液壓馬達機構(gòu)在搖鉆橫臂旋轉(zhuǎn)上的應(yīng)用

仲 輝 王志國

（沈陽機床股份有限公司UNIS i5M8團隊，沈陽 110142）

液壓馬達機構(gòu)在搖鉆橫臂旋轉(zhuǎn)上的應(yīng)用

仲 輝 王志國

（沈陽機床股份有限公司UNIS i5M8團隊，沈陽 110142）

針對一款大型搖臂鉆床在使用過程中橫臂的旋轉(zhuǎn)費時費力問題，采用一套液壓馬達作為動力源，用鏈傳動的方式，作為操作人員的助力裝置，從而實現(xiàn)了橫臂旋轉(zhuǎn)自動與手動切換的操作模式，成功解決了橫臂旋轉(zhuǎn)費時費力的問題。

大型搖鉆 橫臂旋轉(zhuǎn) 液壓馬達 鏈傳動 助力裝置

引言

我國第一臺搖臂鉆床誕生于沈陽機床。普通搖臂鉆床為沈陽機床股份有限公司的主要產(chǎn)品，鉆孔直徑范圍為40～125mm。隨著重型機械的發(fā)展，切削零件的尺寸越來越大。因此，迫切需要開發(fā)一種更大鉆孔直徑、更大加工范圍的機床，來滿足造船、鐵路等行業(yè)的需求。沈陽機床股份有限公司開發(fā)了一款鉆孔直徑為160mm的大型搖臂鉆床，以滿足現(xiàn)有重型機械鉆削大型零件的市場需求。

該產(chǎn)品在原有普通搖臂鉆床的基礎(chǔ)上，采用了變頻控制技術(shù)，使機床轉(zhuǎn)速可以在區(qū)間內(nèi)無級變速，并且可通過觸摸式控制面板選取轉(zhuǎn)速及進給量。主電機與進給電機分離，主軸轉(zhuǎn)速與進給量任意匹配，從而實現(xiàn)彈性自動攻絲功能，可滿足其大型零件的鉆孔、攻絲、絞孔等需求。

由于需要擴大零件的加工范圍，該設(shè)備的搖臂長度及重量遠超原有產(chǎn)品。而橫臂的旋轉(zhuǎn)是在橫臂松開狀態(tài)下，由人工手動旋轉(zhuǎn)該橫臂。因此，產(chǎn)生了橫臂旋轉(zhuǎn)過程中費時費力的問題。

為解決該問題，綜合各種傳動解決方案，最終確定采用一套液壓馬達作為動力源，用鏈傳動的方式，作為操作人員的助力裝置，從而實現(xiàn)了橫臂旋轉(zhuǎn)自動與手動切換的操作模式，成功解決了橫臂旋轉(zhuǎn)費時費力的問題。

1 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.1 齒輪傳動特點分析

（1）傳動比范圍大可用于減速或增速。

（2）傳動效率高。一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達99%以上。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動。

（4）制造成本較高。某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用的或高精度的機床刀具和量儀等，故制造工藝復雜成本高。

（5）精度不高的齒輪傳動時的噪聲振動和沖擊大，污染環(huán)境。

（6）無過載保護作用。

根據(jù)以上尺寸傳動的特點分析，結(jié)合設(shè)備的實際情況，需要傳動部分的立柱如圖1所示。

圖1 傳動部分的立柱

由于橫臂與外柱通過平鍵連接在一起，從而實現(xiàn)外柱與橫臂同時旋轉(zhuǎn)。因此，只需要在外柱的外圓布置傳動機構(gòu)，即可實現(xiàn)橫臂的旋轉(zhuǎn)。但是，由于該設(shè)備定位在鉆削重型機械，外柱的直徑為1250mm。如果用齒輪傳動，需要在直徑1250mm的外圓上配齒圈。該齒圈的加工成本非常高，由于兩側(cè)安裝空間較小，因此裝配調(diào)試不方便，且無法保證配做出的齒輪、齒圈嚙合位置正好在分度圓上，容易出現(xiàn)齒輪傳動時的噪聲振動和沖擊。

另外，如采用齒輪、齒圈傳動，電機帶動齒輪，驅(qū)動齒圈旋轉(zhuǎn)。齒輪、齒圈無法脫開，該設(shè)計則為橫臂旋轉(zhuǎn)全自動連續(xù)運動，但操作者在操作設(shè)備時，需要點動控制，實現(xiàn)對孔操作。由于立柱、橫臂、主軸箱的整體重量在8噸左右。該重量的旋轉(zhuǎn)慣性很大，電機瞬間無法實現(xiàn)點動控制，導致無法實現(xiàn)主軸箱與橫臂的微小的聯(lián)動動作。該方案雖然滿足了橫臂自動旋轉(zhuǎn)的要求，減輕了操作者的勞動強度，但在最終的對孔操作上會浪費很多時間，而且不容易對孔。因此，該傳動方案并非優(yōu)選方案。

