《机床与液压》20051No 12
・111・
自动液压夹紧器及其液压控制系统设计
王野牧
(沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁沈阳110023)
摘要:介绍了两种自动液压夹紧器的工作原理、结构特点、适用范围及与其它夹紧器比较具有的优势。给出了对应上述两种夹紧器的液压控制系统原理图。讲述了如何从机械和液压两方面在断电情况下实现长时间的夹紧(自锁) 。
关键词:液压夹紧器; 自锁中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1001-3881(2005) 2-111-2
D esi gn of Automa ti c Hydrauli c C l am p and its Hydrauli c Con trol System
WANG Ye 2mu
(Mechanical Engineering I nstitute, Shenyang University of Technol ogy, Shenyang 110023, China )
Abstract:T wo types of aut omatic hydraulic clamp were intr oduced, including the working p rinci p le, the structural feature, the app licable scope and the superi ority comparing with other cla mp s, and the corres ponding sche matic diagra m s of their hydraulic contr ol syste m were put f or ward, and the method f or how t o cla mp for a l ong ti m e under the conditi on of power re moved was intr oduced fr om the mechanis m and hydraulic .
Keywords:Hydraulic cla mp; Self -l ocking
0 引言
夹紧器是机床行业经常使用的一种机械装置, 从工作原理上可分为机械式、液压式、气动式、电动式等几种。液压式夹紧器具有结构简单、夹紧力大、体积小等特点, 因而在国内外得到了广泛的应用。如在压力机的夹紧系统中, 压力机的滑块(动梁) 与垫板之间、垫板与模具之间都需要夹紧, 原有的夹紧工作是由工人拧动螺丝完成的, 由于螺丝数量较多, 完成上述工作需要较长的时间, 对于某些自动生产线来讲也没有足够的时间留给工人完成上述工作, 这样就需要自动夹紧器来完成, 特别是垫板与模具之间的夹紧器, 由于受模具空间和夹紧力的双重制约, 可以说只能使用手持式液压夹紧器。液压夹紧器广泛存在的问题是如何在断电情况下保持长时间的夹紧(自锁) , 下面介绍的两种夹紧方案, 分别使用在滑块与垫板之间、垫板与模具之间, 并分别通过机械和液压手段解决自锁问题。1 滑块与垫板之间的夹紧器及控制原理
滑块与垫板之间的快速夹紧器除需要可靠的夹紧外, 在放松及更换垫板时需要将夹紧杆摆动到滑块与垫板的外侧, 也就是说夹紧杆需要完成夹紧、摆出两个动作。另外, 当压力机停止工作, 滑块悬停在上方时要实现可靠的自锁夹紧。夹紧器的工作原理如图1所示。图中1为液压缸, 当夹紧杆6伸出后, 液压缸可将夹紧器及夹紧杆绕轴5摆动, 从而将夹紧杆摆动
到垫板外侧或摆进到夹紧位图1 滑块与垫板之置。3为液压马达, 是夹紧杆 间夹紧器结构夹紧、放松的驱动装置, 它带
动一对齿轮4, 从动轮含有螺纹副2, 当从动齿轮转动时, 由于内部的螺母在垂直方向被限制死, 这样就可使螺杆伸出或缩回, 螺杆和夹紧杆是一体的, 可实现夹紧杆的夹紧和放松。螺纹副2工作在自己的自锁角内, 由此可实现机械自锁, 即使在液压系统停止工作时, 也可保证压力机与垫板之间的有效夹紧。7为导向装置, 防止夹紧杆转动, 使它只能上下运动。8为可调式限位装置, 使得液压系统中的压力继电器能够在正确的位置发讯, 进而控制夹紧杆的摆进位置。该夹紧器(含夹紧杆长度) 的设计尺寸为490mm (高) ×350mm (宽) ×280mm (厚) 可满足汽车冲压生产线压力机夹紧的需要。对于不同的夹紧力及夹紧时间要求, 可将夹紧器设计成不同的外型尺寸及夹紧行程。这种夹紧器与其它机械式夹紧器比较, 它可以对机械部分的磨损进行自动补偿, 不会影响夹紧效果, 而且对被夹紧装置的尺寸无严格要求, 只要在夹紧行程范围内均可正常工作, 夹紧行程可设计的较大, 因此适用面广、通用性强。
图2为该夹紧器的液压控制系统原理图。夹紧杆夹紧的力信号、夹紧杆伸出的位置信号(夹紧杆上端有限位装置)
、夹紧杆摆进和摆出的位置信号均由
图2 液压控制系统原理1
・112・
压力继电器发出, 只有这样才能实现一路阀组控制多个夹紧器的功能。图2所示方案为“一控四”方式, 可根据实际情况选择不同的控制方式。为使夹紧器能可靠地夹紧和松开, 液压系统的调压溢流阀采用多级调压的方式, 分别设定夹紧及松开时的压力值。2 垫板与模具之间的夹紧器及控制原理
该夹紧器实质上是一个单作用液压缸, 液压缸的活塞杆即是夹紧杆, 它的一端有T 型头, 与压力机垫板内的T 型槽配合使用。液压力完成夹紧工作, 松开动作由返程弹簧完成, 根据计算和实验最终选定碟簧来完成这一工作, 它工作更可靠。夹紧器的夹紧力为100kN, 夹紧行程10mm, 体积较小, 如不计夹紧杆的长度, 体积只有130mm ×105mm 。夹紧杆的长度可根据不同的情况采用不同尺寸, 夹紧器也可根据不同的夹紧力要求, 设计成不同的尺寸
