CN204148425U - 一种垂直立柱梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直立柱梁，包括两根等强度梁和套筒，两根等强度梁通过套筒横向联结，等强度梁的横截面为矩形，其一侧为平面，另一侧具有突出部；等强度梁位于突出部上方的部分的横截面面积自上向下逐渐增大，等强度梁位于突出部下方的部分的横截面面积自上向下逐渐减小,所述套筒及其轴线呈水平方向位于两根等强度梁之间。套筒可以安装以缸底支承的水平工作缸，并允许承受较大的水平方向的工作载荷，同时因为本实用新型的垂直立柱梁由两根等强度梁构成，在沿等强度梁轴线和垂直等强度梁轴线方向均可承受较大的工作载荷。

Description

一种垂直立柱梁

技术领域

本实用新型涉及一种垂直立柱梁。 

背景技术

现有液压机的立柱大多为独立的4根实心或空心的圆形或矩形结构，或为多层叠板式结构，或为框架式箱形结构。它们的共同特征是，仅仅作为立柱功能使用，支承于上下横梁(对于立式液压机)或前后横梁(对于卧式液压机)之间，承受压应力(对于预应力结构)或拉应力(对于非预应力结构)，不能承受水平方向或横向的工作载荷。有的整体多层叠板式、或整体板框式液压机，虽然允许在立柱部分的水平方向安装法兰支承式的工作缸，但由于受该型结构的制约，所能承受的水平方向的工作载荷仅仅为垂直方向的1/5。 

因此，需要一种新的立柱以解决上述问题。 

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型是针对现有技术中液压机立柱的缺陷，提供一种垂直立柱梁。 

技术方案： 

一种垂直立柱梁，包括两根等强度梁和套筒，两根所述等强度梁通过所述套筒横向联结，所述等强度梁的横截面为矩形，其内侧为平面，外侧具有突出部；所述等强度梁位于所述突出部上方的部分的横截面面积自上向下逐渐增大，所述等强度梁位于所述突出部下方的部分的横截面面积自上向下逐渐减小，所述套筒及其轴线呈水平方向位于两根等强度梁之间。 

更进一步的，所述等强度梁为空心梁。 

更进一步的，所述垂直立柱梁的顶端和底端的水平面上均设计有矩形键槽并在矩形键槽镶嵌有定位键。 

更进一步的，所述套筒的横截面为圆形或矩形。 

更进一步的，所述等强度梁上端和下端均设置有与所述等强度梁垂直的水平预紧孔。利用预应力拉杆装置通过水平预紧孔将等强度梁的上端和下端与水平上横梁和水平下横梁进行水平预紧。 

更进一步的，所述水平预紧孔包括多个预紧孔。本实用新型摈弃了采用单根粗拉杆的传统设计方法，不仅仅是出于紧凑型结构设计的需要，而是多根细拉杆的性能远大于于只用一根粗拉杆，可用较小的液压预紧缸，分别预紧每根拉杆。 

更进一步的，所述套筒位于所述垂直立柱梁的中部。 

更进一步的，所述套筒内设置有阶梯孔。阶梯孔用来安装以缸底支承的水平工作缸。 

有益效果：本实用新型的垂直立柱梁包括两根等强度梁和套筒，两根等强度梁通过套筒横向联结，套筒可以安装以缸底支承的水平工作缸，并允许承受较大的水平方向的工作载荷，同时因为本实用新型的垂直立柱梁由两根等强度梁构成，在沿等强度梁轴线和垂直等强度梁轴线方向均具有较大的工作载荷。 

附图说明

图1为组合式承载机架的俯视图； 

图2为组合式承载机架的A-A向剖视图； 

图3为垂直立柱梁的侧视图； 

图4为垂直立柱梁的俯视图； 

图5为水平上横梁的俯视图； 

图6为水平下横梁的俯视图； 

图7为导向系统的侧视图； 

图8为导向体的俯视图； 

图9为多向模复合挤压液压机的结构示意图。 

具体实施方式

请参阅图2、图3和图4所示，本实用新型的垂直立柱梁，包括两根等强度梁和套筒，两根等强度梁通过套筒横向联结，等强度梁的横截面为矩形，其内侧为平面，外侧具有突出部。等强度梁位于突出部上方的部分的横截面面积自上向下逐渐增大，等强度梁位于突出部下方的部分的横截面面积自上向下逐渐减小，套筒及其轴线呈水平方向位于两根等强度梁之间。其中，优选的，等强度梁为空心梁。 

