專利名稱：一種封閉式三桿承載機(jī)架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于重型裝備、重型機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域中所使用的承載設(shè)備，特別涉及一種封閉式承載機(jī)架。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所指封閉框架結(jié)構(gòu)即閉式承載機(jī)架，它是用于軋鋼機(jī)承載機(jī)架、機(jī)械壓力機(jī)機(jī)架、摩擦壓力機(jī)機(jī)架、液壓機(jī)機(jī)架、對(duì)擊錘機(jī)架和電動(dòng)螺旋錘機(jī)架等等的承載機(jī)架。19世紀(jì)工業(yè)革命以來，所有閉式承載機(jī)架均可簡(jiǎn)化為由四桿件組成之結(jié)構(gòu)，如圖1所示。垂直桿件稱為柱，水平桿件稱為梁，共有兩梁和兩柱。梁柱上承受的載荷可近似簡(jiǎn)化為垂直桿件軸線的載荷P和力矩M，四桿件上的P和M有些可以為零。此種閉式承載機(jī)架，結(jié)構(gòu)上之特點(diǎn)為兩柱的軸線(形心連線)均為直線且平行，兩梁(上、下梁)之跨度相等，且互相平行，此外，承載機(jī)架均有垂直對(duì)稱軸V-V′，有時(shí)還有水平對(duì)稱軸H-H′(如圖2所示)。
此種四桿件組成的機(jī)架可稱為四桿系閉式機(jī)架(簡(jiǎn)稱四桿機(jī)架)。工程上還可以將數(shù)個(gè)四桿機(jī)架迭加起來，形成寬臺(tái)面的機(jī)架，如圖3所示。迭加后上、下梁分別合并形成寬臺(tái)面的上、下梁，如兩個(gè)四桿機(jī)架迭加，就形成最典型的四柱閉式機(jī)架，如圖4所示。近200多年來，各行業(yè)所用的各種承載閉式機(jī)架都是四桿機(jī)架和它們的組合迭加結(jié)構(gòu)。
四桿機(jī)架最大的缺點(diǎn)是不能有效利用空間，材料利用率低下。如圖5所示的漲管壓機(jī)，由于所需壓力不大，該類壓機(jī)僅有一個(gè)工作缸支承在上梁上；下梁上部空間為模具安裝空間，由于漲型模具體積很大，故下梁尺寸較大，由于四立柱軸線平行，上、下梁跨度相等，故上梁也被迫設(shè)計(jì)得十分巨大，如圖5所示。上梁的功能是承受來自液壓缸的載荷，并將它們(力和力矩)傳至立柱。上梁應(yīng)該設(shè)計(jì)成跨度很小的梁(如圖5虛線所示)，但受到四柱閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)的約束，只得將它的跨度拉開，與下梁一樣大，形成很大的浪費(fèi)(A、B為閑置空間)。又如自由鍛液壓機(jī)，鍛造部分要求巨大的空間，而當(dāng)采用較高的介質(zhì)(油、水等)工作壓力時(shí)，完全可以設(shè)計(jì)成一個(gè)缸，并不要求很大的空間。如單缸6000噸自由鍛水壓機(jī)，介質(zhì)工作壓力為390kgf/cm2時(shí)，其主缸外徑可設(shè)計(jì)為Φ1.7m，而鍛造空間尺寸需要4.6m，后者是前者的3倍，如圖6所示。按主缸設(shè)計(jì)上梁，其跨度1.75m即可，但如按鍛造空間要求設(shè)計(jì)上梁，其跨度至少應(yīng)為4.6m?？缍戎禌Q定了梁的高度、重量和加工、運(yùn)輸以及安裝成本，因而十分不合理，造成巨大的浪費(fèi)。
