CN100386157C - 一种封闭式三杆承载机架 - Google Patents

Abstract

一种封闭式三杆承载机架，该承载机架由一下梁和两根轴线不平行的柱组成，三杆之间的连接采用预应力杆系连接和非预应力杆系连接。三杆承载机架有许多派生型：如轴线局部平行型、弧线柱型、弧线梁型以及它们的复合型。该三杆承载机架上部空间小而下部空间大，对于压力产生部件所需空间远小于材料成型空间的情况，三杆机架空间利用率高，因而体积小、重量轻、成本低，特别适用于自由锻压机机架、涨型压机机架、薄板拉延成型压机机架等十分广泛的领域。

Description

一种封闭式三杆承载机架

技术领域

本发明属于重型装备、重型机械等工业领域中所使用的承载设备，特别涉及一种封闭式承载机架。

背景技术

本发明所指封闭框架结构即闭式承载机架，它是用于轧钢机承载机架、机械压力机机架、摩擦压力机机架、液压机机架、对击锤机架和电动螺旋锤机架等等的承载机架。19世纪工业革命以来，所有闭式承载机架均可简化为由四杆件组成之结构，如图1所示。垂直杆件称为柱，水平杆件称为梁，共有两梁和两柱。梁柱上承受的载荷可近似简化为垂直杆件轴线的载荷P和力矩M，四杆件上的P和M有些可以为零。此种闭式承载机架，结构上之特点为两柱的轴线(形心连线)均为直线且平行，两梁(上、下梁)之跨度相等，且互相平行，此外，承载机架均有垂直对称轴V-V′，有时还有水平对称轴H-H′(如图2所示)。

此种四杆件组成的机架可称为四杆系闭式机架(简称四杆机架)。工程上还可以将数个四杆机架迭加起来，形成宽台面的机架，如图3所示。迭加后上、下梁分别合并形成宽台面的上、下梁，如两个四杆机架迭加，就形成最典型的四柱闭式机架，如图4所示。近200多年来，各行业所用的各种承载闭式机架都是四杆机架和它们的组合迭加结构。

四杆机架最大的缺点是不能有效利用空间，材料利用率低下。如图5所示的涨管压机，由于所需压力不大，该类压机仅有一个工作缸支承在上梁上；下梁上部空间为模具安装空间，由于涨型模具体积很大，故下梁尺寸较大，由于四立柱轴线平行，上、下梁跨度相等，故上梁也被迫设计得十分巨大，如图5所示。上梁的功能是承受来自液压缸的载荷，并将它们(力和力矩)传至立柱。上梁应该设计成跨度很小的梁(如图5虚线所示)，但受到四柱闭式机架结构的约束，只得将它的跨度拉开，与下梁一样大，形成很大的浪费(A、B为闲置空间)。又如自由锻液压机，锻造部分要求巨大的空间，而当采用较高的介质(油、水等)工作压力时，完全可以设计成一个缸，并不要求很大的空间。如单缸6000吨自由锻水压机，介质工作压力为390kgf/cm²时，其主缸外径可设计为Φ1.7m，而锻造空间尺寸需要4.6m，后者是前者的3倍，如图6所示。按主缸设计上梁，其跨度1.75m即可，但如按锻造空间要求设计上梁，其跨度至少应为4.6m。跨度值决定了梁的高度、重量和加工、运输以及安装成本，因而十分不合理，造成巨大的浪费。

各种承载机架产生压力的部件所需空间小于安装模具和材料成形所需空间，这使得四杆系机架不适于许多工况，特别是宽台面小吨位压机的承载机架。四柱机架立柱轴线平行，上、下梁跨度相等的结构特点在许多宽台面机架中的不合理性，随着工作缸介质压力的提高(主缸数量减少，主缸外径减小)越来越明显。

发明内容

本发明的目的是针对现有四杆系闭式机架存在的不足和缺陷，提供一种可提高承载机架的空间利用率，减小机器体积，减轻机器重量，降低加工成本的封闭式三杆承载机架。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种封闭式三杆承载机架，其特征在于：该承载机架采用三杆件闭式结构，该三杆件闭式结构由一下梁和两根轴线不平行的柱组成，三杆之间的连接采用预应力杆系连接和非预应力杆系连接。

本发明所述的预应力杆系连接包括铰接、刚性连接和坎合连接；非预应力杆系连接包括铰链和刚性连接。

本发明中封闭式三杆承载机架的下梁可采用水平梁或弧线梁，两根轴线不平行的柱可采用两直柱、两局部轴线平行柱或两弧线柱。

本发明中所述的预应力连接，是在杆件间加过渡坎合件，并用预紧件进行预紧，所述的预紧件采用钢丝缠绕或能产生预紧载荷的机械装置；钢丝缠绕是在三杆闭式结构的机架外轮廓上，用带张力的钢丝缠绕形成钢丝层。

本发明与四杆系闭式机架相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明打破了传统的四杆系闭式机架的结构模式，不仅结构简单，且具有结构的稳定性和唯一性。②机架狭小的上部空间可布置压力产生部件，如工作缸；宽阔的下部适于布置材料加工部件，如模具等，因此有效提高了机架空间利用率，减小了机器体积，减轻了机器重量，降低了加工成本。

附图说明

图1为四杆件组成的闭式承载机架示意图。

图2为两梁两柱闭式承载机架示意图。

图3为多个四杆机架迭加示意图。

图4为典型的四柱闭式机架示意图。

图5为现有技术中涨管压机示意图。

图6为现有技术中单缸6000吨自由锻水压机示意图。

图7为由四杆闭式机架过渡到三杆系闭式机架示意图。

图8为本发明提供的采用增设过渡坎合件的三杆闭式承载机架示意图。

图9为钢丝缠绕三杆承载机架示意图。

图10为局部轴线平行结构的三杆承载机架示意图。

图11为弧线柱结构的三杆承载机架示意图。

图12为弧线梁结构的三杆承载机架示意图。

图13为铰链连接的三杆承载机架示意图。

图14为本发明提供的6000吨自由锻液压机的三杆承载机架结构示意图。

图15a为传统的1250吨自由锻液压机四柱机架。

图15b为本发明提供的1250吨自由锻液压机三杆承载机架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的说明。

