CN2301552Y

CN2301552Y - 双差动油缸高速油压机

Info

Publication number: CN2301552Y
Application number: CN 97202956
Authority: CN
Inventors: 龚欣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-12-23
Anticipated expiration: 2007-04-04

Abstract

本实用新型公开了一种双差动油缸高速油压机。该油压机的油缸上腔缸杆里设有快速缸,快速缸里装有快速缸杆,快速缸杆直径与下腔缸杆直径之和大于上腔缸杆直径,并且上腔缸杆直径大于下腔缸杆直径。本实用新型结构简单,容易制造成本低,使用较小的油泵即可得到较高的空程速度,与具有同样缸径和缸杆直径的快速缸加填充油箱的油压机相比其速度可提高一倍;本实用新型可用于冲裁、成形、拉伸及校正等加工生产效率很高。

Description

双差动油缸高速油压机

本实用新型涉及一种双差动油缸高速油压机。

油压机是广泛用于冲裁、成形、拉伸、校正等压力加工的设备。

油压机的工作循环一般由快速下降行程、加压行程、返回行程组成。

油压机的空行程(执行元件在接触被加工零件之前的一段行程)和返回行程中，占用了一个工作循环中的大部分时间。加快空行程和回程的速度对提高油压机的工作效率十分重要，尤其对10吨以下的小型油压机工作效率的影响更为明显。

现有的活塞式油压机，为了提高空行程速度，一般有下列几种方法：

第一种方法是简单地加大油泵流量。

第二种方法是在结构上采用快速缸加填充油箱的设计。在活塞杆的芯部设计直径比较小的快速缸，油泵送出的工作油进入快速缸使活塞杆快速下降。活塞杆快速下降时在油缸上腔产生的空间，由安装在机器顶部的填充油箱中的油来补充。

第三种方法是采用差动快速下降回路，即在下降空行程中，通过控制油路将油缸上下腔连通，使油缸下腔的工作油与油泵送出的工作油同时进入油缸上腔，加大了对上腔的供油量，提高了快速下降的速度。油缸的上下腔连通后，上下腔的压强相等，上腔面积大于下腔面积，在活塞上下两面形成压力差，推动活塞向下运动。这就是差动原理。这种方法仅能达到快速下降的目的，不能提高回程的速度。

另外还有采用变量泵或双联泵的方法。

现有技术中所列的几种方法均可提高油压机活塞的运动速度，但都存在有一些缺点。

第一种方法的缺点是要加大电动机的功率，增加了制造成本，同时增加了能源消耗。

第二种方法的缺点是填充油箱的安置和控制增加了机器结构和控制油路的复杂程度，加大了机器体积，增加了易出故障的环节。此方法只能解决下降空行程的快速下降，不能提高向上返回行程的速度。

第三种方法的差动回路仅解决快速下降，不能实现快速回程。

采用变量泵或双联泵的方法，控制油路复杂，成本高，能耗大。这两种方法加压时，从低压转到高压是随加压时的负载压力升高自动转换的，因此有一个建压过程，影响总体效率。

本实用新型的目的是为克服上述不足之处而设计一种在油缸上腔缸杆里设有快速缸和快速缸杆的双差动油缸高速油压机，结构简单，缩短了空程时间。

本实用新型内容，双差动油缸高速油压机的油缸的上腔缸杆里设有快速缸，快速缸里装有快速缸杆。

快速缸杆直径与下腔缸杆直径之和大于上腔缸杆直径，并且上腔缸杆直径大于下腔缸杆直径。

本实用新型优点，双差动油缸高速油压机充分发挥了油泵与电动机的能力，获得了较高的速度，缩短了上、下空行程时间；本实用新型与同样缸径和缸杆直径的快速缸加填充油相的油压机箱比其空程速度可提高一倍，充分利用了能源，降低了能耗，大幅度提高了工作效率。

附图说明：

图1为双差动油缸示意图。

图2为双差动油缸高速油压机液压系统图。

下面结合附图进一步说明本实用新型实施例，双差动高速油压机的活塞7上、下分别设有上腔缸杆5，下腔缸杆8，上腔缸杆里设有快速缸3，在快速缸里装有快速缸杆1，快速缸杆上设有进出油孔2，活塞7与油缸体6相配，油缸10的上盖设有进出油孔4，油缸的下盖设有进出油孔9，图2为实现双差动提高油压机上、下空行程速度的双差动油路液压系统图。

