一种移动磨削装置液压系统设计.pdf

2 0 1 3年 1 月 第 4 1 卷 第 2期 机床与液压 MAC HI NE TO0L HYDRAULI CS J a n ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 4l No ． 2 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 2 8 一 种移动磨削装置液压系统设计 王清标，吕国庆 ，阳湘湘 国家高效磨削中心 一 湖南海捷精密工业有限公司，湖南长沙4 1 0 2 0 5 摘要介绍了移动磨削装置液压系统的设计计算及该系统的工作原理。该液压系统能实现磨单元及定位靴快速向下定 位 、磨单元工作时保持动态平衡、磨单元向上提升及突然断电或主液压站故障失压时磨单元的自我保护功能。 关键词移动磨削装置；磨单元 ；液压系统 中图分类号N 9 4 5 ． 2 3 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 0 7 93 Hy dr a u l i c S y s t e m De s i g n f o r On e M o v i ng Gr i nd i ng De v i c e WA N G Q i n g b i a o ，L V G u o q i n g ，Y A N G X i a n g x i a n g N a t i o n a l E n g i n e e ri n g R e s e a r c h C e n t e r F o r H i g h E ffic i e n c y G ri n d i n g ，H u n a n Hi c a m P r e c i s i o n I n d u s t r y C o ． ，L t d ． ，C h a n g s h a H u n a n 4 1 0 2 0 5 ，C h i n a Ab s t r a c t C a l c u l a t i o n d e s i g n a n d w o r k i n g p r i n c i p l e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f mo v i n g g r i n d i n g d e v i c e w e r e d e s c rib e d ． T h e p o s i t i o n i n g b o o t s a n d g ri n d i n g u n i t p o s i t i o n i n g d o w n r a p i d l y c a n b e a c h i e v e d b y t h i s s y s t e m，a n d ma i n t a i n i n g g rin d i n g u n i t d y n a mi c e q u i l i b r i a m i n o p e r a t i o n；g r i n d i n g u n i t u p w a r d a n d f u n c t i o n o f s e l f - p r o t e c t i n g t h e gri n d i n g u n i t a t p o we r o ff s u d d e n l y o r t h e ma i n h y d r a u l i c p r e s s u r e l o s s ． Ke y wo r d s Mo v i n g g r i n d i n g d e v i c e ； G rin d i n g u n i t ； Hy d r a u l i c s y s t e m 铁路轨道铣磨车自1 9 9 5年起开始应用于欧洲铁路 的钢轨整形作业，该方法是高速铁路钢轨修理的主要 技术措施。采用铣磨车定期对钢轨进行铣磨，不仅能 消除钢轨波形磨耗，同时也可清除钢轨表面的接触疲 劳层 ，具有作业效率高、作业精度高、作业效果好等 优点⋯。轨道铣磨车主要针对磨损变形较大的轨道进 行修复，整车首先由铣单元进行铣削，将轨道的主要 磨损余量去除。由于铣削后，轨道表面会 留存铣刀接 痕，列车在高速行驶时会产生较大的噪声 ，不符合高 速列车的行驶要求，所以需要采用磨装置来将轨道上 表面进行磨削。文中主要介绍海捷公司研发的应用于 导轨铣磨车上的移动磨削装置液压系统的设计与计算 及工作原理，对同类设备的设计和改造具有参考价值。 1 液压 系统的相关计算 该单元工作部件为立式放置结构 ，其工作原理如 图 1 所示 。