王野牧，張健

(1.沈陽工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，遼寧沈陽110870;2.沈陽工業(yè)大學(xué)研究生學(xué)院，遼寧沈陽110870)

1 珩磨機技術(shù)要求

所研制的大型立式珩磨機床主要用于大尺寸工件內(nèi)徑的珩磨加工，其最大珩磨直徑要求達(dá)到1 500 mm。國內(nèi)珩磨機加工工件內(nèi)徑一般不超過1 000 mm，加工孔徑在1 200 mm 以上的大型立式高精度珩磨機，尚無可靠的定型產(chǎn)品［1］。因此，對大型立式珩磨機的研究具有較大的實際意義。

該設(shè)備設(shè)計要求珩磨工件內(nèi)徑1 200～1 500 mm，垂直缸行程2 000 mm，提升力90 kN，垂直運動速度0～300 mm/s 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，換向平穩(wěn)、無沖擊;工作臺水平移動行程2 000 mm，移動速度20～30 mm/s，最大輸出力30 kN;磨頭漲緊缸行程100 mm，保證油石壓緊到工件內(nèi)壁上的力大小可以實時監(jiān)控并連續(xù)調(diào)節(jié)。

另外，對于冷卻系統(tǒng)，要求以柴油作為冷卻介質(zhì);鑒于現(xiàn)運行的小型珩磨機冷卻系統(tǒng)存在的問題，要求盡量延長冷卻泵的使用壽命。

2 液壓控制系統(tǒng)說明

2.1 液壓系統(tǒng)整體設(shè)計思路

結(jié)合珩磨機項目實際技術(shù)要求，垂直液壓缸運動選用差動工作方式，這樣使得油缸上行、下行的速度相同，而且還可以減小泵的排量。為了盡量減小垂直升降液壓系統(tǒng)和油石漲緊液壓系統(tǒng)間的相互干擾，實現(xiàn)精確控制，液壓系統(tǒng)采用兩個獨立泵作為能源裝置:一個單獨用于垂直油缸的運行控制，另一個為變量泵，用于油石漲緊和工作臺移動控制。采用比例調(diào)速閥控制垂直液壓缸的移動速度;采用比例減壓閥實現(xiàn)對油石與工件間壓力的控制。

2.2 垂直油缸運動及速度控制

珩磨線速度是由伺服電機行成的可調(diào)轉(zhuǎn)動線速度與油缸上下運動線速度合成的。因此，只要實現(xiàn)對油缸垂直運動的實時可調(diào)控制就可以實現(xiàn)對切削線速度的閉環(huán)控制。

通過對典型調(diào)速回路的對比分析，最終選用效率較高的比例調(diào)速閥旁路節(jié)流回路實現(xiàn)對油缸的垂直運行控制［2］。采用差動液壓缸、電液比例調(diào)速閥、速度傳感器(光電編碼器)及工控機組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到實時監(jiān)控、實時調(diào)整的目的，實現(xiàn)對垂直缸速度的閉環(huán)控制。速度閉環(huán)控制方框圖如圖1所示。

圖1 閉環(huán)速度控制系統(tǒng)方框圖

速度控制液壓原理如圖2所示，三位四通電液換向閥9 實現(xiàn)主油缸的上行和下行控制;單向閥8 防止液壓缸下行時(差動控制)有桿腔油液通過換向閥泄漏;插裝閥7 實現(xiàn)差動控制，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)緊湊、通流能力大、密封性好、流量損失小的特點［3］;兩個截止閥4、6 在珩磨機維修時起到切斷油路、防止油液流出的作用;單向順序閥3 起平衡閥作用;溢流閥2 起安全閥作用。

圖2 垂直運動及速度控制液壓系統(tǒng)原理圖

油缸工作順序如下:

(1)主液壓缸下行。啟動電機后，電磁鐵YV1上電，溢流閥10 工作，電磁鐵YV2 和YV4 上電，垂直液壓缸活塞桿下行。其中的單向順序閥3 限定了有桿腔的壓力，防止活塞桿因下端載重而失速;單向閥8 防止油液流回油箱;有桿腔油液經(jīng)插裝閥7 流到無桿腔，這樣實現(xiàn)下行的差動工作狀態(tài)，以減少泵的輸出流量。

(2)主液壓缸上行。給電磁鐵YV3 上電，電磁鐵YV4 斷電，高壓油經(jīng)過換向閥9、單向閥8、單向順序閥3 進(jìn)入有桿腔，無桿腔油液經(jīng)換向閥9 流回油箱，使液壓缸上行。

2.3 油石壓緊力及工作臺運動控制

由于工作臺移動和油石漲緊不同時進(jìn)行，所以可以采用一個限壓式變量葉片泵作為能源裝，這樣既可以簡化油路，又可以減少能量損失及發(fā)熱?；芈分胁捎茂B加閥，可以縮小安裝空間，減少配管、油漏和管道振動等引起的故障［4］。

