超高压龙门液压机的设计和试制

超高压龙门液压机的设计和试制

王云光1李巧红2

1身份证号码：14242219880511XXXX阳泉华盛矿用设备厂有限公司山西阳泉045000；2身份证号码：14242219870610XXXX国网阳泉供电公司山西阳泉045000

摘要：龙门液压机一般由机架、液压系统和控制单元组成，是工业生产中的常用设备。设计压力机时，在公称压力（本文中称为压制力，量纲为吨；便于和液压压力区分，）和压制速度一定的情况下，液压系统压力与液压油缸缸径和液压系统流量成反比；而液压油缸的缸径在很大程度上影响了机架的体积重量，液压系统流量决定着动力系统的大小；所以系统压力的选择影响着液压机的体积重量以及制造成本。基于此，本文通过总结本公司超高压龙门压力机的设计和试制经验，以期为相关人士提供参考借鉴。

关键词：超高压；龙门液压机；设计；试制

引言

本公司在矿用防爆电气开关的生产过程中，制作电缆接头需用薄铜板包裹电缆线头并压制密实，用于电气开关接线和紧固，而压制电缆接头工序需用龙门式液压机来完成。据测算，本公司最大直径规格的电缆接头压制力需250吨左右，从市场上了解到的龙门液压机多为液压系统压力为25MPa的通用型液压机，体积重量大，价格较高。因此本公司决定自制一款液压系统压力为63MPa的320吨超高压龙门液压机，以减轻液压机体积重量，降低制造成本。

一、超高压龙门液压机构思

（一）、超高压龙门液压机的工作原理

超高压龙门液压机由电动机提供动力，驱动超高压液压泵输出液压力和流量，通过压力阀、电磁换向阀来控制液压缸压力和方向，压制速度由液压泵的排量决定，不使用节流阀控制流量，系统简单且节能。超高压龙门液压机由继电接触器控制系统来实现对电动机和电磁阀的控制，使用脚踏开关控制液压缸动作，便于操控。

（二）、超高压龙门液压机的结构组成

超高压龙门液压机由机架、超高压液压系统和电控系统组成。其中机架由工作台、立柱和上横梁组成；超高压液压系统由超高压液压泵站（包括电动机、超高压液压泵、液压油箱、压力阀、换向阀、单向阀等）、液压缸和高压油管组成；电控系统由电控箱（包括断路器、接触器、中间继电器、按钮和指示灯等）和脚踏开关组成。

（三）、超高压龙门液压机的设计参数

根据压制电缆接头的工况和安全性，制定如下设计参数：

表1液压机的设计参数

二、超高压龙门液压机设计

（一）、液压系统设计

图1为超高压龙门液压机的液压原理图，工作原理如前所述。考虑到压制行程只需20mm左右，尚存在180mm的空行程，所以增加一台低压齿轮泵4，空行程时和高压柱塞泵3双泵合流，压制时由高压泵3单独工作，使液压系统实现空程快速、压制慢速的双速功能。并且在低压泵出口并联一台卸荷溢流阀5，卸荷控制压力为6MPa，当高压泵3压力达到卸荷压力后，卸荷溢流阀5打开，低压泵4卸荷空载运行。电磁换向阀9选用M型中位机能，既可使液压系统空载启动，又能对液压缸实现位置闭锁功能。单向阀7可将高低压泵隔离，避免高压油液冲击低压泵，保护低压泵和液压系统。溢流阀6设定压力63MPa，限制高压泵压力；压力表8用于显示系统压力；液压缸选用双作用单活塞杆结构形式，可实现高压制力和快速回程功能。

图1液压原理图

（二）机架设计

常见的龙门式液压机的机架结构由左右立柱、上横梁和工作台组成，左右立柱和上横梁焊接组装（低压制力）或整体铸造（高压制力），工作台和左右立柱销轴连接，可上下调节。对于单件试制的机架不适合采用铸造工艺，而普通电弧焊接焊缝缺陷较大，是机架受力中的薄弱点。故此本超高压龙门液压机采用图2的结构方式，由前后立板来承受压制力，焊缝仅用于承受上梁板的自重和连接前后立板，提高了机架的可靠度，且外观优美。机架两侧设计成空腔结构，作为高压油管的通道，增加安全系数。

图2机架设计图

机架设计使用SolidWorks软件三维建模，上梁板和工作台板选用Q345碳钢板，其余材料选用Q235碳钢板，通过有限元分析划分网格并计算各部位所受应力，不断改进和优化设计。

图3有限元分析计算

（三）、电控系统设计

超高压龙门液压机的电气控制动作为电动机启动和停止，以及液压缸的压制、停止和回程。电动机的启停动作通过交流接触器的通断来实现，液压缸的动作由电磁换向阀两个电磁铁DT1和DT2的得电失电组合来实现。两电磁铁不允许同时得电，须通过中间继电器设置互锁功能。

表2电磁铁动作顺序表

图4电控系统原理图

图4为电控系统原理图，断路器CD起短路保护作用并作为二次线路的电源开关；交流接

触器转换开关XAQ控制交流接触器KM3的通断来实现电动机的启停控制；HD1和HD2分别作为电源指示和电机指示；通过控制按钮和脚踏式开关控制中间继电器KM1和KM2的通断，通过中间继电器的常开触点控制电磁铁DT1和DT2的得电和失电状态，通过中间继电器的常闭触点来实现DT1和DT2的互锁，避免同时得电。

三、结束语

以上是本公司超高压龙门液压机的设计和试制过程，通过选用超高压液压系统，极大降低了液压机的体积重量。该设备改进了公司的旧有压线设备，使操作工人由4人缩减至1-2人，压线速度提升了一倍，总体压线效率提高了4倍以上。据成本核算，该超高压龙门液压机的制造成本比采购同规格整机节省30%左右。

参考文献：

[1]陈启松.液压传动与控制手册[M].上海：上海科学技术出版社，2006.

[2]曾正明，机械工程材料手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]单辉祖编.材料力学.高等教育出版社，2004

[4]秦曾煌主编.电工学.高等教育出版社.2004.