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      立式旋壓機縱向進給機構(gòu)液壓配重設(shè)計

      2018-02-05 02:31:14鄭宏偉王大力郭亞明李亦楠
      新技術(shù)新工藝 2018年1期
      關(guān)鍵詞:旋壓滑體柱塞

      鄭宏偉,王大力,郭亞明,黃 濤,盧 博,李亦楠

      (長春設(shè)備工藝研究所,吉林 長春 130012)

      液壓配重廣泛地應(yīng)用于機床的配重系統(tǒng)。非標(biāo)機床自身工作工況不同,對于配重系統(tǒng)的技術(shù)要求也有所不同。旋壓機按主軸軸線位置分類[1],可分為立式和臥式2種。立式旋壓機縱向進給機構(gòu)的運動方向垂直于水平面,縱向進給機構(gòu)上固定有縱向滑體,工作時,縱向進給力是一個恒定值,重力會參與做功,從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定[2];因此,設(shè)計一種液壓配重裝置,抵消掉縱向滑體的重力是非常必要的。

      1 立式旋壓機縱向進給機構(gòu)

      本文以立式旋壓機為研究對象,立式旋壓機縱向進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示,主要包括縱向滑體、雙絲杠、雙絲母、2個伺服電動機、2個柱塞油缸和基座[3]。

      圖1 立式旋壓機縱向滑體柱塞缸側(cè)剖視圖

      圖2 立式旋壓機縱向滑體滾珠絲杠側(cè)剖視圖

      從圖1可以看到,2個柱塞油缸立式安裝,以主軸為中心成180°對稱布置在縱向滑體兩側(cè),柱塞桿固定在基座上,柱塞缸體固定在縱向滑體上。從圖2可以看到,雙絲杠立式安裝,一端通過軸承固定在基座上,另一端軸承固定,直接連到伺服電動機上,絲母通過法蘭與縱向滑體連接,伺服電動機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn),帶動絲母上下移動,實現(xiàn)縱向進給。工作時,伺服電動機驅(qū)動是主動進給,柱塞油缸配重縱向滑體運動為被動跟隨,要求柱塞油缸配重首先應(yīng)保證配重力穩(wěn)定,其次進給速度應(yīng)跟得上縱向進給的速度要求,這是衡量液壓配重性能好壞的關(guān)鍵。

      縱向進給工作工況有快速進給、工作進給和停在任一位置。對液壓配重系統(tǒng)的要求如下:在縱向滑體運動方向向上快速進給時,配重油缸隨著滑體運動伸出,同時保證柱塞油缸輸出力略小于縱向滑體的重力,保證縱向絲杠輸出力做正功;在縱向滑體運動方向向下快速進給時,配重油缸隨著滑體運動縮回,同時保證柱塞油缸輸出力略大于縱向滑體的重力,保證了縱向絲杠輸出力做正功[4];縱向滑體停在任一位置工況時,由于滾珠絲杠沒有自鎖的功能,配重油缸保壓抵消掉縱向滑體的重力,保證縱向滑體不會掉下來。

      立式旋壓機縱向進給機構(gòu)參數(shù)如下:快進速度為1 500 mm/min;快退速度為1 500 mm/min;縱向滑體質(zhì)量為25 000 kg;柱塞缸徑為160 mm。

      2 液壓配重系統(tǒng)

      液壓配重系統(tǒng)的原理圖如圖3所示。

      圖3 液壓配重系統(tǒng)原理圖

      圖3中,液壓系統(tǒng)動力源采用1臺恒壓變量柱塞,執(zhí)行元件采用2個柱塞油缸,控制元件采用減壓閥、順序閥、兩位四通換向閥和兩位兩通換向閥。其中,減壓閥用來調(diào)整縱向滑體運動方向向上進給時配重油缸的配重壓力;順序閥用來調(diào)整縱向滑體運動方向向下進給時配重油缸的配重壓力;兩位四通換向閥用來調(diào)節(jié)配重油缸的進、退換向功能;兩位兩通換向閥是在縱向停止運動時或停機時給配重油缸保壓。當(dāng)縱向滑體運動方向向上進給時,縱向油缸輸出壓力由減壓閥調(diào)節(jié);當(dāng)縱向滑體運動方向向下進給時,縱向油缸輸出力由順序閥調(diào)節(jié)??刂崎y安裝在油路塊上,壓力調(diào)節(jié)方便,所選柱塞泵流量滿足柱塞油缸最大進給速度要求。

