現(xiàn)代機床液壓站設(shè)計的結(jié)構(gòu)選型

1、 現(xiàn)代機床液壓站設(shè)計的結(jié)構(gòu)選型河北科技大學(xué)張利平周蘭午齊習(xí)娟摘要從液壓站的總體結(jié)構(gòu)方案、液壓控制裝置集成方式及液壓動力源裝置的結(jié)構(gòu)形式等幾方面, 論述了現(xiàn)代機床液壓站設(shè)計中的結(jié)構(gòu)選型問題。關(guān)鍵詞液壓站液壓控制裝置液壓動力源結(jié)構(gòu)設(shè)計選型1前言2液壓系統(tǒng)的設(shè)計可分為兩大步驟1、:液壓系統(tǒng)的原理及性能設(shè)計; 液壓系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 。后者的目的在于通過選擇系統(tǒng)中的元、2液壓站的總體結(jié)構(gòu)方案及其選用按照動力源與控制裝置是否安裝在一起, 可分為整體式液壓站和分離式液壓站, 這兩種典型的總體結(jié)構(gòu)如圖所示。(如各類 采用1。而分離式液壓站適合大型及較復(fù)雜(如大噸位液壓機和冶金設(shè)備等 采用 。

2、輔件的連結(jié)裝配方案, 設(shè)計和繪制系統(tǒng)的裝配圖及相關(guān)零件圖, 為制造、組裝和調(diào)試液壓系統(tǒng)提供依據(jù)。液壓裝置有分散配置和集中配置兩大類型。, 大這一缺點外, 、美觀大方, 便于裝配維護和電液信號的采集, 隔離了振動、發(fā)熱對主機的影響等諸多突出優(yōu)點, 在現(xiàn)代機床及其它工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中被廣泛采用。一個液壓系統(tǒng)能否可靠有效地運行, 在很大程度上取決于液壓站結(jié)構(gòu)選型是否合理及設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣, 故設(shè)計者必須給予足夠重視。液壓站的兩種典型結(jié)構(gòu)方案循環(huán)、坐標(biāo)變換等進行前置處理。(6 插補計算該模塊是集成化數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊, 其任務(wù)是根據(jù)信息預(yù)處理給出的希望軌跡和從反饋接口獲取的實際軌跡信息, 實時生成機床各坐標(biāo)

3、的移動指令。此外, 該模塊還負責(zé)完成機床運動的加減速控制。(7 伺服控制該模塊是集成化數(shù)控系統(tǒng)的另一核心模塊, 其任務(wù)不僅是根據(jù)插補運算結(jié)果, 通過高速算法對機床X 、Y 、Z 等坐標(biāo)軸進行高精度位置控制, 而且還需完成速度閉環(huán)控制、矢量變換控制等高實時性控制任務(wù)。(8 開關(guān)量控制該模塊對系統(tǒng)中的開關(guān)量進行邏輯運算, 按PL C 的原理控制機床的邏輯順序運動。(9 安全保障該模塊與有關(guān)傳感器相配合, 對機床的加工過程和有關(guān)動作進行監(jiān)視, 防止某些錯誤動作的發(fā)生和故障蔓延, 并對系統(tǒng)發(fā)生的故障進行在線診斷。制造技術(shù)與機床2000年第10期(10 加工仿真該模塊以動畫方式對數(shù)控加工過程進行實時和超

4、實時動態(tài)仿真, 從而可在加工前檢驗零件程序的正確性和機床運動過程的合理性。5結(jié)語本文在對現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)存在的問題進行分析的基礎(chǔ)上, 提出了新的集成化PC 數(shù)控模式和體系結(jié)構(gòu), 研究了集成化PC 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件組成, 開發(fā)了TH 2000系列數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品。新型集成化PC 數(shù)控系統(tǒng)的性能價格比已達到當(dāng)前國際先進水平, 整個系統(tǒng)(包括電動機 的售價可降至現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的一半左右。這種高性能、高可靠性、低成本的新型數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用, 前景相當(dāng)廣闊。作者:周凱, 北京海淀區(qū)清華大學(xué)精儀系制造工程研究所, 郵編:100084, 電話:(010 62781267(編輯董雅萍 (收修改稿日期:2000-0

