160 t四柱液壓立式壓裝治具的設(shè)計(jì)

趙 志， 蔣曉妍

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

0 概述

多功能天車(chē)是中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司的重點(diǎn)產(chǎn)品，主要分為鋁電解多功能天車(chē)、焙燒天車(chē)以及堆垛天車(chē)等。鋁電解多功能天車(chē)主要由大車(chē)、工具小車(chē)、出鋁小車(chē)組成。出鋁小車(chē)包括吊鉤滑輪組、行走小車(chē)、卷?yè)P(yáng)裝置、活動(dòng)框架、固定架等部分組成[1]。吊鉤滑輪組由移動(dòng)架、滑輪、軸承、隔套、滑輪軸、軸套等組成，如圖1所示。

圖1 吊鉤滑輪組裝配示意圖

吊鉤滑輪組的裝配特點(diǎn)是在四面封閉的移動(dòng)架中，將一個(gè)軸裝入兩組(四個(gè))滑輪及其相關(guān)部件中，需按一軸多件的工藝來(lái)設(shè)計(jì)壓裝設(shè)備。再者，一軸多件壓裝時(shí)，需根據(jù)其結(jié)構(gòu)情況采取必要合理的工裝及工藝措施才能保證質(zhì)量及效率。如圖1所示，在一個(gè)封閉框架內(nèi)，有四個(gè)滑輪，用一個(gè)通過(guò)八件軸承、七件軸套的輪軸裝在框架內(nèi)而形成的滑輪組。根據(jù)其結(jié)構(gòu)及配合性質(zhì)制定出壓裝方案。由于其結(jié)構(gòu)形式為一軸多件安裝，安裝時(shí)需將軸套、滑輪依次準(zhǔn)確擺放后才能壓入。如果選用橫裝，即圖1所示的擺放方式，則無(wú)法定位、安裝困難。所以選用豎裝方式，即將圖1左端朝下，右端朝上。將軸套、滑輪依次擺放，利用導(dǎo)向軸使裝配件同軸并讓其穩(wěn)定，再裝配輪軸。以往滑輪軸裝配有兩種方法：(1)用錘打入。由于錘擊為沖擊力，裝配過(guò)程中受力不均，極易砸傷工件。(2)將滑輪組放入立式框架內(nèi)，用千斤頂進(jìn)行壓裝。但千斤頂行程小，需多次利用調(diào)整墊進(jìn)行調(diào)節(jié)，費(fèi)力的同時(shí)還增加了安全隱患。很顯然這兩種方法已不適合現(xiàn)代高效生產(chǎn)，所以設(shè)計(jì)一臺(tái)安全、可靠的壓裝治具來(lái)提高效率、保證安全就顯得尤為重要了。綜上所述，該壓裝治具需從如下幾個(gè)方面考慮：(1)采用立式壓裝滿足裝配工藝要求。(2)合理的結(jié)構(gòu)及尺寸滿足專(zhuān)用、通用結(jié)合要求。(3)采用液壓傳動(dòng)的方式滿足其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。(4)160 t的額定壓力在滿足滑輪組壓裝達(dá)到最大過(guò)盈量時(shí)的所能承受的壓力要求。

160 t四柱液壓立式壓裝治具設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是定位基礎(chǔ)穩(wěn)定，壓裝工件不用吊車(chē)吊裝壓，滿足了出鋁小車(chē)吊鉤滑輪組的裝配要求，有效提高了吊鉤滑輪組裝配生產(chǎn)效率，保障了產(chǎn)品的裝配安全，保證了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。而且給諸多小件壓裝配合產(chǎn)品提供了方便，降低了大量成本，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)高效、高質(zhì)、低耗的需求。該160 t四柱液壓立式壓裝治具還可用于天車(chē)車(chē)輪軸、燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)車(chē)輪、卷筒軸等件的壓裝，起到一機(jī)多能的作用，如圖2所示。

圖2 160 t四柱液壓立式壓裝治具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1 160 t四柱液壓立式壓裝治具的設(shè)計(jì)過(guò)程

160 t四柱液壓立式壓裝治具主要是參數(shù)確定及液壓缸等件中主要尺寸的計(jì)算，如圖3所示。

圖3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1.1 160 t四柱液壓立式壓裝治具主要參數(shù)的確定

壓力F=160 t，油缸運(yùn)行速度V=20 cm/min，行程L=500 mm，使用環(huán)境為高壓。

1.1.1 液體壓力的選擇

由于使用環(huán)境為高壓，故選擇液體壓力P為200 kg/cm2[2]。

1.1.2 活塞的選擇

P=F/A

(1)

式中F—工作壓力，kg；

P—液體壓力，200 kg/cm2；

A—活塞面積，cm2。

A=πD2/4=0.785D2，故D=(F/0.785P)0.5=(160×103/0.785×200)0.5≈32 cm=320 mm，即活塞直徑為320 mm。

1.1.3 油缸流量的選擇

Q=A×V×10-3

(2)

式中Q—油缸所需要的流量，L/min；

A—活塞有效面積(cm2)，取A=πD2/4=0.785D2=0.785×322=803.84 cm2；

D—活塞直徑(cm)，取D=32 cm；

V—活塞速度(cm/min)，取V=20 cm/min。

代入數(shù)據(jù)：Q=A×v×10-3=803.84×20×10-3≈16 L/min。

1.1.4 缸筒厚度的選擇

δ=PD/200[σ]

