方 昕，王路鹭

（1.江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司，江苏 徐州 221116；2.江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 徐州221000）

在传统机械压力机上一般都装有平衡装置，其作用是防止滑块向下运动时，因其自重而迅速下降，使传动系统中的齿轮反向受力而造成撞击和噪声；可以消除连杆与滑块间的间隙，减少受力零件的冲击和磨损；可以降低装模高度调整机构的功率消耗；同时，还可以防止连杆折断时，滑块坠落而产生事故。

离合器和制动器也是传统机械压力机上不可缺少的部件，用以控制压力机工作机构的运动和停止。离合器的作用是使传动系统中的从动部分与能源部分(电机与飞轮)接合或脱开，制动器的作用是在从动部分与能源部分脱开后将前者迅速制动。

可见，平衡装置和离合制动器都是传统机械压力机必不可少的组成部件，两者配合，共同保证了压力机的安全运行。

1 问题提出

近年来全电机械伺服压力机得到了快速的发展，国内大吨位全电机械伺服压力机领域，江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司生产的螺杆式伺服压力机凭借稳定的性能和较高的性价比，处于国内领先水平。全电机械伺服压力机由于靠伺服电机直接输出扭矩来提供冲压力，而非传统机械压力机靠飞轮降速释放能量来提供冲压力，故取消了离合器部件，简化了传动结构。但由于伺服断电后，伺服电机丧失了制动扭矩，而传统平衡缸由于采用可压缩的空气作为介质，无法起到制动滑块的作用，所以必须增加安全制动器，来保证滑块在伺服断电后能够得到有效制动。但在螺杆式伺服压力机中，由于传动结构的限制，要想增加安全制动器，必须额外进行结构的设计更改，这样就会增加制造成本，同时使结构复杂化。

通过以上分析不难看出，如果有一套新的方案能够把滑块平衡缸和安全制动器合二为一，既可以优化结构，减少部件，同时又可以降低部分成本，将会是一种理想的解决方案。

2 新方案

通过分析使用工况要求，提出了新的解决方案，如图1所示。

图1 系统原理图

由系统原理图（图1）可知，初始状态下，滑块位于下死点位置，蓄能器预充氮气至12MPa，主泵站上的三位四通电磁阀(中位Y机能)左位得电，插装阀上的两位三通电磁阀处于通电状态，液压泵站向平衡缸及蓄能器打压至设定压力P，P可由下述公式确定：

式中：K——平衡系数，一般取1.2；

m1——滑块部件重量；

m2——最大上模重量；

g——重力加速度；

d——平衡缸内径，可根据结构尺寸及初选系统压力确定；

n——平衡缸数目。

系统压力至设定压力后，主泵站停止工作，主泵站上的三位四通电磁阀失电回中位，压力油被封闭在平衡缸至蓄能器一路的系统管路中，承受滑块及模具的重量。随着滑块的上下往复运动，压力油通过插装阀在平衡缸及蓄能器之间来回往复切换。

正常情况下，机床停止时，传动系统及滑块模具通过伺服电机提供的制动力矩保持位置不变。而当操作人员下班后设备需要断电关机或者生产过程中设备异常断电时，伺服电机已无法提供制动力矩，此时，因插装阀上的两位三通电磁阀处于失电状态，控制油路通过梭阀、两位三通电磁阀右位进入插装阀，插装阀被锁止。压力油被封闭在平衡缸及插装阀之间的管路内。由于液压油的不可压缩性，滑块及模具无法下落，被保持在原来位置，系统此时起到了安全制动的作用。如果滑块在运动过程中，机床异常失电，压力油瞬间被锁止后，油压会急剧升高，此时如果系统压力超过溢流阀设定压力，压力油会溢流，保证系统安全。

系统正常情况下需要卸荷时，主泵站上的三位四通电磁阀右位得电，电磁阀后的液控单向阀被打开，系统压力油通过液控单向阀和三位四通电磁阀卸荷回到泵站油箱。

图2为系统三维效果图，此效果图模型采用了两套阀块结构，平衡缸采用的也是双进油口设计，目的是在快速大行程运动时，保证压力油的流量及控制温升。配置四个大容量蓄能器，保证系统最大压差不超过2MPa.

图2 系统效果图

图3是江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司生产的搭载了液压式安全平衡装置的DPS4L-800AE螺杆式全电机械伺服多工位压力机生产线的客户现场实景图。

图3 搭载安全平衡装置的伺服压力机现场图

3 结束语

新的液压式安全平衡装置和以往传统机械压力机上的平衡装置相比，既具有了后者的所有功能，同时又兼顾了安全制动器的作用，解决了长期使用下摩擦片需要更换的问题，简化了部件结构，降低了部分成本，经过装机实际验证，取得了很好的效果。

[1] 何德誉，主编.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1987.

[2] 成大先，主编.机械设计手册[M].第五版.北京：化学工业出版社，2008.