摘要:文章分析介绍了铝厚板拉伸机缓冲缸及其液压控制系统的设计思路和计算方法。关键词:拉伸机;缓冲液压缸;液压控制系统铝厚板拉伸机在拉伸过程中，如果板材内部存在应力集中或有裂纹缺陷，板材可能会发生突然断裂，断裂产生的巨大冲击会对设备结构造成破坏。防断带冲击的缓冲设计对厚板拉伸机安全运行具有非常重要的意义。拉伸机主梁尾部的缓冲液压缸及液压控制系统是防断带冲击的主要装置(图1)。本文结合某铝厚板拉伸机的液压缓冲设计，分析介绍拉伸机缓冲缸及其液压控制系统的设计计算过程。
1缓冲缸的设计
缓冲缸液压系统设置蓄能器组，断带时通过蓄能器组内气体压缩吸收能量，将冲击动能转化为压力势能，其控制原理见图2。液压控制系统中换向阀1、液控单向阀2、单向节流阀3用于控制缓冲液压缸伸出，拉伸机正常工作时缓冲液压缸处于伸出状态。压力检测5和6用于油压和气压的监测和报警，安全阀组7用于蓄能器超压保护和手动泄压，插装式溢流阀8用于断带超压溢流。断带时缓冲液压缸9活塞被迫退回，缸内油液被挤出，同时压力升高，油液压缩蓄能器组4内气体并充入蓄能器组内。冲击结束后蓄能器内油压缓慢释放，油液排出并推动缓冲缸活塞伸出，恢复到正常工作状态。缓冲缸及液压控制系统主要设计参数:缓冲液压缸直径－D;缓冲缸缓冲回缩行程－S;液压系统工作压力－P1;液压系统最高压力－P2;蓄能器公称容积－V0;蓄能器充气压力－P0;缓冲缸最大速度－Vmax。
2确定缓冲缸缓冲回缩行程－S
板材断带时冲击能量W=F△L;式中，F取最大拉伸力，△L为工件变形弹性伸长量;△L=LσE;式中，σ为材料屈服强度;E为弹性模量;L取最大板材长度。根据能量守恒原理，冲击能量转化为两个缓冲缸活塞压力做功，计算可得缓冲缸活塞做功为:W=F△L=FLσE=2∫P2P1P14πD2dS。考虑到缓冲过程时间极短，缓冲缸内压力变化十分复杂，在工程设计中为简化计算取平均圧力进行计算，上式可简化为:W=F△L=FLσE=2P1+P2214πD2S=P1+P24πD2S;计算出:S=4FLσP1+P2()EπD2;式中，缓冲液压缸直径D、液压系统工作压力P1、液压系统最高压力P2通过预设的方式确定，计算后结合设备情况再进行修正。
3计算蓄能器公称容积－V0
计算出缓冲缸回缩行程S，便可得出充入蓄能器组中油液体积VW，即:VW=214πD2S=2FLσP1+P2()E。根据伯努利气体方程，计算蓄能器公称容积:V0=VWP01P1－1P2();取蓄能器充气压力:P0=0．9P1，得:V0=2FLσP1P20．9EP1P1+P2()(P2+P1)。单台蓄能器容积即为V0/n(n为蓄能器个数)。
4计算缓冲液压缸最大速度－Vmax
根据能量守恒原理，断带瞬间冲击能量转化动能，W=F△L=FLσE=MV2max2;M为主拉伸梁、固定夹头及工件的总质量。计算得出，Vmax=2FLσ槡EM;计算出缓冲缸最大速度，再根据油缸截面积即可得出缓冲缸在冲击过程中液压系统的最大流量Qmax，该参数作为液压系统管径计算和元件选型的设计依据。
5结束语
在实际生产中断带情况非常复杂，精确计算困难，文中选取极限数据及简化公式进行计算，旨在为初始设计提供基本的设计依据，计算得出的数据与实际情况存在一定偏差，但缓冲缸及其液压控制系统设计本身必须考虑冗余，所以此偏差亦在可接受范围。
作者:张瑞虹 单位:中色科技股份有限公司