。
《机床与液压》20051No 12
图3为该夹紧器的液压控制系统原理图。采用蓄
能器实现夹紧器的长时间保压夹紧工作。在夹紧和保压回路中所有的液压阀均采用无泄漏锥阀或球阀结构, 以尽可能增加保压时间。图中阀16采用德国HAW E 公司生产的无泄漏换向球阀, 根据德方提供的技术参数, 该阀在额定压力下24h 内只泄漏3滴油, 实际使用效果相当不错。现有控制方式为:一个换向阀控制两个夹紧器, 可根据不同情况进行选择一对一或一对多的控制方式。阀16下端的单向阀起到夹紧保护的作用, 当一个夹紧器发生故障如油管爆裂等, 其它夹紧器内的高压油将被单向阀截死, 使夹紧器在一定时间内保持夹紧状态, 压力机滑块将会有足够的时间落下, 闭合模具, 以便维修。该夹紧器目前正在汽车冲压车间生产线上使用, 已近一年, 效果良好。3 结束语
第一种夹紧器具有夹紧杆摆动、夹紧两种基本动作, 它可实现机械自锁, 能自动补偿磨损, 夹紧行程大, 所以具有很强的通用性。通过改变设计可使这种
) 、夹紧的功能, 只夹紧器的夹紧杆具有旋转(90°
需要一个液压马达即可实现上述动作。其体积更小, 而且同样具有机械自锁、自动补偿磨损、行程大的特点, 这样, 这种夹紧器将适用更多的场合。第二种夹紧器具有体积小、夹紧力大等特点, 几乎适用于所有需要单一夹紧动作的工作场合。
参考文献
【1】赵应樾1常用液压缸与其修理1上海:上海交通大学
出版社, 19961
【2】关肇勋1实用液压回路1上海:上海科学技术出版
社, 19841
图3 液压控制系统原理2
收稿时间:2003-12-22
【2】薛定宇1反馈控制系统设计与分析———MAT LAB 语言
应用[M]1清华大学出版社, 20001
【3】尔桂花, 窦日轩1运动控制系统[M]1清华大学出
版社, 20021
【4】梁亦铂, 王正茂1全数字直流电机调速系统的原理及
数学模型[J ]1中小型电机, 2001, 28(6) :17～
201
(上接第129页)
的差距, 特别是转速的超调量较大, 如图6所示, 这主要是对系统的非线性模型进行线性化所引起的, 如果对系统的动态性能要求很高, 可以在转速调节器上引入转速微分负反馈。3 结论
本文基于直流电机基本方程, 建立了直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型, 给出了系统动态结构图并进行了仿真。双闭环调速系统是基于“最短时间控制”的, 在充分发挥电机过载能力的同时, 可以获得良好的静、动态性能, 在实际工程中有一定的应用价值。
【5】Zhao Yao, D ing Longhan . I ntelligent contr ol of parallel
double -l oop DC mot or s peed contr ol syste m s [J ].Pr o 2ceedings of the 3th World Congress on I ntelligent Contr ol and Aut omati on, 2000(7) :416～4181
作者简介:张传伟(1974～) , 男, 安徽淮南人, 西安科技大学教师。主要从事CAD /CAM 和机电系统智能控制方面的教学与科研工作。电话:[1**********], E -mail:
zhangc w@xust 1edu 1cn 。
参考文献
【1】陶永华, 尹怡欣, 芦 生1新型P I D 控制及其应用
[M]1北京:机械工业出版社, 20011
收稿时间:2003-12-17
《机床与液压》20051No 12
・111・
自动液压夹紧器及其液压控制系统设计
王野牧
(沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁沈阳110023)
摘要:介绍了两种自动液压夹紧器的工作原理、结构特点、适用范围及与其它夹紧器比较具有的优势。给出了对应上述两种夹紧器的液压控制系统原理图。讲述了如何从机械和液压两方面在断电情况下实现长时间的夹紧(自锁) 。
关键词:液压夹紧器; 自锁中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1001-3881(2005) 2-111-2
D esi gn of Automa ti c Hydrauli c C l am p and its Hydrauli c Con trol System
WANG Ye 2mu
(Mechanical Engineering I nstitute, Shenyang University of Technol ogy, Shenyang 110023, China )
Abstract:T wo types of aut omatic hydraulic clamp were intr oduced, including the working p rinci p le, the structural feature, the app licable scope and the superi ority comparing with other cla mp s, and the corres ponding sche matic diagra m s of their hydraulic contr ol syste m were put f or ward, and the method f or how t o cla mp for a l ong ti m e under the conditi on of power re moved was intr oduced fr om the mechanis m and hydraulic .