垂直立柱梁2；4的顶端和底端的水平面上均设计有矩形键槽并在矩形键槽镶嵌有定位键。其中，套筒的横截面为圆形或矩形。套筒位于垂直立柱梁的中部。套筒内设置有阶梯孔。 

等强度梁上端和下端均设置有与等强度梁垂直的水平预紧孔。利用预应力拉杆装置通过水平预紧孔将等强度梁的上端和下端与水平上横梁和水平下横梁进行水平预紧。水平预紧孔均包括多个预紧孔。本实用新型摈弃了采用单根粗拉杆的传统设计方法，不仅仅是出于紧凑型结构设计的需要，而是多根细拉杆的性能远大于只用一根粗拉杆，可用较小的液压预紧缸，分别预紧每根拉杆。 

1)、现有液压机的横梁一般为等高梁，即梁的任一垂直截面的高度尺寸相等。上横梁的承载面，即用于立柱支承和安装工作缸的平面处于同一平面，下横梁的承载面，即 用于立柱支承和安装工作台的平面也处于同一平面。有些非等高上横梁的非承载面均向上凸起，非等高下横梁的非承载面均向下凸出。这些梁的功能单一，在高度方向的上尺寸相等，但梁的应力分布很不均衡，材料的潜能没有得到充分发挥。 

请参阅图5和图6所示，本实用新型液压机的横梁均为凸型等强度梁，有别于现有的任何一种液压机的梁的结构。“凸”型水平上横梁6和“凸”型水平下横梁1恰恰与传统观念相反，梁在高度方向的上尺寸不相等，梁的承载平面均不处于同一平面，但梁的应力分布均衡，使材料的潜能得到充分发挥；使水平上横梁6安装工作缸的承载面向下凸出，使水平下横梁1安装工作台的承载面向上凸出。水平上横梁6和水平下横梁1的凸出体的两个水平面之间的距离构成了机架窗口的垂直开档H，凸出体的两个垂直面决定了机架窗口的水平内侧净空距W，两个垂直面之间的材料又起着上下水平立柱的作用。 

本实用新型水平下横梁1为向上凸起的“凸”型等强度梁结构，凸出体的上平面用于安装工作台，两个凸肩平面用于支承两根垂直立柱梁2；4，这两个平面不处于同一个平面。凸出体的两侧垂直面为两根垂直立柱梁2；4底部的内侧面提供水平方向的“X”轴定位基准，并使凸出体作为下水平立柱，承受底部水平预应力拉杆装置72将两根垂直立柱梁2；4的底部与水平下横梁1的凸出体预紧成一体的水平方向的预应力作用；两个凸肩平面上设计有两组矩形键槽并镶嵌有定位键，可为两根垂直立柱梁2；4的底部提供前后水平方向的“Y”轴定位基准；两个凸肩平面为两根垂直立柱梁2；4的底部提供垂直方向的“Z”轴定位基准，并承受垂直预应力拉杆装置71将两根垂直立柱梁2；4与水平上横梁6和水平下横梁1预紧成一体的垂直方向的预应力作用；根据不同工艺对象所需的顶出力、下穿孔力和液压垫力，可以在水平下横梁1内安装下工作缸。 

水平上横梁6为向下凸出的倒“凸”型梁结构，倒凸出体的下平面用于安装主工作缸，两个倒凸肩平面用于支承两根垂直立柱梁2；4，这两个平面不处于同一个平面。倒凸出体的两个垂直面为两根垂直立柱梁2；4顶部的内侧面提供左右水平方向的“X”轴定位基准，并使倒凸出体作为上水平立柱，承受顶部水平预应力拉杆装置73将两根垂直立柱梁2；4顶部与水平上横梁6的倒凸出体预紧成一体的水平方向的预应力作用；两个倒凸肩平面上设计有两组矩形键槽和镶嵌有定位键，可为两根垂直立柱梁2；4的顶部提供前后水平方向的“Y”轴定位基准；两个倒凸肩平面为两根垂直立柱梁2；4的顶部提供垂直方向的“Z”轴定位基准，并承受垂直预应力拉杆装置71将两根垂直立柱梁2；4与水平上横梁6和水平下横梁1预紧成一体的垂直方向的预应力作用；在倒凸出体的下平面上安装主工作缸，根据不同的垂直公称力和工艺对象，缸的数量为1～6个，缸的布置方式可为单排1个、2个、3个，或为双排2个、4个、6个，或为三排3 个、5个。 

