折弯机油缸缸底断裂脱落原因分析及解决对策

杨帮军

摘要：本文阐明了折弯机油缸结构以及运行原理，并对折弯机油缸缸底断裂脱落原因进行了分析，然后提出了一些解决措施。

关键词：折弯机；油缸脱落；问题及对策

近年来，折弯机不断向大吨位发展。随着机床吨位和机床长度的增加，滑块重量增大，在折弯机滑块速度切换时，液压阀关闭，由于流体和运动部件滑块的惯性作用，使液压系统内形成很高的峰值压力，造成液压冲击和滑块的冲击。对于大型折弯机来说，冲击尤为显著，往往引发系统的振动、噪声、漏油等现象，损坏液压系统元件，特别是损坏滑块和油缸的连接螺栓等，从而造成严重影响。

1油缸结构与原理

1.1油缸的结构

某折弯机液压缸的结构示意图如图1所示。液压缸主要包括导向套、缸筒体、活塞杆、调节杆、调节螺栓、缸头、卡簧、平面轴承、蜗轮等零件组成，活塞杆内部设置为一沉孔，内设置有调节杆，并将调节丝杆安装在调节杆上，调节丝杆的外圆采用梯形螺纹与活塞杆内孔形成螺纹副，中间通过键与调节杆进行联接，与调节杆保持同步运动，在调节丝杆右侧设有一卡簧，可有效防止调节丝杆超行程运动；调节杆右端通过键与蜗轮联接，并在蜗轮与缸头间采用一平面轴承，有效避免蜗轮转动时与缸头间的摩擦。从而带动蜗轮旋转，由于蜗轮是固定在调节杆上的，因此调节杆开始旋转，带动了调节杆上的丝杆旋转（螺杆与调节杆是通过键进行传动），丝杆旋转后，由于活塞杆上的螺母是固定的，从而带丝杆做直线运动，丝杆在调节杆上的位置发生变化，随着旋转后，丝杆的左端面往相应的方向移动，与调节杆的限位A面间距离发生变化，当液压缸运动时，进油口的油通过设在丝杆上的孔进入活塞杆的内部，与活塞杆的左端面一起往左运动，运动到调节丝杆的左端面与调节杆的限位面A面重合，完成了一次行程。

1.2液压缸设计特点

该折弯机液压缸的基本参数：工作压力20MPa，缸径280mm，杆径260mm，最大行程250mm，行程可调为0～130mm，缸体的外形要求为方形，根据相关公式可计算出其工作推力为1004kN。

在液压缸设计过程中，需要对主要的受力零件活塞杆和调节杆进行校核，对于活塞杆经过核算完全能满足要求，但对于调节杆，由于其受力时产生变形。因此，本文主要采用solidworks软件对其进行应力分析与应变分析，根据受力情况，调节杆的应力集中点在限位面与外圆相结处，调节丝杆的设计完全能满足使用的要求。

该液压缸设计特点：

（1）在蜗轮与缸头右端面间装一平面轴承，其作用是减少或降低蜗轮在旋转过程由于偏载产生的与缸头间的摩擦，使行程调节更加自如；

（2）丝杆的设计。由于普通螺纹在传递运动的过程中易产生卡滞现象，改变传统的普通螺纹，采用梯形螺纹的结构有利用将旋转运动改变为直线运动。

（3）在调节杆设置了卡簧。丝杆在调节到右极限点时，与缸头易产生碰撞，卡簧的设置有效地减少和降低了这种碰撞产生的可能。

1.3使用中应注意的问题

（1）该液压缸是用机械限位的方法来调整行程，在结构设计中，无法采用节流孔、节流槽等缓冲机构，因此存在一定的液压换向冲击；因此，应采取相应防止措施。在使用过程中，采用回油节流调速回路，节流阀使液压缸回油腔形成了一定的背压，因而它能承受一定的负值负载，提高了缸的速度平稳性；