Keywords:Hydraulic cla mp; Self -l ocking
0 引言
夹紧器是机床行业经常使用的一种机械装置, 从工作原理上可分为机械式、液压式、气动式、电动式等几种。液压式夹紧器具有结构简单、夹紧力大、体积小等特点, 因而在国内外得到了广泛的应用。如在压力机的夹紧系统中, 压力机的滑块(动梁) 与垫板之间、垫板与模具之间都需要夹紧, 原有的夹紧工作是由工人拧动螺丝完成的, 由于螺丝数量较多, 完成上述工作需要较长的时间, 对于某些自动生产线来讲也没有足够的时间留给工人完成上述工作, 这样就需要自动夹紧器来完成, 特别是垫板与模具之间的夹紧器, 由于受模具空间和夹紧力的双重制约, 可以说只能使用手持式液压夹紧器。液压夹紧器广泛存在的问题是如何在断电情况下保持长时间的夹紧(自锁) , 下面介绍的两种夹紧方案, 分别使用在滑块与垫板之间、垫板与模具之间, 并分别通过机械和液压手段解决自锁问题。1 滑块与垫板之间的夹紧器及控制原理
滑块与垫板之间的快速夹紧器除需要可靠的夹紧外, 在放松及更换垫板时需要将夹紧杆摆动到滑块与垫板的外侧, 也就是说夹紧杆需要完成夹紧、摆出两个动作。另外, 当压力机停止工作, 滑块悬停在上方时要实现可靠的自锁夹紧。夹紧器的工作原理如图1所示。图中1为液压缸, 当夹紧杆6伸出后, 液压缸可将夹紧器及夹紧杆绕轴5摆动, 从而将夹紧杆摆动
到垫板外侧或摆进到夹紧位图1 滑块与垫板之置。3为液压马达, 是夹紧杆 间夹紧器结构夹紧、放松的驱动装置, 它带
动一对齿轮4, 从动轮含有螺纹副2, 当从动齿轮转动时, 由于内部的螺母在垂直方向被限制死, 这样就可使螺杆伸出或缩回, 螺杆和夹紧杆是一体的, 可实现夹紧杆的夹紧和放松。螺纹副2工作在自己的自锁角内, 由此可实现机械自锁, 即使在液压系统停止工作时, 也可保证压力机与垫板之间的有效夹紧。7为导向装置, 防止夹紧杆转动, 使它只能上下运动。8为可调式限位装置, 使得液压系统中的压力继电器能够在正确的位置发讯, 进而控制夹紧杆的摆进位置。该夹紧器(含夹紧杆长度) 的设计尺寸为490mm (高) ×350mm (宽) ×280mm (厚) 可满足汽车冲压生产线压力机夹紧的需要。对于不同的夹紧力及夹紧时间要求, 可将夹紧器设计成不同的外型尺寸及夹紧行程。这种夹紧器与其它机械式夹紧器比较, 它可以对机械部分的磨损进行自动补偿, 不会影响夹紧效果, 而且对被夹紧装置的尺寸无严格要求, 只要在夹紧行程范围内均可正常工作, 夹紧行程可设计的较大, 因此适用面广、通用性强。
图2为该夹紧器的液压控制系统原理图。夹紧杆夹紧的力信号、夹紧杆伸出的位置信号(夹紧杆上端有限位装置)
、夹紧杆摆进和摆出的位置信号均由
图2 液压控制系统原理1
・112・
压力继电器发出, 只有这样才能实现一路阀组控制多个夹紧器的功能。图2所示方案为“一控四”方式, 可根据实际情况选择不同的控制方式。为使夹紧器能可靠地夹紧和松开, 液压系统的调压溢流阀采用多级调压的方式, 分别设定夹紧及松开时的压力值。2 垫板与模具之间的夹紧器及控制原理
该夹紧器实质上是一个单作用液压缸, 液压缸的活塞杆即是夹紧杆, 它的一端有T 型头, 与压力机垫板内的T 型槽配合使用。液压力完成夹紧工作, 松开动作由返程弹簧完成, 根据计算和实验最终选定碟簧来完成这一工作, 它工作更可靠。夹紧器的夹紧力为100kN, 夹紧行程10mm, 体积较小, 如不计夹紧杆的长度, 体积只有130mm ×105mm 。夹紧杆的长度可根据不同的情况采用不同尺寸, 夹紧器也可根据不同的夹紧力要求, 设计成不同的尺寸
