液壓夾具試驗臺設計

韓文靜

(陜西法士特汽車傳動集團公司，陜西寶雞722409)

現代化的生產中，減少停工檢修是提高企業生產力，使設備利用系數最大化的一項重要因素。使用液壓試驗臺主要優勢就是在液壓夾具交付生產使用之前檢測并解決夾具自身的問題，將影響生產因素排除在外。液壓夾具的性能和工作狀態直接關系到產品質量的符合性和穩定性，并直接影響加工過程安全可靠性。一套新的液壓夾具，如果不能按要求調試出合理的動作，就加工不出合格的產品。而筆者公司以前設計的液壓夾具，從來沒有進行過液壓夾具的調試。每次輸送到車間的液壓夾具都是邊使用邊驗證，技術人員和裝配調試人員在現場加班加點，研究圖紙、元件的功能及調試方法，導致機床停機時間長，影響正常生產。

1 液壓夾具試驗臺的功能

筆者單位設計的液壓夾具主要有以下兩種:雙回路低壓液壓夾具、單回路高壓液壓夾具。

本液壓夾具試驗臺主要是為了檢測筆者單位設計的各類型液壓夾具油路動作，目的在于檢測各個夾緊器進口壓力及順序閥和減壓閥等液壓元件的壓力、順序動作和保壓、泄漏量，適用于25 MPa以下的單動雙動各類液壓夾具。

為了保證液壓夾具各種使用功能，液壓夾具試驗臺至少需要具備以下8個功能:供油增壓、保壓；供油壓力可調；供油壓力顯示；供油溫度控制；供油流量可調；液位控制；油品過濾；整個壓力顯示集裝在一個控制面板上，便于操作、觀察。

根據液壓夾具試驗臺控制要求及功能分析的基礎上，進行總體方案設計，確定試驗臺總體布局。

該試驗臺液壓原理:電動機帶動柱塞泵旋轉，輸出液壓動力。在泵的吸油口安裝了吸油過濾器，保護各工件的動作不因雜質而受影響。泵從油箱中經過濾器吸、泵油后流經一個起安全保護作用的單向閥，將機械動能轉化為液壓油的壓力勢能，液壓油通過閥組合實現方向、壓力、流量調節后經外接管路傳輸到所接液壓夾具的進出回路，通過控制液壓油方向的變換、力量的大小及速度的快慢，推動各種液壓元件做功。對于雙回路(一進一出)的液壓夾具，試驗臺直接利用快插接頭實現油路動作；對于單回路(液壓進，彈簧復位)的液壓夾具，液壓站的旁路安裝電磁閥打開進油單向閥開關，實現油液可以反向流入油箱回路，實現夾具動作。液壓試驗臺原理圖如圖1所示。

2 控制設計

液壓夾具試驗臺設計指標為:供油壓力為3.5～25±0.1 MPa；供油流量為 37±1 L/min；電動機，電源 380 V±10%，50 Hz三相交流。

2.1 液壓泵和電機的選擇

試驗臺采用泵站供壓，系統將泵站壓力調整到液壓夾具所需的工作壓力，實現供壓與卸壓轉換。

合理地選擇液壓泵的原則是:根據主機工況、功率大小和系統對工作性能的要求，先確定液壓泵的類型，按系統所要求的壓力、流量大小確定其規格，考慮到接下來需要檢測的夾具功率、負載都不同，所以選擇輸出壓力高、流量可調節以及效率高的柱塞泵。液壓泵的最大工作壓力Pp，可按下式計算:

式中:P為執行元件工作腔的最大工作壓力；∑△P為進油路上的總壓力損失(包括沿程損失和局部損失)。

據統計，目前筆者單位液壓夾具最大工作壓力為20 MPa，完全滿足產品加工需求。液壓試驗臺系統比較簡單，按經驗數據，簡單系統 ∑△P＝0.2～0.5 MPa，我們取進油路上的總壓力損失為0.3 MPa，所以PP＝20.3 MPa。

液壓泵的流量:

