B690型牛头刨床液压系统分析

　　( 南昌航空工业学院机械工程系) 摘要: 在 B 690 型牛头刨床液压系统图形符 号工作原理图的基 础上, 详尽分析 了该系统的调速 回路、 换向回路、 释压回路、 进给回路和开停回路的工作原理, 并指出了该系统的不足之处。 关键词: 刨床; 液压系统; 原理; 分析 中图分类号: TG 552. 1

　　削运动, 当运动至最前点时, 使操纵阀 5 左位接入系统, 进给阀 14 左控制腔通过操纵阀 5 接油 箱, 压力近似为零, 此时换向阀由于滞后仍暂时右位接入系统, 溢流阀 12 由远程溢流阀 13 释 压, 但为保证进给阀 14 动作, 未完成释压, 仍保留有 0. 6～0. 8 M Pa 的换向压力, 故进给阀右 控制接有 0. 6～0. 8 MP a 的换向压力, 进给阀右位接入系统, 进给缸退回, 为下次进给做好准 备, 一段时间后, 换向阀换向, 左位接入系统, 滑枕转为后退, 系统恢复工作所承受的压力, 进给阀仍维持 右位工作。 2. 3开停回路 滑枕的开动与停止可由开停阀 11 和制动阀 6 配合完成。当开停阀左位接入系统, 溢流阀 12 卸荷, 系统压力下降, 制动阀 6 在弹簧作用下右位接入系统, 滑枕停止运动, 此时系统处于 卸荷 状态。 当开停阀右位接入系统, 系统工作所承受的压力恢复, 制动阀左位接入系统, 滑枕 16 开始运 动。由此可见, 开停阀能使滑枕液压缸在任意位置“ 与“ , 且停止运动时, 系统处于卸荷 开” 停” 状态, 减少了能量消耗。 2. 4其它回路 除了以上介绍的外, 系统还设置了滑枕导轨的润滑回路和系统测压调整回路。 从溢流阀 12 的进油口处引出一条油路, 经滤油器 17、 分油器 18 分为两路提供给滑枕导 轨润滑。分油器内设有两个可调节流阀, 可分别调整润滑油流量。 测压回路通过压力表开关控制, 可分时测定液压系统的工作所承受的压力 p 1 ( 溢流阀 12 的调定压 力, 按第Ⅰ级速度调整, 为 5 M Pa) 、 系统背压 p 2 ( 溢流阀 8 调定, 为 0. 6～0. 8 M Pa) 和换向压 力 p 3 ( 溢流阀 13 调定, 为 0. 6～0. 8 MP a) 。正常工作时压力表是接油箱的。 2. 5液压系统的压力调整 系统需调整的压力包括工作所承受的压力 p 1、 背压 p 2 和换向压力 p 3。 2. 5. 1 工作所承受的压力 p 1 的调整 系统的工作所承受的压力 p 1 指的是由溢流阀 12 的调定压力, 它是按第Ⅰ级速度工作时确定的, 为 5 M Pa。 此压力调整时, 应拆去滑枕上的后档铁, 使其缓慢的前进, 直至活塞顶住油缸前缸盖而 停止, 此时操纵阀不动作, 系统压力便处于一个稳定值, 此条件下扳动压力表开关至测压 p 1 处, 调整溢流阀 12, 使表显示的压力值为 5 M P a。 2. 5. 2背压力 p 2 的调整 此压力的调整应在工作台往复运动途中调整, 一般在保证工作台均匀送刀的前提下取其 偏低值, 一般在 0. 6～0. 8 M Pa 。 2. 5. 3换向压力 p 3 的调整 换向压力是换向瞬间的释压压力, 出现时间较短, 故系统正常工作时不便调整。要调整换 向压力, 应先将节流阀 4 关闭, 切断换向阀控制油路使操纵阀 5 移动而换向阀 3 仍处于原位不 动, 系统始终处于“ 换向状态”此条件下可稳定的测得换向压力 p 3 ( 一般在 0. 6～0. 8 MP a) 。 ,

