徐楚峰

（南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001）

0 前言

中國(guó)南車株洲電力機(jī)車有限公司現(xiàn)有三臺(tái)數(shù)控彎管機(jī)，分別為SOCO和和彎管機(jī)、ADDSION艾迪生彎管機(jī)、金馬遜彎管機(jī)。數(shù)控彎管機(jī)主要為機(jī)車及城軌車輛進(jìn)行管道的彎制，所制作的管道是機(jī)車及城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。因此管道質(zhì)量的好壞直接影響機(jī)車及城軌車輛的制動(dòng)性能，進(jìn)而關(guān)系到機(jī)車及城軌車輛的行車安全?，F(xiàn)在管子間176-025和和數(shù)控彎管機(jī)工作時(shí)，管件表面出現(xiàn)明顯劃痕，達(dá)不到工藝圖紙的技術(shù)要求。本文即將陳述出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)而詳細(xì)分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因并最終找到解決問(wèn)題的實(shí)施方案。

1 數(shù)控彎管機(jī)

1.1 彎管機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，彎管機(jī)的床身由板材型材組焊而成，床身底部為油箱及動(dòng)力機(jī)構(gòu)，床身頭部為彎管機(jī)構(gòu)，中間為送料小車，尾部為芯棒機(jī)構(gòu)。其中彎管頭實(shí)現(xiàn)“平面彎曲”功能，即把管件彎成所需要的平面角度，它主要由主夾、副夾、輔推及繞C軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。送料小車實(shí)現(xiàn)Y軸的“直線進(jìn)給”功能，料夾夾緊管件，并可繞自身軸線B軸旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)“空間彎曲”功能，把管件彎成所需要的空間角度。尾部芯棒機(jī)構(gòu)的螺母可前后調(diào)整芯棒以達(dá)到所需要的位置。

圖1 數(shù)控彎管機(jī)

1.2 彎管原理

如圖2所示，彎管機(jī)彎管成形過(guò)程是靠機(jī)頭繞彎加工來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即主夾模將管件的一端壓緊在輪模上，輔推模緊貼管件與輪模外切線側(cè)，芯棒支撐在管件內(nèi)部。當(dāng)輪模繞回轉(zhuǎn)軸C軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，管件就繞輪模的固定彎曲半徑成形。其中輪模提供管件的彎曲半徑；輔推模緊貼管件，對(duì)管件實(shí)施輔助夾緊及彎管時(shí)的輔助推進(jìn)作用；芯棒支撐彎曲變形區(qū)，防止管道截面畸變及起皺。

圖2 彎管原理

彎管的動(dòng)作流程如圖3所示，當(dāng)管件需要完成多個(gè)彎且各彎之間有空間角度時(shí)，彎管機(jī)就旋轉(zhuǎn)B軸帶動(dòng)管件轉(zhuǎn)過(guò)一定的空間角度后再重復(fù)以上步驟，直到完成整個(gè)管件的彎制為止。

圖3 彎管流程

2 輔推速度控制

2.1 質(zhì)量缺陷與分析

工藝文件中管件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求為：管件表面機(jī)械損傷的傷痕深度不得大于0.3mm，內(nèi)側(cè)管壁不應(yīng)有波紋，外側(cè)不應(yīng)為平面或不規(guī)則形狀。和和數(shù)控彎管機(jī)彎制的管件中，管件表面出現(xiàn)明顯劃痕，測(cè)量顯示傷痕深度已超出工藝要求的0.3mm，嚴(yán)重影響了管件的表面質(zhì)量。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)彎管過(guò)程中輔推與管件存在相對(duì)滑動(dòng)，即輔推速度與輪模外切線速度不一致。正常彎管過(guò)程中，輔推速度應(yīng)該與管件及輪模的外切線速度相匹配，這樣輔推模才不會(huì)與管件產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，輔推才能起到助推作用，達(dá)到減小外側(cè)壁厚變薄的目的。當(dāng)輔推速度小于或大于輪模外切線速度時(shí)，輔推模與管件就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而劃傷管件表面。同時(shí)輔推模對(duì)管件的摩擦力方向與彎管成形方向相反，這樣就增大了管件外側(cè)的拉力，使得管件外側(cè)壁壁厚變薄甚至拉裂。