1.2 鏈傳動特點分析

（1）鏈傳動與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。

（2）鏈傳動與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度要求較低；中心距較大時，其傳動結(jié)構(gòu)簡單。瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，因此傳動平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪聲。

（3）鏈傳動平均傳動比準確，傳動效率高，軸間距離適應(yīng)范圍較大，能在溫度較高、濕度較大的環(huán)境中使用；但鏈傳動一般只能用作平行軸間傳動，且其瞬時傳動比波動，傳動噪聲較大。由于鏈節(jié)是剛性的，因而存在多邊形效應(yīng)（即運動不均勻性）。這種運動特性使鏈傳動的瞬時傳動比變化，并引起附加動載荷和振動，在選用鏈傳動參數(shù)時須加以考慮。需注意的是，鏈傳動廣泛用于交通運輸、農(nóng)業(yè)、輕工、礦山、石油化工和機床工業(yè)等。

根據(jù)鏈傳動的特點，它的制造和安裝精度要求較低，最主要是在配做的情況下便于調(diào)整。常見的鏈節(jié)附件有：在鏈條單側(cè)上帶有螺孔的附件形式；在鏈條單側(cè)帶有螺孔垂直附件形式；在鏈條兩側(cè)帶有螺孔附件的形式。

根據(jù)圖1外柱的安裝位置，選擇在鏈條單側(cè)帶有螺孔垂直附件形式，以滿足現(xiàn)有的安裝要求。再根據(jù)操作的實際情況，最佳的狀態(tài)為：在操作者進行操作設(shè)備時，可以進行手自動切換；距離加工位置較遠時，選擇自動旋轉(zhuǎn)；在需要微動對孔的時候，選擇手動模式。因此，最終決定采用液壓馬達作為動力源。當系統(tǒng)給油的時候，實現(xiàn)自動旋轉(zhuǎn)；在系統(tǒng)泄壓的時候，實現(xiàn)手動旋轉(zhuǎn)。

1.3 機械傳動機構(gòu)如下圖

機械傳動機構(gòu)，如圖2所示。

圖2 機械傳動機構(gòu)

最終，該機械傳動部分如圖2所示。采用液壓馬達5作為動力源，通過鏈輪2與鏈條7嚙合，驅(qū)動整個外柱進行旋轉(zhuǎn)。而外柱通過平鍵與橫臂連接，最終實現(xiàn)橫臂的旋轉(zhuǎn)。

該機構(gòu)的裝配順序為：第一步，將支承套8通過螺栓固定在外柱的φ1250mm外圓上；第二步，將圖2中的鏈條通過安裝附件，固定在支承套8的上表面上；第三步，將支架4放置在底座側(cè)面的非加工區(qū)，避免影響工件加工范圍；第四步，將液壓馬達5固定在液壓馬達安裝法蘭3上，然后將鏈輪2通過平鍵安裝在液壓馬達的軸頭上，并用液壓馬達固定板1鎖緊；第五步，將第四步裝配好的液壓馬達裝配體整體放置于支架4的上表面，并通過調(diào)整墊以及調(diào)整塊6調(diào)整鏈輪2與鏈條的位置；調(diào)整完成后，最后將支架4及調(diào)整塊6固定即可。

2 結(jié)語

為了解決大型搖臂鉆床在加工過程中橫臂旋轉(zhuǎn)費時費力的問題，綜合各種傳動解決方案，最終確定采用一套液壓馬達作為動力源，用鏈傳動的方式，作為操作人員的助力裝置，并配置一套液壓站，通過調(diào)整液壓站的壓力來調(diào)整橫臂旋轉(zhuǎn)扭矩，通過調(diào)整液壓站的流量來調(diào)整橫臂旋轉(zhuǎn)的速度。通過操作面板按鈕控制液壓站，當液壓站給液壓馬達動力的時候，可實現(xiàn)自動旋轉(zhuǎn)；當液壓站不輸出動力的時候，可以實現(xiàn)手動旋轉(zhuǎn)。這實現(xiàn)了橫臂旋轉(zhuǎn)自動與手動切換的操作模式，成功解決了橫臂旋轉(zhuǎn)費時費力的問題。

[1]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2]孫桓，陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]李洪.實用機床設(shè)計手冊[M].沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，1999.

[4]董獻坤.數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與編程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

The Hydraulic Motor Mechanism in the Application of Cross Arm on the Rotating Drill

ZHONG Hui, WANG Zhiguo
(Shenyang machine tool Limited by Share Ltd i5M8 UNIS team, Shenyang 110142)

For a large radial drilling machine in the process of using the arm rotation time-consuming problem, using a hydraulic motor as a power source, with chain drive, as a booster of the operator, so as to realize the operation mode of cross arm rotary automatic and manual switch, successfully solved the arm rotation time-consuming the problem.

large drill, rotary arm, hydraulic motor, chain drive, power device