（2）该机构对于调节杆及调节丝杆的要求较高，特别是其限位面的碰撞造成的疲劳破坏，易在使用过程中产生应力。同时对调节杆与调节丝杆表面进行表面氮化处理，强化其抗冲击作用，提高其耐磨性，在使用过程中要注意记录使用频率，使用时要注意观察，必要时要进行拆装保养。

2油缸与滑块连接螺钉的断裂分析

2.1速度切换时间短

滑块由保压向快速返程切换时，换向阀换向，下腔进油，滑块重力阻止油缸下腔进油，滑块由静止突然转为向上运动。在这个过程中，液体的动能转化为压力能，使液体的压力突然升高，系统的瞬时压力比正常压力大好几倍，迫使油缸活塞杆带动滑块瞬间返程。

2.2滑块与油缸活塞杆连接困难

滑块太重，则与油缸活塞杆连接困难。大型折弯机的滑块重量达100多t，油缸与滑块连接需要M120的双头螺栓连接，甚至更大。由于以前受国内加工能力的限制，加工成本太高。首先加工一过渡块，通过螺钉将过渡块与油缸活塞杆连接，再通过双头螺栓将过渡块与滑块连接。

2.3返程冲击大

返程冲击大，存在安全隐患。折弯机在保压后的瞬间返程（滑块由静止变化为60mm/s），造成液压系统和机械系统的冲击，冲击动载荷系数至少为静载荷的3倍，甚至更大，容易造成液压系统漏油，损坏液压系统零件。有时候滑块倾斜等，造成单侧油缸受力，过渡块与油缸活塞杆连接的螺钉，过渡块与滑块连接的双头螺栓将受到这种反复冲击应力的影响更大，再加上螺纹加工因素的影响，常常造成过渡块与油缸活塞杆连接的螺钉断裂或者过渡块与滑块连接的双头螺栓螺纹疲劳失效。引起滑块掉落，存在严重的安全隐患。降低此处冲击的最好办法是增加缓冲装置或者增长受冲击螺钉。

3油缸与滑块的连接研究

3.1减少螺钉，增加缓冲

减少连接螺钉，增加缓冲装置。近年来国内加工能力的大幅度提高，以及加工成本的不断降低，现在可以直接在油缸活塞杆端头加工M100螺纹。由于结构限制，加长受冲击螺钉效果并不太显著，因此增加缓冲装置成为了唯一选择。该连接既减少了连接螺钉又去掉了以前滑块体上的安装孔，增强了滑块的强度和刚性。

3.2增加缓冲后冲击力分析

增加缓冲装置后，滑块和油缸活塞杆连接所受冲击持续时间非常短促，接触力随时间的变化很难准确分析。精确计算冲击力，根据能量守恒，大致估算冲击时的载荷、变形和应力。忽略一些变化不大的其他能量（如系统产生的热能等），根据机械能守恒定律，冲击系统的动能T和滑块势能V的变化应等于连接螺栓所受的变形能U1d和缓冲装置所吸收的变形能Uhd。

3.3对冲击力深入分析

若将连接螺栓和缓冲装置看成统一的变形构件，对滑块和油缸活塞杆连接所受冲击力进行分析。同样忽略一些变化不大的其他能量（如系统产生的热能等），根据机械能守恒定律，大致估算冲击时的载荷、变形和应力。由于冲击时，弹性系统受拉，滑块向上运动，因此冲击系统的动能T和滑块的势能V的变化应等于弹性构件的变形能Ud。

3.4无缓冲装置时的分析

若无缓冲装置，对滑块和油缸活塞杆连接螺栓所受冲击力进行分析。将连接螺栓看作弹簧时，假设4个连接螺栓受力均匀，则单个连接螺栓的静变形与加缓冲装置的静变形相同△st=1.2×10-4m。

4结语

综上所述，折弯机油缸是其非常重要的一个组件，因此对油缸缸底脱落原因进行分析非常有必要。

参考文献：

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