各種承載機(jī)架產(chǎn)生壓力的部件所需空間小于安裝模具和材料成形所需空間，這使得四桿系機(jī)架不適于許多工況，特別是寬臺(tái)面小噸位壓機(jī)的承載機(jī)架。四柱機(jī)架立柱軸線平行，上、下梁跨度相等的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在許多寬臺(tái)面機(jī)架中的不合理性，隨著工作缸介質(zhì)壓力的提高(主缸數(shù)量減少，主缸外徑減小)越來越明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有四桿系閉式機(jī)架存在的不足和缺陷，提供一種可提高承載機(jī)架的空間利用率，減小機(jī)器體積，減輕機(jī)器重量，降低加工成本的封閉式三桿承載機(jī)架。
本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種封閉式三桿承載機(jī)架，其特征在于該承載機(jī)架采用三桿件閉式結(jié)構(gòu)，該三桿件閉式結(jié)構(gòu)由一下梁和兩根軸線不平行的柱組成，三桿之間的連接采用預(yù)應(yīng)力桿系連接和非預(yù)應(yīng)力桿系連接。
本發(fā)明所述的預(yù)應(yīng)力桿系連接包括鉸接、剛性連接和坎合連接；非預(yù)應(yīng)力桿系連接包括鉸鏈和剛性連接。
本發(fā)明中封閉式三桿承載機(jī)架的下梁可采用水平梁或弧線梁，兩根軸線不平行的柱可采用兩直柱、兩局部軸線平行柱或兩弧線柱。
本發(fā)明中所述的預(yù)應(yīng)力連接，是在桿件間加過渡坎合件，并用預(yù)緊件進(jìn)行預(yù)緊，所述的預(yù)緊件采用鋼絲纏繞或能產(chǎn)生預(yù)緊載荷的機(jī)械裝置；鋼絲纏繞是在三桿閉式結(jié)構(gòu)的機(jī)架外輪廓上，用帶張力的鋼絲纏繞形成鋼絲層。
本發(fā)明與四桿系閉式機(jī)架相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果①本發(fā)明打破了傳統(tǒng)的四桿系閉式機(jī)架的結(jié)構(gòu)模式，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和唯一性。②機(jī)架狹小的上部空間可布置壓力產(chǎn)生部件，如工作缸；寬闊的下部適于布置材料加工部件，如模具等，因此有效提高了機(jī)架空間利用率，減小了機(jī)器體積，減輕了機(jī)器重量，降低了加工成本。


圖1為四桿件組成的閉式承載機(jī)架示意圖。
圖2為兩梁兩柱閉式承載機(jī)架示意圖。
圖3為多個(gè)四桿機(jī)架迭加示意圖。
圖4為典型的四柱閉式機(jī)架示意圖。
圖5為現(xiàn)有技術(shù)中漲管壓機(jī)示意圖。
圖6為現(xiàn)有技術(shù)中單缸6000噸自由鍛水壓機(jī)示意圖。
圖7為由四桿閉式機(jī)架過渡到三桿系閉式機(jī)架示意圖。
圖8為本發(fā)明提供的采用增設(shè)過渡坎合件的三桿閉式承載機(jī)架示意圖。
圖9為鋼絲纏繞三桿承載機(jī)架示意圖。
圖10為局部軸線平行結(jié)構(gòu)的三桿承載機(jī)架示意圖。
圖11為弧線柱結(jié)構(gòu)的三桿承載機(jī)架示意圖。
圖12為弧線梁結(jié)構(gòu)的三桿承載機(jī)架示意圖。
圖13為鉸鏈連接的三桿承載機(jī)架示意圖。
圖14為本發(fā)明提供的6000噸自由鍛液壓機(jī)的三桿承載機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15a為傳統(tǒng)的1250噸自由鍛液壓機(jī)四柱機(jī)架。
圖15b為本發(fā)明提供的1250噸自由鍛液壓機(jī)三桿承載機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步的說明。