式中:QP為液壓泵的流量；k為修正系數一般取1.1～1.3；Qmax為同時動作執行元件所需流量之和的最大值。

針對目前已設計的夾具歸類總結，我們選取的、同時夾緊的夾緊缸最多數量為6個，查液壓缸手冊其單個流量為4.5 L/min；試驗臺在工作過程始終用節流調速，需要考慮溢流閥的最小溢流量，一般取 2～3 L/min。

根據壓力和流量，我們選擇結構簡單、體積小、效率高、壽命長以及自吸能力強的軸向柱塞泵25PCY14-1B。

該泵的排量為25 mL/r，轉速為1 500 r/min，液壓泵理論流量為37.5 L/min，取液壓泵的容積效率η0＝0.9，實際流量為33.75 L/min，驅動電動機需要的功率為:

根據以上計算，我們選擇型號為Y160L-4/B35的三相異步電動機。

2.2 閥類元件和輔助元件的選擇

液壓閥作為改變系統中液壓油壓力、流量和方向的重要元件，合理選擇液壓閥是保證液壓系統正常可靠運行的前提。所選液壓閥要滿足以下要求:可靠性高、動作靈敏、振動沖擊小、結構緊湊、密封性好，經濟性好、安裝調試方便等。液壓閥選擇最重要的依據是通過此閥的最大流量和最高工作壓力。

計算好系統壓力和流量后，閥類都是一些標準件，根據選擇泵站的壓力和流量，選擇CV-G03-05-20單向閥、DBW10-5X/350YG24K4M溢流閥、SWH-G03-C6-D24-20電換向閥、MTC-03W-P-K-20雙單向節流閥等

液壓輔助元件包含濾油器、油管及接頭、壓力表、開關和油箱等。除油箱為非標設計外，其余均為標準元件。

油箱的主要作用就是儲油、散熱以及釋放混入油中的氣體等。針對我們的試驗臺，我們設計了常用的開式油箱。油箱容量可按下面經驗公式確定:

式中:V為油箱有效容積，L；Qp為液壓泵流量，L/min；m為系數，min，低壓m＝2～4 min，中壓m＝5～7 min，高壓m＝6～12 min。

參考JB/T7938-2010《液壓泵站油箱公稱容量系列》的規定，設計油箱的整體結構。油箱的油位設計，系統所有油缸動作后油箱液面不得低于最低油位，當油缸回縮后油面不得高于最高油位。油箱底部設置斜度，最低處設置放油塞，易觀察處安裝液位計，通氣孔處配置兼做注油口的空濾，還安裝溫度傳感器方便了解油溫情況。

為保證試驗臺所有液壓元件正常工作，保持液壓油清潔，提高系統可靠性，延長液壓元件的使用壽命，我們選擇了MF-08吸油濾和QUH100×10BDP高壓濾油器。

根據我們的使用需求，我們管件選擇可吸收沖擊和振動的橡膠軟管，安裝方便，選擇螺紋連接，密封性好的管接頭和快換接頭。

3 操作方法

操作方法是在液壓夾具的夾具體進出油口安裝有快換接頭的一端，通過試驗臺的快換接頭的另一端與之相連，在液壓夾具的每個夾緊器和閥塊的進油口處分別安裝有測壓點，每個測壓點均通過試驗臺上的壓力表讀數。啟動試驗臺開啟按鈕，電源通電，調整系統壓力達到使用要求后，觀察液壓夾具的動作，并通過壓力表顯示各個液壓夾緊器進口壓力，通過夾緊按鈕和松開按鈕的頻繁操作，從而模擬并檢測液壓夾具的整體效果，當達到中位時，則可以通過壓力表顯示來檢測保壓時間和夾具加工中存在的卸油量。

4 結語

本設計操作方便，結構緊湊，外觀簡潔。為保證液壓夾具的質量和可靠性，液壓夾具在交付前必須對其進行液壓試驗，以保證系統工作可靠。這關系到液壓夾具是否能夠安全出廠，同時試驗速度的快慢又關系到交付周期的長短。該液壓夾具試驗臺已經投入使用，使用結果表明，液壓系統原理正確，能滿足最初的設計功能，各元器件選型正確，夾具試驗臺的工作狀態良好。