压力机平衡缸气动系统的实施方案

姜澎涛

（齐齐哈尔工程学院，齐齐哈尔 161000）

压力机是制造领域常用设备，品种多样，可以通过向坯件施加强大的压力对其进行塑形加工，广泛应用于落料、铆合、弯曲以及成形等多种加工制造工艺技术。现阶段，我国工业发展迅速，工业生产对压力机的工作效率与质量提出了高要求。滑块传动装置是压力机的重要组成部分，如何确保其在压力机工作过程中高速度、高精度、高平稳性运动，成为关注和研究的重点[1]。为了让滑块与模具达到质量平衡，传统的机械压力机主要采用单向进气的压缩空气式滑块平衡装置。但是，当模具质量增加时，为了继续保持滑块与模具的质量平衡，需要改变平衡缸的直径。由于平衡缸位置的特殊性，实际操作中又需要加大衡量来满足对平衡缸的改造，过程烦琐，耗时长且成本高。本文针对上述问题提出了解决办法，并给出了改进方案。

1 平衡缸气动系统改进

为了更好地解决模具质量增加后模具与滑块间的质量平衡问题，使压力机平稳高效运作，在压力机平衡装置中设计并安装使用了气动增加系统，见图1。

图1 压力机平衡缸气动增压系统示意图

1.1 设计思路

该系统以A、B两路进气替代传统单向进气，其中A路为直接线路，B路装有增压阀。气源经过气动三联件后被分为两部分：一部分气源经A路直接进入储气罐；另一部分气源经过B路时，通过调节增压阀对气体施加压力，使进入到储气罐中的空气压力增加2倍或4倍，然后通过增压阀进行气压调节，使气体压力满足压力机运作时平衡装置的使用需要。

1.2 具体实施

该气动增压系统由10个部分组成，其中平衡缸有若干个，分别与储气罐以管道连接。储气罐一端安装有压力继电器和安全阀。储气罐进气分为A、B两路。根据示意图可见，A路直接连接气动三联件，上面设有单向阀和减压阀，B路上设有增压阀，在气动三联件与增压阀之间设有第二球阀，与储气罐连接控制和调节B路进气。

1.3 工作过程

打开第一球阀，气源经过气动三联件后，分别走A、B两条路线进入储气罐。如果压力机加工的是质量较小的模具，无需对气源进行增加即可实现模具与滑块的质量平衡。为满足加工要求，关闭第二球阀，让气源全部只通过A路进入储气罐即可。如果压力机加工的是大质量的模具，气源压力无法让滑块达到与模具的质量平衡效果，则打开第二球阀，让气源通过B路增压后进入储气罐。A、B两线路具体进气量可以通过调节第二球阀与单向阀进行控制，必要时可关闭单向阀，让全部气体经B线路增压后进入储气罐。气体走B线路时，通过调节增压阀使气体压力增加。需要注意，由于B线路输送的气体压强高于A线路，因此两条线路在输送气体时需要独立操作。联合使用时需先通过A线路输送气体，而当B线路输送气体时，随着储气罐压力的增强，单向阀会关闭，停止A线路供气。

1.4 方案优点

将压力机平衡缸动气系统由传统的单向进气改为双路进气，以增压阀增压调节气体压力来实现滑块与模具的质量平衡，以此代替增大平衡缸直径维持平衡的方法，不必增加上横梁空间，可以在保证平衡缸发挥效用的同时，减少压力机质量，缩小压力机外形体积。另外，以此法调节平衡，操作简单，易于开展，可以缩短装配周期。由于不需要增加储气罐的直径与长度，可以降低改进成本，节约材料与经济资源。另外，在空间与布局设计上，这样也更为灵活。

2 气路优化

气动系统是压力机的重要组成部分。除了控制平衡缸以外，它也可控制离合器、制动器和拉伸垫等结构。系统中的各个执行元件对压力机的质量与性能都有重要影响。因此，优化气动系统对提高压力机冲压的效率与质量具有重要意义。

压力机运转过程中，滑块会因为自重而做快速向下运动。传动系统的齿轮会受到滑块冲击力的反向作用而发生撞击。应用平衡装置可以消除滑块与连杆间的空隙。一方面可以降低调整装模的功率消耗，另一方面可以减少零件在冲击力作用下引起的磨损和消耗[2]。另外，平衡缸的使用也可以防止连杆折断、制动器失灵等意外情况下，滑块发生坠落而导致发生安全事故。

通常情况下，平衡缸安装在压力机的上梁上，下腔通过管路连接通入压缩空气的储气罐。平衡缸杆与滑块连接，并将其托住维持平衡。当滑块向上运动时，储气罐内压缩空气进入平衡缸，平衡缸内压缩空气进入储气罐。这一过程中，准确计算平衡缸气路的压力、平衡缸与储气罐之间进气管路的尺寸以及平衡缸储气罐相关设计十分必要[3]。平衡缸内的气体工作压力计算公式为：

平衡缸内的气体工作压力=4×平衡系数（滑块总量+最大上模总量）÷π×平衡缸数量（平衡缸内径的平方-平衡缸杆径的平方） （1）

管路方面，确定管路尺寸需要遵循的原则是，保证平衡缸最大速度运动时缸内气体变化量同管路中气体体积单位时间内变化量相匹配。这里所说的平衡缸最大速度，按照压力机工作时滑块最大运动速度计算[4]。滑块最大移动速度下，有：

平衡缸所有杆腔面积总和=平衡缸进气管路横断面×进气管路流速 （2）

这里引入平衡缸管路许用流速与横断面乘积，具体量值见表1。

表1 平衡缸管路许用流速与横断面乘积值

平衡缸储气罐方面，根据压力机工作原理与设计要求，气罐的体积一般按照5倍平衡缸内体积最大变化量进行设计，即：

储气罐通常挂在上梁外部两侧，共通常使用数量为2个。因此，具体计算储气罐内径时，要严格依据《钢制压力容器用封头》（JB/T 4746—2002）标准[5]。

3 结语

压力机在工业生产领域的用途十分广泛。提高压力机工作效率与质量，对保证工业正常生产具有重要意义。平衡缸动气系统是维持滑块传动装置高度平稳运动的关键。本文对其进行优化改进，设计启动增压系统，将传统单向进气改为双向进气，并从平衡缸气路压力、平衡缸与储气罐之间进气管路的尺寸、平衡缸储气罐设计3个方面优化气路，操作简单，易于开展，成本节约，可以更好地发挥平衡缸效用，具有一定的通用性。