液壓傳動在雙動薄板沖壓設備中應用研究

陳興媚，李雙成

（廣東理工學院 工業自動化系，廣東 肇慶 526100）

0 引言

近年來，隨著工業自動化的不斷發展，液壓與氣壓技術憑借其重量輕、結構緊湊、慣性小、無級調速范圍大、響應速度較快等諸多優點，在工農業生產、航空航天以及國防建設等領域得到了廣泛應用，為國民經濟和社會生產力的發展發揮了重要作用。液壓機做為最早應用液壓傳動的機械設備，目前被廣泛應用于調直、壓裝、冷沖壓、冷擠壓和彎曲等工藝加工機械中。本文通過對雙動薄板沖壓設備液壓油路的詳細論述，對于正確分析、讀懂液壓系統圖，以及理解掌握液壓設備的設計、分析、調整、使用、維護和故障排除等具有重要的指導作用。

1 液壓機概述

液壓機有多種型號規格，其壓制力從幾噸至幾十萬噸不等。按照使用液體介質的不同又可分為：水壓機和油壓機兩種；用乳化液作為工作介質的液壓機稱為水壓機，用油液作為工作介質的稱為油壓機。油壓機由于易潤滑，泄露量相對于水壓機小，目前被廣泛應用于工業部門的各個領域。圖1所示為典型的立式四柱型油壓機的結構簡圖，它主要由補液筒、上橫梁、上液壓缸、上滑塊、立柱、下滑塊、下液壓缸、電氣操縱箱等零部件組成；液壓機有上下兩個液壓缸，上液壓缸驅動上滑塊做上下往復運動，下液壓缸驅動下滑塊做上下移動；液壓機典型工作循環如圖2所示，上液壓缸驅動上滑塊實現：快進→減速接近工件及加壓→保壓延時→泄壓→快速回程→保持活塞停留在任意位置等基本動作；下液壓缸驅動滑塊實現：向上頂出工件→停留→活塞向下退回→原位停止等工作循環。薄板拉伸則要求有：液壓缸上升→停止→壓力回程等動作；有時還需要壓邊缸將坯料壓緊等動作。

圖1 液壓機外形圖

圖2 液壓機典型工藝循環圖

2 雙動薄板沖壓機液壓系統工作原理

圖3所示為雙動薄板沖壓機液壓系統原理圖，該機最大工作壓力為450KN， 主要用于薄板的拉伸、成型、彎曲、沖裁、翻邊、擠壓等工藝，系統采用恒功率變量柱塞泵供油，以滿足低壓快速行程和高速行程要求，其最高工作壓力由電磁溢流閥4的遠程調壓閥3調定，試分析其工作原理。

2.1 啟動

按下啟動按鈕，所有電磁鐵均處于失電狀態，恒功率變量葉片泵2以較低的壓力從電磁溢流閥3卸荷，泵空載啟動。油路為：泵2出口處油液→閥3→油箱。

2.2 拉伸滑塊、壓邊滑塊快速下行

當圖3中電磁鐵1YA、2YA、4YA通電時泵2停止卸荷，出口處油液經單向閥5及電液換向閥8左位到達主油缸34無桿腔，驅動拉伸滑塊37快速下行；此時液壓泵處于最大流量狀態，但仍不能滿足其供油需求而形成局部真空，高位油箱46經單向閥22、23對主油缸34無桿腔補油；以滿足供油需求；主油缸34有桿腔油液經閥8左位再經二位二通電磁換向閥7右位流回油箱，驅動拉伸滑塊快速下行的同時帶動壓邊缸32、33、35、36快速下行，壓邊缸32、33、35、36行程負壓油液通過高位油箱45進行補油；其各油路分別為：主油缸進油路：過濾器1→泵2→閥5→閥8左位→閥9→主油缸34無桿腔；主油缸回油路為：主油缸34有桿腔→閥8左位→閥7右位→油箱；主油缸補油路為：油箱46→單向閥22、23→主油缸34無桿腔；壓邊缸補油路為：油箱45→閥13左位→單向閥14、18、24、29→壓邊缸36、35、33、32。

圖3 雙動薄板沖壓機液壓系統原理圖

2.3 減速、加壓

為防止碰撞，當滑塊與板料接觸之前首先碰到行程開關（圖中未示出）發出電信號，使2YA失電，此時主油缸34有桿腔的油液經節流閥6流回油箱，實現減速慢進；當圖3中壓邊滑塊38與工件慢速接觸后，行程開關（圖中未示出）發出電信號，使5YA得電，此時壓邊缸32、33、35、36無桿腔油液由泵2供給，實現給壓邊缸加壓動作。