2.2 輔推液壓系統(tǒng)

下面就對(duì)輔推的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，弄清輔推的液壓原理，尋找解決方案。如圖4所示，油箱的油經(jīng)過(guò)濾油器被油泵抽上來(lái)，經(jīng)過(guò)三位四通電磁換向閥，到液控單向閥，進(jìn)入液壓缸，液壓缸驅(qū)動(dòng)負(fù)載動(dòng)作。進(jìn)油路油泵上面接一個(gè)溢流閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定壓及過(guò)載保護(hù)作用。還接有一個(gè)壓力表，顯示油泵輸出壓力?；赜吐飞嫌鸵簭囊簤焊壮鰜?lái)，接液控單向閥，經(jīng)三位四通電磁換向閥回到油箱。

圖4 輔推液壓系統(tǒng)

其中，液控單向閥是依靠控制液體壓力使單向閥反向流通的方向控制閥。當(dāng)控制油路未接通壓力油液時(shí)，液控單向閥就像普通單向閥一樣，壓力油只能從進(jìn)油口流向出油口，不能反向流動(dòng)。當(dāng)控制油路有壓力輸入時(shí)，且出口壓力大于進(jìn)口壓力時(shí)，活塞頂桿頂開(kāi)單向閥，油液就能反向流動(dòng)了。圖4所示回路工作時(shí)，下面的三位四通換向閥切換到左邊，單向閥導(dǎo)通，推動(dòng)輔推前進(jìn)夾緊。此時(shí)由于回油路上的液控單向閥出口壓力大于進(jìn)口壓力，所以回油路上的液控單向閥反向?qū)?，油液就能夠順利回到油箱。反過(guò)來(lái)，當(dāng)下面的三位四通換向閥切換到右邊時(shí)，油液就由油泵進(jìn)入右邊的液控單向閥，再進(jìn)入液壓缸的右腔，推動(dòng)輔推后退松開(kāi)。這時(shí)的回油路上的液控單向閥以同樣的原理反向?qū)?，油液回到油箱。?dāng)不工作時(shí)，把三位四通換向閥切換到中位，兩個(gè)液控單向閥都關(guān)閉，從而保持液壓缸位置不隨外力作用而移動(dòng)。

2.3 解決方案

為了能夠讓輔推速度匹配輪模外切線速度，現(xiàn)對(duì)輔推進(jìn)行速度控制。如圖5所示，在回油路上增加兩個(gè)并聯(lián)的單向節(jié)流閥和一個(gè)二位四通電磁換向閥。

圖5 輔推液壓系統(tǒng)速度控制

單向節(jié)流閥是流量控制閥中的一種，分為上閥芯和下閥芯兩部分。當(dāng)液體正向流動(dòng)時(shí)，單向閥截止，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)流閥的調(diào)節(jié)手輪，改變節(jié)流口的開(kāi)口大小，就能改變流經(jīng)閥體的流量，進(jìn)而改變液壓缸的速度，即負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度。節(jié)流口越大，最終負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度越快。當(dāng)液體反向流動(dòng)時(shí)，靠油液的壓力把下閥芯壓下，單向閥打開(kāi)，液體反向流動(dòng)，但不能進(jìn)行節(jié)流調(diào)速了。本回路中當(dāng)液壓缸活塞往右移動(dòng)推動(dòng)輔推夾緊時(shí)，油液從液壓缸的右腔出來(lái)，此時(shí)把二位四通換向閥切換到左邊，左邊單向節(jié)流閥中的單向閥截止，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手輪，使通過(guò)節(jié)流閥體的流量由小變大，從而使輔推模移動(dòng)速度由慢變快。當(dāng)液壓缸活塞往左移動(dòng)推動(dòng)輔推松開(kāi)時(shí)，油液經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥時(shí)單向閥導(dǎo)通，從而油液快速進(jìn)入液壓缸的右腔，這樣單向節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速的同時(shí)也能達(dá)到使輔推慢進(jìn)快退的目的。而并聯(lián)另一個(gè)單向節(jié)流閥，是起保險(xiǎn)作用。假如左邊的單向節(jié)流閥壞了，可以把二位四通換向閥切換到右邊，用右邊的單向節(jié)流閥替換。另外由于液壓系統(tǒng)一般都有流量和壓力損失，把單向節(jié)流閥安裝在回油路上，能夠起到背壓的作用，從而提高液壓缸的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。為了更精確地進(jìn)行速度控制，也可以在回油路上接一個(gè)串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。串聯(lián)減壓式調(diào)速閥是由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成。節(jié)流閥充當(dāng)流量傳感器，節(jié)流閥口不變時(shí)，定差減壓閥作為流量補(bǔ)償閥口，通過(guò)流量負(fù)反饋，自動(dòng)穩(wěn)定節(jié)流閥前后的壓差，保持其流量不變。因節(jié)流閥前后壓差基本不變，調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥口面積時(shí)，就可以更精確地改變流量的大小。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，當(dāng)液壓泵的輸出壓力一定時(shí)，通過(guò)調(diào)整單向節(jié)流閥的調(diào)速手輪，最終找到匹配輪模外切線的速度值。同時(shí)回油路上的背壓效果，更能保證彎管過(guò)程中輔推夾緊力的持續(xù)性與平穩(wěn)性。

