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某型平（píng）麵磨床液壓係統的改造

2016-8-18 來源：三峽（xiá）大學機械（xiè）與動力學院作（zuò）者：吳正佳段方立鄧少華

摘（zhāi）要：針對老舊平麵磨床的備件更換困難以及磨床出現的（de）能耗點過多等問題，采用較為簡單（dān）的方式對液壓（yā）係統進行改造，減少能耗泄漏和提高（gāo）備件的可（kě）替換性；同時使用（yòng）液壓係統仿真軟件ＡＭＥｓｉｍ對改造後（hòu）的係統（tǒng）進行動態仿真，模擬液壓係統在工作狀態下的壓力特性（xìng）曲線及速（sù）度曲線（xiàn），發現液壓係（xì）統運行平穩。

關鍵詞：平麵磨床（chuáng）；液壓係統；改造；動態仿真

由於設備的更新換代（dài），同型號的液壓元件及（jí）相（xiàng）關備件早已無（wú）處采購，這（zhè）就對設備的維護造成了一定的困難，另外原液壓係統也存（cún）在一定的設計缺陷，如（rú）能量的（de）損（sǔn）失等。勢必選用同類（lèi）型或者具有同等功能的液壓元件來對原液壓係統進行同等功能的改造（zào）。但改造過程不是簡單地用新的液壓元件對原有液壓元件進行簡單替換，讓其滿足基本的功（gōng）能原理，還必須考慮整個係（xì）統（tǒng）的動（dòng）態特性。因此有必要對新改造的液壓係統進（jìn）行動態（tài）特（tè）性仿真，使其具有比較穩定的動態特性，能夠更加有（yǒu）效地運轉，從而實現更好地為企業服務。

１、某型平（píng）麵磨床液壓係（xì）統的工作原理

圖１所示為某型平麵磨床液（yè）壓係統的原理圖。該係統（tǒng）由穩壓閥、葉片式雙向變量油泵、定量油泵（bèng）、開停閥、液（yè）壓缸、濾油器、定量泵溢流閥、壓力表開關、先導閥（fá）、調整器、換向閥、潤滑油（yóu）分油（yóu）器、操縱閥和電磁閥等１４個主要元件構成。磨床的液壓傳動采用基於葉片式雙向變量油（yóu）泵的閉式液壓係（xì）統，係統中的穩壓閥由（yóu）濾油器、單向閥（fá）、安全閥３個元件（jiàn）組合；葉片式雙向變量（liàng）油泵、定量油泵、換向閥合並於同（tóng）一機構中。

圖１　原（yuán）液（yè）壓係統圖

１.１　工（gōng）作台右（yòu）行

磨床（chuáng）啟動時（shí），開停閥處於左位，工作台右行，先導閥位於左（zuǒ）位。在運行過程中係統中的液壓油運行情況如下（xià）：液壓油在定量油泵的作用下，經過過濾器（qì）和定量油（yóu）泵到達先（xiān）導（dǎo）閥，進而到達調整器，此（cǐ）時液壓油會有３種流向，如下：（１）流經換向閥右端（duān），推動換向閥閥芯左移，為油液換向做準備；（２）經過（guò）換向閥，達到油缸右腔；（３）油液到達變量泵上端的變量活塞，推動變量泵活塞改變方（fāng）向。同時（shí）換向閥左端油和（hé）變量泵下端活塞出口（kǒu）油（yóu）經過左調整節流閥（fá）和先導（dǎo）閥回到油池。這時變量泵壓油腔的（de）液壓油經開停閥到（dào）達油缸左腔，推動工作台右行；油缸（gāng）右（yòu）腔的液壓油經過開停閥回到變量泵的吸入腔，形成閉式回路。

在機械部分，工作（zuò）台上左端的碰撞塊撞擊手柄立柱上的套環，帶動撥叉機（jī）構（gòu）使先導閥閥芯右移，為工作台的換向運（yùn）動作（zuò）準備。

１.２　工作台左行

工作台左行，由（yóu）於撥叉機構的動作，先導閥在右（yòu）位。同樣。由定量油泵出來的液壓油經過先導閥（fá）到達左調整器也有３種流向，如下：（１）液壓油經過換向閥左端（duān），推動閥芯右移，為（wéi）液壓油的再次換向作（zuò）準備；（２）經換向閥到達油缸左腔（qiāng）；（３）油液到達變量泵下端的（de）變量活塞，推動變量泵活塞（sāi）改變流油方向。同時經過換向閥右端（duān）的液壓油和變量泵上端活塞的液壓油經過右調整節流閥，再經過先導閥（fá）回到油池。這時主路的變量泵右（yòu）腔的液壓油經過開停閥回到油缸右腔，推動工作台左（zuǒ）行；同時油（yóu）缸左腔液壓（yā）油經過開停閥到達變量泵吸入腔，形成閉式（shì）回路。

１.３　工作台（tái）停車

開停閥處（chù）於右位，使得（dé）油缸的左右腔、變量泵的左右腔互通，工作（zuò）台停止移動（dòng），此時可以手（shǒu）動搖動工作台（tái）（當工（gōng）作台單向運動到極限（xiàn）位置時（shí），形成此種狀況）。變量泵壓油腔出來的油液壓力超過安全壓力後，經過穩壓閥的溢流閥流進油箱。