2.4 拉伸、壓緊

當拉伸滑塊接觸工件后，主油缸34中的壓力由于負載阻力的增加而增加，單向閥22、23關閉。由于是變量泵，此時泵的輸出流量隨著系統工作壓力的增加而自動減少，缸34繼續下行；在拉、壓過程中泵的最高工作壓力由溢流閥4來調定；其各油路分別為：主油缸進油路：過濾器1→泵2→閥5→閥8左位→閥9→主油缸34無桿腔；主油缸回油路為：主油缸34有桿腔→閥8左位→節流閥6→油箱；壓邊缸進油路：過濾器1→泵2→電液換向閥13右位→壓邊缸32、33、35、36。

2.5 保壓

當圖3中主油缸34無桿腔壓力達到壓力繼電器10 開關打開時，使電磁鐵1YA、4YA、5YA失電，閥8回到中位（0口）使主缸34有、無桿腔及所有壓邊缸全部封閉，主缸無桿腔短時保壓，保壓時間由壓力繼電器10來調整；此時泵2的壓力油通過閥3進行卸荷。

2.6 快速回程

當圖3中電磁鐵1YA、3YA得電時，泵2出口處的油液經閥8右位進入到主油缸34有桿腔，同時控制油路打開液控單向閥14、18、22、23、24、29液控油口，主油缸34無桿腔油液經閥22、23 直接流回高位油箱46；主缸回程的同時帶動壓邊缸快速回程，壓邊缸32、33、35、36的油液經閥29、24、20、18、16直接流回高位油箱45；其各油路為：主油缸進油路：過濾器1→泵2→閥5→閥8右位→主油缸34有桿腔；液控單向閥液控口油路：過濾器1→泵2→閥5→閥8右位→液控單向閥14、18、22、23、24、29液控口；主油缸回油路：主油缸34無桿腔油液→閥22、23→油箱46；壓邊缸回油路：壓邊缸32、33、35、36油液→閥29、24、18、14→油箱45。

2.7 主油缸原位停止、頂出缸上升

當主油缸34拖動滑塊上升到觸動行程開關（圖中未示出）時，電磁鐵3YA失電、6YA得電，油路分兩路，一路接至閥8中位使缸34有、無桿腔因油口封閉而停止不動，實現主油缸原位停止。另一路接至液控換向閥44右位經二位二通手動換向閥左位進入頂出缸，驅動頂出缸上升頂出制品，頂出壓力由溢流閥43設定；其油路分別為：原位停止油路：主油缸34有、無桿腔→閥8中位；頂出制品油路：過濾器1→泵2→電液換向閥44右位→手擋換向閥41左位→頂出缸44→頂出塊39上升。

2.8 頂出缸下降

當頂出缸44頂出工件后，行程開關（圖中未示出）發出電信號使1YA、6YA均失電，泵2卸荷，閥44左位工作，搬動手動換向閥41手柄使閥41右位接入油路，此時頂出塊在自重的作用下下降，油液經閥41、44直接流回油箱。

3 雙動薄板沖壓機液壓系統電磁鐵動作順序表

通過前面分析，現將雙動薄板沖壓機液壓系統動作循環中各電磁鐵通斷電情況總結如表1。

表1 雙動薄板沖壓機液壓系統電磁鐵動作順序表

4 雙動薄板沖壓機液壓系統工作特點

（1）采用恒功率變量泵供油，系統過載后自動減少供油量，保護元器件不會因過載損壞。（2）采用液控單向閥實現拉伸滑塊在斷電狀態下可以在任意位置停留，保護操作者安全。（3）采用高位補油箱進行補油滿足變量泵供油不足的問題，同時降低成本，倘若采用大的供油泵給系統供油，則其它閥也要換成與之相配套的組合閥，這樣成本會大大增加。（4）頂件塊在頂出工件后靠自重復位，減少了系統能量損耗。（5）壓邊缸和頂件缸均采用柱塞缸容易磨損導致液壓油泄露，污染環境。（6）采用行程開關和壓力繼電器控制各個閥口的換向動作實現生產自動化，降低工人勞動量。（7）油路較復雜，易出現液壓油泄露及液壓元器件損壞故障，且不易及時找到故障和泄露點，給后期維護保養帶來困難。

5 結語

液壓與氣壓傳動是實現工業自動化的重要手段之一，也是機械、電氣、汽車等從業人員必備的專業基礎知識，學會分析復雜油路的工作原理不僅可以了解設備的工作特性、發現設備中存在的不足，更能夠為后期設備的維護、保養和改進設計提供參考依據。