定量供油理論在機床上的應用

林青++姜楠

摘 要：靜壓支承的運動副之間完全被油膜隔離，極大的減少了因表面加工誤差所產生的影響，通過選取適當的油膜厚度，以達到消除大平面表面對精密機床的影響。液壓支承在高速運動時因液體粘度極小，所以提高大型數控機床的效率。因此研究靜壓支承對工程機械是有積極意義的。

關鍵詞：定量供油；工作臺；靜壓

一、工程概況描述

本文所設計的樣機（如圖1.1）采用定量供油式十墊圓導軌，工作臺自重（含工作臺，齒圈，工裝夾具等）G1=22000kg，工件最大重量G2=50000kg。載荷均布在導軌上，不考慮因切削力而引起的偏載（最大切削力30kN，僅為最大工件重量的1%）。最大轉速40r/min，底座與工作臺靜壓腔如圖1.2所示。

圖1.1樣機成品（GTC630200）

圖1.2底座與工作臺靜壓腔

二、利用靜壓理論求解

對于開式定量油腔的計算均給予下圖2.1的流程。

圖2.1工作臺靜壓分析流程

圖2.2 導軌有效面積

（1）初定導軌結構尺寸

根據結構，已知L=890mm，B=170mm， b=147mm，l=830mm，n=10

（2）計算一個油墊的有效承載面積

（3）計算油腔壓力

每個油墊的最小載荷為：

每個油墊的最大載荷為：

每個油墊的最小壓力為：

每個油墊的最大壓力為：

載荷變化系數為：

（4）確定導軌間隙

按照前面的推薦，取滿載時的最小間隙，

（5）選擇油

因立式車床中切線速度較高，選用22號機械油。

（6）計算每個油墊的流量

（7）計算滿載時導軌的最大剛度

（8）計算空載時導軌的最大剛度

三、靜壓系統的裝配及調整

（一）裝配原則

裝配原則：保證可靠的油膜厚度油膜的變化在對靜壓系統的諸多影響因素中是最大的，每變化0.001mm都會產生巨大的作用力。在通常情況下，只要保證可靠的油膜厚度，就基本可以實現靜壓要求。對于開式油腔而言，油膜的厚度是通過調節靜壓站流量來實現的。設計計算中，單邊油膜厚度會取定在0.1±0.05mm范圍內，最低不能小于0.05mm。最小值的設定是在考慮平面度（平面度按0.02mm計算）要求的情況下，保證留有油膜的最小值。一般情況下，我們在裝配的過程中，通過流量計監視各靜壓腔流量，同時用定量泵保證各腔流量相同，有時為了保證工作臺浮起量一致，彌補加工與裝配的缺陷，在定量泵各加裝流量控制閥來保證工作臺各點浮起量的一致性。

（二）調整原則

保證合理的壓力范圍。恒流量靜壓系統的最大特點是：每個靜壓腔的壓力與其所受負載大小成正比例關系，考慮到諸多因素，比如加工件、修配件的表面粗糙度以及各腔實際受力，每個腔的壓力是不一樣的，也是變化的。在設計計算中會規定一個壓力范圍，而在每個腔的支路中，都會有一個壓力檢測點，以檢測各個腔的壓力是否落在要求的壓力范圍內。機械結構的平衡實際上也是一種受力平衡的狀態，靜壓油產生的抗力就是為了達到機械系統的平衡狀態，這種效果也就是要求的各個靜壓腔的壓力差。壓力值的大小也是對靜壓系統狀態的一種反饋信號。比如某個腔壓力差過大，從基本理論公式中就能夠反映出，這個腔的油膜間隙過小，反之壓力差過小，則說明這個腔的油膜間隙大了。

（三）補償原則

靜壓系統的補救措施在靜壓裝配中，有可能會出現以下兩種最糟糕的情況：一是油壓達到要求了但是靜壓間隙超出要求，二是靜壓間隙達到要求了，而油壓無法滿足。這個時候就需要對基本理論公式進行靈活運用。如果這兩種情況發生，可根據實際情況來定，可以對定量泵進行更換，最壞的情況可以考慮重新計算靜壓腔尺寸。例如，如果壓力達到要求，但是個別腔間隙過小或者過大，首先需要查看與這個腔相配的面是否滿足粗糙度要求，如果滿足，接觸面平整，可考慮更換大一號或小一號的定量泵，并在各油路上加裝流量控制閥與流量傳感器，對各路進行監視。

參考文獻：

[1]龐志成.液體靜壓支承動態穩定性理論研究[J].哈爾濱工業大學學報，1982，9（3）：86-98.

[2]劉成祥.液體靜壓導軌恒流量控制的設計與分析[J].機床與液壓，2008，36（7）：125—128.