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低温泵液压驱动系统的应用 口虞秀平 梅塞尔阳光 宁波 气体 产品有 限公 司 浙江宁波 3 1 5 8 2 1 摘要 运输 深冷液体的车辆 为 了获取 更多的装 载量和提 高卸载效 率， 采用低温泵液压驱动方式是 一种 有效的发展 方向。 阐述 了低 温泵液压驱 动系统 的设计原 理 ， 分析 了低温泵液压驱动 系统的特点和优势 ， 为低 温泵液压驱动 系统 的推广 应用提供技 术基础 。 关键词 低温泵液压 驱动系统轻型化 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 l 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 O L O O 7 0 0 3 3 0 3 在 2 0 0 4 年 开 始 实 施 的 GB1 5 8 9 准 中 ， 对 运 输 车 辆 总 质 量 有 了 明 确 的 规 定 ， 因 此 为 了 获 取 更 多 的 装 载 量 和 提 高 运 输 的 效 率 ， 车 辆 的 轻 型 化 必 然 是 一 个 发 展 方 向 。 运 输 深 冷 液 体 的 车 辆 必 须 配 置 低 温 液 体 离 心 泵 ， 这 样 才 能 将 罐 车 内 的 液 体 安 全 可 靠 地 输 送 至 被 卸 载 的 储 存 容器 ， 因此低 温 泵 驱 动 系统 的设 计和 改 进 已成 为 业 内 关 注 的 焦 点 。 1 低 温泵的驱动方式 低 温 泵 的 驱 动 方 式 有 3 种 ， 外 接 电 源 式 、 发 电 机 系 统 及 液 压 系 统 。 外 接 电 源 式 需 借 助 于 现 场 的 电力 供 应 ， 这 种 系 统 的 适 应 性 非 常 差 ， 在 无 匹 配 的 电 力 场 合 ， 仍 需 通 过 自增 压 转 注 ， 因 此 罐 车 无 法 实 现 低 压 化 。 发 电 机 系 统 主 要 部 件 包 括 取 力 器 、 传 动 轴 、 发 电 机 、 控 制 箱 及 低 温 泵 驱 动 电 机 等 ， 取 力 器 驱 动 发 电 机 发 电 ， 提 3 8 o v／ 4 6 0 V 电 源 给 低 温 泵 电 机 从 而 驱 动 低 温 泵 运 转 ， 由 于 增 收稿 日期 2 0 1 0 年1 月 加 了 发 电 机 和 附 属 控 制 柜 等 设 施 ， 使 得 罐 车 的 重 量 增 加 ， 空 间 受 到 限 制 ， 无 法 安 装 大 功 率 和 大 流 量 的 低 温 泵 。 液 压 驱 动 系 统 方 式 由 于 卸 货 速 度 快 于 传 统 的 压 差 输 送 方 法 ， 使 得 车 辆 的 运 行 效 率 得 到 了极 大 的 提 高 ， 值 得 大 力 推 广 应 用 。 2 低温 泵液压 驱动 系统 液 压 系 统 具 有 传 递 效 率 高 、 系 统 结 构 简 单 、 能 无 级 调 速 等 特 点 ， 尤 其 在 移 动 式 车 辆 上 ， 布 局 更 灵 活 ， 能 比 电 机 更 容 易 实 现 在 有 限 的 空 间 内 获 取 非 常 高 的输 出 功 率 ， 在 工 程 车 辆 上 的应 用 已 非 常 成 熟 。 2 ．1 液 压 系 统 原 理 低 温 泵 液 压 驱 动 系 统 原 理 如 图 1 所 示 。 该 系 统 包 含 液 压 泵 、 液 压 马 达 、 流 量 调 节 阀 、 油 管 、 油 箱 、 过 滤 器 、 冷 却 器 及 安 全 阀 等 。 系 统 工 作 时 ， 激 活 取 力 器 ， 将 车 辆 发 动 机 的 转 速 抬 升 至 相 应 的 转 速 ， 液 压 泵 输 出 的 高 压 液 压 油 驱 动 液 压 马 达 ， 从 而 带 动 低 温 泵 的 4， 硬 质 合 金 。 