崖華青

（合肥合鍛機床股份有限公司，安徽合肥230601）

0 引言

曲軸是發(fā)動機的核心部件，其生產(chǎn)質(zhì)量直接影響我國汽車、拖拉機、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行，此時曲軸的制造成本較高，每根高達8 萬元。為了防止曲軸過壓和造成表面壓應力的過分下降，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廢，曲軸精密校直機采用了行程控制，與傳統(tǒng)壓力型校直液壓機相比，具有校直精度高、生產(chǎn)效率高、工件無損傷等優(yōu)點。

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）→②調(diào)平（調(diào)節(jié)曲軸的調(diào)平裝置）→③檢測（自動檢測機構(gòu)對工件進行變形測量）→④確定支點、壓點位置及壓下量→⑤壓頭按設定的進給量壓制（由位移傳感器檢測到位）→⑥循環(huán)第②～⑤步，直到檢測曲軸合格。

其中，第⑤步由比例伺服系統(tǒng)完成。為了準確設計精校機比例伺服系統(tǒng)，必須進一步對壓頭動作進行分析。

2 壓頭的動作循環(huán)

壓頭的動作循環(huán)分為以下幾個步驟（圖1）：①壓頭自上限位快速下行；②壓頭至暫停位時進入校直行程，同時位移傳感器起作用；③壓頭繼續(xù)下行接觸工件進行壓制；④壓頭到達指定位置后停止；⑤壓頭快速回程至暫停位停止；⑥壓頭接著進入下一次校直行程，循環(huán)③～⑤步；⑦校直過程結(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的關(guān)鍵是壓頭行程可控，而且該機壓頭要求重復定位精度高、響應速度快、輸出的功率大、信號處理靈活、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

（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)實際需要調(diào)整。通過比例泵初步調(diào)整系統(tǒng)的流量，再通過比例伺服閥來精確調(diào)整壓頭的下壓量，防止壓頭的過沖現(xiàn)象，實現(xiàn)精校機的行程控制。

（2）該系統(tǒng)使用了充液閥，可實現(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)回程時無沖擊，同時避免了回程時大流量的油液對比例伺服閥的損害，延長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)在空行程壓頭可實現(xiàn)快速下行，而回程時大量的油液通過沖液閥快速流回油箱，使壓頭快速回程，兩者都節(jié)約了壓頭運動時間，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)，因而選德國派克PV063 的比例泵，該泵特點是柱塞泵本身配有比例流量閥、壓力控制閥、壓力預載閥。其輸出的流量與通過比例閥的輸入信號成比例，不受系統(tǒng)壓力變化的影響，性能穩(wěn)定。

5.2 電動機的選擇

5.3 比例伺服閥的選擇

根據(jù)該系統(tǒng)的流量，可以選德國力士樂的產(chǎn)品，其特點是帶電氣位置反饋，響應快、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，能精確控制液壓機任意目標位。

5.4 電磁換向閥選擇

電磁換向閥通過電氣控制換向，從而改變油流方向，以實現(xiàn)運動部件快降、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，選德國力士樂產(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)所設計的液壓系統(tǒng)圖，計算或分析通過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，在此不作詳細敘述。

6 結(jié)論

本文主要根據(jù)曲軸精密校直液壓機的設計要求及液壓機的工藝動作，設計了液壓伺服系統(tǒng)。該液壓伺服系統(tǒng)的重復定位精度達到0.01mm，校直精度達0.1 mm，性能指標為國內(nèi)領(lǐng)先水平。實踐證明該系統(tǒng)動態(tài)性能穩(wěn)定、快速、精確，實現(xiàn)了壓機的精確定位，滿足了曲軸校直工藝的要求。

[1]崔 甫.矯直原理與矯直機械.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[2]欽明浩，柯尊忠，等.精密矯直機中軸類零件矯直工藝理論研究.機械工業(yè)學報，1997，33（2）.

[3]張向軍，桂長林，等.軸類零件校直設計理論和計算修正研究.機械設計，1997，（11）：9～11.

[4]翟 華，韓春明，等.軸類零件精密校直行程算法.重型機械，2001，30（3）：23-26.

[5]李 駿，熊國良，鄒慧君.軸類零件壓力矯直過程的數(shù)學模型與行程計算.重型機械，2004，33（6）：41-44.

[6]成大先.機械設計手冊（第三版）.北京：化學工業(yè)出版社，1997.

[7]雷天覺，等.液壓工程手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[8]孟麗娟．快速鍛造液壓機的液壓系統(tǒng)設計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2009，44（1）：11-12.

[9]曹光榮．超長超大折彎機液壓系統(tǒng)的設計分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，46（4）：37-39.

[10]范玉林．45/50MN 快鍛油壓機液壓系統(tǒng)設計分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，46（5）：49-51.