伏宇璐 宗建軍

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

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M250內(nèi)圓磨床液壓站的改造

伏宇璐 宗建軍

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

M250內(nèi)圓磨床是齒輪精加工的重要設(shè)備，由于機(jī)床的液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法加工出滿足要求的齒輪零部件，通過改造，使液壓系統(tǒng)與床身獨(dú)立，并設(shè)計(jì)、制作了新的液壓站，改造后效果良好。

M250內(nèi)圓磨床；液壓站；參數(shù)；改造

M250內(nèi)圓磨床主要用于加工高鐵、動(dòng)車以及地鐵車輛上的齒輪箱齒輪，由于其液壓元件全部安裝于床身內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間使用后可能產(chǎn)生自激振蕩，液壓系統(tǒng)的不穩(wěn)定使工件表面出現(xiàn)了直波紋，影響了加工精度。由于液壓系統(tǒng)與床身是一體的，簡(jiǎn)單的修復(fù)無(wú)法徹底解決這個(gè)問題，必須把液壓系統(tǒng)與床身分離開來(lái)，重新設(shè)計(jì)制作新的液壓系統(tǒng)才能保證齒輪的加工精度。

液壓系統(tǒng)主要完成以下動(dòng)作：(1)工作臺(tái)連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，速度可無(wú)級(jí)調(diào)整；(2)砂輪的液壓修整；(3)工作臺(tái)油缸的排氣；(4)工作臺(tái)液動(dòng)和手動(dòng)之間的液壓聯(lián)鎖；(5)床身導(dǎo)軌利用液壓系統(tǒng)的壓力潤(rùn)滑油；(6)開關(guān)閥處于“關(guān)”的位置時(shí)，分配閥移向右端，使油缸兩腔連通，并接通壓力油，這樣可以保證空氣不會(huì)進(jìn)入油缸，因油缸兩腔承壓面積相等，故軸向力平衡，手搖工作臺(tái)時(shí)輕巧。此機(jī)床利用床身底腔作為液壓油池，加油時(shí)可打開床身后門，換油時(shí)用油泵把舊油吸出，油池經(jīng)清洗再注入新油。

1 機(jī)床的配置參數(shù)

(1)機(jī)床的液壓系統(tǒng)壓力：10kg/cm2。

(2)潤(rùn)滑系統(tǒng)壓力：1kg/cm2。

(3)工作系統(tǒng)壓力：10kg/cm2。

(4)液壓泵的流量：25L/cm2。

(5)冷卻泵的流量：45L/cm2。

(6)液壓電機(jī)型號(hào)：JO212-4型(功率0.8kW) 。

(7)機(jī)床外形尺寸：3 760mm×1 650mm×1 830mm。

(8)砂輪轉(zhuǎn)速： 2 450r/min、4 200r/min。

2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)

液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)有壓力和流量，根據(jù)原來(lái)機(jī)床的液壓配置選擇合適液壓泵[1]。

(1)確定液壓泵的最大工作壓力Pp

Pp≥P1+∑ΔP

式中：P1為液壓缸或液壓馬達(dá)最大的工作壓力，MPa；∑ΔP為從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失?！痞的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路后才能執(zhí)行，初算時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單、流速不大的，取∑ΔP=(0.2～0.5)MPa；管路復(fù)雜的、進(jìn)口有調(diào)速閥的，取∑ΔP=(0.5～1.5)MPa。

(2)確定液壓泵的流量Qp

多液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量為：

Qp≥K·∑Qmax

式中：K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3；∑Qmax為同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，m3/s，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)查得。

(3)選擇液壓泵的規(guī)格

根據(jù)以上求得的Pp和Qp值按系統(tǒng)中擬定的液壓泵形式，從產(chǎn)品樣本或手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵，考慮到一定的壓力儲(chǔ)備，所選的泵一般要比最大工作壓力大25%～60%[2]。

2.2 根據(jù)散熱和儲(chǔ)油量要求計(jì)算油箱容量

原機(jī)床的床身儲(chǔ)油量為160L，新油箱容量要根據(jù)原儲(chǔ)油量來(lái)制定，一般油面的高度是油箱高h(yuǎn)的0.8倍[2]，V=0.8abhcm3。式中：V為油箱的有效容積，cm3； a為油箱的寬度，cm；b為油箱的長(zhǎng)度，cm； h為油箱的高度，cm。

