专利名称：与机架合一的方形油缸的制作方法
技术领域：
本实用新型属于重型机械，机械设计技术领域，特别涉及液压机的油缸结构设计。
绝大部分成形件和模具均采用方形结构，因此方形成型腔易于适应工艺、易于模具的制作和安装，有利于有效空间的充分利用。方形横截面的油缸是现在最有用的一种油缸，其优点在于有利于将压力均匀地分布在被压表面，压力机工作台上在被压制产品之外的弯曲力矩可以避免。而使用圆形油缸装置制造矩形产品，就要求厚的液压机工作台，以便在被压制产品上均匀地分布压力。方形油缸的其他优点是可以采用合适的压力；液压机的尺寸和重量一般可以以有利的方式减小。
卧式结构的液压机可以实现方形成型腔(油缸)，如
图1(a)所示，卧式结构的成型腔103安装在起保护作用的圆形的筒体102和缠绕层101内，当想在成型腔内实现较大的有效行程(垂直方向)时，液压机的水平尺寸将很大，造成结构庞大、材料浪费的后果。因此卧式结构用途十分有限，仅适用于小行程的浅拉延橡皮囊式压机。
立式液压机采用圆形油缸，如
图1(b)所示，圆形油缸106和机架是各自独立的。机架由上半圆梁110、立柱108和下半圆梁109组成，缠绕层104使它们紧密结合成一个完整的机架整体；圆形油缸106由油缸缠绕层105保护，安装在机架的上半圆梁110底部，柱塞107在油缸内作上下运动，实现工作过程，而机架缠绕层104则实现对机架的保护。这种结构可以实现较大的行程，用途广泛，但结构不够紧凑，特别是当想实现超高压方形油缸时，高压液体在油缸直边上形成极大的应力集中，靠现有的缠绕技术对油缸进行保护难度很大。
因此欲采用上述两种现有技术实现超高压方形油缸，都将产生结构异常庞大的后果。
本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种与机架合一的方形油缸，将现有技术中立式、卧式两种压机的不同结构的优点结合成一个统一的承载机架-油缸系统。该结构可满足双动要求，可用于大/小行程、深/浅拉延、压制成形等多用途压机，并达到结构紧凑、节省材料的效果。
本实用新型提出的一种与机架合一的方形油缸，其特征在于，由机架缠绕层将准半圆梁、上梁缸、立柱、下半圆梁紧密结合成一个完整的机架，该准半圆梁又构成方形油缸底、该上梁缸构成方形油缸壁，以此组成一个完整的方形油缸。
所说的上梁缸的两侧可形成楔形侧翼结构，所说的准半圆梁的下表面两侧为斜面，该斜面与上梁缸上对应的侧翼相配合，该上梁缸侧翼的外圆弧面和准半圆梁的外圆弧面配合可形成光滑的缠绕面。
所说的方形油缸外还可加有油缸缠绕层，所说的机架缠绕层与油缸缠绕层相互垂直，形成正交缠绕结构。
本实用新型的效果本实用新型将现有液压机卧式、立式两种结构的优点结合成一个统一的承载机架-方形油缸系统。该系统可用于大/小行程、深/浅拉延、压制成形等多用途压机，尤其可以设计成150000吨(十五万吨)的压机。
附图简要说明
图1为已有的压机的结构示意图，其中(a)为卧式结构压机，(b)为立式结构压机。
图2为本实用新型的压机结构示意图，其中(a)为整机结构，(b)为核心零件上梁缸的三维图。
图3为本实用新型的原理分析示意图。
本实施例的整机结构如图2所示，其中，机架由准半圆梁201、上梁缸203、立柱204、下半圆梁207组成，机架缠绕层202使准半圆梁、上梁缸、立柱、下半圆梁紧密结合成一个完整的机架。同时，准半圆梁201又构成方形油缸底、上梁缸203构成方形油缸壁，组成一个完整的方形油缸，方形油缸外加有油缸缠绕层211，机架缠绕层202与油缸缠绕层211相互垂直。上梁缸203的两侧形成楔形侧翼结构212，准半圆梁201的下表面两侧为斜面，该斜面与上梁缸203相对应的侧翼212相配合，该上梁缸侧翼212的外圆弧面213和准半圆梁201的外圆弧面215配合形成光滑的缠绕面，如图2(a)所示。由此可知，该结构的机架和方形油缸是合二为一的整体，而把机架和方形油缸结合起来的核心零件是上梁缸203，它的3维图形如图2(b)所示。上梁缸203的主体形成方形油腔216,214是上梁缸203上的侧翼212与准半圆梁201的结合斜面。相对于圆形油缸而言，方形油缸在高压下的应力、应变都很大，本实用新型中不仅给油缸加上了水平缠绕层211进行保护，而且给油缸加了侧翼212，利用了部分机架主钢丝缠绕的作用力，给油缸以辅助保护。同时，在同一结构中实现了正交缠绕体系，即相互垂直的水平缠绕层211和机架缠绕层202。通过这些手段，方形油缸应力集中问题彻底解决。