液 压缸的密封装置产生的摩擦阻力 、滚珠 丝杠和导轨摩擦力较小，因此忽略其影响。考虑机械 效率 玑 重力 G 、径向磨削力 F 、导轨对定位靴支撑 力 F 、惯性力 F 的影响 。 3 0 0 0 惯性力 ， m N 5 0 0 N 1 式中m 3 0 0 0 k g ；A v 为快退速度；A t 为加速时间。 图 1 铣磨车磨装置结构原理图 取液压缸的机械效率 7 0 ． 9 5 ，F F 。 1 5 0 0 0 N，G 2 9 4 0 0 N ，则液压缸在各工作阶段的总机械负 载可 以算 出 ，见表 1 。 表 1 液压缸各运动 阶段负载表 收稿 日期 2 0 1 11 21 6 ． 作者简介王清标 1 9 7 3 一 ，男 ，硕士，工程师，主要从事高端数控磨削装备及其液压 、气动控制系统的研究与开发。 Ema i l WQ B 8 0 0 1 6 3 ． c o rn。 8 0- 机床与液压 第 4 1卷 2 液压系统的参数计算 2 ． 1 初选液压 系统参数 参考同类型机床 ，初定液压缸 的工作压力 P 6 ． 3 MP a ，单 缸 流量 q1 0 I Mm i n ，活塞 杆 直 径 d 3 6 mm。 2 ． 2确定 液压缸 的 主要 结构尺 寸 由表 1可知最大负 载为加速 阶段 的负载 F 3 1 4 7 4 N，按此式计算有杆腔面积 A及液压缸直径 D 则 A P D 2 3 计算得有杆腔面积 A 4 9 9 6 m m ，液压缸直径 D 8 7 ． 5 m m，为使系统更安全可靠 ，取 D 1 0 0 m m。 2 ． 3 液压油缸提升和下降速度计算 2 ． 3 ． 1 最大向上提升速度 暑 4 式中／3 为油缸提升速度； q为进入液压油缸的流量 ； A为液压油缸 的有效 面积 。 缸径 D 1 0 0 m m，杆 径 d3 6 m m，流 量 q 1 0 L ／ m i n时算 得 0 ． 0 2 4 m／ s 2 ． 3 ． 2 最大向下移动速度 D1 0 0 m m，流量 q 1 0 L ／ m i n时算得 d0 ． 0 2 1 m／ s 2 ． 4 调整压力计算 2 ． 4 ． 1 平衡状态 将平衡 阀压力调到微高于系统压力，P 6 ． 5 MP a ，铁轨的支持力 与径 向磨削力 之和 F F 1 5 0 0 0 N，此时的平衡方程如下式 plj “ “ p d孚 5 在磨单元质量取 m 3 0 0 0 k g时，计算得工作时 有杆腔的压力P ． ， 3 ． 7 5 b l P a 。 因此 ，应将减压阀出口压力调为 3 ． 7 M P a ，而将 安全阀的压力调为3 ． 8 M P a 。 2 ． 4 ． 2 向下定位状态 快速向下定位过程中液压缸有杆腔所需压力计 算 P | IJ 6 一 o ，1 2 其中A 为液压油缸有杆腔面积； A 为液压油缸无杆腔面积； m为磨单元质量。 当 m 3 0 0 0 k g 时， 1 ． 8 4 M P a ； 当 m 4 0 0 0 k g 时 ，P ’ 0 ． 2 M P a 。 定一定的阻尼以减小换向冲击，通过小孔节流的方式 如果阻尼孔太小，将影响磨单元 向上抬起的速 度 ；如果阻尼孔太大，将达不到缓冲的效果。因此 ， MP a ，m 3 0 0 0 k g下算出无杆腔压力 p 1 ． 6 6 MP a 8 d 9 C 其中C 为流量系数，取 C 0 ． 6 2 ； P为油液密度，取P 9 0 0 k g ／ m ； 卸 为薄壁孔前后压差，取 △ p p 1 ． 6 6 MP a 。 为便于制作，并考虑到薄壁孔的壁厚不可能很 薄，以及其他因素引起的阻尼作用取 d 2 m m，孔长 6 mmo 3 液压 系统的工作原理及控制说明 该磨单元液压原理如图2所示。 电磁 阀动作 表 1 Y A 2 YA 3 YA 4 YA 起 始状 态 匀速向下定位 工 作状 态 平衡 快速向上抬起 _ 广 MA MB o - _ JGI ／ 4 ” _ _ JGl ／ 4 ” 9 ．，’ 目 Y A 、 、 G I ’ l 一 l o 争 2 s _ j 8 一 - 2 t 7 - 一 l一 - - 2 Y A [ _ J 3 Y A 3 斑 ]Ⅳ 6 ‘ ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． - _ J I ． ． ． ． ． ． 一 ll 动态补油 重力平衡 动态保压 图2 磨装置液压系统原理图 第 2期 王清标 等一种移动磨削装置液压系统设计 8 1 3 ． 1始起 状 态 主液压站启动，系统压力油 P口和回油T口与液 压站接通。1 Y A，2 Y A，3 Y A，4 Y A均未得电，系统 处于初始状态。