一种曲轴精密校直液压机的液压系统设计

崖华青

（合肥合锻机床股份有限公司，安徽合肥230601）

0 引言

曲轴是发动机的核心部件，其生产质量直接影响我国汽车、拖拉机、轮船等行业的发展。曲轴的校直工艺在曲轴经表面硬化处理之后进行，此时曲轴的制造成本较高，每根高达8 万元。为了防止曲轴过压和造成表面压应力的过分下降，又要保证曲轴不能出现校直裂纹和轴颈表面压伤而造成报废，曲轴精密校直机采用了行程控制，与传统压力型校直液压机相比，具有校直精度高、生产效率高、工件无损伤等优点。

1 曲轴校直工艺

曲轴校直工艺如下：①上料（手工把工件放上工作台）→②调平（调节曲轴的调平装置）→③检测（自动检测机构对工件进行变形测量）→④确定支点、压点位置及压下量→⑤压头按设定的进给量压制（由位移传感器检测到位）→⑥循环第②～⑤步，直到检测曲轴合格。

其中，第⑤步由比例伺服系统完成。为了准确设计精校机比例伺服系统，必须进一步对压头动作进行分析。

2 压头的动作循环

压头的动作循环分为以下几个步骤（图1）：①压头自上限位快速下行；②压头至暂停位时进入校直行程，同时位移传感器起作用；③压头继续下行接触工件进行压制；④压头到达指定位置后停止；⑤压头快速回程至暂停位停止；⑥压头接着进入下一次校直行程，循环③～⑤步；⑦校直过程结束，压头快速回程至上限位。

3 液压原理图

基于行程控制的曲轴精密校直机的关键是压头行程可控，而且该机压头要求重复定位精度高、响应速度快、输出的功率大、信号处理灵活、易于各种参量的反馈等，所以系统采用了阀控液压缸式的闭环电液位置伺服系统作为控制系统。其液压原理图如图2 所示。

4 液压系统特点

（1）本系统采用比例泵和比例伺服阀，系统的压力和流量均可根据实际需要调整。通过比例泵初步调整系统的流量，再通过比例伺服阀来精确调整压头的下压量，防止压头的过冲现象，实现精校机的行程控制。

（2）该系统使用了充液阀，可实现压头快速回程，还使用了电磁球阀，该阀用于油缸上腔的卸压，使系统回程时无冲击，同时避免了回程时大流量的油液对比例伺服阀的损害，延长比例伺服阀的使用寿命，提高系统的可靠性。

（3）本系统采用了快速缸，使系统在空行程压头可实现快速下行，而回程时大量的油液通过冲液阀快速流回油箱，使压头快速回程，两者都节约了压头运动时间，提高了系统的工作效率。

5 主要液压元件的选择

5.1 油泵的选择

已知该机的公称力F=1600kN，液体最大工作压力P=25MPa，由油缸压力公式：

式中：P——液体最大工作压力，Pa；

F——公称力，N；

D——液压缸缸径，m。

由式（1）可反求油缸直径：

把 F=1600kN、P=25MPa 带入得：D=0.285m，取整D=0.28m。

又已知该系统的工作进给速度v=2～25mm/s，由此可算出该系统泵的最大流量Q=47.1vD2=92.3L。该系统要求压力可调，因而选德国派克PV063 的比例泵，该泵特点是柱塞泵本身配有比例流量阀、压力控制阀、压力预载阀。其输出的流量与通过比例阀的输入信号成比例，不受系统压力变化的影响，性能稳定。

5.2 电动机的选择

5.3 比例伺服阀的选择

根据该系统的流量，可以选德国力士乐的产品，其特点是带电气位置反馈，响应快、精度高、性能稳定，借助系统内的位移传感器，形成系统内闭环控制，能精确控制液压机任意目标位。

5.4 电磁换向阀选择

电磁换向阀通过电气控制换向，从而改变油流方向，以实现运动部件快降、慢降、卸压、回程等功能转换，该系统中3Y2、3Y3、5Y1 均为电磁换向阀，选德国力士乐产品，根据流量3Y2、5Y1 选6 通径，3Y3选10 通径。

5.5 其他液压元件的选择

根据所设计的液压系统图，计算或分析通过各元件的最大流量和最高工作压力，选择液压元件的规格，在此不作详细叙述。

6 结论

本文主要根据曲轴精密校直液压机的设计要求及液压机的工艺动作，设计了液压伺服系统。该液压伺服系统的重复定位精度达到0.01mm，校直精度达0.1 mm，性能指标为国内领先水平。实践证明该系统动态性能稳定、快速、精确，实现了压机的精确定位，满足了曲轴校直工艺的要求。

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