1、双差动油路工作原理

工作循环由：快降行程——加压行程——快回行程——停止，四个阶段组成。

快降行程：电磁阀14的1DT、电磁阀18的4DT得电，电动机M带动油泵11供油经单向阀12、电磁阀14左位、电磁阀15中位进入快速腔(A腔)，电磁阀18的4DT得电使插装阀16的上腔接油箱，插装阀阀芯被顶起，A、B、C三腔连通。由于A腔面积加B腔面积大于C腔，产生压力差，油缸活塞快速下降。C腔面积大于B腔面积，排油量大于B腔进油量，多余的油量进入A腔。

加压行程：电磁阀14的1DT、电磁阀15的2DT得电，4DT失电。油泵供油经单向阀12，电磁阀14右位，电磁阀15左位进入A、B两腔，C腔油回油箱。4DT失电，压力油将梭阀17推向左端，并经梭阀17、电磁阀18进入插装阀16上腔，插装阀封闭。

快回行程：1DT、3DT、4DT得电，快速腔油回油箱，油泵供油经单向阀12，电磁阀14右位，电磁阀15右位进入下腔(C腔)，4DT得电使插装阀上腔接油箱，插装阀阀芯被顶起，B、C两腔连通。C腔面积大于B腔，产生压力差，油缸活塞快速回升。

停止：1DT、3DT、4DT均失电，油泵里的油经电磁阀14左位回油箱，13为溢流阀。

2、双差动油缸

双差动油路的执行元件是双差动油缸，双差动油缸由快速腔(A腔)、上腔(B腔)和下腔(C腔)组成。各腔面积必须符合差动条件。各腔的有效面积分别为：快速腔：

F_{A} = π d_{1}^{2} / 4

上腔：

F_{B} = π (D^{2} - d_{2}^{2}) / 4

下腔：

F_{C} = π (D^{2} - d_{3}^{2}) / 4

快速下降时A、B、C三腔连通。下降力来自A腔、B腔与C腔的面积差，且压力油在这个面积差上产生的压力应大于活塞下降所受阻力。

因此，在快速下降时要求有：

F_A+F_B＞F_C即：

π d_{1}^{2} / 4 + π (D^{2} - d_{2}^{2}) / 4 > π (D^{2} - d_{3}^{2}) / 4

d_{1}^{2} + D^{2} - d_{2}^{2} > D^{2} - d_{3}^{2}

d_{1}^{2} + d_{3}^{2} > d_{2}^{2}

快速回升时B、C两腔连通。下降力来自C腔与B腔的面积差，且压力油在这个面积差上产生的压力应大于活塞上升所受阻力。

因此，在快速回升时要求有：F_C＞F_B即：

π (D^{2} - d_{3}^{2}) / 4 > π (D^{2} - d_{2}^{2}) / 4

d_{2}^{2} > d_{3}^{2}

所以油缸几何尺寸设计应满足差动条件：d₁+d₃＞d₂且d₂＞d₃

3、系统特点

(1)快速下降

快速下降时三腔连通，C腔排出的一部分油进入B腔，补充活塞下降时B腔出现的空间，省去了普通快速缸油路的填充油箱和填充阀，使油压机结构紧凑、油路简单。

C腔容积大于B腔，多余的油进入A腔，所以在油泵流量相同、快速缸杆直径相同时，双差动油路快降速度高于普通快速缸油路。

设油泵输出流量为Q、双差动油缸活塞快降速度为V_k：

V_{k} = \frac{Q}{π d_{1}^{2} / 4} + \frac{V_{k,} π [(D^{2} - d_{3}^{2}) - (D^{2} - d_{2}^{2})] / 4}{π d_{1}^{2} / 4}

= \frac{Q}{π d_{1}^{2} / 4} + \frac{V_{k,} π (d_{2}^{2} - d_{3}^{2}) / 4}{π d_{1}^{2} / 4}