      3 仿真分析

      3.1 建立AMESim仿真模型

      根據(jù)液壓原理圖建立仿真模型。AMESim軟件仿真要經(jīng)歷4個步驟[5-7]:1)建立草圖,形成仿真模型;2)設(shè)置子模型;3)原件參數(shù)設(shè)置;4)設(shè)置仿真參數(shù),運行仿真[8]。前2個步驟的運行結(jié)果(仿真模型)如圖4所示。

      圖4 液壓配重系統(tǒng)AMESim仿真模型

      3.2 設(shè)置仿真參數(shù)

      設(shè)縱向滑體運動方向向上和向下的參數(shù)如下:進給速度從0增加到1 500 mm/min,持續(xù)時間5 s;保持速度1 500 mm/min,持續(xù)時間5 s;從1 500 mm/min降低到0,持續(xù)時間5 s。

      3.3 結(jié)果分析

      3.3.1 縱向滑體運動方向向上進給

      圖5 向上進給柱塞位移隨時間變化曲線

      運行仿真,得到向上進給柱塞位移隨時間變化曲線如圖5所示。從圖5可以看出,該工況為縱向滑體運動方向向上加速進給、勻速進給到最后減速進給和停止階段,與設(shè)置一致。在這個工況下,柱塞油缸流量隨時間變化曲線如圖6所示。從圖6可以

      圖6 向上進給柱塞油缸流量隨時間變化曲線

      看出,在縱向滑體運動方向向上加速進給時,柱塞油缸流量逐漸增加,在前2 s內(nèi)稍有波動,在3~5 s時流量達到穩(wěn)定增加;在縱向滑體運動方向向上勻速進給(5~10 s)時,流量基本保持穩(wěn)定不變;在縱向滑體運動方向向上減速進給(10~15 s)時,流量曲線勻速下降;在縱向滑體進給停止(15~20 s)時,仿真曲線流量為0。

      上述分析說明,在縱向滑體運動方向向上加速、勻速、減速進給和停止時,液壓配重系統(tǒng)柱塞油缸配重動作滿足要求,可以實現(xiàn)穩(wěn)定配重。

      3.3.2 縱向滑體運動方向向下進給

      運行仿真,得到向下柱塞位移隨時間變化曲線如圖7所示。從圖7可以看出,該工況為縱向滑體運動方向向下加速進給、勻速進給到最后減速進給和停止階段,與設(shè)置一致。在這個工況下,柱塞油缸流量隨時間變化曲線如圖8所示。從圖8可以看出,在縱向滑體運動方向向下加速進給時,柱塞油缸流量逐漸減少,在前0.5 s內(nèi)稍有滯后,在0.5~5 s流量達到穩(wěn)定減少;在縱向滑體運動方向向下勻速進給(5~10 s)時,流量基本保持穩(wěn)定不變;在縱向滑體運動方向向下減速進給(10~15 s)時,流量曲線勻速下降;在縱向滑體運動進給停止(15~20 s)時,仿真曲線流量為0。

      圖7 向下進給柱塞位移隨時間變化曲線

      圖8 向下進給柱塞油缸流量隨時間變化曲線

      上述分析說明,在縱向滑體運動方向向下加速、勻速、減速進給和停止時,液壓配重系統(tǒng)柱塞油缸配重動作滿足要求,可以實現(xiàn)穩(wěn)定配重。

      4 結(jié)語

      設(shè)計了立式旋壓機縱向進給系統(tǒng)液壓配重的方案,根據(jù)技術(shù)要求設(shè)計液壓原理和元器件選型。應(yīng)用AMESim軟件搭建仿真模型,合理輸入仿真參數(shù),分別在縱向滑體運動方向向上、向下進給時得到柱塞油缸位移和流量的仿真曲線,通過分析仿真曲線說明液壓配重系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足配重要求,元器件選型合理。同時,應(yīng)用本液壓配重系統(tǒng),配重壓力可以方便地在額定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),操作方便,實用性強。

      [1] 王成和.旋壓技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1986.

      [2] 王君雅,林春庭,李繼珍.大型立式強力旋壓機的研制[J].航空制造技術(shù),2011,17(2):62-65.

      [3] 曹學(xué)文,張立武,楊延濤.對輪旋壓技術(shù)研究進展[J].熱加工工藝,2013,9(42):115-117.

      [4] 吳俊文.液壓配重和垂直進給軸同步控制的設(shè)計[C]//云南省機械工程學(xué)會第七屆學(xué)術(shù)年會暨十三省區(qū)市機械工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集.昆明:云南省機械工程學(xué)會,2008.

      [5] 梁全,謝基晨,聶利衛(wèi).液壓系統(tǒng)AMESim計算機仿真進階教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2016.

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