專利名稱：與機架合一的方形油缸的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于重型機械，機械設計技術領域，特別涉及液壓機的油缸結構設計。
絕大部分成形件和模具均采用方形結構，因此方形成型腔易于適應工藝、易于模具的制作和安裝，有利于有效空間的充分利用。方形橫截面的油缸是現(xiàn)在最有用的一種油缸，其優(yōu)點在于有利于將壓力均勻地分布在被壓表面，壓力機工作臺上在被壓制產(chǎn)品之外的彎曲力矩可以避免。而使用圓形油缸裝置制造矩形產(chǎn)品，就要求厚的液壓機工作臺，以便在被壓制產(chǎn)品上均勻地分布壓力。方形油缸的其他優(yōu)點是可以采用合適的壓力；液壓機的尺寸和重量一般可以以有利的方式減小。
臥式結構的液壓機可以實現(xiàn)方形成型腔(油缸)，如


圖1(a)所示，臥式結構的成型腔103安裝在起保護作用的圓形的筒體102和纏繞層101內(nèi)，當想在成型腔內(nèi)實現(xiàn)較大的有效行程(垂直方向)時，液壓機的水平尺寸將很大，造成結構龐大、材料浪費的后果。因此臥式結構用途十分有限，僅適用于小行程的淺拉延橡皮囊式壓機。
立式液壓機采用圓形油缸，如
圖1(b)所示，圓形油缸106和機架是各自獨立的。機架由上半圓梁110、立柱108和下半圓梁109組成，纏繞層104使它們緊密結合成一個完整的機架整體；圓形油缸106由油缸纏繞層105保護，安裝在機架的上半圓梁110底部，柱塞107在油缸內(nèi)作上下運動，實現(xiàn)工作過程，而機架纏繞層104則實現(xiàn)對機架的保護。這種結構可以實現(xiàn)較大的行程，用途廣泛，但結構不夠緊湊，特別是當想實現(xiàn)超高壓方形油缸時，高壓液體在油缸直邊上形成極大的應力集中，靠現(xiàn)有的纏繞技術對油缸進行保護難度很大。
因此欲采用上述兩種現(xiàn)有技術實現(xiàn)超高壓方形油缸，都將產(chǎn)生結構異常龐大的后果。
本實用新型的目的是為克服已有技術的不足之處，設計出一種與機架合一的方形油缸，將現(xiàn)有技術中立式、臥式兩種壓機的不同結構的優(yōu)點結合成一個統(tǒng)一的承載機架-油缸系統(tǒng)。該結構可滿足雙動要求，可用于大/小行程、深/淺拉延、壓制成形等多用途壓機，并達到結構緊湊、節(jié)省材料的效果。
本實用新型提出的一種與機架合一的方形油缸，其特征在于，由機架纏繞層將準半圓梁、上梁缸、立柱、下半圓梁緊密結合成一個完整的機架，該準半圓梁又構成方形油缸底、該上梁缸構成方形油缸壁，以此組成一個完整的方形油缸。
所說的上梁缸的兩側(cè)可形成楔形側(cè)翼結構，所說的準半圓梁的下表面兩側(cè)為斜面，該斜面與上梁缸上對應的側(cè)翼相配合，該上梁缸側(cè)翼的外圓弧面和準半圓梁的外圓弧面配合可形成光滑的纏繞面。
所說的方形油缸外還可加有油缸纏繞層，所說的機架纏繞層與油缸纏繞層相互垂直，形成正交纏繞結構。
本實用新型的效果本實用新型將現(xiàn)有液壓機臥式、立式兩種結構的優(yōu)點結合成一個統(tǒng)一的承載機架-方形油缸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于大/小行程、深/淺拉延、壓制成形等多用途壓機，尤其可以設計成150000噸(十五萬噸)的壓機。
附圖簡要說明
圖1為已有的壓機的結構示意圖，其中(a)為臥式結構壓機，(b)為立式結構壓機。
圖2為本實用新型的壓機結構示意圖，其中(a)為整機結構，(b)為核心零件上梁缸的三維圖。
圖3為本實用新型的原理分析示意圖。
本實施例的整機結構如圖2所示，其中，機架由準半圓梁201、上梁缸203、立柱204、下半圓梁207組成，機架纏繞層202使準半圓梁、上梁缸、立柱、下半圓梁緊密結合成一個完整的機架。同時，準半圓梁201又構成方形油缸底、上梁缸203構成方形油缸壁，組成一個完整的方形油缸，方形油缸外加有油缸纏繞層211，機架纏繞層202與油缸纏繞層211相互垂直。上梁缸203的兩側(cè)形成楔形側(cè)翼結構212，準半圓梁201的下表面兩側(cè)為斜面，該斜面與上梁缸203相對應的側(cè)翼212相配合，該上梁缸側(cè)翼212的外圓弧面213和準半圓梁201的外圓弧面215配合形成光滑的纏繞面，如圖2(a)所示。由此可知，該結構的機架和方形油缸是合二為一的整體，而把機架和方形油缸結合起來的核心零件是上梁缸203，它的3維圖形如圖2(b)所示。上梁缸203的主體形成方形油腔216,214是上梁缸203上的側(cè)翼212與準半圓梁201的結合斜面。相對于圓形油缸而言，方形油缸在高壓下的應力、應變都很大，本實用新型中不僅給油缸加上了水平纏繞層211進行保護，而且給油缸加了側(cè)翼212，利用了部分機架主鋼絲纏繞的作用力，給油缸以輔助保護。同時，在同一結構中實現(xiàn)了正交纏繞體系，即相互垂直的水平纏繞層211和機架纏繞層202。通過這些手段，方形油缸應力集中問題徹底解決。