∵d₂＞d₃

∴等号右边第二项大于0，双差动油路快降速度高于普通快速缸油路部分。

差动快降中由油泵流量供油的有效面积为：

F_K＝F_A+F_B-F_C

= π [d_{1}^{2} + (D^{2} - d_{2}^{2}) - (D^{2} - d_{3}^{2})] / 4

= π (d_{1}^{2} + d_{3}^{2} - d_{2}^{2}) / 4

快降速度：

V_{k} = \frac{Q}{F_{k}} = \frac{4 Q}{π (d_{1}^{2} + d_{3}^{2} - d_{2}^{2})}

(2)快速回升

快速回升时B、C腔连通，油泵供油与B腔排出的油都进入C腔，在油泵流量相同时，双差动油路快速回升速度高于普通油路。

双差动油缸活塞快速回升速度为V_B：

V_{B} = \frac{Q}{π (D^{2} - d_{3}^{2}) / 4} + \frac{V_{B,} π (D^{2} - d_{2}^{2}) / 4}{π (D^{2} - d_{3}^{2}) / 4}

等号右边第二项是双差动油路快速回升速度高于普通油路部分。

差动快速回升中由油泵流量供油的有效面积为：F_S＝F_C-F_B

= π [(D^{2} - d_{3}^{2}) - (D^{2} - d_{2}^{2})] / 4

= π (d_{2}^{2} - d_{3}^{2}) / 4

快速回升速度：

V_{S} = \frac{Q}{F_{S}} = \frac{4 Q}{π (d_{2}^{2} - d_{3}^{2})}

(3)采用插装阀

双差动油缸高速油压机的双差动油路中采用运动阻力小、通流量大、开启关闭反应速度快的液控二通插装阀(逻辑阀)。插装阀通流截面大、压降小、发热量少，利于上下腔之间工作油的快速流动。开启关闭反应速度快，有利于工作状态之间的转换。另外，插装阀还有体积小、动作可靠等优点，提高了系统的综合性能。

以20吨小型高速油压机主要参数设计为实例，说明本实用新型设计的效果。20吨小型高速油压机采用钢板焊接C型开式床身。采用轴向柱塞泵，油泵额定压力P_E＝22MP，额定流量Q＝10L/min，电动机功率2.2KW。最大工作行程200mm，最大工作压力20T。

电气控制系统采用无触点行程开关和可编程控制器。

油缸参数选择：

油缸内径：D＝145mm

快速缸杆：d₁＝60mm

上腔缸杆：d₂＝90mm

下腔缸杆：d₃＝80mM

(以下计算中π/4＝0.785)

快速下降速度：

V_{k} = \frac{Q}{60 F_{k}} = \frac{10 + 10^{6}}{60 \times 0.785 (d_{1}^{2} + d_{3}^{2} - d_{2}^{2})} = 112 mm / s

类似的计算可以得出：

加压速度：V＝12.8mm/s

快回速度：V_S＝125mm/s

(各阶段压力计算与本实用新型设计效果无关，略。)

可以看出，按这样的参数设计制造的20吨小型双差动油缸高速油压机，使用较小的油泵(额定流量Q＝10L/min)即可得到较高速度。

对比：

如果采用一般的快速缸加填充油箱的设计，同样的缸径和缸杆直径，快速下降的速度：

V_{kl} = \frac{Q}{60 F_{K}} = \frac{10 \times 10^{8}}{60 \times 0.785 \times 60^{2}} = 59 mm / s

快降速度仅为双差动回路的一半左右。如果要达到与双差动回路相当的快速下降速度，就要把油泵流量和电动机功率增加一倍。

如果要达到与双差动回路相当的回程速度V_S＝125mm/s需要的油泵流量为：

Q = 0.785 V_{S} (D^{2} - d_{3}^{2})

＝0.785×125×(145²-80²)＝14355078mm³/s23.9L/min所需油泵额定流量是双差动回路的2.39倍，电动机功率也要相应增加。

Claims

1、一种双差动油缸高速油压机，包括机身、油泵、滑块、油缸的活塞、上腔缸杆和下腔缸杆，其特征在于：上腔缸杆里设有快速缸，快速缸里装有快速缸杆。

2、如权利要求1所述的双差动油缸高速油压机，其特征在于：快速缸杆直径与下腔缸杆直径之和大于上腔缸杆直径，并且上腔缸杆直径大于下腔缸杆直径。