劉朝池，楊建波，高玉海

(天津鋼管集團股份有限公司 天津300301)

SL803C螺紋加工車床液壓站的改造

劉朝池，楊建波，高玉海

(天津鋼管集團股份有限公司 天津300301)

液壓站是整個液壓系統(tǒng)的一個重要部件，是多種元、附件組合而成的整體，它按主機要求供油，并控制液壓油的流動方向、壓力和流量，其設計質(zhì)量的優(yōu)劣與液壓設備性能關(guān)系很大。針對原液壓站在使用過程中出現(xiàn)的諸多問題，有針對性地進行分析，指出其存在的弊端，同時對原液壓站進行改造。通過對液壓元件進行選型和驗算，使液壓站性能達到最優(yōu)化，經(jīng)過后續(xù)的應用實踐來看，該液壓站性能可靠、穩(wěn)定，故障發(fā)生率降低、工作效率提高，完全滿足螺紋加工車床的加工工藝要求。

螺紋加工車床 液壓站 選型 改造

0 引 言

SL803C螺紋加工車床是天津鋼管集團股份有限公司從國外引進的螺紋加工專用設備，其具有高切削效率、高自動化和高加工精度的特點，主要用于本公司特殊扣螺紋的加工。液壓站是螺紋加工車床的一個重要組成部分，它按主機要求供油，并控制液壓油的流動方向、壓力和流量，其設計質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響液壓設備性能，而且對螺紋加工精度影響很大。

1 原液壓站原理

原液壓站原理圖如圖1所示。液壓站由V23A1R-30S12變排量柱塞式液壓泵、3.7,kW (1,450,RPM)電機、壓力表、出口單向閥、風冷卻器、回油過濾器、吸油過濾器、空氣過濾器、液位傳感器以及油箱等組成。系統(tǒng)額定壓力為7,MPa，最低工作壓力為5,MPa，最大流量為33.35,L/min。液壓泵與電機組成泵源，供往螺紋加工車床的變速缸、平衡缸以及旋轉(zhuǎn)刀塔動作所需的流量和壓力；為防止系統(tǒng)在靜止時，系統(tǒng)壓力通過液壓泵完全卸荷、防止液壓泵停止時，帶載執(zhí)行元件的回縮以及系統(tǒng)壓力突然升高，反向傳給液壓泵，避免泵反轉(zhuǎn)或損壞，在泵出口安裝有單向閥；為防止系統(tǒng)油溫過高，影響系統(tǒng)性能，設置有風冷卻器；為防止任何污染物進入液壓泵及侵入系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污染物流入油箱，在液壓泵吸口安裝有吸油過濾器，回油管路上裝有回油過濾器；油箱上裝有液位傳感器，以監(jiān)測油液高度。

圖1 原液壓站原理圖Fig.1 Schematic diagram of original hydraulic station

2 存在的問題

①風冷卻器安裝在液壓泵溢流管路上，使泵溢流壓力升高，影響液壓泵的壽命。②液壓泵易發(fā)生柱塞折斷、抱死等故障，使用壽命短。③公司近100臺螺紋加工車床中，只有該型螺紋加工車床使用V23A1R-30S12柱塞泵，且訂貨周期長、價格高，互換性和通用性低。④未安裝加熱器。當油溫過低啟動系統(tǒng)時，由于油液黏度過大，阻力損失劇增，不但會造成泵啟動時吸油困難，加速柱塞磨損，而且會使控制閥操作失常，加大設備運行安全隱患。⑤回油過濾器的過濾性能易受系統(tǒng)流量和壓力波動的影響；同時清洗、更換濾器時需停機，影響系統(tǒng)工作。⑥液壓站底座未設置滴油盤，檢修時油液易污染場地，污油難回收。