该机构的工作过程为柱塞205可以在油缸内上下运动，模具盘208可以带动模具206在垂直纸面方向水平拉出。机架缠绕层202实现对机架的保护。此压机的压边工序由橡皮和模具上端面之间的压力完成，压边和拉延由同一动作完成，即实现了双动过程。柱塞的上下运动可以实现较大的行程，实现深拉延。柱塞还可以用于压制成形。板料成形的拉延深度由高压油通过橡皮变形作用在板料上实现。带预紧缠绕的模具盘可以对高压下的模具实现保护。
本实用新型的原理分析如图3所示，机架由准半圆梁302、上梁缸303、立柱305、下半圆梁306组成，机架缠绕层307使它们紧密结合成一个完整的机架。方形油腔304由长边KN、LM和短边KL、MN(如图3(c)所示)，以及底面B(如图3(a)、(b))所示组成。它承受很高的内压p(≈150MPa)。由于内压高、形状为方形，油缸上极易引起强烈的应力集中。为此，采用预应力结构，由柔性高强材料如高强钢丝或纤维对其进行缠绕预紧，产生q1(对长边进行预紧)和q2(对短边进行预紧)，如图3(a)、(b)、(c)所示。由于结构的原因，RS＜＜RL，故q1＜＜q2，因而长边KN、LM无法进行有效的预紧。如将RL减小而将RS增大，则可提高q1以加强对长边的预紧保护，然而这将使油缸水平尺寸大增，从而使整体机架尺寸相应增加。
本实用新型在方形油缸长边上增加侧翼301，，并把侧翼301与准半圆梁302组成一个完整的半圆梁系，如图3(a)所示，利用机架的主钢丝层预紧产生的强大的预紧应力q′。预紧应力q′的主要部分(约70％)用于平衡内压力作用在底面B上而产生的载荷(此载荷可高达十几万吨)以保护准半圆梁302；预紧应力q′的小部分(约30％)通过侧翼301作用在长边上，并与长边上的q1一起共同平衡p的作用，对长边进行有效的预紧保护。
显然，产生预紧应力q′的缠绕主平面方向S-S与产生q1和q2的缠绕主平面方向T-T是相互垂直的，形成正交缠绕体系。
采用本实施例结构设计完成的一台方形油缸液压机，其总吨位为6500吨，油压140Mpa，有效工作腔800*400mm2，活塞行程100mm，成形高度300mm，几何总尺寸为2530*1900*920mm3。
权利要求1.一种与机架合一的方形油缸，其特征在于，由机架缠绕层将准半圆梁、上梁缸、立柱、下半圆梁紧密结合成一个完整的机架，该准半圆梁又构成方形油缸底、该上梁缸构成方形油缸壁，以此组成一个完整的方形油缸。
2.如权利要求1所述的与机架合一的方形油缸，其特征在于，所说的上梁缸的两侧形成楔形侧翼结构，所说的准半圆梁的下表面两侧为斜面，该斜面与上梁缸相对应的侧翼相配合，该上梁缸侧翼的外圆弧面和准半圆梁的外圆弧面配合形成光滑的缠绕面。
3.如权利要求1所述的与机架合一的方形油缸，其特征在于，所说的方形油缸外加有油缸缠绕层，所说的机架缠绕层与油缸缠绕层相互垂直。
专利摘要本实用新型属于机械设计技术领域,由机架缠绕层将准半圆梁、上梁缸、立柱、下半圆梁紧密结合成一个完整的机架,该准半圆梁又构成方形油缸底、该上梁缸构成方形油缸壁,以此组成一个完整的方形油缸。本实用新型将现有液压机卧式、立式两种结构的优点结合成一个统一的承载机架——方形油缸系统。该系统可用于大/小行程、深/浅拉延、压制成型等多用途压机,尤其可以设计成150000吨(十五万吨)的压机。
文档编号F16J10/02GK2460765SQ0026322
公开日2001年11月21日 申请日期2000年12月8日 优先权日2000年12月8日
发明者颜永年, 卢清萍, 费小琛, 张人佶, 宋玉华, 单忠德, 吴磊 申请人:清华大学