[發明專利]液壓機、用于液壓機的缸梁結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201110092402.5
• 申請日: 2011-04-13
• 公開（公告）號: CN102729518A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 張人佶;盧清萍
• 申請（專利權）人: 北京太爾時代科技有限公司
• 主分類號: B30B15/00
• 分類號: B30B15/00;B30B1/32
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

技術領域

本發明涉及液壓機技術領域，具體而言涉及一種改進的用于液壓機的缸梁結構、具有該缸梁結構的液壓機和剛來結構的制造方法。

背景技術

液壓機是一種通用的機械，用于汽車、飛機、陶瓷、塑料各行業的材料成形工藝。重型液壓機是國防、軍工、航天、核電、造船等領域不可缺少的重型設備，是象征國家實力的標志性裝備。缸和梁是液壓機的基礎部件，作用在缸中的液壓介質通過缸而產生巨大的壓力載荷，壓力載荷傳遞到上、下梁上，經立柱而形成封閉的平衡力系。壓力載荷如何傳遞到梁上，即載荷傳遞鏈是影響壓機強度、剛度設計的關鍵問題。缸-梁載荷傳遞是指一種載荷傳遞鏈關系。

圖1顯示了現有的液壓機的缸梁載荷傳遞示意圖。油壓p_i作用在缸底1’上，產生向上的推力P，并同時也作用在活塞上，產生等值的向下的推力(P)，在其作用下，動梁2’向下運動，壓制鍛件3’。根據平衡力系力傳遞鏈原理可知，作用在缸底1’向上的力，經缸口法蘭接觸面(A面)，將傳遞到上梁4’的底面上，其值也是P。上述缸-梁載荷傳遞鏈關系是建立在缸口法蘭與梁底面上相應承載面、即A面之間的載荷傳遞關系之上，這也被稱為“缸口傳力型”載荷傳遞鏈。

圖2顯示了現有的另一種液壓機的結構示意圖，其中顯示了缸底傳力型的缸梁結構。如圖2中所示，所示的是鋼絲纏繞機架，鋼絲層將上、下梁1”、2”(均為半圓梁)和立柱3”纏繞預緊成為一個承載機架，這是一個“缸底傳力型”的載荷傳遞關系。缸底4”在油壓p_i的作用下，將壓力P直接傳遞到上梁1”的底面上，而不通過油缸法蘭。采用“缸口傳力型”與“缸底傳力型”兩種載荷傳遞鏈的壓機，工程上的應用都很廣泛，它們各有優缺點。下面將進行簡述。

對缸口傳力型載荷傳遞鏈而言，如圖1中所示，梁中央截面上作用作最大彎矩M，如圖3中所示，此處正是缸穿出梁的位置，存在很大的孔，它削弱了例如上梁的強度。孔的變形還會引起孔曲率半徑的變化，它使孔邊的切向拉應力進一步增大，見圖3。這是造成梁強度問題的最大隱患，為了提高強度不得不增加孔周結構的厚度。

如圖1中所示，在缸口傳力型載荷傳遞鏈中，梁、缸的載荷傳遞是通其間的接觸面A而進行的，但接觸情況會隨加/卸載循環次數的增加而惡化，接觸不均勻使接觸應力劇增，影響梁的強度。例如，我國某廠8000噸缸口傳力型單缸壓機，新加工的梁、缸，由于配合關系好，接觸良好，缸的工作壽命可達70萬次；而當長期工作后，由于接觸狀況惡化，一個新缸舊梁配合，缸的壽命則降至25萬次，可見配合A面的接觸優劣關系之重大。

缸底作用力P被法蘭上的支承反力Q所平衡，因而缸筒壁上承受巨大的拉應力Q_z，如圖4中所示，其中顯示了圖1中的液壓機中的液壓缸的缸底5’的結構示意圖，并形成兩個應力集中區：缸底與缸壁過渡區I(半徑為R，如圖4中所示)和法蘭應力集中區II(一般為組合型線)。絕大部分的缸體破壞都在這兩個區。

為了提高I區的強度，則加大缸底的厚度，使其為缸壁厚度的1.5-2.5倍，厚缸底的彎曲變形小，從而減小該區的彎曲應力；R增大可明顯減小I區的應力集中程度。顯然此兩項措施都大大增加了缸的重量。R的增大，還增加了缸的長度，但并不增加缸的有效行程，因為精密配合的活塞不可能運行到R圓角區。

此外，提高I、II區的加工精度和表面光潔度是增加缸疲勞壽命的重要舉措，但同時增加了缸的加工成本和周期。可選地，也可以對II區進行輥壓處理，增加表層的殘余壓應力，從而大大提高II區的抗疲勞強度，同時也增加了缸的加工成本。

對如圖2中所示的缸底傳力型載荷傳遞而言，由于缸底支承，故取消缸口法蘭，因而應力集中的II區消失，如圖2中所示，一系列相關缺點隨之消失。此外，可將缸底與缸分離，形成組裝缸底式缸結構，因而應力集中區I區也消失，一系列相關缺點也隨之消失。

進一步地，組合缸底無需過渡圓角R，因而提高了缸內腔行程利用率(活塞可以移動更長的距離)。

“缸底傳力型”載荷傳遞鏈的缸梁系統，其缺點也是非常明顯。由于缸底頂面與上梁底面接觸，缸底完全被梁底面覆蓋，因而失去了缸底頂面的安裝空間，無法在缸底頂面上安裝充液閥、安全閥、閥塊等部件；也無法將外置增壓器直接安裝到缸底頂面。液壓缸置于梁底面以下而非梁中，大大增加了機架的高度，這是一個非常大的缺點。

目前工程上，超過數千噸以上的油缸，均避免“缸口傳力型”；而采用“缸底傳力型”。但在“缸底傳力型”缸梁關系中，缸頂部被梁底面所完全覆蓋，因而十分嚴重的影響了它的使用范圍。

發明內容