该承载机架采用三杆件闭式结构，该三杆件闭式结构由一下梁和两根轴线不平行的柱组成，三杆之间的连接采用预应力杆系连接和非预应力杆系连接。如图7所示，减少一水平杆(上梁)，而形成三杆系系统；两垂直杆演变成两斜杆，其轴线不平行，其交点为机架最高点；唯一的水平杆为下梁，它与两斜杆相交；与四杆系相比，当杆之长度确定后，三杆系只能形成唯一的结构，而四杆系所形成的是不确定结构，因而前者刚性好于后者。封闭式三杆承载机架简称三杆机架，其上部空间较小，适于压力产生部件安置；而下部空间较大，正适于材料成形部件的设置。它从根本上解决了压力产生部件与材料成形部件所需空间差别引起的巨大矛盾。

为了保证三杆间的可靠连接，本发明杆件间的连接采用预应力杆系连接和非预应力杆系连接两种连接大类。非预应力连接又可分为铰链(如图13所示，四杆机架是不允许杆间铰链连接的，因为此时四杆机架将会随意改变形状，无刚度可言)和刚性连接(焊接、销键、螺栓机械连接)，而预应力连接中也可分为铰接、刚性连接(焊接、销键、螺栓等)和坎合连接。坎合连接是一种预应力连接，即通过施加预应力和对坎合表面进行旨在提高摩擦系数的特殊处理，使连接面上具有足够大的正压力和摩擦力以实现可靠的连接。为提高可制造性，在三杆件互相连接处增设过渡坎合件1，见图8。为了给坎合连接界面提供足够的预紧力，需用预紧件对三杆系结构进行预紧，预紧件可采用钢丝缠绕或能产生预紧载荷的机械装置，如用过盈压配、螺栓预紧以及钢丝缠绕工艺等。钢丝缠绕法简易可行：用带一定张力的钢丝缠绕三杆承载机架外轮廓，形成缠绕层2——预紧层而产生预紧力，见图9。三杆承载机架有许多派生型，以适应不同的工况。图10为局部轴线平行结构的闭式三杆承载机架示意图，图11为弧线柱结构闭式三杆承载机架示意图，图12为弧线梁结构闭式三杆承载机架示意图。三杆系结构还可以采用上述结构的综合结构。

承载机架的空间尺度比λ可作为采用四杆机架或三杆机架的判别值。λ用下式计算：

$\mathrm{\λ}=\frac{L_M}{L_C}$

L_c为压力产生部件空间尺度，如工作缸外径；

L_M为材料成形部件空间尺度，如模具所需最大尺寸；

当：

λ≤2→采用四杆系机架；

λ＞2→采用三杆系机架。

下面举出几个实施例以进一步理解本发明：

实施例1：6000吨自由锻压机机架设计

如前述单缸6000吨自由锻液压机机架L_M＝4.6m，L_C＝1.7m， $\mathrm{\λ}=\frac{4.6}{1.7}=2.7$ ，因而设计成三杆机架更为合适。

图14中，a、c和e组成局部轴线平行的三杆机架。b、d和f为为连接杆系而增加的坎合过渡块，K₁、K₂、K₃、K₄、K₅和K₆为坎合面，2为预紧钢丝层。该机架可以承受6000吨的工作载荷，重量仅400吨，而传统的6000吨自由锻压机机架至少为800吨重。

实施例2：1250吨压机机架设计

1250吨自由锻造压机四柱机架设计采用330kg/cm²工作油压，单个主缸工作外径为Φ820mm，即L_c＝820mm，而锻造空间尺度为1940mm，L_M＝1940mm

$\mathrm{\λ}=\frac{L_M}{L_C}=\frac{1940}{820}=2.36$

因此，1250吨自由锻液压机机架设计成三杆机架更为合理，它比四杆机架轻40吨。图15a为传统的四柱机架，图15b为三杆机架，它们的绘制比例相同，前者有Φ300的4根立柱；后者仅设计两空心柱，上梁大大减小，活动横梁与下梁均小于前者。可见三杆机架尺寸小、重量轻，对1250吨这样小吨位压机机架，可减重量数十吨。

Claims (5)

1.一种封闭式三杆承载机架，其特征在于：该承载机架采用三杆件闭式结构，该三杆件闭式结构由一下梁和两根轴线不平行的柱组成，三杆之间的连接采用预应力杆系连接或非预应力杆系连接。

2.按照权利要求1所述的封闭式三杆承载机架，其特征在于：所述的预应力杆系连接采用铰接、刚性连接或坎合连接；所述的非预应力杆系连接采用铰链或刚性连接。

3.按照权利要求1或2所述的封闭式三杆承载机架，其特征在于：所述的下梁为水平梁或弧线梁，所述的两根轴线不平行的柱采用两直柱、两局部轴线平行柱或两弧线柱。

4.按照权利要求2所述的封闭式三杆承载机架，其特征在于：所述的坎合连接是在杆件间加过渡坎合件，并用预紧件进行预紧，所述的预紧件采用钢丝缠绕或能产生预紧载荷的机械装置。

5.按照权利要求4所述的封闭式三杆承载机架，其特征在于：所述的钢丝缠绕是在三杆闭式结构的机架外轮廓上，用带张力的钢丝缠绕形成钢丝层。

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