此外，如果主夾夾緊力不足，在彎曲成形過(guò)程中管件相對(duì)主夾模就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，也會(huì)造成管件表面劃傷，從而影響管件的表面質(zhì)量。這種情況下通常采用增大夾緊力的方法。當(dāng)管件的摩擦因數(shù)μ不變時(shí)，增大夾緊力也即正壓力N，管件所受的摩擦力f就會(huì)增大，從而避免管件產(chǎn)生滑動(dòng)。若夾緊力過(guò)大，就有可能造成管件過(guò)壓而產(chǎn)生壓痕。所以在實(shí)際操作過(guò)程中，需要慢慢調(diào)整到恰當(dāng)值。增大夾緊力就是增大油缸的推力，液壓缸的推力與液壓系統(tǒng)設(shè)定的壓力，油缸的缸筒內(nèi)徑及液壓油的粘度有關(guān)。當(dāng)所選用的液壓泵一定時(shí)，可以適當(dāng)增大液壓系統(tǒng)油泵的設(shè)定壓力。在純彎曲狀態(tài)下，中性層外側(cè)的管壁受拉應(yīng)力作用而變薄，內(nèi)側(cè)管壁受壓應(yīng)力作用而變厚，同時(shí)可能出現(xiàn)失穩(wěn)而起皺。為了減小彎管的截面畸變，用芯棒在彎管變形區(qū)支撐。如果芯棒直徑偏小，管子彎曲時(shí)圓弧內(nèi)側(cè)有可能產(chǎn)生波浪皺紋，圓弧外側(cè)也有可能變扁。如果芯棒直徑偏大，管子彎曲時(shí)圓弧外側(cè)有可能出現(xiàn)鼓包甚至破裂。所以芯棒直徑精度的控制對(duì)管子的成形質(zhì)量也很重要。正常使用過(guò)程中，芯棒易磨損，造成芯棒的直徑變小，管子的彎曲圓弧內(nèi)側(cè)就會(huì)出現(xiàn)波浪皺紋。為了防止出現(xiàn)這類質(zhì)量問(wèn)題，芯棒的直徑都會(huì)定期檢驗(yàn)，更換磨損量超出允許范圍的不合格芯棒。此外還要檢查輔推模與管件之間的間隙是否合適，防止輔推?；蜉喣Ｒ?yàn)檫^(guò)度磨損而內(nèi)徑減小，造成管件與輪模或輔推模不能完全接觸，出現(xiàn)打滑現(xiàn)象而劃傷管件表面。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控彎管機(jī)所彎制管道的好壞及合格率直接影響管道的安裝及整車裝配的進(jìn)程以及日后的行車安全，所以必須保證數(shù)控彎管機(jī)彎制的管道達(dá)到工藝圖紙的技術(shù)要求。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，管子間176-025和和數(shù)控彎管機(jī)加工時(shí)管道表面劃傷的現(xiàn)象明顯減少，管道的表面質(zhì)量能夠達(dá)到工藝圖紙的技術(shù)要求。這說(shuō)明輔推的速度控制有效，實(shí)現(xiàn)了輔推的速度匹配彎管時(shí)輪模外切線速度的要求。