液压冲击式棒料快速切割机设计.pdf

第 1 3期 朱广滕 等液压冲击式棒料快速切割机设计 - 9 1 个原理 图介绍锤头 与缓 冲的详细设计 。 l 一 锤 头2 一 模 具卜缓 冲 油 缸4 一 可 调 节 缓 冲 垫 图 3 液压原理 图 2 ． 1 锤 头 锤头由活塞杆、缸体、行程手动调节装置组成。 锤头 的设计采用模块化设计 方法 ，将 各个零部件和标 准件组合在一起 ，构成锤头系统。具有更换方便，相 对独立性等优 势。 锤 头 的 活 塞 杆 材 料 选 用 C A L MA X， 硬 度 为 H R C 5 4～ 5 6 ，具 有较好 的韧性和抗 冲击 性能 。如 图 3 所示 ，锤头 1的行程手动调节装置用来调节锤头活塞 杆的行程，以控制活塞杆的剪切动能。当需要切割直 径较小棒料时 ，行程调小 ；切割大直径棒料 ，行程调 大 。 由于锤头下落需要快速排净 前进方 向具有阻力的 液压油 ，这里需要一种大 流量 的换 向阀 ，故设 计一种 非标准的液动换 向阀V 4 ，其换向动作 由V1 来控制， V 1 为标准电磁换向阀。 2 ． 2 缓 冲 2 ． 2 ． 1 缓冲设计及其工作原理 缓 冲由缓 冲油缸 3和 可调节缓 冲垫 4组 成。 图 4 为可调节缓冲垫结构 图，主要 由压板、聚氨酯缓冲 垫、旋转调节机构、V型楔块 、底板等构成 。 图4 可调节缓冲垫 缓冲油缸起到复原模具初始位置的功能 ，但不能 承受锤头巨大的冲击力，故这里设计出可调节支撑高 度的缓冲垫。 可调节缓冲垫工作原理 如图4所示 ，手动调节 旋转调节机构，当右旋时，随着丝杆的旋转，左右两 个楔块向中间并拢，压板位置升高；当左旋时，两个 楔块向两边分开，压板位置降低。压板的上下行程为 1 5 mm。 可调节缓冲垫4的作用当切割脆性材料时，调 节缓冲垫高度来控制缓冲油缸 3的行程 ，使模具 2的 剪切相当位移变小；当切割柔性材料时，调节缓冲垫 高度 以使模具剪切相 当位移变大 。 2 ． 2 ． 2 缓冲与锤头协同工作过程 缓冲与锤头的协同工作过程如下如图 3所示， P R口进油后 ，液动换向阀 V 4到达左位 ，缓冲油缸 3 活塞杆位置下降到底部并落在可调节缓冲垫 4的压板 上 ，同时锤头 1 下落冲击模具，切割棒料；然后，电 磁阀V 1 换向，V 4到达右位 ，锤头和缓冲油缸复原到 顶部位置，至此完成一次切割动作 ，随后送料系统送 料，重复以上切割动作。 2 ． 3 送料 系统设计 2 ． 3 ． 1 送料 系统工作原理 送料系统由送料油缸、动夹抓、静夹抓、位移传 感器 S 1 和 s 2 、电磁换 向阀 v 2 ，V 3 ，v 7 ，V 9和手动 图5 送料系统原理图 送料系统工作过程如下 首先调整送料油缸指定 行程 ，装入棒料后 ，动夹抓夹紧棒料前进到指定切割 长度 ，然后 静夹抓 夹 紧固定住 棒料 ，进 而切 割棒料 ， 切割完成后动夹抓松开返 回，再次夹紧送料 ，往复循 环送料 、切割。 位移传感器用来接收动夹抓的位置信号，控制送 料油缸的换向。其中位移传感器 s 1位置固定 ，s 2位 置可调 。电磁换向阀 V 7控制送料 油缸换 向 ，两通 流 量控制阀V 9用来调节流量，使之基本上恒定，不受 压力和温度 的影 响 。电磁 换 向 阀 V 2和 V 3用来 控制 动 、静夹抓的夹紧与松开。 2 ． 3 ． 2 送料油缸设计 如图 6所示 ，送料油缸主要包括 电磁换 向阀 v 7 、 流量控制阀 v 9 、缸体 、行程调节机构。送料油缸 同 样 采用模 块化设 计方法。具有行程调节装置 ，用来调 节棒料的进给长度。 油缸的设计行程 为 1 6 0 m m，送料 的最 长长度 设 计 为 1 5 0 m m。油缸在 工作过 程 中 ，活塞 杆往 复频 繁 运动，会产生磨损和大量热量。这里在活塞杆和缸体 的密封方式上采用 3级密封圈和两个高强度耐磨环组 9 2 机床 与液压 第 4 1 卷 成 。在散热方 面 ，采用 在 图 5送 料 系统 原理 图中 的 P 2口和 1 2口加两个 6 L的蓄能 器 ，不仅 用来 散热 、 保压，还可以来缓冲活塞杆往复运动带来的冲击。 体 调整 机构 图 6送料油缸 3 切割机性能参数 为了验证所设计切割机的性能，现场切割直径为 8 m m和 1 5 m m的棒料或线材 ，棒料的材料为普通 4 5 钢。根 据现场切割实验 ，可以得到以下性能参数 ， 见表 1 表 1 快速切割机性能参数表 图7 切割后的工件 切割 机的性 能测试 主要是检验切割机各种切割形 式下的切割质量，要求断面光滑平整 ，截面与轴线的 垂直度好，无过热现象，即能保证工件不发生组织变 化 。