5、4-07 11 3液壓控制裝置集成方式的選擇液壓控制裝置是液壓系統(tǒng)中各類控制閥及其連接體的統(tǒng)稱, 在液壓站中多用無管集成。亦即將各類控制閥固定在某種專用或通用的連接體(又稱輔助件 上, 輔助件內(nèi)開的一系列通道(油道 , 控制閥之間的油路聯(lián)系主要由這些通道而非管道實現(xiàn)。按所采用輔助件的形式不同, 又可分為板式、塊式、鏈?zhǔn)?、疊加閥式和插入式等五種集成方式。它們的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、外形美觀、壓力損失較小等。但因結(jié)構(gòu)上各不相同, 故又各有特點及其適用的場合。311板式集成在閥板上, 按系統(tǒng)要求, 通過閥板中切削或鑄造出的通道實現(xiàn)油路聯(lián)系, 構(gòu)成一個回路。對較復(fù)雜的系統(tǒng), 則需將其分解成幾個回路

6、, 用幾個閥板安裝標(biāo)準(zhǔn)板式控制元件, 閥板間通過管道來連接。2、8閥板又有整體式和剖分式兩種形式1、。整體式出。此種閥板的可靠性好, , 成, , 削或鑄出矩形溝槽, 然后用粘合劑將底板與面板粘合在一起, 并用相當(dāng)數(shù)量的螺釘緊固成為一完整的封閉體。面板上的通道孔分別與各液壓元件上相應(yīng)油口對應(yīng), 各元件之間油路聯(lián)系借助底板上的溝槽來實現(xiàn)。剖分式閥板制造方便, 但可能會因液壓沖擊造成粘合劑失效, 引起油路串腔, 導(dǎo)致液壓系統(tǒng)工作失常。綜上所述可知:板式集成對于動作復(fù)雜的液壓系統(tǒng), 回路元件數(shù)量的增加, 導(dǎo)致所需閥板尺寸和數(shù)量增大, 致使有些孔道深到無法鉆出, 而銑槽往往出現(xiàn)滲漏串腔現(xiàn)象。此外, 閥

7、板是根據(jù)特定的液壓系統(tǒng)專門設(shè)計制作的, 不易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化, 不易組織專業(yè)生產(chǎn)。當(dāng)用戶需要更改回路或追加元件時, 閥板就要重新設(shè)計加工, 設(shè)計和加工的差錯也會使整塊閥板報廢。所以, 板式集成適合不太復(fù)雜的中低壓系統(tǒng)采用。312塊式集成塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路, 做成通用化的六面體輔助件集成塊, 通常其四周除一面安裝液壓執(zhí)行裝置的管接頭外, 其余三面安裝標(biāo)準(zhǔn)板式閥及少量疊加閥或插裝閥, 這些元件之間的油路聯(lián)系由集成塊內(nèi)部所開通道孔實現(xiàn); 塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面, 布有上下貫穿通道體的公用壓力油孔、回油孔、泄油孔及塊間連接螺栓孔, 多個回路塊疊積成一摞, 通過四只長螺栓固緊

8、, 塊之間的油路聯(lián)系12通過公用油孔來實現(xiàn)。對于較復(fù)雜的系統(tǒng), 可按系統(tǒng)組成特點, 將其劃分為幾摞。摞間用管道連接即可。塊式集成的顯著優(yōu)點是:可簡化設(shè)計; 更改系統(tǒng)、增減元件方便, 設(shè)計柔性大1; 集成塊主要加工部位是六個平面及各個孔, 其尺寸比板式集成的閥板要小得多, 故加工容易, 且便于組織專業(yè)化生產(chǎn), 降低成本; 大大減少了管接頭數(shù)量, 并且結(jié)構(gòu)緊湊, 占地面積小, 泄漏少, 穩(wěn)定性好; 通道孔粗而短, 故壓力損失小、發(fā)熱少、效率較高。塊式集成既可用于低壓系統(tǒng)也可用于高壓系統(tǒng)。313鏈?zhǔn)郊?鏈?zhǔn)郊?、與塊式集成非常相似, 它的輔助件通常有閥塊、連接塊、隔板和端板。每個閥塊僅安裝一個標(biāo)