3 液壓站的改進

改進措施如圖2所示。

①為了提高液壓泵備件的通用性以及互換性，結(jié)合現(xiàn)場液壓泵的使用情況，選用PV7型限壓式葉片泵。②在泵出口安裝皮囊式蓄能器，目的：作輔助動力源，在瞬間提供大量壓力油，提高加工車床各執(zhí)行元件動作的穩(wěn)定性，減少主傳動的功率。③采用獨立的過濾、冷卻回路，對油液進行連續(xù)循環(huán)過濾，使過濾器免受系統(tǒng)流量、壓力波動的影響，在清洗、更換過濾器時不影響系統(tǒng)工作。④為防止停機后，管路中的油液流回油箱而使油溢出油箱，在回油管路上加裝單向閥，該單向閥還可以防止拆卸管路時虹吸現(xiàn)象的發(fā)生。⑤油箱上加裝加熱器，避免油溫過低對系統(tǒng)的影響。

圖2 改造后液壓系統(tǒng)原理圖Fig.2Schematic diagram of hydraulic system after transformation

4 液壓元件的選取與驗算

4.1 液壓泵的選取

改造思路：使用原裝在線電機，通過電機的轉(zhuǎn)速和功率選擇液壓泵。同時為了提高液壓泵備件使用的通用性、互換性以及采購的便利性，采用葉片泵替換原裝柱塞泵的方案。

已知：系統(tǒng)最高工作壓力為7,MPa，電機功率為3.7,kW，轉(zhuǎn)速為1,425,RPM。

電機輸入功率公式：

式中：P功率——電機輸入功率，W；n——電機轉(zhuǎn)速，RPM；P泵——系統(tǒng)壓力，Pa；v——液壓泵排量，mL/r；η泵——液壓泵總效率，%,，取75%,。

將上面已知參數(shù)代入公式(1)，得：液壓泵排量v=16.7mL/r。

根據(jù)以上壓力、流量以及轉(zhuǎn)速的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，確定選取PV7-1,/16-20 RE01MCO-16變量葉片泵，其壓力流量曲線(轉(zhuǎn)速n：1,450,RPM)如圖3所示。

圖3 壓力流量特性曲線Fig.3 Pressure flow characteristics curve

4.2 蓄能器(皮囊式)的選取

螺紋加工車床在3,s內(nèi)需要ΔV(有效容積)為1.2,L液壓油。最高工作壓力2P為7,MPa，最低工作壓力1P不得低于5,MPa(低于5,MPa系統(tǒng)報警)。工作溫度為25～55 ℃。

確定所需氣體容量：因這是一個快速過程，所以氣體的狀態(tài)變化可視為絕熱的變化。經(jīng)查資料，多變指數(shù)n=1.4。

在最高工作溫度tmax時的預充壓力：

在最低工作溫度tmin時的預充壓力：

理想的氣體容量：

20,℃時的預充壓力0P：

將已知參數(shù)代入公式(2)、(3)、(4)、(5)，可得理想的氣體容量℃時的預充壓力

4.3 單向閥

根據(jù)系統(tǒng)壓力及流量，單向閥2、7規(guī)格：S15A1.0/。

4.4 風冷卻器、油箱及循環(huán)泵的選取

4.4.1 油箱

該液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中，較大能量損失(此時的泵壓力為7,MPa，0排量工況時的泄漏量q0為4,L/min)所占工作循環(huán)時間比例為75%,。查資料，該型車床允許油液溫升ΔT=25 K。

已知單位時間發(fā)熱量Q：

油箱的最小有效容積Vmin：

油箱的總?cè)莘eVa：

將已知參數(shù)代入公式(6)、(7)、(8)，可得油箱的總?cè)莘eVa=0.101,m3。

考慮現(xiàn)場空間位置的局限性，以及結(jié)合各執(zhí)行元件的最大需油量，最終選用40,L容積油箱。由于選用40,L油箱容積小于101,L，所以需要設置冷卻器。

4.4.2 風冷卻器

冷卻器安裝在獨立冷卻回路中，優(yōu)點：單獨液壓泵將熱介質(zhì)通過冷卻器，使冷卻器免受液壓沖擊的影響。將40代入公式(7)、(8)，可得40,L油箱的單位散熱量為252,W。

