液壓技術在鋼桶機械中的應用（1）

西安市機械研究所　景志平

液壓傳動技術幾乎在一開始就被應用于鋼桶制造機械。六十年代初，聯邦德國萊菲爾德(LEIFELD)公司出產的制桶設備，就已成功地采用液壓傳動裝置驅動 脹盤機的主模芯、滾壓式折邊機和波紋機的徑向進給、卷邊機的封口進給等機床運動及進給運動，以及鋼桶上料、部件送進等機床輔助運動。歐美等國一些技術領先 的制桶設備研制企業如卡蘭多(CARANDO)、亞特蘭大(ATLANTA)、貝爾令(BEIERI。ING)、通用機器(GENER-AL MACHINE)等公司也已將液壓傳動廣泛應用于其生產的自動縫焊機、展卷落料生產線、桶身及底蓋生產線上。我國鋼桶機械研制在此領域雖起步較晚，但近十 年來得到相當迅速發展，這是由于自七十年代未至今我國多次考查日、美、歐等一些國家先進的鋼桶企業，看到了在鋼桶機械中采用液壓傳動的先進范例和發展方 向。也因液壓傳動技術本身固有的若干優越性，如可實現低速大噸位運動；可簡捷地實現機械自動化；采用適當的節流技術可使運動部件的速度十分均勻穩定；可精 確地實現無級調速；傳動裝置的布局有著很大的靈活性；體積重量較機械傳動成倍減小；傳動與離合及運動速度可用極小的功率得到控制；傳動元件因自潤滑而極少 磨損；元件易實現標準化與通用化乃至與國際接軌等因素。冷靜地回顧分析我們從事的數十年液壓機械，尤其是近十年制桶機械的研制實踐，不難看出一個顯而蟲譬 即事實，那就是液壓傳動在許多應用場合是機械傳動無法取代的。它常是最合理的、有時甚至是唯一可行的。

圖1　桶身聯合成形機

桶身“三合一”聯合成形機的研制實踐可作為液壓傳動應用于制桶機械的典型范例。圖1示出了該機的總體結構。其基本的設計思想在于如何將桶身的折邊、波紋和 環筋三道工序在本機上一次完成。為此，機床左右各設置了一部將擠壓折邊模、脹壓波紋模和環筋模三種模具組合為一體的“三合一”成形工具。工作時，左右兩部 成形工具先由機床兩端的擠壓油缸推進至桶身內部，并在折邊模到‘位時完成擠壓折邊。其后，安裝在工具座板背后的脹壓油缸推動脹壓模芯完成波紋和環筋的脹壓 成形。退出時，脹壓油缸先拖動模芯復位使脹模縮回，擠壓油缸再反向運動，將整部成形工具拖出桶身。
　　不難看出，在這臺桶身“三合一”聯合成形機上，采用其他機械傳動完成上述部件運動幾乎是不可能的。可設想，這里如果采用電機經減速機減速后，驅動一絲 杠螺母付，或一齒輪齒條付，或凸輪機構等機械傳動裝置代替圖1中的一付擠壓油缸和一付脹壓油缸，則需設置的傳動件有：電機4臺、減速機4臺、直線運動付 （絲杠螺母等）4付、離合器（因電機不宜頻繁起動）4部、制動器4部，以及這些部件的支承、連接和輔助裝置。這不僅成倍增加了機床的體積和重量，還使運動 部件尤其是脹壓部件的設計變得異常困難。同時，該機的加工范圍為20～2001。桶身。當桶身材質、料厚和尺寸規格變更時，擠壓及脹壓部件的壓力、速度和 塑性變形保壓時間等參數亦需相應進行調整。對于機械傳動，進行這樣的調整是十分復雜的，而液壓傳動則十分簡單方便。
　　液壓傳動不僅成倍地縮小了機床體積和重量，更重要的是使本機的總體布局變得極其簡單而美觀。它將繁瑣而沉重的機械傳動鏈簡化為兩部高效率的工作油缸， 而將機床運動的壓力、速度和方向的調控巧妙地集中在一臺液壓站上。昔日常因磨損而故障頻出的離合器、制動器，在液壓傳動中只需用20瓦功率的電磁鐵產生 40牛頓力去推動一枚小小的換向閥芯，便可使數十千瓦或數干牛頓米的動力部件可靠地離合、制動和反向。“三合一”桶身成形機的噪音較機械式三機聯動桶身成 形機有大幅度降低。不僅如此，液壓傳動還使“三合一”成形機的自動化變得相當容易與方便。機床僅需設置若干行程傳感元件發訊給相應的液壓換向閥，指令動力 部件按預定程序變換其壓力，速度和方向，通過簡單的電氣程序控制，即實現了機床的自動化。
　　“三合一”制桶機的應用實踐還令人信服地消除了人們對液壓傳動的“三怕”心理：一怕“常漏”；二怕“常修”；三怕缺液壓技術人員。我國第一臺“三合 一”成形機的用戶——陜西華陰市制桶廠自1989年10月至今使用該機已整整六年，包括液壓裝置在內，該機從未進行過大修，液壓系統始終無泄漏，工作穩定 正常。而該廠并無一名液壓專業技術人員，僅靠操作人員和維修人員的正常維護保養。國內30臺“三合一”制硬郊的應用實踐表明：制桶機械采用液壓傳動是可行 的、可靠的、先進的。這里的關鍵在于液壓系統的正確設計。