9、準(zhǔn)板式閥或組合疊加閥, 依靠閥塊中的孔道及各輔。; 閥塊兩面是塊間或塊與其它輔助件間的連接結(jié)合面, 兩側(cè)面間通常開有5條呈軸對稱分布的公用主油道及4個短螺栓孔, 故可在閥塊不變的情況下, 以對稱軸為中心旋轉(zhuǎn)180°安裝來改變油路關(guān)系。從而減少閥塊及其它輔助件的品種, 提高通用化程度和變更系統(tǒng)的靈活性。閥塊底面有通向執(zhí)行器、液壓泵或油箱的三個螺紋孔口, 可根據(jù)需要用螺塞進行阻通。連接塊的兩側(cè)結(jié)合面與同規(guī)格閥塊兩側(cè)結(jié)合面的連接尺寸完全一致, 也開有五條軸對稱油道和四個螺栓孔。連接塊上不安裝液壓閥, 其作用是使5條公用通道兩兩溝通, 實現(xiàn)油路關(guān)系的改變, 并且通過其底面都開有與公用油道相通

10、的兩個螺紋孔接至壓力繼電器、壓力表等元件(這兩個螺紋孔不用時也可用螺塞堵死 。隔板安裝在相鄰兩個閥塊或閥塊與連接塊之間, 它的兩個側(cè)面與閥塊的兩側(cè)向結(jié)合面尺寸相同, 也有與閥塊一樣位置的四個螺栓孔。其作用是通過阻通相鄰輔助件的5條公用通道中的一條或幾條(共有20種方案 , 實現(xiàn)油路關(guān)系的改變。端板上既不安裝液壓閥, 也沒有內(nèi)部通道。用螺栓與整個鏈?zhǔn)郊裳b置最外側(cè)的閥塊連接, 一方面從兩端堵死閥塊的5條公用通道, 另一方面把整個鏈?zhǔn)郊裳b置安裝在臺架上。鏈?zhǔn)郊傻膬?yōu)點是:組合排列方便靈活, 4種輔助件經(jīng)適當(dāng)排列即可實現(xiàn)集成; 設(shè)計施工周期短, 工效高; 輔助件少, 工藝簡單; 設(shè)計程度規(guī)范, 易

11、于實現(xiàn)制造技術(shù)與機床2000年第10期 其缺點是流通直角轉(zhuǎn)變較多, 流阻損失較大, CAD 等。故一般適于小流量液壓系統(tǒng)采用。314疊加閥式集成疊加閥式集成是在塊式集成基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 但不需要另外的連接塊, 而是以帶有公用油道的疊加閥作連接體, 通過螺栓將直接疊合在一起的所有液壓閥固定在最底層的底板塊上。底板塊側(cè)面的螺紋孔口可接至執(zhí)行器、液壓泵或油箱, 并可根據(jù)需要用螺塞進行阻通。因同一規(guī)格的疊加閥的油口和螺栓孔的大小、位置及數(shù)量均與相匹配的板式換向閥相同, 故只要把同一規(guī)格的疊加閥按一定順序疊積起來, 再將換向閥裝于這些疊加閥的上面, 即可構(gòu)成各種典型液壓回路。疊加閥式集成的優(yōu)點是:標(biāo)準(zhǔn)

12、化、通用化、集成化程度高, 設(shè)計、加工及裝配周期短, 便于實現(xiàn)CAD ; 結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、體積小、重量輕、占地面積小; 配置靈活、安裝維護方便, 便于通過增減疊加閥實現(xiàn)液壓系統(tǒng)原理變更; 減少了輔助件及管件, 耗材少, 成本低; 消除了漏油, 減小了振動和噪聲, , 全可靠。, , 。315插入式集成2、9插入式集成1、的輔助件為整體式多孔通道塊, 所連接的液壓閥主要為插裝閥(又稱邏輯閥 。插裝閥本身無閥體, 靠插入零件(閥心、閥套等 與通道塊中的孔配合, 并由控制蓋板固定在通道塊中, 通過通道把各插裝閥連通起來, 通道塊外表面裝上控制插裝閥啟閉的各種先導(dǎo)閥即組成液壓集成裝置。通道塊既是各

