M250內(nèi)圓磨床液壓站的改造

伏宇璐 宗建軍

(中車戚墅堰機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備，由于機床的液壓系統(tǒng)故障導致設備無法加工出滿足要求的齒輪零部件，通過改造，使液壓系統(tǒng)與床身獨立，并設計、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)，長時間使用后可能產(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，簡單的修復無法徹底解決這個問題，必須把液壓系統(tǒng)與床身分離開來，重新設計制作新的液壓系統(tǒng)才能保證齒輪的加工精度。

液壓系統(tǒng)主要完成以下動作：(1)工作臺連續(xù)往復運動，速度可無級調(diào)整；(2)砂輪的液壓修整；(3)工作臺油缸的排氣；(4)工作臺液動和手動之間的液壓聯(lián)鎖；(5)床身導軌利用液壓系統(tǒng)的壓力潤滑油；(6)開關閥處于“關”的位置時，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進入油缸，因油缸兩腔承壓面積相等，故軸向力平衡，手搖工作臺時輕巧。此機床利用床身底腔作為液壓油池，加油時可打開床身后門，換油時用油泵把舊油吸出，油池經(jīng)清洗再注入新油。

1 機床的配置參數(shù)

(1)機床的液壓系統(tǒng)壓力：10kg/cm2。

(2)潤滑系統(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)液壓電機型號：JO212-4型(功率0.8kW) 。

(7)機床外形尺寸：3 760mm×1 650mm×1 830mm。

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

2 液壓傳動系統(tǒng)的設計計算

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)原來機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入口之間總的管路損失?！痞的準確計算要待元件選定并繪出管路后才能執(zhí)行，初算時可根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵巍⒘魉俨淮蟮?，取∑ΔP=(0.2～0.5)MPa；管路復雜的、進口有調(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同時工作時，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為同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量，m3/s，可根據(jù)標準查得。

(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)品樣本或手冊中選擇相應的液壓泵，考慮到一定的壓力儲備，所選的泵一般要比最大工作壓力大25%～60%[2]。

2.2 根據(jù)散熱和儲油量要求計算油箱容量

原機床的床身儲油量為160L，新油箱容量要根據(jù)原儲油量來制定，一般油面的高度是油箱高h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為油箱的長度，cm； h為油箱的高度，cm。

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

2.3 計算液壓系統(tǒng)的沖擊壓力

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

直接沖擊(即t<τ)時，管道內(nèi)壓力增大值ΔP=αρΔν；

間接沖擊(即t>τ)時，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即管道長度為L時，液流往返所需時間，s； t為關閉或打開液流通道的時間，s。

(2)急劇改變液壓缸運動速度時，由于液體及運動機構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為與活塞連動的運動部件重量，kg；Δν為液壓缸的速度變化量，m/s；t為液壓缸速度變化Δν所需時間，s。

計算得出沖擊壓力小于初始設計壓力，符合機床要求。由此計算出所需液壓站的大小及各項液壓參數(shù)。

3 改造前后效果對比

改造前，機床的液壓電機、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)，長期使用后，液壓的自激振蕩、液壓油液的溫度、電機的振動、工件的直波紋等都是精加工時需要克服的問題。由于加工時需要用切削液冷卻，有時切削液泄漏會進入液壓油使液壓油變質(zhì)，頻繁更換液壓油帶來了更多的使用成本，而設備的維修也使設備停機時間延長，影響生產(chǎn)。

改造后，液壓系統(tǒng)與床身脫離，共設置有3個電機：1個主液壓電機，1個液壓油循環(huán)電機和1個液壓油冷卻電機(見圖2)。對液壓油加裝了油冷卻系統(tǒng)，使液壓油保持恒溫；床身作為一個中間過渡油箱，當床身的液壓油達到設定的液位時，液位感應開關發(fā)送信號，抽油泵開始抽油回主液壓箱，主液壓電機以此循環(huán)工作；對床身實行全密封處理，杜絕冷卻液漏進液壓油的可能，使設備更加高效穩(wěn)定地工作。

圖1 改造前的液壓系統(tǒng)結構

圖2 改造后結構

4 結論

改造后的液壓系統(tǒng)與床身各自獨立，避免了因長期使用所帶來的液壓泵或電機的自激振蕩及液壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，使機床運行更平穩(wěn)，延長了使用壽命?，F(xiàn)在齒輪加工精度能達到0.002mm，遠遠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行，也大大減少了停機時間，保證了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。該設計已取得實用新型專利，具有推廣價值。

[1] 宋軍民,周曉峰.液壓傳動與氣動技術[M].2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

[2] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[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，大專學歷，技師，從事設備維修工作。 專利申請：一種內(nèi)圓磨床的液壓站外置(實用新型專利，專利號：ZL201320886164.X)

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