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2000kN四柱液压机液压系统工作原理

2000kN四柱液压机液压系统工作原理
作者殷洪福
2000kN四柱液压机是一台宽工作台的压力机,工作台尺寸为2000mm(左右)×1500mm(前后)。

这台机的设计目标是大尺寸薄板零件的拉深、翻边、冲裁工艺。

这台机的液压系统有几个特点:1.设置高压、低压两个可以根据工艺力的大小而自动切换的油源;2.上下油缸可以单独运行,也可以差动运行;3.主油缸的柱塞内包含顶出油缸,可以进行上顶出(脱模)操作。

为说明液压系统的工作原理,以设备的典型运作过程(凹模在上方、凸模在下方的反向拉深工艺过程)为例。

图示液压系统是完成一次工作循环之后的状态。

下一次工作循环从系统升压开始。

系统工作原理说明如下。

1.系统升压
先导式溢流阀12原处于卸荷状态,高压油源失效。

低压油源仍处于供油状态。

将手动换向阀11的手柄推到位置Ⅰ,控制油路X1升压,使溢流阀12恢复正常工作状态,高压油源恢复供油,系统压力升高至设定数值。

2.滑块快速下降
将手动换向阀9的手柄拉到位置Ⅲ,支承滑块的油缸4的下腔回油路接通,滑块在自重的作用下,快速下降,直至上模(凹模)接触工件。

滑块在下降过程中一方面将上油缸3的柱塞向下拉,使上油缸3内腔产生负压,造成正向打开液控单向阀(大流量的充液阀)2的趋势;另一方面压迫油缸4下腔的油,使之压力升高,压力油通过控制油路X2迫使液控单向阀2彻底打开(正反向都处于开启状态),于是,充液过程开始,油箱1内的油通过大直径油管被吸进上油缸3。

与此同时,另一部分来自两个油源的油通过换向阀9进入上油缸3。

有一个问题需要说明:滑块快速下降主要靠自重作用,但是,自重作用并不可靠,如果滑块下降受阻(或许是因为滑块与立柱之间的滑动付力学异常),就可能发生下降不顺甚至卡死的现象。

这种现象通常不会发生。

然而,这种现象一旦发生,就会进入如“工作行程”那样的过程,滑块被上油缸3的柱塞强迫下降,系统依然正常工作。

单向节流阀13的作用是增加油缸4下腔回油路上的阻力,以求提高控制油路X2的压力,以便打开液控单向阀2。

3.滑块工作行程
滑块快速下降,直至上模接触工件,之后,滑块工作行程开始,下降阻力(包括拉深力、压边力)增加,下降速度降低,致使油缸4下腔的压力迅速降低(因为通过单向节流阀13的流量减少, 节流阀前后压力差减小),控制油路X2的压力亦随之降低,以至无力保持液控单向阀2反向开启状态,此时两个油源(低压油)继续通过换向阀9进入上油缸3,使上油缸3的压力升高,液控单向阀2关闭,充液停止。

随后,上油缸3的压力迅速升高,如果此时低压油仍不足以克服工作阻力(通常是这样),那么,系统即时自动切换油源,高压油将接着进入上油缸3,升压,工作行程继续进行。

4.滑块回程
工作行程终止后,将换向阀9的手柄推到位置Ⅰ,油缸4上腔以及上油缸3的压力消失,而油缸4下腔的压力升高,通过油路X2使液控单向阀2再次反向打开,接通上油缸3的回油路,滑块被油缸4顶推上升,上油缸3的油通过大直径油管返回油箱。

滑块上升到适当高度后,将换向阀9的手柄拉回位置Ⅱ(放开手后,手柄会自动回复到位置Ⅱ),滑块停止上升,并由油缸4支承。

5.上顶出行程
上油缸3柱塞的中部装有顶出油缸。

该油缸活塞由换向阀8控制顶出、退回,并由单向调速阀15调节顶出速度。

6.下油缸动作
下油缸5在本例工艺过程中的作用是压边。

滑块下降之前,下油缸5处于顶出状态,即换向阀10的手柄处于位置Ⅰ,并且在滑块下降过程中(包括快速行程和工作行程),换向阀10的手柄位置始终保持不变。

因此,在滑块工作行程中,下油缸5始终与上油缸3“对着干”,从而产生压边力。

但由于上油缸3的截面积远大于下油缸5下腔的截面积,在相等的油压下,上油缸3向下的推力远大于下油缸5向上的顶力,以至除了克服拉深力、油缸4的阻力外,剩余推力还足以克服下油缸5的对抗力,迫使下油缸5的活塞向下退缩。

在下油缸5的活塞退缩过程中,下油缸5下腔的油通过换向阀10(反向流动)、换向阀9进入上油缸3,使上油缸3获得“额外”的高压油,提高工作行程速度(提高90 %)。

上下油缸如此运行称为“差动运行”。

滑块完成工作行程之后转入回程时,换向阀10的手柄位置可以保持不变,即仍处于位置Ⅰ,这时下油缸5的活塞将随着滑块上升而顶出(使工件脱出凸模),这样,下油缸5将会耗用部分压力油,从而降低滑块回程速度。

为了提高滑块回程速度,应关闭下油缸5的进油路,即将换向阀10的手柄拉到回位置Ⅱ,待滑块上升到终点后,再将手柄推回到位置Ⅰ。

换向阀10的手柄位置Ⅲ是为适应其它工艺操作而设的(实施本例操作时,位置Ⅲ实为空置)。

溢流阀14用来调节下油缸5的顶出力(压边力)。

实施本例操作时,如前面所述,上下油缸的运行方式为“差动运行”,此时溢流阀14的设定压力大于溢流阀12的设定压力(供油压力),这样,下油缸5下腔的油就不可能通过溢流阀14排出,而是全部进入上油缸3。

当要实施拉深力较大而压边力较小的工艺操作时,就应采用“非差动运行”方式,即令溢流阀14的设定压力小于溢流
阀12的设定压力,并将换向阀10的手柄拉到位置Ⅱ,切断上下油缸之间的通道,让下油缸5下腔的油直接通过溢流阀14、单向阀6排出(一部分进入下油缸5上腔,另一部分通过换向阀10回油箱),于是压边力就会随着溢流阀14的设定压力的降低而减小,拉深力则随着上油缸3所受的、出自下油缸5的对抗力的减小而增大。

不过,这样做势必降低工作行程速度,因为上油缸3失去了获得“额外”高压油的机会。

至于其它工艺状况(例如利用下油缸5的顶出力对工件进行加工),也可以通过调节溢流阀14而得以实施。

7.高压泵卸荷
换向阀11用来使高压泵卸荷。

设备完成一次工作循环之后到下一次工作循环开始之前,其间有一段相当长的停歇时间(卸料、装料等各项操作所消耗的时间),在这段时间内,应使高压泵卸荷(空转),避免浪费电能。

将换向阀11的手柄拉回位置Ⅱ,控制油路X1失压,高压泵实现卸荷。

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