壓力控制方法很多，常見的有減壓閥調(diào)壓和溢流閥調(diào)壓，其調(diào)壓原理不同。相比之下，減壓閥起調(diào)壓力更小、調(diào)壓精度高、響應(yīng)快，更有利于實現(xiàn)壓力連續(xù)、精確的調(diào)節(jié)控制，所以選用比例減壓閥控制漲緊缸無桿腔壓力，實現(xiàn)對磨石與工件之間的壓緊力大小的間接控制。由比例減壓閥、壓力傳感器和工控機構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)壓力控制。壓力閉環(huán)控制方框圖如圖3所示。

圖3 閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)方框圖

壓力控制回路如圖4所示，當(dāng)電磁閥5 的電磁鐵YV6 上電時，通過比例減壓閥2 控制漲緊缸無桿腔壓力，實現(xiàn)磨石對工件壓緊力的間接控制;電磁鐵YV5上電時，漲緊缸活塞桿縮回，使磨石與工件脫離，完成加工過程。其中液壓鎖4 能夠保證非加工狀態(tài)時鎖緊回路，防止油缸誤動作。

圖4 壓力及工作臺移動液壓系統(tǒng)原理圖

工作臺移動由一個三位四通電磁換向閥6 控制。當(dāng)電磁鐵YV8 上電時，移動油缸伸出;電磁鐵YV7上電時，移動油缸縮回。其中液壓鎖7 可以保證工作臺及工件在加工過程中處于準(zhǔn)確位置;溢流閥9 起安全閥作用。

上述兩個回路中的單向調(diào)速閥均起到調(diào)節(jié)油缸運行速度的作用。

3 柴油冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 該企業(yè)現(xiàn)有珩磨機已存在問題

目前，該企業(yè)所用小型珩磨機采用某型齒輪泵作為冷卻泵，使用壽命短，一個月左右便要更換一次。分析其原因主要有兩點:其一是由于柴油黏度低，潤滑特性不佳;其二是過濾裝置的選用有難度，清潔、維修等存在一定的問題，使得切屑和油石顆粒進(jìn)入泵中，影響泵的使用壽命。

3.2 解決方案

為了解決存在的問題，就需要對過濾裝置及泵進(jìn)行改進(jìn)，最終選定渦流泵作為冷卻液的輸送泵。

冷卻系統(tǒng)采用多級過濾方式分別對不同大小的切屑進(jìn)行過濾。首先，在工作臺下端采用初過濾器5，然后經(jīng)過過濾器6 流回油箱(冷卻系統(tǒng)獨立油箱)。在油箱內(nèi)設(shè)置吸油口過濾器1，減少雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)泵2，盡量降低對泵內(nèi)部的磨損。在泵的出口加裝出口過濾器3，盡量過濾掉冷卻液中的細(xì)小切屑，減小對加工工件的影響。冷卻系統(tǒng)的液壓原理如圖5所示。

圖5 冷卻系統(tǒng)原理圖

渦流泵工作時，自吸管進(jìn)入泵殼的液體產(chǎn)生強烈的軸向旋渦，使進(jìn)口造成真空，出口產(chǎn)生揚程。由于葉輪偏離泵殼中心，退居在泵殼的軸側(cè)凹壁內(nèi)，這就為漿液中包含的固體顆粒的輸送提供了良好的流動通道，使顆粒與葉片間的磨損以及雜質(zhì)在泵殼中的堵塞可能性大大減?。?］。

與離心泵相比較，渦流泵對運行環(huán)境的要求低，用于過濾用途使用時性能穩(wěn)定。與齒輪泵相比較，渦流泵更適合這種低黏度液體。它不僅具有較強的自吸能力，并且因為泵內(nèi)沒有機械性接觸和金屬摩擦，即使移送含有微細(xì)異物的液體也具有很強的耐久性。而齒輪泵基本上不適用于低黏度液體，經(jīng)常會出異常音、性能衰退、卡住異物等故障，有雜質(zhì)時更易磨損失效。

經(jīng)過試驗，將小型珩磨機的冷卻泵換為渦流泵，使用一年多仍在正常工作，沒有出現(xiàn)齒輪泵那樣因為磨損而造成的失效問題，有效延長了冷卻泵的使用壽命。

4 結(jié)束語

大型立式珩磨機液壓系統(tǒng)的設(shè)計解決了大流量、高精度控制、冷卻泵選用等難題，為大型立式珩磨機的研究和發(fā)展提供了一定技術(shù)基礎(chǔ)。該系統(tǒng)能夠滿足大型工件珩磨運動控制要求，性能可靠，結(jié)構(gòu)合理，控制精度較高，自動化程度較高，不僅能夠解決現(xiàn)實的大直徑零件的加工問題，而且對企業(yè)提高工作效率和經(jīng)濟效益起到較大作用。

［1］鮑興鵬.珩磨機床的應(yīng)用與發(fā)展［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場，2012(5):64-68.

［2］宋錦春，蘇東海，張志偉.液壓與氣壓傳動［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［3］侯波，王志明.插裝閥在機床液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.液壓與氣動，2005(8):40-42.

［4］徐長壽，魯春艷.疊加閥的新技術(shù)在組合機床上的應(yīng)用［J］.機床與液壓，2010，38(24):67-68.

［5］陳文龍.渦流泵的性能與設(shè)計探討［J］.交通環(huán)保，1981(2):2-7.