　　图 2主运动调速回路原理图 在每一级速度中, 由调速阀 7 构成的旁路节流调速回路完成了无级变速, 联合变级调 速 回路后即完成了机床 3～37 m / min 的大范围无级调速。此调速回路结构相对比较简单, 成本低, 输出功 率负载变化, 功率损耗小。 图 2 中阀 12 是一先导式溢流阀, 主要在旁路节流调速回路中起安全阀的作用, 防止系统 过载, 其调定工作所承受的压力为 5 M Pa。同时, 其远程控制口还用于换向释压时压力控制和停机时系 统卸荷。 换向回路也是该机床主运动回路中的一个关键回路。对换向回路的要求是迅速、 平稳、 准 确和可靠。图 3 是换向回ຫໍສະໝຸດ Baidu的原理图。 由于该机床滑枕重量较大, 运动速度较高, 因此该换向回路设计为由滑枕上的档铁( 图中 未示出) 操纵的机运式换向阀 5( 说明书里面称操纵阀, 故以下也称操纵阀) 为先导阀控制液控换 向阀 4 完成换向的, 这种换向回路有以下特点。 第一, 操纵阀 5 的动作是由档铁操纵的, 位置准 49

　　B690 型牛头刨床的液压系统的设计, 应该说确实考虑周密, 具有独到之处, 其优点主要表 现在: 1) 系统未用大流量单定量泵节流调整回路或价格昂贵的变压油泵容积调速回路, 而是采 51

　　用了双联定量泵组合变级调速配以调速阀旁路节流无级调速实现大范围变速功能。该调速方 式可看作是节流调速和容积调速的综合, 故系统具有结构相对比较简单, 成本低廉, 输出功率随负载变 化而变化, 功率损耗小。 2) 换向时间可调, 换向瞬间进行了系统释压, 使换向过程平稳。 3) 开停阀设在溢流阀远程控制口上, 配以制动阀 6, 使系统的开停与系统卸荷有机结合在 一起, 滑枕能在任意位置开停, 且停机时系统自然转入卸荷状态。 但是, 该系统也存在不足之处。 1) 系统发热严重, 按参考资料[ 2] 介绍, 该机床持续工作 3 小时温升在 36 ℃左右。 因此在 炎热的夏天, 油温可达 70 ℃左右, 产生的原因经分析主要有 机床液压系统与机床本体整体 结构设计, 油箱容积小, 散热条件差; 液压泵浸在油液中, 泵运转时的热量直接传给了油液; 泵输出的所有油液均须经背压阀 8 回油箱, 压力损失产生了热量。 有关发热问题的解决措施 可参阅参考资料[ 2] [ 3] 。 2) 溢流阀 12 的实际作用是旁路节流调速回路中的安全阀, 防止系统过载的。 但该系统设 计时未照顾到各级速度的需要, 而是按第Ⅰ级速度时满负荷工作确定的( 5 MP a ) , 当在第Ⅱ～ Ⅳ级速度运行时, 由于电机功率的限制, 工作所承受的压力不能也不允许达到 5 M Pa, 按说明书介绍, 第 Ⅱ级为 3 M Pa, 第Ⅲ、 Ⅳ级为 2. 5 MP a, 因此, 由图 1 可见在Ⅱ～Ⅳ级时溢流阀 12 不能起到安 全限压的作用, 换句话说, 在第Ⅱ～Ⅳ级速度运行时, 当切削负荷增加超载时, 系统有过载现 象, 其结果是电机超载, 电机转速下降, 滑枕运动速度下降, 经常工作在此状态下对液压系统不 利, 这一点在使用中应引起注意。 参考文献