圖2為XJY44D型“三合一”制桶機的液壓原理圖。由于該機屬使金屬產生塑性變形的壓力機械，因而設計取中高壓(15-20MPa)壓力區段。目前，變 量泵的綜合性能還十分不盡人意，尤其柱塞泵對工作介質清潔度要求甚高，因而本機仍采用定量泵系統。本著既靠擾國際標準，又立足于選用優質國產元件的思路， 系統采用我國符合IS04401國際標準連接尺寸的國產FD系列疊加閥和直流濕式換向閥，以及我國近年從意大利埃托斯(AT05)公司引進生產的PFED 系列高壓雙聯葉片泵，構成多動力部件集中控制系統。

圖2　桶身聯合成形機液壓系統圖

如圖2所示，由Y系列電機驅動的柱銷式雙聯葉片泵2所產生的壓力油分別經各疊加閥組控制機床六個油缸的運行。雙聯泵 中的大流量泵(P油路)的壓力由外控順序閥9調定，小流量泵(PI油路)的壓力由電磁溢流閥1 0調整。工作壓力的設定可借助壓力表開關15和壓力表16進行觀察調整。當工作負荷未達到外控順序閥9調定壓力（如成形工具送進或退出桶身）時，工作油缸 由雙泵同時供油快速運行。系統達到或超過閥9調定壓力（如折邊、脹筋）時，P1油路壓力油打開順序閥9使大流量泵自動卸荷，電機功率全部用于驅動小流量泵 工作。這就使王本定量泵系統具備了變量泵系統恒功率控制的優勢。擠壓和脹壓運動中速度的變化，除采用這種恒功率自動變量控磅?工作油缸中設有節流機構實現 終點緩沖外，主要通過光電開關在接近工作位置時發訊控制電磁閥4使大流量泵卸荷。當機床處于自動工作狀態，但中斷工作程序經電腦判斷已屬非正常需要時，電 磁溢流閥10隨即也導通使系統全部卸荷。這些卸荷環節大幅度節約了電耗，降低了系統的發熱。

　　圖2左側四列疊加閥組分別用于控制左、右擠壓（折邊）油缸和左、右脹壓（波 紋、環筋）油缸的往復運動。右端二列疊加閥組分別用于控制舉升、定位（鋼桶夾持及上下料）油缸的升降運動。升降速度可通過節流閥13調節。舉升定位壓力可 通過減壓閥1 2、壓力表開關1 5和壓力表16調整。