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２０１６年１月第４４卷第２期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＪａｎ２０１６Ｖｏｌ４４Ｎｏ２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１６０２０４１收稿日期：２０１４－１１－３０作者简介：邹炳燕（１９６５—），男，工程硕士，高级工程师，主要从事机电一体化专业相关教学和科研工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｂｙ６５０９０１＠ｓｉｎａｃｏｍ。３１５ＭＮ压板机液压系统设计邹炳燕（天津中德应用技术大学航空航天与汽车学院，天津３００３５０）摘要：介绍压板机液压系统工作原理。利用分流阀解决动板上升下降过程中的同步问题；利用溢流阀消除液压缸每个行程的同步误差；利用蓄能器和压力开关实现长时间保压过程系统不发热；利用充液阀极大地降低了柱塞泵排量和电机功率。关键词：压板机；液压系统；多缸同步；长时间保压中图分类号：ＴＨ１３７７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２－１３３－３Ｄｅｓｉｇｎｏｆ３１５ＭＮＰｕｎｃｈｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍＺＯＵＢｉｎｇｙａｎ（ＡｖｉａｔｉｏｎＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏｌｌｅｇｅ，ＴｉａｎｊｉｎＳｉｎｏ⁃ＧｅｒｍａｎｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｄｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｕｎｃｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｄｉｖｅｒｔｅｒｖａｌｖｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉ⁃ｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｉｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｏｖｉｎｇｐｌａｔｅｕｐａｎｄｄｏｗｎ．Ｒｅｌｉｅｆｖａｌｖｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｎｅａｃｈｓｔｒｏｋｅ．Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｓｗｉｔｃｈｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｓｓｕｒｅｉｎａｌｏｎｇ⁃ｔｉｍｅｈｏｌｄｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｎｏｔｈｏｔ．Ｐｒｅ⁃ｆｉｌｌｖａｌｖｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｌｕｎｇｅｒｐｕｍｐｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｍｏｔｏｒｐｏｗｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｕｎｃｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ；Ｍｕｌｔｉ⁃ｃｙｌｉｎｄｅｒｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；Ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍｄｗｅｌｌ 从１７９５年英国人ＢＲＡＭＡＨ根据Ｐａｓｃａｌ原理发明压力机开始，液压系统在各行业得到了广泛应用。压力不同、液压传动原理各异的压力机更是层出不穷。