4 单 位 米 制 5 加 工 要 求 分 粗 铣 、 精 铣 两 步 完 成 。 3 ． 2优 化 结 果 分 析 优 化 刀 具 轨 迹 可 平 衡 各 个 5 1 2 步 在 各 个 加 工 阶 段 粗 、 半 精 、 精 加 工 的 切 削 量 ， 从 而 平 衡 刀 具 载 荷 ， 使 载 荷 保 持 在 刀 具 使 用 的合 理 范 围之 内 ， 以提 高 刀 具 寿 命 和 加 工 效 率 。 通 过 优 化 后 获 得 最 短 加 工 时 间 ， 如 表 1 所 示 。 表1 优化 前后 加工时间比较 工序 优化前工时／ mi n 优化后工时 ／ m i n 效率提高 ／ ％ 粗加工 3 2 2 l 3 4 ． 3 精加工 4 3 3 4 2 0 ． 9 总工时 7 5 5 5 2 6 ． 6 加 工 试 验 证 明 ， 原 来 加 工 一 个 工 件 需 要 7 5 mi n 。 经 VE RI C U T优 化 处 理 后 ， 加 工 的 时 间 缩 短 为 5 5 r n i n， 加 工 效 率 提 高 _『2 6 ． 6 ％ 。 试 验 证 明 ， 经 过 优 化 加 工 参 数 后 大 机械制造4 8卷 第5 5 1 期 大 减 少 了切 削 时 间 ， 提 高 了机 床 的 利 用 率 ， 取 得 了 较 明 显 的优 化 效 果 。 4结论 基 于 VE RI CU T 的 切 削 参 数 的 优 化 主 要 是 为 了 获 得合 理 的进 给量 和主 轴转 速 ， 使 工件 的加 工 时间缩 短 ， 通 过 优 化 ， 无 论 是 粗 加 工 还 是 精 加 工 ， 加 工 效 率 和 加 工 质 量 都 得 到 了 大 幅 度 提 高 ， 为 降 低 加 工 成 本 提 供 了 有 效 的 途 径 。 参 考 文 献 【 1 ] 姜彬． 数控铣 削用量多 目标优化 【 J 】 ． 哈尔滨理工大学学 报， 2 0 0 2 3 6 77 0 ． [ 2 】 孙靖 民． 机械优化设计 [ M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 3 ] 李云龙． 数控机床加工仿真系统 ， V E R I C U T 【 M】 ． 西安 西 安交通 大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． △ 编 辑 日 月 2 0 1 0 ／ 7 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 运 转 。 液 压 马 达 的 回油 及 泄 漏 油 通 过 油 冷 却 器 的冷 却 ， 再 经 过 滤 器 过 滤 后 回至 油 箱 。 比例 阀 中 内置 了 安 全 阀 ， 当 超 压 时 ， 液 压 油 通 过 安 全 阀 回至 油 箱 。 调 节 低 温 泵 的 转 速 时 ， 可 通 过 改 变 可 变 电 阻 的 大 小 调 节 比例 阀 的输 入 电 流 ， 控 制 液 压 马 达 的输 入 流 量 。 输 入 电 流 越 高 ， 则 通 过 比例 阀 的 液 压 油 流 量 越 高 ， 低 温 泵 的 转 速 也 就 越 快 ， 能 获 取 更 高 的 扬 程 和 流 量 。 在 液 压 马 达 的 进 出 油 管 路 上 配 置 单 向 阀 ， 防 止 由 于 液 压 油 的 突 然 停 止 供 应 导致 液 压 马 达 急 停 而 引 起 低 温泵 的损坏 ； 在 停 泵 时 由于 马达 进 油 回路 的压 力 降 至 零 ， 马 达 回 流 回路 的油 通 过 单 向 阀 进 入 进 油 回路 ， 使 低 温 泵 缓 慢 停 转 。 