(3)

式中δ—壁厚，mm；

P—最大壓力(kg/cm2)，取P=200 kg/cm2；

D—內(nèi)徑(mm)，取D=320 mm；

[σ]—材料的許用拉應(yīng)力，取[σ]=σ/5=12.2 kg/mm2；

σ—材料的最低抗拉強(qiáng)度(kg/mm2)，σ=61 kg/mm2。

代入數(shù)據(jù)：δ=PD/200[σ]=200×320/(200×12.2)=25.6 mm；取安全系數(shù)n=1.5，則選擇壁厚為25.6×1.5=38.4 mm，本設(shè)計(jì)取δ=40 mm，滿足要求。

1.1.5 缸底厚度的選擇

鋼底為平底，如公式(4)所示：

δ≥0.433D(P/[σ])0.5

(4)

式中δ—缸底壁厚，cm；

D—油缸內(nèi)徑(cm)，取D=32 cm；

P—缸內(nèi)最大油壓(kg/cm2)，取P=200 kg/cm2；

[σ]—材料的許用拉應(yīng)力[3]，[σ]=2 350 kg/cm2。

代入數(shù)據(jù)：δ≥0.433D(P/[σ])0.5=0.433×32×(200/[2 350])0.5=4 cm=40 mm，選擇n=1.25。故δ取=50 mm。本設(shè)計(jì)選δ=50 mm，滿足要求。

1.1.6 立柱直徑的選擇

A=F/[σ]

(5)

式中F—系統(tǒng)公襯壓力(kg)，取F=160×10-3kg；

A—立柱橫截面積(cm2)，取A=(P/[σ])=0.785 d2；

[σ]—材料抗拉強(qiáng)度(kg/cm2)，取[σ]=σ/5=1 200 kg/cm2；

σ—材料的最低抗拉強(qiáng)度(kg/cm2)，取σ=6 000 kg/cm2。

代入數(shù)據(jù)：0.785d2=5×160×103/6 000，故立柱直徑d=13 cm=130 mm，本設(shè)計(jì)選擇4根立柱直徑均為130 mm，滿足強(qiáng)度要求。

2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 液壓系統(tǒng)的組成

液壓系統(tǒng)是液壓設(shè)備的一個(gè)組成部分，它與主機(jī)的關(guān)系密切，液壓系統(tǒng)通常由三個(gè)功能部分和輔助裝置組成，按液流循環(huán)方式分為開(kāi)式和閉式兩種[4]，此次設(shè)計(jì)選用開(kāi)式、160 t單缸立式油壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，它是一種結(jié)構(gòu)和動(dòng)作較簡(jiǎn)單的液壓機(jī)，用來(lái)完成滑輪組的裝配。

2.2 液壓傳動(dòng)原理

液壓傳動(dòng)原理及系統(tǒng)工作情況[5]，如圖4所示。

圖4 液壓傳動(dòng)原理

工作狀態(tài)活塞下壓、上升；非工作：卸壓(換向閥在中間位置)。工作活塞下壓，操縱手柄換向閥左位接入系統(tǒng)，活塞下壓。當(dāng)未碰到工件時(shí)，系統(tǒng)壓力較低，液壓泵輸出流量大，活塞快速進(jìn)給；當(dāng)碰到工件時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，流量減小，從而系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入低速、壓力上升的工作狀態(tài)，路由程序是：

(1)進(jìn)油路：電機(jī)機(jī)—液壓泵—濾油器—手動(dòng)滑閥—油缸上腔。

(2)回油路：油缸下腔—單項(xiàng)順序閥—油箱。

工作行程結(jié)束，撞塊撥動(dòng)操縱手柄使換向閥回到中間位置，液壓泵卸載狀態(tài)工作行程停止。活塞上升，操縱手柄使換向閥接入系統(tǒng)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，是空行程，故泵在低壓大流量狀態(tài)下工作，實(shí)現(xiàn)快速回程，當(dāng)回到行程上端時(shí)，撞塊又撥動(dòng)操縱手柄是換向閥回到中間位置，活閥停止工作。路由程序是：

(1)回程進(jìn)油路：油泵—電機(jī)帶動(dòng)濾油器—換向閥右端—平衡線中單向閥—缸下腔。

(2)回程時(shí)油路：缸上腔—閥右腔—油箱。

3 160 t四柱液壓立式壓裝治具的有益效果

160 t四柱液壓立式壓裝治具的設(shè)計(jì)，使原本需要兩天兩人完成裝配，現(xiàn)在由單人兩個(gè)小時(shí)就可以解決，這樣既提高了裝配效率，保證滑輪軸裝配質(zhì)量，節(jié)省人力、提高效率、降低成本。該160 t四柱液壓立式壓裝治具還可以使用在其他產(chǎn)品的壓裝裝配、對(duì)軸類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行校直等，滿足了現(xiàn)代吊鉤滑輪組裝配高質(zhì)、高效、高節(jié)奏、低消耗的生產(chǎn)需要。