３１５ＭＮ压板机用于特种厢式货车车厢板的制造。特种厢式货车车厢板出于特殊需要，例如为了防辐射等，由内外衬板、特殊材料中间层等多层材料及特种胶压制而成。工艺需要每个车厢板压制时间为８ｈ。最大车厢板尺寸为６０００ｍｍ长、２５００ｍｍ宽。最大压力３１５ＭＮ。１ ３１５ＭＮ压板机工艺及受力分析为保证多层车厢板在压制前有足够的操作空间，动板的上下位移为７００ｍｍ。分析动板动作要求，动板在７００ｍｍ运动范围内，产品工艺上没有同步要求，是空行程。因为以下原因，要求动板在上下运动过程中必须保持同步运动：（１）压板机机械结构中，没设计导向装置，动板上下运动时如果不同步，会出现倾斜，会影响油缸导向套正常工作，降低油缸的使用寿命，甚至造成设备不能正常工作；（２）如果动板上下运动不同步，运动到接触车厢板的一瞬间，会造成多层的车厢板横向受力，出现每层之间错位现象，影响产品质量。所以液压系统必须保证动板上下运动同步。根据车厢板尺寸，３１５ＭＮ压板机的动板长度不能小于６０００ｍｍ，宽度不能小于２５００ｍｍ。初步选定用４只ϕ１００ｍｍ×ϕ７０ｍｍ×７００ｍｍ单出杆双作用油缸，安装在动板４个角上，控制动板上下运动，只要保证了４只双作用油缸的同步，就保证了动板上下运动符合工艺要求。为了保证动板在６０００ｍｍ×２５００ｍｍ范围内均匀加压，选择１０只ϕ１２５ｍｍ×７５０ｍｍ单作用柱塞缸，沿２５００ｍｍ方向分２排、每排５只布置。１４只液压缸同时加压，达到压板要求的３１５ＭＮ压力要求。初步核算压板时系统工作压力约为２６ＭＰａ。３１５ＭＮ压板机结构示意图如图１所示。图１ ３１５ＭＮ压板机结构示意图根据工况要求，动板在行程上终点时为压板机原始工作状态。首先在床身的承压面上，将要压制的多层车厢板装好，然后动板下降，直至接触到车厢板，加压至２６ＭＰａ，保压８ｈ，动板上升至上行程终点，完成一个工作循环。２ ３１５ＭＮ压板机液压系统主要液压元件选择根据实际工况分析，３１５ＭＮ压板机工艺要求及计算，综合考虑各液压缸速度、推力、系统工作压力，选择其他各液压元件（液压缸参数在第１节已经确定）参数如下：液压泵选型。选择定量柱塞泵１０ＭＣＹ１４⁃１Ｂ为系统供油。根据各液压缸最大工作速度和工作压力要求，选择的柱塞泵排量为１０ｍＬ／ｒ，额定工作压力３０ＭＰａ。保压时间达８ｈ，１０只柱塞缸由充液阀供油，是选择小排量柱塞泵的原因。液压控制阀选型。选择液压阀时，应考虑它在通过最大流量时，不要有太大压降，以减少功率损耗及系统发热。根据此系统额定流量和额定工作压力的要求，双作用油缸控制用各换向阀和溢流阀均选择规格为６通径。为了减少柱塞泵启停次数，选择保压用蓄能器容积为１０Ｌ。电机参数选择：根据系统额定流量１４Ｌ／ｍｉｎ和额定工作压力２６ＭＰａ，选择功率为１１ｋＷ４极异步电机。３ ３１５ＭＮ压板机液压系统工作原理３１５ＭＮ压板机液压系统工作原理图如图２所示。图２ ３１５ＭＮ压板机液压原理图 如图２所示，３１５ＭＮ压板机液压系统主要由电动机、液压泵、各种液压阀、液压缸、过滤装置及其他辅助元件构成。根据液压系统所完成的功能，将其分为供油单元、双作用油缸控制单元、柱塞缸控制单元等几个部分。该系统在机械和电气的配合下，能够实现“动板下降➝动板压紧➝动板保压➝动板上升➝动板上位停止半自动循环”。溢流阀９用于调定液压系统的最高压力２６ＭＰａ；吸油滤油器３、回油滤油器２８在系统工作时对液压油进行２次过滤。单向阀７１的作用：（１）防止液压系统中的压力冲击，对液压泵４造成影响；（２）在对液压泵进行拆装维修时避免系统中的油液倒流，造成油液外泄和环境污染。为了减少功率消耗，在系统不工作时由电磁换向阀１０通过中位实现卸荷。当液压系统其他部位工作时，例如动板上升时，Ｙ４或Ｙ５电磁铁带电，电磁换向阀１０换向，系统保压。表１ ３１５ＭＮ压板机电磁铁动作表Ｙ１Ｙ２Ｙ３Ｙ４Ｙ５Ｙ６动板下降＋－－＋－－动板压紧－－－－＋＋动板保压－－－－＋－＋动板上升－＋＋＋－－停止－－－－－－ 双作用油缸下降。启动压板下降控制按钮，电磁·４３１·机床与液压第４４卷铁Ｙ１、Ｙ４带电，电磁换向阀１１左位，电磁换向阀１０上位。压力油经柱塞泵４、单向阀７．１、电磁换向阀１１、电磁换向阀１６到４个双作用油缸２１无杆腔。回油路从液压锁２０、分流阀１９、分流阀１８、单向节流阀１３、回油滤油器２８回主油箱。单向节流阀１３用于调节动板下降速度。