一般機(jī)床的液壓系統(tǒng)正常工作溫度是30～55 ℃，最高允許溫度為55～70 ℃。

2.3 計(jì)算液壓系統(tǒng)的沖擊壓力

(1)當(dāng)迅速打開或關(guān)閉液流通路時(shí)，在系統(tǒng)中產(chǎn)生的沖擊壓力[2]：

直接沖擊(即t<τ)時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值ΔP=αρΔν；

間接沖擊(即t>τ)時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值P=αρΔν(τ/t)。

式中：α為管道內(nèi)液流中沖擊波的傳播速度，m/s；ρ為液體密度，kg/m3；Δν為關(guān)閉或開啟液流通道前后管道內(nèi)流速差，m/s；τ=2 L/α，τ即管道長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí)，液流往返所需時(shí)間，s； t為關(guān)閉或打開液流通道的時(shí)間，s。

(2)急劇改變液壓缸運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，由于液體及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力增大值為[2]ΔP=(∑LiΡA/Ai+M/A)Δν/t。

式中：∑Li為液體在第i段管道內(nèi)的長(zhǎng)度，m；Ρ為液壓油密度，kg/m3；A為液壓缸活塞面積，m2；Ai為第i段管道內(nèi)的截面積，m2；M為與活塞連動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件重量，kg；Δν為液壓缸的速度變化量，m/s；t為液壓缸速度變化Δν所需時(shí)間，s。

計(jì)算得出沖擊壓力小于初始設(shè)計(jì)壓力，符合機(jī)床要求。由此計(jì)算出所需液壓站的大小及各項(xiàng)液壓參數(shù)。

3 改造前后效果對(duì)比

改造前，機(jī)床的液壓電機(jī)、液壓泵全部安裝固定于床身上(見圖1)，液壓油路走線都在床身內(nèi)，長(zhǎng)期使用后，液壓的自激振蕩、液壓油液的溫度、電機(jī)的振動(dòng)、工件的直波紋等都是精加工時(shí)需要克服的問題。由于加工時(shí)需要用切削液冷卻，有時(shí)切削液泄漏會(huì)進(jìn)入液壓油使液壓油變質(zhì)，頻繁更換液壓油帶來(lái)了更多的使用成本，而設(shè)備的維修也使設(shè)備停機(jī)時(shí)間延長(zhǎng)，影響生產(chǎn)。

改造后，液壓系統(tǒng)與床身脫離，共設(shè)置有3個(gè)電機(jī)：1個(gè)主液壓電機(jī)，1個(gè)液壓油循環(huán)電機(jī)和1個(gè)液壓油冷卻電機(jī)(見圖2)。對(duì)液壓油加裝了油冷卻系統(tǒng)，使液壓油保持恒溫；床身作為一個(gè)中間過渡油箱，當(dāng)床身的液壓油達(dá)到設(shè)定的液位時(shí)，液位感應(yīng)開關(guān)發(fā)送信號(hào)，抽油泵開始抽油回主液壓箱，主液壓電機(jī)以此循環(huán)工作；對(duì)床身實(shí)行全密封處理，杜絕冷卻液漏進(jìn)液壓油的可能，使設(shè)備更加高效穩(wěn)定地工作。

圖1 改造前的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 改造后結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

改造后的液壓系統(tǒng)與床身各自獨(dú)立，避免了因長(zhǎng)期使用所帶來(lái)的液壓泵或電機(jī)的自激振蕩及液壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，使機(jī)床運(yùn)行更平穩(wěn)，延長(zhǎng)了使用壽命?，F(xiàn)在齒輪加工精度能達(dá)到0.002mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了要求的加工精度，有效保證了高速列車的安全有效運(yùn)行，也大大減少了停機(jī)時(shí)間，保證了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。該設(shè)計(jì)已取得實(shí)用新型專利，具有推廣價(jià)值。

[1] 宋軍民,周曉峰.液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)[M].2版.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009.

[2] 吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：高等教育出版社，2003.□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)04-0039-02

2015-06-11

伏宇璐(1988-)，男，大專學(xué)歷，技師，從事設(shè)備維修工作。 專利申請(qǐng)：一種內(nèi)圓磨床的液壓站外置(實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL201320886164.X)

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