蘇士勝

（保定維爾工程設(shè)計(jì)有限公司，河北保定 071058）

靜壓造型機(jī)的模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

蘇士勝

（保定維爾工程設(shè)計(jì)有限公司，河北保定 071058）

介紹了靜壓造型機(jī)模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理，重點(diǎn)介紹了模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)存在的問題以及解決的措施。認(rèn)為多連桿機(jī)構(gòu)的模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式是一種慢快慢的類正弦曲線運(yùn)動(dòng)，在速度上更容易控制，也更省力，因此液壓控制上也變得更加簡(jiǎn)潔可靠。

模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；液壓原理；連桿機(jī)構(gòu)

1　設(shè)備簡(jiǎn)介

靜壓自動(dòng)造型線是鑄造行業(yè)中的用于生產(chǎn)鑄件的完整的自動(dòng)生產(chǎn)線，全線主要包括造型段、下芯合箱澆注段、冷卻段和返回捅箱段。其主要工作流程：造好型的砂箱經(jīng)過下芯后合箱，合箱后的砂箱被運(yùn)送到澆注段進(jìn)行澆注，澆注好的砂箱再轉(zhuǎn)運(yùn)到冷卻段進(jìn)行冷卻，冷卻好的砂箱再被轉(zhuǎn)運(yùn)到捅箱段進(jìn)行落砂，進(jìn)而達(dá)到鑄件與砂子分離。

該自動(dòng)造型線的造型設(shè)備是靜壓造型機(jī)（圖1），其主要結(jié)構(gòu)包括工作臺(tái)、吹氣預(yù)緊實(shí)機(jī)構(gòu)、多觸頭壓實(shí)機(jī)構(gòu)、加砂機(jī)構(gòu)以及模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

圖1　靜壓造型機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

靜壓造型機(jī)工作原理是通過氣流預(yù)緊實(shí)作用對(duì)型砂進(jìn)行初步緊實(shí)，然后通過液壓多觸頭對(duì)型砂進(jìn)行最終壓實(shí)。模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要用于支撐上型模底框及模板和下型模底框及模板，主要組成包括連桿機(jī)構(gòu)、中柱和回轉(zhuǎn)大臂以及緩沖裝置和定位裝置。其運(yùn)動(dòng)過程：在連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，回轉(zhuǎn)大臂以中柱為圓心來回旋轉(zhuǎn)180°，依次將上型模底框、下型模底框轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出造型機(jī)工作臺(tái)。緩沖裝置和定位裝置用于回轉(zhuǎn)大臂到位時(shí)的緩沖和定位，以保證回轉(zhuǎn)大臂在正確的工作位置。

2　問題分析

圖2是模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)早期的液壓原理圖。首先，圖2中的連桿機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)，其簡(jiǎn)圖如圖3所示。當(dāng)桿a由位置1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到位置3的過程中，油缸的壓力始終是一定的，即F1=F2，但此壓力在速度方向上的分力卻是逐漸減小到0的過程。由公式F=mrω可知，當(dāng)桿a從位置1運(yùn)動(dòng)到位置3的過程是速度逐漸減小的過程。同理，當(dāng)桿由位置3運(yùn)動(dòng)到位置5是速度逐漸增加的過程。

由此可知該搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)為類余弦曲線形式，即回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是一種快慢快的方式，運(yùn)動(dòng)過程可概述如下：

（1）以圖2原理圖中的連桿機(jī)構(gòu)所在位置為0°，油缸有桿腔進(jìn)油，回轉(zhuǎn)大臂開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)90°到時(shí)，油缸活塞桿完全縮回，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程為減速過程，到達(dá)90°時(shí)速度最??；

（2）當(dāng)旋轉(zhuǎn)到90°時(shí)，電磁閥換向、油缸無桿腔進(jìn)油，回轉(zhuǎn)大臂開始加速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)正好旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，油缸活塞桿完全伸出，回轉(zhuǎn)大臂到位，此時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的速度最大，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程為加速過程，到達(dá)180°時(shí)速度最大。

圖2　模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)早期的液壓原理圖

圖3　擺動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由運(yùn)動(dòng)過程分析可知此結(jié)構(gòu)存在以下問題：在0°和180°位置是模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作位置，但此時(shí)卻是運(yùn)動(dòng)的速度最大位置，想讓其立刻停下來必須靠大的緩沖力才可以實(shí)現(xiàn)。其次，在旋轉(zhuǎn)到90°位置時(shí)，電磁閥換向、油缸無桿腔進(jìn)油，這個(gè)瞬間會(huì)需要大量油量，由于管徑的限制卻來不及補(bǔ)充此油量，因此極易產(chǎn)生油缸后腔造成短暫真空，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)過程中有卡頓現(xiàn)象產(chǎn)生。

3　解決措施

針對(duì)以上問題，我們先是在液壓原理圖上進(jìn)行了一系列改進(jìn)，首先將油缸無桿腔的進(jìn)油管路上的單向節(jié)流閥更換為單向減壓閥以減小其進(jìn)油壓力，該措施有效地減小了使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)停下來的緩沖力。其次，為防止油缸后腔的補(bǔ)油不足問題，我們?cè)谟透谉o桿腔的進(jìn)油管路上并聯(lián)了一個(gè)接到回油管（T管）的高位油箱（該油路通過單向閥使其只能夠向油缸補(bǔ)油），該方法很好地解決了旋轉(zhuǎn)過程中的卡頓問題。