2)、现有液压机的立柱大多为独立的4根实心或空心的圆形或矩形结构，或为多层叠板式结构，或为框架式箱形结构。它们的共同特征是，仅仅作为立柱功能使用，支承于上下横梁(对于立式液压机)或前后横梁(对于卧式液压机)之间，承受压应力(对于预应力结构)或拉应力(对于非预应力结构)，不能承受水平方向或横向的工作载荷。有的整体多层叠板式、或整体板框式液压机，虽然允许在立柱部分的水平方向安装法兰支承式的工作缸，但由于受该型结构的制约，所能承受的水平方向的工作载荷仅仅为垂直方向的1/5。 

请参阅图1、图2、图3和图4所示，本实用新型的特殊构造的垂直立柱梁2；4有别于现有的任何一种液压机的立柱的结构。两根垂直立柱梁2；4，从正面看为非对称的弓形结构，从侧面看为非对称的“H”型结构。具体的，垂直立柱梁2；4包括两根等强度梁和套筒，两根等强度梁通过套筒横向联结，等强度梁的横截面为矩形，其内侧为平面，外侧具有突出部。等强度梁位于突出部上方的部分的横截面面积自上向下逐渐增大，等强度梁位于突出部下方的部分的横截面面积自上向下逐渐减小，套筒及其轴线呈水平方向位于两根等强度梁之间。作为垂直立柱功能，其在全高上为中部空心的矩形横截面；由两根垂直立柱梁2；4的4个底端和4个顶端支承在水平下横梁1的两个凸肩平面与水平上横梁6的两个凸肩平面之间，通过垂直预应力拉杆装置71将其与水平上横梁6和水平下横梁1预紧成一体，承受垂直方向的预应力作用，以及在工作载荷下的角弯矩、偏心载荷下活动横梁反力偶对其的水平力作用；两根垂直立柱梁2；4的底端和顶端水平面上均设计有两组矩形键槽和镶嵌有定位键，将水平上横梁6和水平下横梁1与垂直立柱梁2；4牢固地镶嵌在一起，并作为上下水平横梁6和1在前后水平方向的“Y”轴定位基准。 

作为垂直梁功能，两根垂直立柱梁2；4为空心变截面弓形梁结构，由两根垂直立柱梁的4个顶部和4个底部的内侧面分别与作为水平立柱的水平上下横梁6和1凸出体的两个垂直面贴合，通过底部水平预应力拉杆装置72和73分别将垂直立柱梁的端部和底部与水平上下横梁6和1的凸台预紧成一体；在每一侧垂直立柱梁之间的中部，由圆形或矩形筒体21横向联结，用以安装以缸底支承的水平工作缸，并允许承受较大的水平方向的工作载荷；根据不同的水平公称力和工艺对象，缸的数量可为一个单动液压缸，或一个复式双动液压缸，或两排以上的液压缸。 

3)、传统张力柱形式的水压机、整体多层叠板式或整体板框式液压机，它们的共同特征是，机架为非预应力结构，工作时承受单向的大幅值交变应力，抗疲劳强度低。有的液压机虽然采用了预应力结构，但多为单独垂直方向的立式液压机，或水平方向的卧 式液压机的单方向预应力结构；有的将一台垂直的预应力机架与一台卧式的预应力机架组合在一起，构成了多向模锻液压机，但由于其力系不能封闭，造成机架和模具频频损坏。而且受该型结构的制约，所能承受的水平方向的工作载荷仅仅为垂直方向的1/3。 

请参阅图1和图2所示，本实用新型的垂直与水平双向全预应力系统，有别于现有的任何一种液压机的预应力方式。垂直与水平双向全预应力系统，垂直预应力拉杆装置71、底部水平预应力拉杆装置72和顶部水平预应力拉杆装置73中拉杆直径均在160～280mm之间，按照设计规定的预紧力和预紧方法，通过预紧螺母使拉杆全长上产生预紧拉力，同时对水平上横梁6、水平下横梁1和两根垂直立柱梁2；4施加预紧压力，从而将水平上横梁6和水平下横梁1与两根垂直立柱梁2；4分别在垂直方向和水平方向紧密地固结成一个整体，构成一个垂直与水平双向全预应力承载机架。 

根据液压机垂直和水平方向的承载能力要求，确定垂直预应力拉杆装置71、底部水平预应力拉杆装置72和顶部水平预应力拉杆装置73中拉杆的数量和分布，根据各个梁的应力水平确定拉杆螺母下的垫板厚度。 

预应力设计按最大工作载荷力和最大允许偏心距设计、调整和设定拉杆的预应力，预紧系数为1.5，即预紧力是工作载荷的1.5倍；水平上横梁6和水平下横梁1与两根垂直立柱梁2；4接触部分的横截面尺寸相同，梁的高度方向受压缩后的变形不可忽略，计算的被压缩构件的尺寸应包括水平上横梁6、水平下横梁1和两根垂直立柱梁2；4的相应高度尺寸。 