在 油 箱 上 安 装 了 油 温 传 感 器 ， 当 油 温 超 过设 定值后 启动 油冷却 器 工作 ， 降低 液压 油的温度 ， 减 少 由 于 温 度 过 高 引 起 的 泄 漏 或 延 长 液 压 部 件 的 使 用 寿 命 。 在 液 压 泵 的 出 口管 路 上 配 置 一 个 压 力 表 ， 可 以 帮 助 操 作 人 员 了 解 系 统 的工 作 状 况 。 2 ． 2液 压 系 统 选 型 设 计 系 统 采 用 开 式 回 路 ， 液 压 泵 采 用 变 量 泵 ， 系 统 内 的 能 量 损 耗 和 产 生 的 热 量 将 会 大 大 减 少 ， 这 将 使 液 压 泵 及 液 压 马达 具 有 更 高 的 可 靠 性 和 更 长 的 使 用 寿 命 。 2 ． 2 ． 1液 压 马 达 根 据 低 温 泵 的 允 许 转 速 ， 液 压 马 达 最 大 转 速 应 大 于 低 温 泵 的 允 许 转 速 ， 最 大 持 续 功 率 应 大 于 低 温 泵 在 允 许 转 速 标 定 流 量 下 相 对 应 的 功 率 。 2 ． 2 ． 2液 压 泵 泵 容 量 或 规 格 应 能 为 液 压 马 达 提 供 足 够 的 液 压 油 流 量 ， 泵 的 规 格 选 择 取 决 于 所 需 流 量 、 发 动 机 转 速 和 取 力 器 的 传 动 比 。 3 分析和结果 1 运 输 成 本 。 液 压 系 统 主 要 是 由 一 些 小 的 液 压 部 件 组 成 ， 整 个 系 统 的 重 量 较 轻 ， 从 而 能 装 载 更 多 的 货 物 ， 降 低 运 输 成 本 ， 其 参 数 对 比见 表 1 。 2 系 统 的 适 用 性 和 可 靠 性 。 液 压 系 统 和 发 电 机 系 l圜 2 0 1 0 ／ 7 表 1 运输成本比较 驱动系统 发电机 液压 重量 k g 5 3 5 2 7 0 增加罐体容积 m O 0 ． 3 年节 省运输成本 元 0 l 0 0 0 0 统 是 靠 车 辆 发 动 机 自身 动 力 来 驱 动 的 ， 因 此 罐 车 不 管 何 时 何 地 都 能 快 速 地 卸 货 。 低 温 泵 控 制 柜 和 发 电 机 控 制 柜 电路 复 杂 ， 鉴 于 罐 车 的 移 动 特 性 、 道 路 的 颠 簸 等 原 因 ， 控 制 柜 内 部 的 接 线 容 易 松 动 ， 却 不 易 发 现 ， 有 时 导 致 罐 车 到 达 目 的 地 后 无 法 顺 利 卸 货 。 而 液 压 系 统 的 连 接 比较 可 靠 ， 液 压 元 件 也 不 易 损 坏 。 因 此 采 用 液 压 系 统 可 靠 性 更 高 ， 其 对 比 见 表 2。 表2 适用性和可靠性比较 驱动 系统 发 电机 液压 适用性 好 好 可靠性 一般 好 3 运 行 效 率 。 配 置 在 罐 车 上 的 两 种 中 压 低 温 泵 的 参 数 见 表 3 。 表3 运行效率 比较 驱动系统 外接电源／ 发电机 液压 匹配泵型号 G B S 1 5 5 ／ 4 ． 5 6 ． 8一C ／ 3 C B H D1 8 5 ／ 45 ． 9一C ／ 0 介质 液氮 液氮 扬程 m 1 8 O 1 7 6 流量t ／ m i n 4 0 0 5 0 0 功率 k W 2 2 2 2 配 置 在 罐 车 上 的两 种 高 压 低 温 泵 的 参 数 见 表 4。 表4 两种高压低温泵参数 驱动系统 外接 电源 ／ 发电机 液压 匹配泵型号 GB S Dl 8 5 ／ 38 ． 9一C／ 0一F C C S H2 6 0 ／ 5 介质 液氮 液氮 扬程 m 4 6 5 4 3 5 流量 1 ／ mi n 2 5 0 5 0 0 功率 k W 4 0 7 0 从 表 3 和 表 4 可 知 ， 液 压 驱 动 的 低 温 泵 在 输 送 流 量 上 有 明 显 的 优 势 。 