齿轮流量计在机床液压系统中的应用.pdf

2 0 1 1 年 8月 第 3 9卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 6 ． 0 1 6 齿轮流量计在机床液压系统中的应用 徐玉波，刘春时，李焱，高柏宏 沈阳机床 集团设计研究院有限公司，辽宁沈阳 1 1 0 1 4 2 摘要分析了齿轮流量计在常规液压系统中的应用，介绍了齿轮流量计在机床液压系统中的应用实例，解决了以往机 床液压系统设计上的不足。 关键词齿轮流量计；机床；液压系统；位置监测 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 4 52 App l i c a t i o n o f Ge a r Fl o wme t e r i n M a c hi n e To o l s Hy d r a ul i c S y s t e m XU Yu b o，L I U C h u n s h i ，L I Ya n， G AO B a i h o n g R D I n s t i t u t e o f S h e n y a n g Ma c h i n e T o o l ，S h e n y a n g L i a o n i n g 1 1 0 1 4 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e a p p l i c a t i o n a b o u t g e a r fl o wme t e r i n n o r ma l h y d r a u l i c s y s t e m w a s a n a l y z e d ． T w o a p p l i c a t i o n s a mp l e s o f g e a r fl o w me t e r i n ma c h i n e t o o l s h y d r a u l i c s y s t e m w e r e i n t r o d u c e d ．T h e d e f i c i e n c y i n ma c h i n e t o o l s h y d r a u l i c s y s t e m w a s o v e r c o me ． Ke y wo r d s Ge a r fl o w me t e r ； Ma c h i n e t o o l s ； Hy d r a u l i c s y s t e m ；P o s i t i o n d e t e c t i n g 机床液压系统作为辅助动力源，是机床不可或缺 的一部分，如主轴松卡刀、重力平衡 、功能部件卡紧 松开、刀库驱动等都离不开液压驱动。为确保机床可 靠运行 ，每执行 一个 动作命令 ，在动作完成 后必须检 测到可靠的动作完成信号，才能执行下一步动作，以 防止错误信号引起机床误动作，导致安全事故的发生。 因而机床液压系统执行元件到位信号检测非常重要。 流量计作为检测元件广泛应用于煤炭、石化行 业 ，作为流量检测控制元件，高精度流量计在航空航 天液压伺服控制系统中有一定的应用，但较少在常规 的机床液压系统中应用。文中基于流量计发出的脉冲 数 可真实反映油缸行程 的原理 ，将齿轮流量计应用在 机 床液压系统 中，解决了 以往系统设计上 的不足 ，取 得 了不错的效果。 1 齿轮流量计简介 流量计种类较多，功能原理大不相同，应用领域 也有所 不同 。齿轮 流量计 是根据齿轮马达原理 ，两圆 柱齿轮在测量腔内由液流驱动无接触运行；齿轮的运 动由位于盖板内的两个无接触的传感器检测，在传感 器室和计量环室之间，装有一非磁性抗压隔板；当计 量机构转动一个齿时，传感器发出一脉冲信号，对应 一 个齿 的油量 A V通过流量计 ，通过前 置放大 器 ，把 信号转换为一方波信号；两通道检测，可有更高的分 辨率 ，并确认流量方向。 齿轮流量计，精度较高 ，黏温特性好 ，工作压力 高 ，价格相对较低 ，适合在机床液压系统中应用。其 结构如 图 1 所示 。 1 一 壳体 2 一 盖 板 3 一 齿 轮 前 置放 大器 连 接器 传 感器 卜 轴 承装 配 图 1 齿轮流量计结构示意 图 2 齿轮流量计在机床液压 系统中的应用 2 ． 