整个机架无论是垂直方向还是水平方向的受力均为内力平衡系统，负载力不会传递到基础上，确保了机架双向承载的安全性与可靠性。 

本实用新型摈弃了采用单根粗拉杆的传统设计方法，不仅仅是出于紧凑型结构设计的需要，而是多根细拉杆的优越性远大于只用一根粗拉杆：可用较小的液压预紧缸，分别预紧每根拉杆；可按空心立柱截面形状，对称均匀布置多拉杆，受力均衡；拉杆螺纹根部加工误差小，产生的弯曲应力影响较小；由于横截面积小，材料组织和热处理性能均匀性好，可充分发挥材料的力学性能；加工制造和安装方便。 

4)、传统液压机活动横梁的运行均依托立柱提供的导向滑板面进行导向，所谓的“X”导向面处于相同夹角的同一个平面内，且活动横梁导向长度近似于其行程。在工作载荷下，由于立柱的横向弯曲变形，很容易使得原本导向长度就很短的活动横梁发生偏转，导向精度得不到保证。 

请参阅图7和8所示，本实用新型的组合式双“X”型复合导向系统，有别于现有的任何一种液压机的导向方式，包括两个大小结构相同且前后对称的导向体51；52。 

导向体的具体结构为：导向体51；52的导向侧具有凸出部分，凸出部分的上部两侧 对称设置有两个第一导向面，凸出部分的下部两侧对称设置有两个第二导向面，第一导向面和第二导向面的延长线均通过组合式双向预应力承载机架的中心，两个导向体51；52上端通过预应力拉杆固定联结，两个导向体51；52的下部通过十字键和螺杆均与活动横梁3固定连结。 

两组上部水平拉杆装置81包括高强度拉杆，通过2个导向体51；52上部横梁的两端横向预应力固结成一体；通过水平螺杆82和十字键将2个导向体51；52的下部垂直导向体与活动横梁3横向固结成一体。 

导向体51；52的上部横梁导向板依托装于水平上横梁6上的无变形区Ⅰ处耐磨导滑板导向，中下部垂直导向板依托装于左右垂直立柱梁4和2上的微变形区Ⅱ处耐磨导滑板导向；上部与下部导向面的延伸线均通过承载机架的中心，同一导向体51；52中两个第一导向面之间的夹角α为60°-100°，同时同一导向体51；52中两个第二导向面之间的夹角β为60°-100°，同一导向体51；52中两个第一导向面之间的夹角与两个第二导向面之间的夹角不同。构成双“X”型复合导向系统；导向体的长度是其行程的3倍，为活动横梁提供了一个坚固的、刚性的和低接触应力的平面导向体。 

上述组合式双向预应力承载机架，采用计算机三维有限元分析软件接触问题分析法，对机架整体结构进行优化设计，使机架的变形和应力获得了精确的求解，预测出工作过程中的结构的应力状态及其变形趋势，优化受力框架的结构，确定其在最佳强度和刚度下的几何尺寸，使材料得到合理的分配，充分发挥出所用材料的潜力。 

理论分析表明，这种机架结构具有较高的整体刚性、抗疲劳强度、承载能力和安全可靠性。机架预紧后，不开缝，无需重复紧固外侧螺母，拉杆永无磨损。工作时，立柱承受压应力和弯曲应力，拉杆承受拉应力，其最大和最小拉应力的变化幅值仅为最大载荷应力的15％。在整机寿命周期内不会产生立柱断裂事故，各个构件的使用寿命因此而延长，大大降低了设备维修费用和寿命周期成本。 

5)、现有的多向模锻液压机工作缸轴数一般为3-5轴，其水平工作缸均为单轴，且能力偏低，成形的产品重量小，只能进行单一的水平分模成形，限制了多向模锻的工艺应用范围。 

请参阅图9所示，本实用新型的多向模复合挤压液压机，有别于现有的任何一种多向模锻液压机。所述多向模复合挤压工作缸轴数为7轴，组合式双向预应力承载机架和组合式双“X”型复合导向架作为安装液压缸、工作台、模具等装置的载体，并承受全部工作载荷，即构成一台多向模复合精密挤压成形液压机的本体部分。 

本实用新型的多向模复合挤压液压机，包括组合式双向预应力承载机架、组合式双“X”型复合导向系统、上垂直主工作缸9、上垂直穿孔缸10、左水平主工作缸121、 右水平主工作缸122、左水平穿孔缸131、右水平穿孔缸132和下垂直穿孔或顶出缸16。 

