過(guò)梭閥、兩位三通電磁閥右位進(jìn)入插裝閥，插裝閥被鎖止。壓力油被封閉在平衡缸及插裝閥之間的管路內(nèi)。由于液壓油的不可壓縮性，滑塊及模具無(wú)法下落，被保持在原來(lái)位置，系統(tǒng)此時(shí)起到了安全制動(dòng)的作用。如果滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)床異常失電，壓力油瞬間被鎖止后，油壓會(huì)急劇升高，此時(shí)如果系統(tǒng)壓力超過(guò)溢流閥設(shè)定壓力，壓力油會(huì)溢流，保證系統(tǒng)安全。

系統(tǒng)正常情況下需要卸荷時(shí)，主泵站上的三位四通電磁閥右位得電，電磁閥后的液控單向閥被打開(kāi)，系統(tǒng)壓力油通過(guò)液控單向閥和三位四通電磁閥卸荷回到泵站油箱。

圖2為系統(tǒng)三維效果圖，此效果圖模型采用了兩套閥塊結(jié)構(gòu)，平衡缸采用的也是雙進(jìn)油口設(shè)計(jì)，目的是在快速大行程運(yùn)動(dòng)時(shí)，保證壓力油的流量及控制溫升。配置四個(gè)大容量蓄能器，保證系統(tǒng)最大壓差不超過(guò)2MPa.

圖2 系統(tǒng)效果圖

圖3是江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的搭載了液壓式安全平衡裝置的DPS4L-800AE螺桿式全電機(jī)械伺服多工位壓力機(jī)生產(chǎn)線的客戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖。

圖3 搭載安全平衡裝置的伺服壓力機(jī)現(xiàn)場(chǎng)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

新的液壓式安全平衡裝置和以往傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)上的平衡裝置相比，既具有了后者的所有功能，同時(shí)又兼顧了安全制動(dòng)器的作用，解決了長(zhǎng)期使用下摩擦片需要更換的問(wèn)題，簡(jiǎn)化了部件結(jié)構(gòu)，降低了部分成本，經(jīng)過(guò)裝機(jī)實(shí)際驗(yàn)證，取得了很好的效果。

[1] 何德譽(yù)，主編.曲柄壓力機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[2] 成大先，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第五版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.