。
《机床与液压》20051No 12
图3为该夹紧器的液压控制系统原理图。采用蓄
能器实现夹紧器的长时间保压夹紧工作。在夹紧和保压回路中所有的液压阀均采用无泄漏锥阀或球阀结构, 以尽可能增加保压时间。图中阀16采用德国HAW E 公司生产的无泄漏换向球阀, 根据德方提供的技术参数, 该阀在额定压力下24h 内只泄漏3滴油, 实际使用效果相当不错。现有控制方式为:一个换向阀控制两个夹紧器, 可根据不同情况进行选择一对一或一对多的控制方式。阀16下端的单向阀起到夹紧保护的作用, 当一个夹紧器发生故障如油管爆裂等, 其它夹紧器内的高压油将被单向阀截死, 使夹紧器在一定时间内保持夹紧状态, 压力机滑块将会有足够的时间落下, 闭合模具, 以便维修。该夹紧器目前正在汽车冲压车间生产线上使用, 已近一年, 效果良好。3 结束语
第一种夹紧器具有夹紧杆摆动、夹紧两种基本动作, 它可实现机械自锁, 能自动补偿磨损, 夹紧行程大, 所以具有很强的通用性。通过改变设计可使这种
) 、夹紧的功能, 只夹紧器的夹紧杆具有旋转(90°
需要一个液压马达即可实现上述动作。其体积更小, 而且同样具有机械自锁、自动补偿磨损、行程大的特点, 这样, 这种夹紧器将适用更多的场合。第二种夹紧器具有体积小、夹紧力大等特点, 几乎适用于所有需要单一夹紧动作的工作场合。
参考文献
【1】赵应樾1常用液压缸与其修理1上海:上海交通大学
出版社, 19961
【2】关肇勋1实用液压回路1上海:上海科学技术出版
社, 19841
图3 液压控制系统原理2
收稿时间:2003-12-22
【2】薛定宇1反馈控制系统设计与分析———MAT LAB 语言
应用[M]1清华大学出版社, 20001
【3】尔桂花, 窦日轩1运动控制系统[M]1清华大学出
版社, 20021
【4】梁亦铂, 王正茂1全数字直流电机调速系统的原理及
数学模型[J ]1中小型电机, 2001, 28(6) :17～
201
(上接第129页)
的差距, 特别是转速的超调量较大, 如图6所示, 这主要是对系统的非线性模型进行线性化所引起的, 如果对系统的动态性能要求很高, 可以在转速调节器上引入转速微分负反馈。3 结论
本文基于直流电机基本方程, 建立了直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型, 给出了系统动态结构图并进行了仿真。双闭环调速系统是基于“最短时间控制”的, 在充分发挥电机过载能力的同时, 可以获得良好的静、动态性能, 在实际工程中有一定的应用价值。
【5】Zhao Yao, D ing Longhan . I ntelligent contr ol of parallel
double -l oop DC mot or s peed contr ol syste m s [J ].Pr o 2ceedings of the 3th World Congress on I ntelligent Contr ol and Aut omati on, 2000(7) :416～4181
作者简介:张传伟(1974～) , 男, 安徽淮南人, 西安科技大学教师。主要从事CAD /CAM 和机电系统智能控制方面的教学与科研工作。电话:[1**********], E -mail:
zhangc w@xust 1edu 1cn 。
参考文献
【1】陶永华, 尹怡欣, 芦 生1新型P I D 控制及其应用
[M]1北京:机械工业出版社, 20011
收稿时间:2003-12-17