該承載機(jī)架采用三桿件閉式結(jié)構(gòu)，該三桿件閉式結(jié)構(gòu)由一下梁和兩根軸線不平行的柱組成，三桿之間的連接采用預(yù)應(yīng)力桿系連接和非預(yù)應(yīng)力桿系連接。如圖7所示，減少一水平桿(上梁)，而形成三桿系系統(tǒng)；兩垂直桿演變成兩斜桿，其軸線不平行，其交點(diǎn)為機(jī)架最高點(diǎn)；唯一的水平桿為下梁，它與兩斜桿相交；與四桿系相比，當(dāng)桿之長(zhǎng)度確定后，三桿系只能形成唯一的結(jié)構(gòu)，而四桿系所形成的是不確定結(jié)構(gòu)，因而前者剛性好于后者。封閉式三桿承載機(jī)架簡(jiǎn)稱三桿機(jī)架，其上部空間較小，適于壓力產(chǎn)生部件安置；而下部空間較大，正適于材料成形部件的設(shè)置。它從根本上解決了壓力產(chǎn)生部件與材料成形部件所需空間差別引起的巨大矛盾。
為了保證三桿間的可靠連接，本發(fā)明桿件間的連接采用預(yù)應(yīng)力桿系連接和非預(yù)應(yīng)力桿系連接兩種連接大類。非預(yù)應(yīng)力連接又可分為鉸鏈(如圖13所示，四桿機(jī)架是不允許桿間鉸鏈連接的，因?yàn)榇藭r(shí)四桿機(jī)架將會(huì)隨意改變形狀，無剛度可言)和剛性連接(焊接、銷鍵、螺栓機(jī)械連接)，而預(yù)應(yīng)力連接中也可分為鉸接、剛性連接(焊接、銷鍵、螺栓等)和坎合連接?？埠线B接是一種預(yù)應(yīng)力連接，即通過施加預(yù)應(yīng)力和對(duì)坎合表面進(jìn)行旨在提高摩擦系數(shù)的特殊處理，使連接面上具有足夠大的正壓力和摩擦力以實(shí)現(xiàn)可靠的連接。為提高可制造性，在三桿件互相連接處增設(shè)過渡坎合件1，見圖8。為了給坎合連接界面提供足夠的預(yù)緊力，需用預(yù)緊件對(duì)三桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊件可采用鋼絲纏繞或能產(chǎn)生預(yù)緊載荷的機(jī)械裝置，如用過盈壓配、螺栓預(yù)緊以及鋼絲纏繞工藝等。鋼絲纏繞法簡(jiǎn)易可行用帶一定張力的鋼絲纏繞三桿承載機(jī)架外輪廓，形成纏繞層2——預(yù)緊層而產(chǎn)生預(yù)緊力，見圖9。三桿承載機(jī)架有許多派生型，以適應(yīng)不同的工況。圖10為局部軸線平行結(jié)構(gòu)的閉式三桿承載機(jī)架示意圖，圖11為弧線柱結(jié)構(gòu)閉式三桿承載機(jī)架示意圖，圖12為弧線梁結(jié)構(gòu)閉式三桿承載機(jī)架示意圖。三桿系結(jié)構(gòu)還可以采用上述結(jié)構(gòu)的綜合結(jié)構(gòu)。
承載機(jī)架的空間尺度比λ可作為采用四桿機(jī)架或三桿機(jī)架的判別值。λ用下式計(jì)算λ=LMLC]]>Lc為壓力產(chǎn)生部件空間尺度，如工作缸外徑；LM為材料成形部件空間尺度，如模具所需最大尺寸；當(dāng)λ≤2→采用四桿系機(jī)架；
λ＞2→采用三桿系機(jī)架。
下面舉出幾個(gè)實(shí)施例以進(jìn)一步理解本發(fā)明實(shí)施例16000噸自由鍛壓機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)如前述單缸6000噸自由鍛液壓機(jī)機(jī)架LM＝4.6m，LC＝1.7m，λ=4.61.7=2.7,]]>因而設(shè)計(jì)成三桿機(jī)架更為合適。
圖14中，a、c和e組成局部軸線平行的三桿機(jī)架。b、d和f為為連接桿系而增加的坎合過渡塊，K1、K2、K3、K4、K5和K6為坎合面，2為預(yù)緊鋼絲層。該機(jī)架可以承受6000噸的工作載荷，重量?jī)H400噸，而傳統(tǒng)的6000噸自由鍛壓機(jī)機(jī)架至少為800噸重。