該機構的工作過程為柱塞205可以在油缸內(nèi)上下運動，模具盤208可以帶動模具206在垂直紙面方向水平拉出。機架纏繞層202實現(xiàn)對機架的保護。此壓機的壓邊工序由橡皮和模具上端面之間的壓力完成，壓邊和拉延由同一動作完成，即實現(xiàn)了雙動過程。柱塞的上下運動可以實現(xiàn)較大的行程，實現(xiàn)深拉延。柱塞還可以用于壓制成形。板料成形的拉延深度由高壓油通過橡皮變形作用在板料上實現(xiàn)。帶預緊纏繞的模具盤可以對高壓下的模具實現(xiàn)保護。
本實用新型的原理分析如圖3所示，機架由準半圓梁302、上梁缸303、立柱305、下半圓梁306組成，機架纏繞層307使它們緊密結合成一個完整的機架。方形油腔304由長邊KN、LM和短邊KL、MN(如圖3(c)所示)，以及底面B(如圖3(a)、(b))所示組成。它承受很高的內(nèi)壓p(≈150MPa)。由于內(nèi)壓高、形狀為方形，油缸上極易引起強烈的應力集中。為此，采用預應力結構，由柔性高強材料如高強鋼絲或纖維對其進行纏繞預緊，產(chǎn)生q1(對長邊進行預緊)和q2(對短邊進行預緊)，如圖3(a)、(b)、(c)所示。由于結構的原因，RS＜＜RL，故q1＜＜q2，因而長邊KN、LM無法進行有效的預緊。如將RL減小而將RS增大，則可提高q1以加強對長邊的預緊保護，然而這將使油缸水平尺寸大增，從而使整體機架尺寸相應增加。
本實用新型在方形油缸長邊上增加側(cè)翼301，，并把側(cè)翼301與準半圓梁302組成一個完整的半圓梁系，如圖3(a)所示，利用機架的主鋼絲層預緊產(chǎn)生的強大的預緊應力q′。預緊應力q′的主要部分(約70％)用于平衡內(nèi)壓力作用在底面B上而產(chǎn)生的載荷(此載荷可高達十幾萬噸)以保護準半圓梁302；預緊應力q′的小部分(約30％)通過側(cè)翼301作用在長邊上，并與長邊上的q1一起共同平衡p的作用，對長邊進行有效的預緊保護。
顯然，產(chǎn)生預緊應力q′的纏繞主平面方向S-S與產(chǎn)生q1和q2的纏繞主平面方向T-T是相互垂直的，形成正交纏繞體系。
采用本實施例結構設計完成的一臺方形油缸液壓機，其總噸位為6500噸，油壓140Mpa，有效工作腔800*400mm2，活塞行程100mm，成形高度300mm，幾何總尺寸為2530*1900*920mm3。
權利要求1.一種與機架合一的方形油缸，其特征在于，由機架纏繞層將準半圓梁、上梁缸、立柱、下半圓梁緊密結合成一個完整的機架，該準半圓梁又構成方形油缸底、該上梁缸構成方形油缸壁，以此組成一個完整的方形油缸。
2.如權利要求1所述的與機架合一的方形油缸，其特征在于，所說的上梁缸的兩側(cè)形成楔形側(cè)翼結構，所說的準半圓梁的下表面兩側(cè)為斜面，該斜面與上梁缸相對應的側(cè)翼相配合，該上梁缸側(cè)翼的外圓弧面和準半圓梁的外圓弧面配合形成光滑的纏繞面。
3.如權利要求1所述的與機架合一的方形油缸，其特征在于，所說的方形油缸外加有油缸纏繞層，所說的機架纏繞層與油缸纏繞層相互垂直。
專利摘要本實用新型屬于機械設計技術領域,由機架纏繞層將準半圓梁、上梁缸、立柱、下半圓梁緊密結合成一個完整的機架,該準半圓梁又構成方形油缸底、該上梁缸構成方形油缸壁,以此組成一個完整的方形油缸。本實用新型將現(xiàn)有液壓機臥式、立式兩種結構的優(yōu)點結合成一個統(tǒng)一的承載機架——方形油缸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于大/小行程、深/淺拉延、壓制成型等多用途壓機,尤其可以設計成150000噸(十五萬噸)的壓機。
文檔編號F16J10/02GK2460765SQ0026322
公開日2001年11月21日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權日2000年12月8日
發(fā)明者顏永年, 盧清萍, 費小琛, 張人佶, 宋玉華, 單忠德, 吳磊 申請人:清華大學