一種曲軸精密校直液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崖華青

（合肥合鍛機(jī)床股份有限公司，安徽合肥230601）

0 引言

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，其生產(chǎn)質(zhì)量直接影響我國(guó)汽車、拖拉機(jī)、輪船等行業(yè)的發(fā)展。曲軸的校直工藝在曲軸經(jīng)表面硬化處理之后進(jìn)行，此時(shí)曲軸的制造成本較高，每根高達(dá)8 萬(wàn)元。為了防止曲軸過(guò)壓和造成表面壓應(yīng)力的過(guò)分下降，又要保證曲軸不能出現(xiàn)校直裂紋和軸頸表面壓傷而造成報(bào)廢，曲軸精密校直機(jī)采用了行程控制，與傳統(tǒng)壓力型校直液壓機(jī)相比，具有校直精度高、生產(chǎn)效率高、工件無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)。

1 曲軸校直工藝

曲軸校直工藝如下：①上料（手工把工件放上工作臺(tái)）→②調(diào)平（調(diào)節(jié)曲軸的調(diào)平裝置）→③檢測(cè)（自動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)工件進(jìn)行變形測(cè)量）→④確定支點(diǎn)、壓點(diǎn)位置及壓下量→⑤壓頭按設(shè)定的進(jìn)給量壓制（由位移傳感器檢測(cè)到位）→⑥循環(huán)第②～⑤步，直到檢測(cè)曲軸合格。

其中，第⑤步由比例伺服系統(tǒng)完成。為了準(zhǔn)確設(shè)計(jì)精校機(jī)比例伺服系統(tǒng)，必須進(jìn)一步對(duì)壓頭動(dòng)作進(jìn)行分析。

2 壓頭的動(dòng)作循環(huán)

壓頭的動(dòng)作循環(huán)分為以下幾個(gè)步驟（圖1）：①壓頭自上限位快速下行；②壓頭至?xí)和Ｎ粫r(shí)進(jìn)入校直行程，同時(shí)位移傳感器起作用；③壓頭繼續(xù)下行接觸工件進(jìn)行壓制；④壓頭到達(dá)指定位置后停止；⑤壓頭快速回程至?xí)和Ｎ煌Ｖ?；⑥壓頭接著進(jìn)入下一次校直行程，循環(huán)③～⑤步；⑦校直過(guò)程結(jié)束，壓頭快速回程至上限位。

3 液壓原理圖

基于行程控制的曲軸精密校直機(jī)的關(guān)鍵是壓頭行程可控，而且該機(jī)壓頭要求重復(fù)定位精度高、響應(yīng)速度快、輸出的功率大、信號(hào)處理靈活、易于各種參量的反饋等，所以系統(tǒng)采用了閥控液壓缸式的閉環(huán)電液位置伺服系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)。其液壓原理圖如圖2 所示。

4 液壓系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）本系統(tǒng)采用比例泵和比例伺服閥，系統(tǒng)的壓力和流量均可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。通過(guò)比例泵初步調(diào)整系統(tǒng)的流量，再通過(guò)比例伺服閥來(lái)精確調(diào)整壓頭的下壓量，防止壓頭的過(guò)沖現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)精校機(jī)的行程控制。

（2）該系統(tǒng)使用了充液閥，可實(shí)現(xiàn)壓頭快速回程，還使用了電磁球閥，該閥用于油缸上腔的卸壓，使系統(tǒng)回程時(shí)無(wú)沖擊，同時(shí)避免了回程時(shí)大流量的油液對(duì)比例伺服閥的損害，延長(zhǎng)比例伺服閥的使用壽命，提高系統(tǒng)的可靠性。

（3）本系統(tǒng)采用了快速缸，使系統(tǒng)在空行程壓頭可實(shí)現(xiàn)快速下行，而回程時(shí)大量的油液通過(guò)沖液閥快速流回油箱，使壓頭快速回程，兩者都節(jié)約了壓頭運(yùn)動(dòng)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的工作效率。

5 主要液壓元件的選擇

5.1 油泵的選擇

已知該機(jī)的公稱力F=1600kN，液體最大工作壓力P=25MPa，由油缸壓力公式：

式中：P——液體最大工作壓力，Pa；

F——公稱力，N；

D——液壓缸缸徑，m。

由式（1）可反求油缸直徑：

把 F=1600kN、P=25MPa 帶入得：D=0.285m，取整D=0.28m。

又已知該系統(tǒng)的工作進(jìn)給速度v=2～25mm/s，由此可算出該系統(tǒng)泵的最大流量Q=47.1vD2=92.3L。該系統(tǒng)要求壓力可調(diào)，因而選德國(guó)派克PV063 的比例泵，該泵特點(diǎn)是柱塞泵本身配有比例流量閥、壓力控制閥、壓力預(yù)載閥。其輸出的流量與通過(guò)比例閥的輸入信號(hào)成比例，不受系統(tǒng)壓力變化的影響，性能穩(wěn)定。

5.2 電動(dòng)機(jī)的選擇

5.3 比例伺服閥的選擇

根據(jù)該系統(tǒng)的流量，可以選德國(guó)力士樂(lè)的產(chǎn)品，其特點(diǎn)是帶電氣位置反饋，響應(yīng)快、精度高、性能穩(wěn)定，借助系統(tǒng)內(nèi)的位移傳感器，形成系統(tǒng)內(nèi)閉環(huán)控制，能精確控制液壓機(jī)任意目標(biāo)位。

5.4 電磁換向閥選擇

電磁換向閥通過(guò)電氣控制換向，從而改變油流方向，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件快降、慢降、卸壓、回程等功能轉(zhuǎn)換，該系統(tǒng)中3Y2、3Y3、5Y1 均為電磁換向閥，選德國(guó)力士樂(lè)產(chǎn)品，根據(jù)流量3Y2、5Y1 選6 通徑，3Y3選10 通徑。

5.5 其他液壓元件的選擇

根據(jù)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖，計(jì)算或分析通過(guò)各元件的最大流量和最高工作壓力，選擇液壓元件的規(guī)格，在此不作詳細(xì)敘述。

6 結(jié)論

本文主要根據(jù)曲軸精密校直液壓機(jī)的設(shè)計(jì)要求及液壓機(jī)的工藝動(dòng)作，設(shè)計(jì)了液壓伺服系統(tǒng)。該液壓伺服系統(tǒng)的重復(fù)定位精度達(dá)到0.01mm，校直精度達(dá)0.1 mm，性能指標(biāo)為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。實(shí)踐證明該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能穩(wěn)定、快速、精確，實(shí)現(xiàn)了壓機(jī)的精確定位，滿足了曲軸校直工藝的要求。

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