在动板重力和单向节流阀１３作用下，为了防止双作用油缸２１有杆腔超压，动板下降过程中，由溢流阀１４调节系统压力至８ＭＰａ。动板下降过程中的同步由分流阀１８和１９共同保证。动板某一部位接触车箱板后，由６个溢流阀２５来实现消除同步误差；此时先达到限位点的液压缸活塞杆不再运动，其对应的溢流阀溢流，来模拟已到位液压缸仍然从分流阀获得流量，直到最后的液压缸运动到位。柱塞缸下降。为了减小功率消耗，设置充液油箱，安装在压板机上定板。当动板在双作用油缸作用下向下运动时，１０只柱塞缸２３柱塞杆被动伸出，油液从充液油箱经充液阀２２进入柱塞缸。动板压紧。电磁铁Ｙ５、Ｙ６带电，电磁换向阀１０下位，电磁换向阀１６左位。油液一路经减压阀１２、电磁换向阀１６至双作用油缸无杆腔，避免了柱塞缸加压时造成双作用油缸有杆腔超压。油液另一路经电磁换向阀１０、单向阀７２至柱塞缸，在压力油的作用下，２个充液阀２２自动关闭，１０只柱塞缸被加压至溢流阀９调定压力。动板保压。因为保压时间长达８ｈ，为了减少系统发热，在柱塞缸工作腔设置蓄能器，，安装压力开关２４，用于检测保压上限和下限压力。柱塞泵工作时，系统压力上升至保压压力上限，压力开关发信号停泵。柱塞缸在蓄能器１５、单向阀７２，、２个充液阀２２的共同作用下，实现较长时间保压。当保压压力下降至保压压力下限时，压力开关发信号，柱塞泵４重新启动，保证了保压压力在工艺要求范围内。节省能源，减少系统发热，延长柱塞泵使用寿命。动板上升。达到保压时间后，电磁铁Ｙ４先带电，然后Ｙ２、Ｙ３带电，电磁换向阀１０上位，电磁换向阀１１右位，电磁换向阀１７左位。双作用油缸上升。压力油经柱塞泵４、单向阀７１、电磁换向阀１１、单向节流阀１３、分流阀１８、分流阀１９、液压锁２０至双作用缸有杆腔。回油路从电磁换向阀１６、电磁换向阀１１、回油滤油器２８回主油箱。动板上升过程中的同步由分流阀１８和１９共同保证，同步误差由溢流阀２５来消除。动板上升至上限位后，压力开关２４发信号，进入新的工作周期。４只液压锁２０用于保持动板在上限位置，不会因泄漏而下降。柱塞缸上升。控制油路经柱塞泵４、单向阀７１、减压阀１２、电磁换向阀１７至充液阀２２，将充液阀打开，减压阀１２保证充液阀开启压力。动板在双作用油缸带动下上升，１０只柱塞缸柱塞杆被动上升，主回路油液经充液阀回充液油箱。４ 液压系统调试过程出现问题及解决措施调试初期，动板上升下降不同步，７００ｍｍ行程误差达到８０ｍｍ，大大超过分流阀同步精度。动板上升时，液压系统流量约为１４Ｌ／ｍｉｎ，先由分流阀１８等分为２路７Ｌ／ｍｉｎ，再由２个分流阀１９等分为４路３５Ｌ／ｍｉｎ。所选择的分流阀１８额定流量１５Ｌ／ｍｉｎ，分流阀１９额定流量７５Ｌ／ｍｉｎ。所选分流阀同步精度见图３。图３ 分流阀分流精度示意图由图３可见：分流阀实际流量越接近其额定流量，同步精度越高，实际流量小于分流阀额定流量５０％时，同步精度急剧下降。按此项目分流阀参数选择，同步精度应达到１％～２％。分析流量出现问题的原因，主溢流阀９压力调节偏低，动板上升时，达到了溢流阀９的开启压力，一部分油液经溢流阀９回主油箱了，所以分流阀同步精度偏低。提高溢流阀９溢流压力２ＭＰａ后，同步精度提高至１％以内。５ 结束语经试验验证，该原理满足压板机的动作及参数要求。利用分流阀成功解决动板上升下降过程中的同步问题；利用溢流阀消除液压缸每个行程的同步误差；利用蓄能器和压力开关实现长时间保压过程系统不发热，节约能源；利用充液阀极大降低了柱塞泵排量和电机功率。参考文献：［１］张利平．液压控制系统及设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６．［２］王野牧，杨德金，宋安，等．一体化不压井修井机液压系统研究［Ｊ］．机床与液压，２０１３，４１（２２）：７０－７３．［３］赵丽梅．大型自动翻转机液压系统设计［Ｊ］．液压与气动，２０１１（２）：７１－７３．［４］林义忠，谭超．大吨位伸缩臂履带式起重机液压系统设计［Ｊ］．液压与气动，２０１１（８）：９０－９２．［５］田富，李向阳，李龙．履带运输车行走驱动液压系统的设计［Ｊ］．液压与气动，２０１４（１）：７０－７２．［６］宋亚林．使用双向液压锁后液压缸平稳性的改善方法［Ｊ］．机床与液压，２０１１，３９（４）：１３１－１３２．·５３１·第２期邹炳燕：３１５ＭＮ压板机液压系统设计