1 卡紧松 开到位检测应用 机床上液压卡紧松开辅助动作很多，如主轴松 卡刀 ，伺 服轴抱 闸松卡 ，交换托 盘时拖 盘的松卡 ，交 换双摆头时双摆头的松卡等。而执行卡紧松开动作的 油缸多植入在各功能部件内部，由于机械结构紧凑 ， 很难在内部直接安装接近开关或位移传感器以获取位 置进行到位信号。有些功能部件在结构允许 的情况 下 ，将活塞位移动作传递到功能部件外部再进行检 收稿 日期 2 0 1 0 0 81 1 作者简介徐玉波 1 9 7 7 一 ，男，硕士，工程师，从事液压气动、冷却润滑系统设计工作。Em a i l y u b o _x u s mt c 1 ． c o m。 4 6 机床与液压 第 3 9卷 测 ，如主轴松卡刀 、转台松卡等。但旋转轴环形抱 闸、托盘卡紧拉钉、双摆头交换拉钉等，使用时需将 卡紧机构插装在机械体内部，由于结构所限就无法直 接测得位移信号。通常做法是采用压力信号来代替位 移信号 ，即松卡压力达到设定值不变标志着活塞运动 停止，从而间接判断松卡动作已完成，原理图如图 2 所示。但如果由于某些原因导致油缸在中间位置卡死 时，就会发出错误信号，造成机床误动作，导致安全 事故的发生。 某公司在承担国家重大专项高速龙门五轴加工中 心的研制中，双摆头交换是由4个自锁拉钉实现双摆 头松卡。为了解决上述问题 ，在液压松卡回路中设置 了流量计，作为卡紧松开到位检测元件。流量计可以 通过检测通过的油量 ，真实地检测到油缸卡紧松开是 否到位。由于流量计设置在回路上 ，不受机械结构尺 寸所限制，成功地解决了双摆头松卡到位检测 的问 题 。其原理图如图 3所示 。 卡 图2 压力开关检测松卡 图 3 流量计检测松卡 到位信号原理图 到位信号原理图 设每个拉钉卡紧所需油量 V o1 0 m L ，卡紧动作 所需总油量为 4 V o 4 0 m L ，作者选取德国 K R A C H T 公 司 V C 0 ． 2型号 齿轮 流量 计 ，齿 轮几 何 容 积 AV 0 ． 2 4 5 m L，即每发出一个脉冲信号齿轮流量计通过 0 ． 2 4 5 m L油量，则完成卡紧动作所需脉冲数为 1 6 3 j 拉钉松开时，流量计测量同一油腔的油量，脉冲 数与卡紧动作相同，但方向相反。因而，执行拉钉松 卡动作后，通过检测流量计接收的脉冲数是否达到相 应数值 检测脉冲数与拉钉状态对应关系见表 1 ，来 判断该动作是否正确完成，双通道脉冲信号可以检测 出流量计转动方向，从而判断是松开还是卡紧动作。 表 1 检测脉冲数与拉钉状态对应关系 最大检测时间内的脉冲数 拉钉状态 O 1～3 1 6 3 1 6 3 保持松开或缩紧状态 流量计与拉钉之间管路有泄漏 松开或卡紧到位 管路爆裂 2 ． 2位 置检 测应 用 具有托盘交换功能的机床，托盘交换器升降多采 用液压驱动，为了避免托盘交换器 、托盘及转台之间 的冲击 ，需要在其相互接触之前切换为低速，接触之 后高速运行。通常做法是在油缸行程过程中设置行程 开关或接近开关，发出速度切换信号，原理图如图4 所示 。此方案 的缺 点是 1 设 置行 程开关 或接 近 开关需要一定的空间； 2 设定点调整不便，且设 定点个数受空间所限； 3 易受环境干扰，发出错 误信号 。 为解决上述问题 ，该公司采用在高速立式加工中 心托盘交换器液压回路上配置齿轮流量计的方法，提 升油缸位移测量 ，在油缸行程中间位置设定相应的速 度切换点 ，从 而实现托盘交换器速度控 制 ，原理 图如 图 5所示 。 - 上升 到位 - 慢 速下 降 快 _ 慢 I 图4 接近开关检测油 图5 流量计检测油 缸位置原理图 缸位置原理图 设定点脉冲数计算公式 Z 订 D l o e t 。 式中n 为设定发讯点脉冲数； z 为设定发讯点位置 ； f 0 为油缸总行程 ； D为油缸直径 ； A V为流量计几何容积 。 3结语 基于发出的脉冲数可真实反映油缸行程的原理 ， 齿轮流量计可应用于液压系统中进行位置监控与检 测。齿轮流量计具有不占用机械设计空间、位置检测 设定点灵活、不易受环境干扰等优点，在机床液压系 统中有着比较广阔的应用前景。 参考文献 【 1 】 S T A U F F 流量计产品样本[ M] ． 【 2 】李怡群． 德国 K R A C H T公司流量计在油缸位置监控上 的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 6 1 8 7 ．