将上垂直主工作缸9和模具11、上垂直穿孔缸10、左水平主工作缸121、左水平穿孔缸131、右水平主工作缸122和模具14、右水平穿孔缸132、下垂直穿孔或顶出缸16分别作为独立的数控液压缸轴，分别由液压数控装置驱动，构成了液压数控闭环伺服控制和同步控制系统；其中，上垂直主工作缸9设置在水平上横梁6内，左水平主工作缸121设置在一个垂直立柱梁2；4的套筒中，右水平主工作缸122设置在另一个垂直立柱梁2；4的套筒中，下垂直穿孔或顶出缸16设置在水平下横梁1内，上垂直穿孔缸10设置在上垂直主工作缸9中，左水平穿孔缸131设置在左水平主工作缸121中，右水平穿孔缸132设置在右水平主工作缸122中。以计算机液压数控多轴联动程序加载为基础，逻辑动作由PLC系统控制，各缸轴的速度、位移、压力通过HNC实行编程控制，按主轴垂直加载、左水平轴加载、右水平轴加载的先后顺序，可组合5种以上加载方式，按工艺分模面条件，可以完成垂直分模和水平分模2种分模方式。 

与其它逻辑控制的油缸组合，具有多向加载、上中心冲孔、下中心冲孔、顶出、拉伸液压垫等步进和连续进给功能；实现复杂型腔构造的难成形产品15的多向模挤压、模锻、等温模锻、等压下量锻造、等锻比锻造、精密锻造、超塑性成形等多种金属塑性柔性复合近净成形工艺。 

6)、本实用新型的实施例是，开发了一台总变形能力为350MN的七轴数控多向模复合精密挤压成形液压机，其主要力能技术参数见表1。 

表1 

轴	工作缸	力(MN)	液体压力(MPa)	速度(mm/s)	行程(mm)
						1	4-上主工作缸	130	42	0.5-60	2000
2	1-上穿孔缸	90	42	0.5-60	3000
						3	1-左水平主工作缸	130	42	0.5-40	1000
4	1-左水平穿孔缸	50	42	0.5-60	700
						5	1-右水平主工作缸	130	42	0.5-40	1000
6	1-右水平穿孔缸	50	42	0.5-60	700
						7	1-下穿孔或顶出缸	20	42	0.5-60	1500

承载机架的强度、刚度和导向精度使液压机达到如下性能： 

⑴、各个液压缸加载轴的位置精度为     ≤±0.5mm 

⑵、活动横梁的平衡精度为                 0.25mm/m 

⑶、左右水平液压缸加载轴的同步精度为 ≤±0.5mm 

⑷、等温锻造速度稳定性误差               5％ 

本实用新型实施例与现有技术标志性指标对比见表2。 

表2 

名称	实施例	美国	德国	英国
					总变形力(MN)	350	155	310	360
水平力(MN)	2*130	2*35/45	2*10	2*60
					传动方式	油泵直驱	水泵蓄能器	水泵蓄能器	水泵蓄能器
轴数及控制方式	7轴伺服控制	5轴开关量控制	3轴开关量控制	5轴开关量控制
					生产最大锻件重量(kg)	4000	2000	3000	3000

Claims (8)

1.一种垂直立柱梁，其特征在于：包括两根等强度梁和套筒，两根所述等强度梁通过所述套筒横向联结，所述等强度梁的横截面为矩形，其内侧为平面，外侧具有突出部；所述等强度梁位于所述突出部上方的部分的横截面面积自上向下逐渐增大，所述等强度梁位于所述突出部下方的部分的横截面面积自上向下逐渐减小，所述套筒及其轴线呈水平方向位于两根等强度梁之间。 

2.根据权利要求1所述的垂直立柱梁，其特征在于：所述等强度梁为空心梁。 

3.根据权利要求1所述的垂直立柱梁，其特征在于：所述垂直立柱梁(2；4)的顶端和底端的水平面上均设计有矩形键槽并在矩形键槽镶嵌有定位键。 

4.根据权利要求1所述的垂直立柱梁，其特征在于：所述套筒的横截面为圆形或矩形。 

5.根据权利要求1所述的垂直立柱梁，其特征在于：所述等强度梁上端和下端均设置有与所述等强度梁垂直的水平预紧孔。 

6.根据权利要求5所述的垂直立柱梁，其特征在于：所述水平预紧孔均包括多个预紧孔。 

7.根据权利要求1所述的垂直立柱梁，其特征在于：所述套筒位于所述垂直立柱梁的中部。 

8.根据权利要求1所述的垂直立柱梁，其特征在于：所述套筒内设置有阶梯孔。