钢板弯边机液压系统改进

2014-04-25张怀德杨丽娜

制造技术与机床 2014年1期

张怀德杨丽娜

(天水锻压机床(集团)有限公司国家认定企业技术中心，甘肃天水741020)

钢板弯边机是直缝埋弧焊管生产线中的主要设备之一，其作用是将钢板根据工艺需要压制出一定弧度和一定宽度的曲面。具体工艺过程是输送辊道将钢板逐段送入钢板弯边机上下模具之间，下模在液压油缸驱动下上升，最终在上下模具的合模过程中，通过压制力使钢板发生流动变形后形成板边弯曲。

1 钢板弯边机液压系统组成及工作原理

1.1 钢板弯边机液压系统组成

本机液压传动系统由3 个并联主液压缸、2 个并联快速油缸及6 个并联压料缸，电液换向阀及充液阀、二通插装阀等组合而成。如图1 所示钢板弯边机液压系统原理图。

1.2 钢板弯边机液压系统工作原理

液压系统在电气和机械的配合下，能实现滑块(滑块上布置有下模具)快速上行—工作速度压制(接触钢板后)—保压—卸荷—快速回程，其工作情况为:

(1)油泵起动:各电磁铁断电，各电磁阀处于中位机能，油泵空载运行。

(2)快速上行:按动按钮，电磁铁YV2、YV4、YV6带电，油泵1 出油经滤油器3、三位四通电磁换向阀、叠加式单向节流阀和分流集流阀7 到快速油缸无杆腔，有杆腔油液经叠加式单向节流阀及三位四通电磁换向阀回到油箱。此时油泵2 出油经滤油器4、三位四通电液换向阀和二通方向插装阀到压料缸无杆腔，有杆腔油液经三位四通电液换向阀回到油箱，快速上行时主液压缸通过充液阀实现快速充液;在快速过程中，压料缸速度和快速油缸的速度一致，由于压料缸行程小于快速油缸的行程，还未碰到快慢速切换电气限位时已经压紧钢板。

(3)工作速度(压制工况):当碰到速度切换电气限位后，其它电磁铁带电不变，电磁铁YV5 带电，此时压料缸已经压紧钢板，充液阀关闭，主液压缸进入油泵2 的压力油，滑块由快速转换为工进速度，接触钢板后对钢板进行弯曲压制。

(4)保压及卸压:弯曲压制完成后油缸压力升高，当达到压力继电器14 调定压力发讯使系统进入保压状态，系统为开泵保压，保压时间到后进行卸压工况，即电磁铁YV4、YV5 带电，其余电磁阀不带电，压料缸及主液压缸的压力油通过二通方向插装阀、二通节流插装阀和三位四通电液换向阀的中位机能进行卸压。

(5)快速回程:电磁铁YV1、YV3、YV4、YV7 带电，油泵1 出油经滤油器3、三位四通电磁换向阀和叠加式单向节流阀到快速油缸有杆腔，无杆腔油液经分流集流阀7、叠加式单向节流阀和三位四通电磁换向阀回到油箱，此时油泵2 出油经滤油器4、三位四通电液换向阀到压料缸有杆腔，无杆腔油液经二通方向插装阀及三位四通电液换向阀回到油箱。回程时充液阀被控制回路开启，主液压缸里的液压油通过充液阀直接返回油箱，滑块快速退回到原位并压下下死点限位开关，所有电磁阀断电，换向阀处于图示位置，液压缸两腔封闭，滑块停止运动，油泵卸荷空载运行。

2 钢板弯边机存在的问题及原因分析

机床在运行一段时间后，发现存在以下问题:

2.1 跑料现象

原有机器在压制时出现钢板横向偏移，致使钢板两边弯曲后的曲率发生改变，无法满足工艺要求。经分析认为:当压料缸压紧需要弯边的钢板后，主液压缸从快速工况转为压制工况，控制主液压缸的电磁阀带电—二通方向插装阀开启—充液阀关闭，低压压力油进入主液压缸，与此同时压料缸无杆腔中的高压油与主液压缸接通，致使压料缸无杆腔压力降低。主液压缸在上升过程中，在接触钢板后压力逐渐上升，对钢板板边进行弯曲。此时因为压料缸压力未能达到设计压力，钢板在主液压缸弯曲钢板时产生的侧向力的作用下，发生向模具内腔偏移的情况(习惯性称为跑料)，此时钢板已不在要求的正确位置，出现跑料现象;主液压缸压力继续升高，当达到压料缸设计压力后，压料缸方能压紧钢板。

2.2 快速油缸不同步

原有机器在快速上行时，采用分流集流阀和节流阀联合控制两个快速油缸的同步。分流集流阀在动态时不能保证速度同步精度，不适用于换向频繁的系统［1］，现场观察使用效果不好，在快速上行过程中，两快速油缸速度因系统负载、油温等原因无法调节到基本一致，最严重时相差40 mm 以上，致使主液压缸与模具梁紧固螺钉经常被拉断。

2.3 卸压冲击大

当原有机器弯曲钢板保压结束后，进入卸压工况，压料缸及主液压缸的高压油均通过二通节流插装阀—电液换向阀的中位机能进行卸压，其中主油泵卸荷也通过电液换向阀的中位机能进行卸压。现场发现系统压力不能充分卸荷，且上述液压阀在开启时，液压系统各回路之间存在串油现象。同时主液压缸因为没有充分卸压，执行返程工况时，在充液阀打开瞬间，产生很大的液压冲击，致使机床发生震动及充液管出现晃动，甚至因震动而引起漏油。

3 钢板弯边机液压系统的改进方案

针对以上情况，笔者提出了的改进方案(图2)。

3.1 压料缸控制方案

改进后的系统采用顺序阀控制方案，工作时压力油先进入压料缸无杆腔，压力升高至顺序阀设定压力后压力油进入主液压缸，此时压料缸已经压住钢板，主液压缸压力继续升高的同时压料缸压力也同时升高，钢板被稳稳压住，解决了压料缸由于压力不足而产生跑料的问题。

3.2 快速油缸同步控制方案

该控制方案采用两组相同二通流量控制阀、整流叠加板、叠加单向节流阀和三位四通电磁换向阀组成的新型整流节流回路，其中二通流量控制阀用于保持流量恒定，且不受负载和温度变化的影响［2］，叠加单向节流阀用于调节快速油缸有杆腔的油液的流量，三位四通电磁换向阀用于油路换向控制，这样在快速上升和回程过程中，具有很好的同步性，解决了快速油缸不同步的问题。

3.3 系统卸荷的控制方案

该系统各回路采用单独卸压方式，即油泵2 单独卸压、压料缸单独卸压、主液压缸单独卸压。油泵2 通过二通压力插装阀(带电卸荷功能)单独卸压;压料缸通过电液换向阀中位机能进行卸压;主液压缸通过二通方向插装阀和二位四通电磁换向阀进行卸压。既解决了原有系统因阀的开启产生串油和卸荷不充分产生液压冲击大的问题，又简化了液压原理，同时解决震动而引起泄漏的问题［3］。

3.4 节能改造方案

进行液压系统优化的同时，在不改变机器工作效率的前提下从节能角度对系统功率进行了优化，将原有的定量高压柱塞泵改变为恒功率高压柱塞变量泵，更好地适应了工况要求。原有油泵机组型号为63MCY-Y225S-4，电动机功率为37 kW，优化后为63YCY-Y180L-4，电动机功率为22 kW，功率从原来的37 kW 优化为22 kW，节省能耗40%，并且大大减轻液压系统发热，延长液压元件和油液使用寿命。