２、能耗與不足分析

通過對原液壓（yā）係統的原（yuán）理進行分（fèn）析，得到原液壓係統存在如下不足之處：

（１）為（wéi）確保變量泵和換向閥可靠（kào）地換（huàn）向，定量泵的（de）油壓必須（xū）調至０.３～０.５ＭＰａ，工作過程中，定量泵的油除補充係統外，其餘的經（jīng）溢流（liú）閥流回油池（chí）。

（２）由於定量泵和變量泵同軸聯動，隻要油泵不停止轉動，定量（liàng）泵的（de）負載（zǎi）則為溢流閥的調整壓力。

（３）回油過程中穩壓閥組件中溢流閥的壓力較高，引起能量（liàng）損失。

（４）由於采用閉（bì）式回路的（de）液壓係統，係統散熱性較差，影響係統的（de）傳動性（xìng）能。

３、主要參數及泵的選擇

３.１　主要參（cān）數

為確保改造後液壓係統的性能，盡量保留原來的參數設計。

工作台的運行速度２.５～２０ｍ／ｍｉｎ，變量（liàng）泵的流量６５Ｌ／ｍｉｎ，壓力１.５ＭＰａ，定量泵（bèng）的流量（liàng）１０Ｌ／ｍｉｎ，壓力（lì）０.２～０.５ＭＰａ，電機功（gōng）率（lǜ）２.２ｋＷ，轉速１０００ｒ／ｍｉｎ。

３.２　泵的選擇

對比原閉式液壓係統，新（xīn）的（de）液壓係統采用開式（shì）液壓係統設計，故流量及壓（yā）力在設計上選用的參（cān）考係（xì）數較大。根（gēn）據液壓設計手冊，齒輪泵的額定壓力為係（xì）統安全（quán）閥開啟壓力的.１～１.５倍。參照原液壓係統的主（zhǔ）要設計參數，根據公式得到（dào）新的電（diàn）機功率（lǜ）：

Ｑ＝Ｃ·ｐ·ｑ

式中：Ｑ為電機功率；ｐ為泵的輸出壓力；ｑ為泵（bèng）的輸出流量；Ｃ為選擇可靠係數（Ｃ＝１.１～１.５）。

根據新計算結果，選擇外齧合齒輪泵ＣＢ.Ｂ，其額定壓力２.５ＭＰａ，排（pái）量７５Ｌ／ｍｉｎ，額定轉速１４５０ｒ／ｍｉｎ。根據原液壓係（xì）統的設計，新液壓係統的主要參數參照（zhào）原係統。

４、液壓係統的改造

通過對原液壓係統的分析，為盡最大可能避免原（yuán）液壓（yā）係統出現的能量損失和最小改變（biàn）原係統的液壓元件，新的液壓係（xì）統保留了先導閥，同時對原電磁閥和液動換向閥做了改造，新添了製動（dòng）閥和調速閥，工作台的換向衝擊（jī）及行程精度采用單向節流閥控製。新設計的（de）開式液壓（yā）係統的原理（lǐ）圖如圖２所示。

圖２　改造（zào）後的液壓係統圖

說明（míng）：新的液壓（yā）係統采（cǎi）用的（de）開停閥可以采用（yòng）電（diàn）磁閥手動控製，製動閥也可以使用標準的二位四通電（diàn）磁閥改造而成。

５、新液壓係統動態仿（fǎng）真分析

根據（jù）新設計的液壓係統（tǒng）的（de）工作（zuò）原理，忽略次要的影響因素，最大可能地建立（lì）與實際（jì）係統等效的（de）動態仿真模（mó）型，模型圖（tú）如圖３所示。

圖３　液壓仿真係統簡（jiǎn）圖

針對新的液壓係（xì）統的動態仿真（zhēn），本著簡化原模型（xíng）、最大限度地獲取係統的仿真動態特性的目的，在仿真模型的（de）基礎下，省去了開停（tíng）閥，同時將液壓係統的傳動型號改變為電信號，如先導閥和製動閥的位置轉（zhuǎn）換信號改為模擬（nǐ）電信號；同時忽略了管路剛性和柔性的影（yǐng）響等。液壓係統的主要仿真參數見表１。

表１　液壓係統仿真的主要參數表

通過對仿真係統的參數進（jìn）行如上設置，得到油缸活塞從啟動到平（píng）穩運行過程中的壓力特性曲線圖４和速（sù）度（dù）曲線圖５。仿真過程中的工作（zuò）平台以最小運行速度來進行仿真，見圖５。

圖４　液壓缸有杆腔（qiāng）壓力曲線　圖５　活塞的運動速度圖

對改造後的係（xì）統用ＡＭＥＳｉｍ做仿真分析，液壓係統動態仿真的效果顯示：液（yè）壓係統的運行過程中，受力基本平穩。

６、結束語

該係統采用節流（liú）調速，缺點是（shì）速度（dù）越低，能耗越大，但考慮到（dào）液壓係統的（de）實際工作情況：磨床一般處於中、高（gāo）速運行，功率小，因此能耗不是很大；同時新改造的係統（tǒng）中使用的元件都較為簡單，或者間接改造，較為容易；新改造的液壓係統使用液動（dòng）換向閥換向，能夠減少衝擊。綜上所述（shù）：采用調速閥、液動換向閥工作能夠滿足係統實際情況（kuàng）的需求。

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