　　图 3主运动换向回路原理图 2. 2进给回路工作原理 由进给回路传动链可知, 进给系统仅需由液压缸提供往复运动的动力即可, 如图 1 中的送 进液压缸 15, 其动作应与滑枕动作协调。其动作原理为, 当滑枕退至最后点时, 滑枕上的档块 ( 图中未示出) 使操纵阀右位接入系统, 提供给阀 14 左控制腔高压油, 由于换向阀 3 相对于操 纵阀有一个滞后( 可由节流阀 4 调节) , 故换向阀暂时仍处于左位工作, 溢流阀 12 通过小换向 阀 10 右位, 小操纵阀 9 左位由溢流阀 13 远程释压, 释压后溢流阀 12 的进口压力为换向压力 ( 0. 6～0. 8 MP a) , 故进给阀 14 右腔接低压油路, 进给阀 14 换向, 左位接入系统, 送进缸 15 产 生进给运动, 进给缸的工作所承受的压力由背压阀 8 调定( 0. 6～0. 8 Mpa) , 背压阀同时还具有使滑枕 液压缸运动平稳的作用。操纵阀动作后的一段时间后换向阀完成换向, 右位接入系统, 溢流阀 12 恢复调定的工作所承受的压力 5 M Pa , 进给阀左、 右腔压力相等, 不动作, 滑枕换向后转为向前作切 50

　　确, 可靠性好; 第二, 换向阀的动作略滞后于操纵阀, 且换向阀的动作时间可由节流阀 4 调节, 换向平稳性好; 第三, 操纵阀换向动作时, 对液压缸的回油路有节流预制动功能, 换向精度高; 第四, 操纵阀换向动作完成后, 而换向阀动作完成前的瞬间由与阀 5 和阀 3 联动的小操纵阀 10 和小换向阀 11 配合, 由远程调压阀 13 控制溢流阀 12 二级调压, 使系统释压, 释压后的换 向压力为 0. 6～0. 8 M pa( 由溢流阀 13 调定) , 释压后换向, 可避免滑枕换向时的液压冲击, 进 一步提高了换向的平稳性。

　　主运动是由一缸体固动的单 B 690 型牛头刨床是由液压传动系统完成运动和动力传递的。 出杆活塞缸带动滑枕运动完成的, 其传动结构较简单。 进给运动是由一单出杆活塞缸通过一系 列的物理运动机构完成的, 其传动链为液压缸—齿轮、 齿条机构—超越离合器—齿轮传动—丝 杆、 螺母传动工作台。 按说明书里面的参数, 其主运动的切削速度是在 3～37 m / min 范围内无级可调, 最大工作 推力为 28000 N; 进给运动速度的调节是由物理运动机构完成的, 这里不予讨论但进给缸的动 作需保证与主运动的协调。

　　牛头刨床是一种常见的直线往复运动机床, 在单件、 小批量生产中大范围的使用在加工各种平 面、 沟槽, 甚至直纹曲面。牛头刨床的传 动系统有机械式与液压式两种。较大功率的牛头刨床 ( 如 B690 型牛头刨床) 一般都会采用液压传动系统。 牛头刨床的切削运动包括滑枕带动刀具的主运动和工作台带动工件的横或纵向的间歇进 给运动。 两运动均为直线往复运动。 但主运动要提供较大的切削力和较宽的变速范围, 其消耗 的功率随切削条件的不同而有较大的变化范围。 进给运动虽说消耗的功率不大, 但其动作与主 运动协调整 , 即在滑枕退至最后时带动工作成进给动作。

　　图 1 所示是根据该机床使用说明书里面提供的半结构式工作原理图绘制出的用液压图形符 号表示的工作原理图。现以该图为例进行分析。

　　2. 1主运动回路的工作原理 对于执行装置为液压缸的主运动, 其要考虑的问题主要是调速方式和换向方式的选择。 该机床由于切削力大, 调速范围宽, 如何以较低廉的成本, 较小的功率损耗完成较大的调 速范围是一个主体问题, 该机床的调速回路可简化为图 2 所示的液压回路。 由图可见, 它是由双联定量泵配合单出杆活塞缸的有关特性组成的变级回路, 再配以旁路 节流调速回路完成无级调速功能的。即由一个四位的变级阀 2 将机床较大的变速范围( 3～37 m/ m in) 分解为 4 个级别的速度做调整的。其 4 个级别的速度为: Ⅰ级, 变级阀左位工作, 由小流量泵 1. 1( 50 L / min ) 供油, 大流量泵 1. 2( 100 L / min ) 低压 卸荷, 工作速度为 3～8 m/ m in。回程速度为 21. 5 m/ m in。 48