實(shí)施例21250噸壓機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)1250噸自由鍛造壓機(jī)四柱機(jī)架設(shè)計(jì)采用330kg/cm2工作油壓，單個(gè)主缸工作外徑為Φ820mm，即Lc＝820mm，而鍛造空間尺度為1940mm，LM＝1940mmλ=LMLC=1940820=2.36]]>因此，1250噸自由鍛液壓機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)成三桿機(jī)架更為合理，它比四桿機(jī)架輕40噸。圖15a為傳統(tǒng)的四柱機(jī)架，圖15b為三桿機(jī)架，它們的繪制比例相同，前者有Φ300的4根立柱；后者僅設(shè)計(jì)兩空心柱，上梁大大減小，活動(dòng)橫梁與下梁均小于前者。可見三桿機(jī)架尺寸小、重量輕，對(duì)1250噸這樣小噸位壓機(jī)機(jī)架，可減重量數(shù)十噸。
權(quán)利要求
1.一種封閉式三桿承載機(jī)架，其特征在于該承載機(jī)架采用三桿件閉式結(jié)構(gòu)，該三桿件閉式結(jié)構(gòu)由一下梁和兩根軸線不平行的柱組成，三桿之間的連接采用預(yù)應(yīng)力桿系連接和非預(yù)應(yīng)力桿系連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的封閉式三桿承載機(jī)架，其特征在于所述的預(yù)應(yīng)力桿系連接采用鉸接、剛性連接和坎合連接；所述的非預(yù)應(yīng)力桿系連接采用鉸鏈和剛性連接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的封閉式三桿承載機(jī)架，其特征在于所述的下梁為水平梁或弧線梁，所述的兩根軸線不平行的柱采用兩直柱、兩局部軸線平行柱或兩弧線柱。
4.按照權(quán)利要求2所述的封閉式三桿承載機(jī)架，其特征在于所述的坎合連接是在桿件間加過渡坎合件，并用預(yù)緊件進(jìn)行預(yù)緊，所述的預(yù)緊件采用鋼絲纏繞或能產(chǎn)生預(yù)緊載荷的機(jī)械裝置。
5.按照權(quán)利要求4所述的封閉式三桿承載機(jī)架，其特征在于所述的鋼絲纏繞是在三桿閉式結(jié)構(gòu)的機(jī)架外輪廓上，用帶張力的鋼絲纏繞形成鋼絲層。
全文摘要
一種封閉式三桿承載機(jī)架，該承載機(jī)架由一下梁和兩根軸線不平行的柱組成，三桿之間的連接采用預(yù)應(yīng)力桿系連接和非預(yù)應(yīng)力桿系連接。三桿承載機(jī)架有許多派生型如軸線局部平行型、弧線柱型、弧線梁型以及它們的復(fù)合型。該三桿承載機(jī)架上部空間小而下部空間大，對(duì)于壓力產(chǎn)生部件所需空間遠(yuǎn)小于材料成型空間的情況，三桿機(jī)架空間利用率高，因而體積小、重量輕、成本低，特別適用于自由鍛壓機(jī)機(jī)架、漲型壓機(jī)機(jī)架、薄板拉延成型壓機(jī)機(jī)架等十分廣泛的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B30B15/04GK1736625SQ20051009858
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者顏永年, 林峰, 吳任東, 彭俊斌, 盧清萍, 張人佶, 袁達(dá), 熊卓, 王小紅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)