此时压力油通电磁换 向阀 3 ，平衡阀 4和液控单 向阀 5进人到液压油缸 1 1的有杆腔 ；回 油从液压油缸 1 1的无杆腔经 2阻尼孔和电磁换向阀 1 0通 T口回油箱。此时液压油缸 1 1 驱动整个磨单元 运动至并处在最上端。 3 ． 2磨单元快速向下定位 磨单元向下移动直至定位靴与铁轨接触并承载约 1 4 ． 7 k N。此时 2 Y A，3 Y A和 4 Y A得 电，压力 油经 电 磁换向阀 6 ，减压阀7和节流阀8进入到液压油缸 1 1 的无杆腔，回油从液压油缸 1 1的有杆腔经液控单向 阀5 ，平衡 阀4和电磁换向阀3通 T口回油箱。此时 液压油缸 1 1 驱动整个磨单元向下运动直至定位靴与 铁轨接触 。 定位靴与铁轨接触后，压力油继续向液压油缸 1 1 无杆腔供液，液压油缸 1 1 无杆腔的油液压力继续 升高直 至减压 阀 7关 闭 ，此 时液压 油缸 1 1无杆 腔 的 压力为减压阀7的调定压力。整个磨单元这个时候的 受力主要有 磨单元重力 G，铁轨的支撑力 F ， ，液压 油缸 1 1 有杆腔的平衡力F ．． ，液压油缸 1 1 无杆腔的正 压力 。此四力平衡。平衡阀 4在此过程 中的作用 是平衡磨单元向下移动的背压力，保证整个磨单元向 下移动的平稳性 ；节流阀8在此过程中的作用是调节 磨单元向下移动的速度。 ’ 3 ． 3工作动 态平衡 磨单元工作时，系统起到重力平衡作用。此时 1 Y A，2 Y A，3 Y A，4 Y A均得 电，压力油同时存在于 液压油缸 1 1 有杆腔和无杆腔。在磨单元重力 G ，铁 轨的支撑力 F ，液压油缸 1 1有杆腔的平衡力 F 液 压油缸 1 1 无杆腔的正压力 和砂轮的径向力 F 等 作用下处于动态平衡状态。 当砂轮磨损变小时，砂轮的径向力 F 减小，铁 轨的支撑力 F 增大。为了确保磨削力的大小恒定以 保证轨道的磨削质量，伺服电机通过滚珠丝杆带动定 位靴往 上微量 提升 ，铁 轨 的支撑力 F 减小 ，砂 轮 的 径 向力 F 增 大 ，液压 油缸 1 1 无杆腔补油 ，有 杆腔排 油，整个磨单元动态受力平衡。 当铁轨的磨削量过大，磨单元控制系统控制伺服 电机通过滚珠丝杆带动定位靴往下压，整个磨单元向 上抬起 ，铁轨的支撑力 F 增大，砂轮的径向力 F 减 小。此时液压油缸 1 1有杆腔通过和电磁换向阀 1和 单向阀2补油，液压油缸 1 1无杆腔通过溢流阀9排 油。 3 ． 4 磨单元快速向上移动 当工作完成或工作中出现突发情况时，整个磨单 元需要快速 向上移动。此时 1 Y A得 电，2 Y A，3 Y A 和4 Y A失电，压力油经电磁换向阀 1 和电磁换向阀3 两路进入液压油缸 1 1 有杆腔 ，回油从液压油缸 1 1的 无杆腔经 犯 阻尼孑 L 和电磁换 向阀 1 0通 T 13回油箱。 液压油缸 1 1 驱动整个磨单元向上移动， 2阻尼孔在 此过程中的作用是避免液压油缸 1 1无杆腔的压力瞬 间释放 ，从而避免造成压力冲击和产生噪声 ，以保证 磨单元向上移动的平稳性。 3 ． 5断电状 态保护 当整个磨单元在工作状态遇到突然断电或主液压 站故障失压时，液控单 向阀 5无法打开，液压油缸 1 1 有杆腔的压力油与 T口无法连通，液压油缸 1 1 和 整个磨单元将保持原位不动。补油路同时窜连两个单 向阀2 ，对防止整个磨单元因自重而下行而起到双重 保险作用。 4系统压力调节 系统压力调节过程如下 1 接 通 主油 路，将 P口压力 M P调 为 6 ． 3 MPa ； 2 将节流阀 8关小，执行磨单元向下定位步 骤 ，将 M A处压力调到 6 ． 5 MP a ； 3 磨单元定位靴接触铁轨后，调节减压 阀 7 和背压阀9 ，使 M B处压力显示为4 MP a ； 4 调 节松 背压 阀 9 ，使 M B处压 力显 示 为 3 ． 8 MP a； 5 调节 松减 压 阀 7 ，使 M B处 压 力显 示 为 3 ． 7 MP a； 6 调节松节流阀8 ，使磨单元向下定位速度满 足使用要求。 5 结束语 移动模型装置液压系统在铣磨车工作过程中有着 重要的作用。该系统可以实现磨单元工作所需的多种 运动 ，并保证了设备的安全可靠 ，为铣磨车的研究提 供了参考。 参考文献 【 1 】金卫锋． 钢轨铣磨车作业性能和效果分析 [ J ] ． 上海铁 道科技， 2 0 0 9 4 8 9 ． 【 2 】许福玲， 陈尧明． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 5 ． 【 3 】孙骅， 王业潘． 新式轻巧型曲臂高空工程作业车液压控 制系统的设计与分析 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 1 4 313 4．