现用断面的粗糙度 、平面度 、断面与轴线的垂 直度以及断面的过热、切割精度5个参数来测试切割 机的工作性能，实验数据表明，以上参数均已达到预 期要求。切割后的工件实物图如图7 所示。 4 切割机系统可靠性分析 在提高控制系统可靠性方面，主要是采用两类技 术 一类是防止和减少故障发生的技术，称为避错技 术 ；另一类是当系统的某一部分发生故障时仍能使系 统保持正常工作的技术 ，称为容错技术。避错技术是 系统可靠性的技术基础，容错技术则是可靠性的补救 和保证措施 。所设计的切割机控制系统采取以下几 个方面来提高系统的可靠性 1 系统结构的简化。 系统结构越简单、元器件越少 ，系统的可靠性就越 高。 2 提高控制系统抗干扰能力和环境适应性。 5结束语 提 出了一种新 的液压冲击式棒料切割机的设计 方 法，该设计主要包括锤头、缓冲、送料系统 3个部 分。通过实际切割试验，该机器每分钟切割长度为 2 5 m m的棒料的个数为 1 5 0个 ，长度误差小于 0 ． 0 5 m m，达到了高速、高精度的棒料切割要求 ，在切割 机设计领域中，该液压冲击式切割机的设计为其他切 割机械设计提供了参考。 参考文献 【 1 】 朱林法． 绝热剪切损伤和破坏的数值模拟研究 [ J ] ． 固 体力学学报， 2 0 0 5 ， 2 6 1 3 7 4 1 ． 【 2 】 宋锦春． 液压技术使用手册[ M] ． 北京 中国电力出版 社 ， 2 0 0 8 ． 【 3 】叶伟昌． 机械工程及 自动化简明设计手册 上册 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 ． 【 4 】上海市机械制造工艺研究所． 金相分析技术[ M] ． 上海 上海科学技术文献出版社 ， 1 9 8 7 1 1 1 2 ． 【 5 】贾亚雷． 自 动精密切割机及其控制系统的研究[ D ] ． 保 定 河北农 、 I 大学 ， 2 0 0 4 ． 上接第 3 7页 量和功率损失 都减小。从 分析结果来看当 d 0 ． 2 1 m m、d ， 1 ． 6 m m、L 0 ． 6 5 m m、0 9 0 。 时 ，对 应 的电液伺服阀 的特性 最好 。 2 由于电液伺服阀的固定节流孔结构尺寸本 来就较小，因此在加工过程中很容易造成误差 ，即使 是细微的误差都将对伺服阀的特性造成影响。建议提 高加工精度。 3 通过试验验证了流场数值模拟的正确性， 得 出了不 同组合情况下 的流量系数 ，为伺服 阀节流孔 设计 提供 了理论依据 。 参考文献 【 1 】 苏东海， 任大林 ， 杨京兰． 电液比例阀与电液伺服阀性能 比较及前景展望[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 8 4 1 4 ． 【 2 】 方群， 黄增． 电液伺服阀的发展历史、 研究现状及发展趋 势[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 1 1 1 6 21 6 5 ． 【 3 】 李如平， 聂松林 ， 易孟林． 固定阻尼孔影响水压伺服阀静 态特性试验研究 [ J ] ． 中国机械工程， 2 0 0 9 3 6 5 2 6 5 6 ． 【 4 】 王纪森， 康光会 ， 马爱香． 力反馈式电液伺服阀的参数优 化[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 7 9 0 9 2， 1 7 2 ． 【 5 】 程耕国， 程平 ， 李受人． 液流通过节流孔的压力场的仿真 研究[ J ] ． 计算机工程与科学， 2 0 0 5 ， 2 7 1 1 1 0 21 0 3 ． 【 6 】 冀宏， 魏列江， 方群， 等． 射流管伺服阀射流管放大器的 流场解析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 1 0 1 1 91 2 1 ． 【 7 】 林义忠 ， 陈丽莉 ， 张忠南． 液压集成块典型转弯孔道流场 仿真分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 2 ， 4 0 5 1 3 41 3 7 ． 【 8 】 王京涛， 吴张永 ， 岑顺锋， 等． 基于 A N S Y S的液压锥阀流 场分析及结构优化 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 1 ， 3 9 1 3 1 28一】 3 0．