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预应力钢丝缠绕技术在建材液压机上的应用
2008/04/23 00:00
来源：天津太平洋机电技术及设备有限公司 朱勉学
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前 言
江苏爱富西新型建材公司引进的西德9000t建材液压机当时是我国同类设备中最大吨位的设备，为我国新型建材的发展发挥了重要作用。
该机是三框架六油缸下顶方式，用泵直接驱动，液压系统压力为480kg/cm2。这种机器结构有以下几个缺点：
① 工作缸过多，不同步时造成活动工作台的倾斜，常会影响工作；
② 泵压及液压系统压力过高，易出现故障；
③ 单板式框架的四个内角存在应力集中，所以安全系数取的很高，造成设备笨重成本上升；
④ 主缸维修时，柱塞要移出，费时费力；
⑤ 电机功率较大，能源利用率低。
太平洋机电技术及设备有限公司经过多年的研究设计，把钢丝缠绕预应力技术成功地应用到建材液压机上，取得了显著效果。这种新型的建材液压机不仅广泛应用于国内，而且出口到马来西亚、印度尼西亚，据国外用户反映这种液压机比西德的要好用。今天的太平洋液压机在可靠、节能、易修上，又有新进展。
一、预应力缠绕技术简介
预应力技术是一种先进的机械结构技术，在制造中对结构施加预紧载荷，使其特定部位产生预应力，这种应力与工作载荷引起的应力相反，可以抵消大部分或全部工作应力，从而大大提高结构的承载能力。而采用预伸长钢丝预紧的则称为钢丝预应力结构。有以下几个优点：
① 疲劳强度好。这是由于预紧件载荷波动小而获得高疲劳强度抗力，如钢丝预应力缠绕的油缸和机架，均有15年以上寿命。
② 承载能力提高。预应力结构是一种多元结构，在整体结构的压力集中部位将其剖分，然后再预紧为一个整体，由钢丝受力代替结构中应力集中部位受力，因而就更具有较高的可靠性，其安全系数比外预紧结构可低得很多，因此预应力缠绕结构和传统结构相比，重量大大减轻，从而降低了成本。
③ 无破裂危险，对于超高压容器来说，如钢丝缠绕的筒体，可以在很高压力下长期运行，而不产生破裂，极大地提高了缸筒的使用寿命。
二、钢丝预应力油缸的应用
由于缸筒采用了预应力缠绕技术，使缸筒内压力可以大大提高，像德国9000t液压机就可以采用三缸甚至二缸的驱动结构，当缸径为860时，三缸时主缸内压力为517kg/cm2，二缸时主缸内压力为775 kg/cm2，当然随之而来的是工作台厚度和框架设计的改变（容后再表）。采用钢丝预紧油缸的超高压供油有以下几个好处：
① 缸数减少，有利于活动工作台平稳加压。从实践来看，基本消除了由于活动工作台上升不平行造成需回程重新上升的现象；
② 主缸的重量大大减轻，成本显著下降；
③ 主缸寿命显著提高；
④ 通过增压器向主缸供油，可使系统压力控制在160kg/cm2以下，液压系统很少发生故障。以9000t双缸供油压力为755kg/cm2时，增压器增压比只要达到4.8即可，而9000t主缸供油压力为517kg/cm2时，增压器增压比只要达到3.3即可。
三、预应力缠绕框架的应用
用预应力缠绕框架代替单板式框架，可使得原本在框板内四角的压力集中得以消除，而由预紧的钢丝来承受，从而极大地提高其承载能力，对于像西德9000t液压机而言，可以采用2个或3个框架来承受压力，无论从重量或是外形尺寸都有很大的降低，特别是这种钢丝预紧结构框架寿命都很长，至少15年，我公司出产的缠绕式液压机框架已有20年寿命的纪录。
四、钢丝缠绕技术应用后的工作台设计
采用钢丝预紧缠绕技术后的建材液压机的主缸数量大大减少，随之是框架数量的变化。这种变化直接影响工作台的设计，工作台应根据与主缸或框架接触面积和位置，进行强度和刚度设计。
五、超高压快速充液阀和快速上升油缸的应用
在超高压钢丝预紧结构的建材液压机上，成功地应用了我公司的超高压充液阀（专利）和快速油缸的设计，这种设计原理如下：当快速油缸在泵的全流量推动下，使活动工作台迅速上升，此时由于柱塞随工作台向上运动，在柱塞下腔形成真空，只要打开缸底上的单向阀，油箱的油就被吸入柱塞下部，当活动工作台与工件接触时，缸内液体也被吸满，单向阀关闭，接着增压器开始工作，对工件加压。这种结构的优点：在满足对成垛建材板片极低速度压制情况下，可实现空行程的快速上升，而传统结构这种压机为了实现快速上升，不得不提高电机功率。例如9000t液压机在速度0.2mm/s加压时，电机功率仅为22KW，而要想使其以10mm/s上升时，则需55KW以上电机。采用本结构后，电机功率最多37KW就可以满足。
此外，由于活动工作台和柱塞相连，就解决了活动工作台的导向问题。
特别应指出，采用大行程快速油缸可使柱塞和缸筒在原地分离，从而使主缸密封的更换变得十分简单，大大节约了维修时间。
太平洋公司把钢丝缠绕技术用于超高压建材液压机，取得了很大的成功，总结其优点就是：可靠、节材、节能、节时，为这种建材液压机在我国的普及做出了应有的贡献。
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