13、插裝閥的閥體, 又是油路的連接通道。由于插裝閥流通能力大, 動作靈敏, 標(biāo)準(zhǔn)化程度高, 故集成后的液壓裝置更加緊湊, 特別適合重型機5械、冶金、塑料機械等大流量系統(tǒng)采用4、。其缺點是液壓系統(tǒng)變更靈活性差, 通道塊的孔系較復(fù)雜, 不便于設(shè)計與加工。動機臥式安裝, 液壓泵置于油箱之上。上置式液壓動力源裝置的優(yōu)點是占地面積小, 結(jié)構(gòu)緊湊, 適用于小功率液壓系統(tǒng)。臥式的電動機與泵軸的同軸度不易保證, 且吸油高度不能過大。412非上置式動力源非上置式液壓動力源裝置的泵組置于底座或地基上。泵組坐落在與油箱一體的公用底座上時稱整體型液壓動力源, 若泵組放在油箱側(cè)面稱旁置式, 若泵組放在油箱下面稱下置式; 泵

14、組單獨裝在地基上稱分離型液壓動力源。非上置式液壓動力源裝置的優(yōu)點是能有效改善泵的吸油性能, 易維護, 但占地面積大。適用于大功率液壓系統(tǒng)。5結(jié)束語、調(diào)試及多種國外、技術(shù)改造工作實踐中37體會到, 在液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中, 液壓站結(jié)構(gòu)選型的合理與否對采用液壓傳動的機床或其它設(shè)備的技術(shù)、經(jīng)濟性能顯得非常重要。因此, 機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計者應(yīng)給予足夠重視, 這也正是本文的出發(fā)點之一。限于篇幅, 本文未能論及液壓站各部分的詳細設(shè)計步驟等, 讀者可參閱有關(guān)文獻。此外, 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及其與液壓技術(shù)的有機結(jié)合, 我們有理由相信, 包括液壓站結(jié)構(gòu)選型在內(nèi)的液壓系統(tǒng)智能化設(shè)計工具及軟件會相繼開發(fā)出來, 并廣

15、泛應(yīng)用于工程設(shè)計實際, 從而大大提高機床及其它液壓設(shè)備的設(shè)計水平和產(chǎn)品質(zhì)量。參考文獻1張利平1液壓站設(shè)計1河北科技大學(xué), 199912張利平主編1液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊1北京:機械工業(yè)出版社,199713張利平等1一種新型節(jié)能液壓系統(tǒng)1中國機械工程, 1992(3 4張利平等1壓力卷管機壓輥裝置的電液壓力控制系統(tǒng)1液壓氣動4液壓動力源裝置的結(jié)構(gòu)選擇液壓動力源向系統(tǒng)提供工作介質(zhì), 并可作為整體式液壓站安放液壓控制裝置的基座, 是液壓站的重要組成部分。液壓動力源裝置由液壓泵組及液壓油箱組成, 按2液壓泵組的布局, 液壓動力源裝置有以下兩大類1、:411上置式動力源上置式液壓動力源裝置的泵組置于油箱之上。根據(jù)電動機安裝方向又有立式(圖a 與臥式(圖b 之分, 前者的電動機立式安裝, 液壓泵置于油箱內(nèi); 后者的電制造技術(shù)與機床2000年第10期與密封, 1993(35張利平等1注塑機電液比例控制系統(tǒng)1國外塑料, 1996(26張利平等1西德氣缸體雙面銑組合機床液壓系統(tǒng)分析1機床與液壓, 1998(47Zhang L i p ing . Studies and D evelopm ent to ABTM w ith E lectro 2H