2000kN四柱液压机液压系统工作原理

2000kN四柱液压机液压系统工作原理
作者殷洪福
2000kN四柱液压机是一台宽工作台的压力机，工作台尺寸为2000mm（左右）×1500mm（前后）。

这台机的设计目标是大尺寸薄板零件的拉深、翻边、冲裁工艺。

这台机的液压系统有几个特点：1．设置高压、低压两个可以根据工艺力的大小而自动切换的油源；2．上下油缸可以单独运行，也可以差动运行；3．主油缸的柱塞内包含顶出油缸，可以进行上顶出（脱模）操作。

为说明液压系统的工作原理，以设备的典型运作过程（凹模在上方、凸模在下方的反向拉深工艺过程）为例。

图示液压系统是完成一次工作循环之后的状态。

下一次工作循环从系统升压开始。

系统工作原理说明如下。

1．系统升压
先导式溢流阀12原处于卸荷状态，高压油源失效。

低压油源仍处于供油状态。

将手动换向阀11的手柄推到位置Ⅰ，控制油路X1升压，使溢流阀12恢复正常工作状态，高压油源恢复供油，系统压力升高至设定数值。

2．滑块快速下降
将手动换向阀9的手柄拉到位置Ⅲ，支承滑块的油缸4的下腔回油路接通，滑块在自重的作用下，快速下降，直至上模（凹模）接触工件。

滑块在下降过程中一方面将上油缸3的柱塞向下拉，使上油缸3内腔产生负压，造成正向打开液控单向阀（大流量的充液阀）2的趋势；另一方面压迫油缸4下腔的油，使之压力升高，压力油通过控制油路X2迫使液控单向阀2彻底打开（正反向都处于开启状态），于是，充液过程开始，油箱1内的油通过大直径油管被吸进上油缸3。

与此同时，另一部分来自两个油源的油通过换向阀9进入上油缸3。

有一个问题需要说明：滑块快速下降主要靠自重作用，但是，自重作用并不可靠，如果滑块下降受阻（或许是因为滑块与立柱之间的滑动付力学异常），就可能发生下降不顺甚至卡死的现象。

这种现象通常不会发生。

然而，这种现象一旦发生，就会进入如“工作行程”那样的过程，滑块被上油缸3的柱塞强迫下降，系统依然正常工作。

单向节流阀13的作用是增加油缸4下腔回油路上的阻力，以求提高控制油路X2的压力，以便打开液控单向阀2。

3．滑块工作行程
滑块快速下降，直至上模接触工件，之后，滑块工作行程开始，下降阻力（包括拉深力、压边力）增加，下降速度降低，致使油缸4下腔的压力迅速降低（因为通过单向节流阀13的流量减少, 节流阀前后压力差减小），控制油路X2的压力亦随之降低，以至无力保持液控单向阀2反向开启状态，此时两个油源（低压油）继续通过换向阀9进入上油缸3，使上油缸3的压力升高，液控单向阀2关闭，充液停止。

随后，上油缸3的压力迅速升高，如果此时低压油仍不足以克服工作阻力（通常是这样），那么，系统即时自动切换油源，高压油将接着进入上油缸3，升压，工作行程继续进行。

4．滑块回程
工作行程终止后，将换向阀9的手柄推到位置Ⅰ，油缸4上腔以及上油缸3的压力消失，而油缸4下腔的压力升高，通过油路X2使液控单向阀2再次反向打开，接通上油缸3的回油路，滑块被油缸4顶推上升，上油缸3的油通过大直径油管返回油箱。

滑块上升到适当高度后，将换向阀9的手柄拉回位置Ⅱ（放开手后，手柄会自动回复到位置Ⅱ），滑块停止上升，并由油缸4支承。

5．上顶出行程
上油缸3柱塞的中部装有顶出油缸。

该油缸活塞由换向阀8控制顶出、退回，并由单向调速阀15调节顶出速度。

6．下油缸动作
下油缸5在本例工艺过程中的作用是压边。

滑块下降之前，下油缸5处于顶出状态，即换向阀10的手柄处于位置Ⅰ，并且在滑块下降过程中（包括快速行程和工作行程），换向阀10的手柄位置始终保持不变。

因此，在滑块工作行程中，下油缸5始终与上油缸3“对着干”，从而产生压边力。

但由于上油缸3的截面积远大于下油缸5下腔的截面积，在相等的油压下，上油缸3向下的推力远大于下油缸5向上的顶力，以至除了克服拉深力、油缸4的阻力外，剩余推力还足以克服下油缸5的对抗力，迫使下油缸5的活塞向下退缩。

在下油缸5的活塞退缩过程中，下油缸5下腔的油通过换向阀10（反向流动）、换向阀9进入上油缸3，使上油缸3获得“额外”的高压油，提高工作行程速度（提高90 %）。

上下油缸如此运行称为“差动运行”。

滑块完成工作行程之后转入回程时，换向阀10的手柄位置可以保持不变，即仍处于位置Ⅰ，这时下油缸5的活塞将随着滑块上升而顶出（使工件脱出凸模），这样，下油缸5将会耗用部分压力油，从而降低滑块回程速度。

为了提高滑块回程速度，应关闭下油缸5的进油路，即将换向阀10的手柄拉到回位置Ⅱ，待滑块上升到终点后，再将手柄推回到位置Ⅰ。

换向阀10的手柄位置Ⅲ是为适应其它工艺操作而设的（实施本例操作时，位置Ⅲ实为空置）。

溢流阀14用来调节下油缸5的顶出力（压边力）。

实施本例操作时，如前面所述，上下油缸的运行方式为“差动运行”，此时溢流阀14的设定压力大于溢流阀12的设定压力（供油压力），这样，下油缸5下腔的油就不可能通过溢流阀14排出，而是全部进入上油缸3。

当要实施拉深力较大而压边力较小的工艺操作时，就应采用“非差动运行”方式，即令溢流阀14的设定压力小于溢流
阀12的设定压力，并将换向阀10的手柄拉到位置Ⅱ，切断上下油缸之间的通道，让下油缸5下腔的油直接通过溢流阀14、单向阀6排出（一部分进入下油缸5上腔，另一部分通过换向阀10回油箱），于是压边力就会随着溢流阀14的设定压力的降低而减小，拉深力则随着上油缸3所受的、出自下油缸5的对抗力的减小而增大。

不过，这样做势必降低工作行程速度，因为上油缸3失去了获得“额外”高压油的机会。

至于其它工艺状况（例如利用下油缸5的顶出力对工件进行加工），也可以通过调节溢流阀14而得以实施。

7．高压泵卸荷
换向阀11用来使高压泵卸荷。

设备完成一次工作循环之后到下一次工作循环开始之前，其间有一段相当长的停歇时间（卸料、装料等各项操作所消耗的时间），在这段时间内，应使高压泵卸荷（空转），避免浪费电能。

将换向阀11的手柄拉回位置Ⅱ，控制油路X1失压，高压泵实现卸荷。