在 卸 相 同 数 量 的货 物 时 ， 采 用 液 压 驱 动 方 式 至 少 可 节 省 2 5 ％ 的 卸 货 时 间 ， 用 高 压 泵 甚 至 达 至 U 5 0 ％ 。 4安 全 性 。 对 于 运 输 易 燃 易 爆 液 体 的 低 温 液 体 罐 车 或 其 它 罐 式 车 辆 ， 从 安 全 性 角 度 来 说 ， 液 压 系 统 是 最 合 适 的 一 种 方 式 。 由 于 目前 法 规 暂 时 还 不 允 许 在 运 输 易 燃 易 爆 的 车 辆 上 安 装 卸 液 泵 ， 使 得 液 压 驱 动 方 式 在 此 类 车 辆 上 的 应 用 将 成 为 一 种 可 能 。 5 其 它 方 面 。 由 于 低 温 液 体 罐 车 运 输 介 质 的 特 殊 性 ， 阀 门 管 路 系 统 操 作 箱 非 常 潮 湿 及 温 度 非 常 低 ， 电 子 元 件 保 护 不 当 就 容 易 引 起 失 效 。 因 此 电 子 元 件 的 密 闭 保 护 或 电 子 元 件 在 这 种 环 境 下 的 可 靠 性 应 进 一 步 改 善 机械制造4 8卷 第5 5 1 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m S I E ME N S 8 0 2 C在小型数控车床 中实现全 闭环控制 口王吉 林 上海电机学院 口吕承柏 上海 2 0 0 0 9 3 摘要为 实现低成本、 高精度 自动化加 工，提 出了数控机床的经济化 高精度控制方法。 基 于 S I E ME N S 8 0 2 C数控 系 统和三菱伺服电机在 自制小型数控车床 中实现全闭环控制， 使其性价比更为突出。 这种新型小型数控机床在复杂精密零 件加工方面具有 良好 效果。 关键词 S I E ME N S 8 0 2 C系统全闭环三菱伺服 电机小型数控车床 中图分类号 T G 6 5 9 ； T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 04 9 9 8 2 0 1 0 0 70 0 3 5 0 3 位 置 控 制 对 保 证 数 控 机 床 的 加 工 精 度 起 着 决 定 性 的作 用 。 目前 ， 小 型 数 控 车 床 中应 用 较 多 的 是 以交 流 伺 服 电 机 为 驱 动 装 置 、 以 光 电 编 码 盘 为 检 测 元 件 的 半 闭 环 位 置 控 制 系 统 。 由 于 机 械 传 动 装 置 的 刚 性 、 摩 擦 阻 尼 等 非 线 性 因 素 和 传 动 间 隙 等 都 不 包 括 在 半 闭 环 伺 服 系 统 的位 置环 内 ， 因而 其 大部 分 传 动 间隙 、 弹性 变形 、 滚 珠 丝 杠 螺 母 的 误 差 及 滞 后 都 会 使 工 作 台 位 移 偏 离 指 令 值 ， 虽 然 现 在 的 数 控 系 统 都 具 有 反 向 间 隙 补 偿 、 丝 杠 螺 距 误 差 补 偿 、 测 量 系 统 误 差 补 偿 ， 使 机 床 的精 度 得 到 提 高 ， 但 x ,l - 于 精 密 加 工 行 业 ， 半 闭 环 控 制 的 数 控 机 床 已越 来 越 难 以 满 足 要 求 。 为 解 决 上 述 问 题 ， 全 闭 环 系 统 是 理 想 的选 择 。 全 闭 环 伺 服 系 统 是 将 位 置 检 测 元 件 置 于 被 测 坐 标 轴 的 终 端 移 动 部 件 上 ， C NC系 统 直 接 检 测 机 械 传 动 时 的 实 际 运 行 位 置 状 况 ， 并 根 据 该 状 况 直 接 控 制 运 动 状 态 ， 排 除 了 机 械 传 动 链 中 螺 距 误 差 、 间 隙 及 各 种 干 扰 所 造 成 的 传 动 误 差 ， 并 进 行 反 馈 补 偿 控 制 ， 有 效 地 消 除 温 漂 、 零 漂 等 的影 响 ， 并 使 被 控 对 象 具 有 较 理 想 的 动 态 特 性 ， 从 而 提 高 机 床 的 位 置 控 制 精 度 如 图 1 。 