風冷卻器面積A：

式中：Nh——系統(tǒng)發(fā)熱量，W；Nhd——散熱量，W；α——污垢系數(shù)，取1.5；K——油箱散熱系數(shù)，取9；ΔTav——平均溫度，℃，天津年平均氣溫15,℃。

將已知參數(shù)代入公式(9)，可得風冷卻器面積A=2.4,m2。

風冷卻器型號：FL3.15。

4.4.3 循環(huán)泵以及電機

根據(jù)已知參數(shù)，選用齒輪泵，型號：CB-B6，驅(qū)動功率為0.31,kW；電機功率為0.37,kW，轉(zhuǎn)速為1,450,RPM。

4.5 加熱器的選取

電加熱器的功率公式：

式中：P——加熱器功率，W；C——油的比熱容，C＝1,068～2,094,J/(Kg·℃)；r——油的密度，900,kg/m3；V——油箱內(nèi)油液的體積，m3；ΔQ——油加熱后溫度，25 ℃；T——加熱時間，s；η——熱效率，η＝0.6～0.8。

將已知參數(shù)代入公式(10)，可得電加熱器的功率P≥1,852,W。

電加熱器型號：GYY2-220/2。

4.6 過濾器的選取

過濾器的通油能力按大于實際通過流量的2倍以上選取。

4.6.1 吸油過濾器

已知液壓泵的流量為23.8,L/min，過濾器型號：WU-63×180。

4.6.2 回油過濾器

型號：RFP/HC60DL20C1．X/－V。

4.7 管路通徑及壁厚選取

管子內(nèi)徑d(mm)的計算公式：

式中：qV——流體流量，m3/s；v——流速，m/s，薦用流速，吸油管v≤1,m/s，壓油管v＝3,m/s，回油管v＝ 1.5,m/s。

金屬管壁厚δ的選取計算公式：

將已知參數(shù)代入公式(11)、(12)，可得：

壓油管路規(guī)格：φ22×2；吸油管路規(guī)格：φ34× 2；回油管路規(guī)格：φ28×1.6。

液壓元件如表1所示。

表1 液壓元件匯總表Tab.1 Hydraulic components

5 結(jié) 語

對4臺SL803,螺紋加工車床液壓站進行改造后，獲得了較好的使用效果并取得了良好的經(jīng)濟效益。①液壓泵故障率明顯降低，通用性、互換性提高，備件費用降低。②通過對液壓站增設相應液壓元件，使液壓站在壓力、流量、油溫、液位等方面得到穩(wěn)定控制，滿足了現(xiàn)場的生產(chǎn)要求?！?/p>

［1］ 何存興，張鐵華. 液壓傳動與氣壓傳動[M]. 武漢：華中科技大學出版社，2000.

［2］ 秦大同，謝里陽. 現(xiàn)代機械設計手冊[M]. 4卷，北京：化學工業(yè)出版社，2011.

［3］ 吳根茂，邱敏秀，王慶豐，等. 新編實用電液比例技術(shù)[M]. 杭州：浙江大學出版社，2006.

Hydraulic Station Transformation for SL803C Thread Lathe

LIU Chaochi，YANG Jianbo，GAO Yuhai
(Tianjin Pipe(group)Corporation，Tianjin 300301，China)

A hydraulic station consists of lots of components and accessories and it is an important part of the hydraulic system．According to the demands of its host，the station is responsible for supplying oil and controlling oil flow direction，pressure and flow rate．The equipment’s performance is very close with its design quality．This paper analyzes and points out its disadvantages during its running and introduces a transformation case of the original hydraulic station，whose performance has been optimized by way of type selection and calculation．The application practice shows that the new station is reliable and stable，its failure incidence is reduced and work efficiency getting improved．The thread lathe processing technology requirements have been fully satisfied.

thread lathe；hydraulic station；lectotype；transformation

TH137

A

1006-8945(2016)08-0086-04

2016-08-02