通過液壓原理上改進(jìn)，我們發(fā)現(xiàn)模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，但是這并不能根本地解決回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，即快慢快的類余弦曲線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槲覀兿胍倪\(yùn)動(dòng)是一種類正弦曲線運(yùn)動(dòng)，即在連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)作用下是一種慢快慢的運(yùn)動(dòng)，顯然通過液壓上的改進(jìn)并不容易實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)動(dòng)要求，因此我們通過機(jī)械結(jié)構(gòu)上考慮如何解決此問題。

圖4 四連桿為基礎(chǔ)的多連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4所示為四連桿為基礎(chǔ)的多連桿機(jī)構(gòu)，桿a為主動(dòng)件，若桿a產(chǎn)生的力為F，則F在桿b1上產(chǎn)生的分力為F1，在桿c上產(chǎn)生的分力為F2，F(xiàn)2在b2方向的分力為F3，則桿b2段沿桿方向的力F1-F3，那么使桿c產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的切向力為F4。顯然，在F一定的情況下，桿c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的過程中，F(xiàn)4是逐漸增大的過程，即桿c速度是逐漸增加的過程。然后，從90°旋轉(zhuǎn)到180°的過程，F(xiàn)4是逐漸減小的過程，即桿c速度是逐漸變小的過程。這正是我們想要的模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)慢快慢的運(yùn)動(dòng)特性。

根據(jù)以上多桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，我們對(duì)模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)做了機(jī)械結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，將圖4中的桿a及滑塊用油缸代替，改進(jìn)后的液壓原理圖如圖5所示。動(dòng)作過程如下：

（1）以圖5原理圖中的連桿機(jī)構(gòu)所在的位置為0°，油缸無桿腔進(jìn)油，回轉(zhuǎn)大臂開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，油缸活塞桿完全伸出，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程為加速過程，到達(dá)90°時(shí)速度最大；

（2）當(dāng)旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，電磁閥換向、油缸有桿腔進(jìn)油，回轉(zhuǎn)大臂開始減速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)正好旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，油缸活塞桿完全縮回，回轉(zhuǎn)大臂到位，此時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的速度最小，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程為減速過程，到達(dá)180°時(shí)速度最小。

圖5　模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)改進(jìn)后的液壓原理圖

通過以上分析可知，多連桿機(jī)構(gòu)的模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)比原來的擺動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式是一種慢快慢的類正弦曲線運(yùn)動(dòng)，速度上更容易控制；

（2）更省力，多連桿機(jī)構(gòu)的起動(dòng)過程是無桿腔進(jìn)油，而擺動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)的起動(dòng)過程是有桿腔進(jìn)油，因此多連桿機(jī)構(gòu)的油缸的缸徑選的可以更小，就不必再使用無桿腔的單向減壓閥，因此液壓原理圖上也變得更加簡(jiǎn)潔可靠；

（3）更省距離，多連桿機(jī)構(gòu)的油缸行程比擺動(dòng)搖桿形式的要小。

4　結(jié)語

改進(jìn)后的模移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)上變得相對(duì)復(fù)雜，但由于油缸的缸徑和行程都變小，節(jié)省了成本。此外，其慢快慢的類正弦運(yùn)動(dòng)形式更加符合使用要求，液壓原理圖上也變得更加簡(jiǎn)潔可靠。

［1］ 張利平.液壓傳動(dòng)與控制［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005：128-129.

［2］ 張應(yīng)龍.液壓識(shí)圖［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：37-39.

［3］ 孫桓，陳作模.機(jī)械原理［M］.北京：高等教育出版社，2008：200-201.

［4］ 陸錫年.常見機(jī)構(gòu)的原理及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1977：351-355.

［5］ 強(qiáng)學(xué)峰.HWS靜壓造型線及應(yīng)用［J］.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2000（3）：37.

［6］ 王同君.HWS靜壓線的應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備研究，1997（3）：2.

［7］ 武明懷，李專政.國(guó)內(nèi)外靜壓造型工藝與設(shè)備簡(jiǎn)介［J］.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)， 2012（4）.

The Pattern Transfer Swinging Mechanism of a Static Pressure Molding Machine

SU ShiSheng
（Baoding Well Engineering Design Co.Ltd.， Baoding 071058， Hebei， China）

The structure and working principle of pattern transfer swinging mechanism of the static pressure moulding machine have been introduced with emphasis on the existent problems and solving measures， of which it has been thought that the motion form would be certain slow-rapid-slow type similar to sinusoid of the pattern transfer swinging with a multiple connecting rod mechanism with easier controlled speed and less force hence simpler and more reliable control with hydraulic pressure.

Pattern transfer swinging mechanism； Hydraulic principle； Connecting rod mechanism

TG231.6;

A；

1006－9658（2015）01－0040-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.01.012

2014-07-07

稿件編號(hào)：1407-621

蘇士勝（1982—），男，助理工程師，主要從事鑄造設(shè)備研究與設(shè)計(jì).