[实用新型]用于液压机的缸梁结构和具有该缸梁结构的液压机

说明书

技术领域

本实用新型涉及液压机技术领域，具体而言涉及一种改进的用于液压机的缸梁结构、具有该缸梁结构的液压机。 

背景技术

液压机是一种通用的机械，用于汽车、飞机、陶瓷、塑料各行业的材料成形工艺。重型液压机是国防、军工、航天、核电、造船等领域不可缺少的重型设备，是象征国家实力的标志性装备。缸和梁是液压机的基础部件，作用在缸中的液压介质通过缸而产生巨大的压力载荷，压力载荷传递到上、下梁上，经立柱而形成封闭的平衡力系。压力载荷如何传递到梁上，即载荷传递链是影响压机强度、刚度设计的关键问题。缸-梁载荷传递是指一种载荷传递链关系。 

图1显示了现有的液压机的缸梁载荷传递示意图。油压p_i作用在缸底1’上，产生向上的推力P，并同时也作用在活塞上，产生等值的向下的推力(P)，在其作用下，动梁2’向下运动，压制锻件3’。根据平衡力系力传递链原理可知，作用在缸底1’向上的力，经缸口法兰接触面(A面)，将传递到上梁4’的底面上，其值也是P。上述缸-梁载荷传递链关系是建立在缸口法兰与梁底面上相应承载面、即A面之间的载荷传递关系之上，这也被称为“缸口传力型”载荷传递链。 

图2显示了现有的另一种液压机的结构示意图，其中显示了缸底传力型的缸梁结构。如图2中所示，所示的是钢丝缠绕机架，钢丝层将上、下梁1”、2”(均为半圆梁)和立柱3”缠绕预紧成为一个承载机架，这是一个“缸底传力型”的载荷传递关系。缸底4”在油压pi的作用下，将压力P直接传递到上梁1”的底面上，而不通过油缸法兰。采用“缸口传力型”与“缸底传力型”两种载荷传递链的压机，工程上的应用都很广泛，它们各有优缺点。下面将进行简述。 

对缸口传力型载荷传递链而言，如图1中所示，梁中央截面上作用作最大弯矩M，如图3中所示，此处正是缸穿出梁的位置，存在很大的孔，它削弱了例如上梁的强度。孔的变形还会引起孔曲率半径的变化，它使孔边的切向拉应力进一步增大，见图3。这是造成梁强度问题的最大隐患，为了提高强度不得不增加孔周结构的厚度。 

如图1中所示，在缸口传力型载荷传递链中，梁、缸的载荷传递是通其间的接触面A而进行的，但接触情况会随加/卸载循环次数的增加而恶化，接触不均匀使接触应力剧增，影响梁的强度。例如，我国某厂8000吨缸口传力型单缸压机，新加工的梁、缸，由于配合关系好，接触良好，缸的工作寿命可达70万次；而当长期工作后，由于接触状况恶化，一个新缸旧梁配合，缸的寿命则降至25万次，可见配合A面的接触优劣关系之重大。 

缸底作用力P被法兰上的支承反力Q所平衡，因而缸筒壁上承受巨大的拉应力Q_z，如图4中所示，其中显示了图1中的液压机中的液压缸的缸底5’的结构示意图，并形成两个应力集中区：缸底与缸壁过渡区I(半径为R，如图4中所示)和法兰应力集中区II(一般为组合型线)。绝大部分的缸体破坏都在这两个区。 

为了提高I区的强度，则加大缸底的厚度，使其为缸壁厚度的1.5-2.5倍，厚缸底的弯曲变形小，从而减小该区的弯曲应力；R增大可明显减小I区的应力集中程度。显然此两项措施都大大增加了缸的重量。R的增大，还增加了缸的长度，但并不增加缸的有效行程，因为精密配合的活塞不可能运行到R圆角区。 

此外，提高I、II区的加工精度和表面光洁度是增加缸疲劳寿命的重要举措，但同时增加了缸的加工成本和周期。可选地，也可以对II区进行辊压处理，增加表层的残余压应力，从而大大提高II区的抗疲劳强度，同时也增加了缸的加工成本。 

对如图2中所示的缸底传力型载荷传递而言，由于缸底支承，故取消缸口法兰，因而应力集中的II区消失，如图2中所示，一系列相关缺点随之消失。此外，可将缸底与缸分离，形成组装缸底式缸结构，因而应力集中区I区也消失，一系列相关缺点也随之消失。 

进一步地，组合缸底无需过渡圆角R，因而提高了缸内腔行程利用率(活塞可以移动更长的距离)。 

“缸底传力型”载荷传递链的缸梁系统，其缺点也是非常明显。由于缸底顶面与上梁底面接触，缸底完全被梁底面覆盖，因而失去了缸底顶面的安装空间，无法在缸底顶面上安装充液阀、安全阀、阀块等部件；也无法将外置增压器直接安装到缸底顶面。液压缸置于梁底面以下而非梁中，大大增加了机架的高度，这是一个非常大的缺点。 

目前工程上，超过数千吨以上的油缸，均避免“缸口传力型”；而采用“缸底传力型”。但在“缸底传力型”缸梁关系中，缸顶部被梁底面所完全覆盖，因而十分严重的影响了它的使用范围。 

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