而 S I EME NS 8 0 2 C 收稿 日期 2 0 1 0 年3 月 数 控 系 统 可 支 持 实 现 全 闭 环 功 能 。 1 S I E ME N S 8 0 2 C数控 系统 S I EME NS 8 0 2 C 数 控 系 统 是 西 门 子 公 司 专 为 低 端 C NC机 床 市 场 开 发 的 经 济 型 C NC系 统 。 这 套 数 控 系 统 可 控 制 2～3个 进 给 轴 和 一 个 伺 服 主 轴 。 S I EMEN S 8 0 2 C 数 控 系 统 由 操 作 面 板 OP 带 全 功 能 键 盘 和 5 ． 7 ” 液 晶 显 示 器 、 机 床 面 板 MCP 含 机 床 操 作 键 和 进 给 倍 率 关 、 NC 单 元 EC U， 带 有 全 部 接 口 、 输 入 输 出 模 块 DI ／O 1 6 输 人 和 1 6 输 出 ， EC U 最 多 可 配 4 个 I ／0模 块 、 驱 动 系 - 8 o 2 c 使 用 6 1 1 U 驱 动 系 统 ， 配 西 门 子 1 F K6 系 列 交 流 伺 服 电 机 、 电 缆 EC U OP 0 2 0 的 连 接 电 缆 ， EC U 的 驱 动 器 的 给 定 值 电 缆 ， 位 置 反 馈 电 缆 等 几 个 部 分 组 成 。 虽 然 是 西 门 子 公 司 开 发 的 经 济 型 C NC 系 统 ， 但 S I EME NS 8 0 2 C完 全 能 够 实 现 全 闭 环 控 制 功 能 ， 这 使 其 性 价 比更 为 突 出 。 S I E MEN S 8 0 2 C 系 统 中 预 置 了标 准 的 车 床 P L C程 序 及 相 关 参 数 ， 存 储 在 NC 中 ， 硬 件 连 线 也 很 简 单 方 便 。 小 型 数 控 车 床 在 横 轴 移 动 部 件 位 置 上 直 接 装 有 直 线 位 置 检 测 装 置 ， 将 检 测 到 的 实 际 位 移 反 馈 到 数 控 装 置 。 2 横轴 全 闭环控 制的实现 2．1 线 性 光 栅 尺 用 线 性 光 栅 尺 对 数 控 机 床 各 线 性 坐 标 轴 进 行 全 闭 环 控 制 ， 提 高 机 床 的 定 位 精 度 、 重 复 定 位 精 度 以 及 精 度 可 靠 性 。 光 栅 尺 的 结 构 设 计 与 安 装 比 光 栅 尺 选 型 更 重 要 ， 无 论 哪 个 环 节 处 理 不 当 ， 都 会 影 响 光 栅 尺 的 控 制 精 度 ， 有 可 能 出 现 全 闭 环 精 度 反 而 不 如 半 闭 环 的 现 象 。 提 高 。 为 防 止 由 此 引 起 系 统 工 作 不 良的 情 况 ， 在 比 例 阀 上 加 装 手 动 控 制 功 能 ， 可 使 系 统 的 故 障 率 降 至 更 低 。 参 考 文 献 [ 1 】 王芳 ． 低温液体运输车轻量 化设计 的研究 [ J 】 ． 机械设计与 研究 ， 2 0 0 6 1 0 3 0 3 2 ． 机械制造4 8卷第5 5 1 期 [ 2 】 姚运仕 ， 樊江顺． 半挂水泥混凝 土运输 车液压驱动 系统设 计 [ J J ． 筑路机械与施 工机械化 ， 2 0 0 6 ， 2 3 1 1 5 0 5 2 ． 【 3 】 邱学飞． 基于 P L C的铁路大型养路机械液压驱动系统恒 功率控制探讨 [ J J ． 中国仪 器仪表 ， 2 o o 9 9 8 1 8 4 ． △ 编 辑 禾 禾 2ol o ／7 国I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m