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液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 3年 第 0 7期 采用油冷机给数字式伺服液压马达提供 循环冷却液的冷却装置 范长庚 天津市第二机床有限公司 ， 天津3 0 0 4 0 9 摘要 为 了实现数字式伺服液压马达连续稳定可靠 的运转 ， 设计 了以油冷机为主的补油和冷却装置。 采用 一套带油箱 的油冷机 ， 通 过 液压管路及一些常用 的液压元件将 数字式伺服液压马达连接 ， 既能给数字式伺服马达补油 ， 同时又能给数字式液压 马达恒温 冷却 ， 满 足各种工况的数字式液压 马达正常运转 。这种冷却装置可适用于需要 实现低转速大驱动扭矩高精度数控机床以及 工程机械装置 。 关键词 数字式伺服液压马达 ； 油冷机 ； 高精度 数控机床 ； 工程机械 中图分类号 T H1 3 7 ． 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 4 2 0 3 The Co o l i ng De v i c e o f Di g i t a l S e r v o Hy d r a u l i c M o t o r By Us i ng t he Oi l fre e z e r t o S u p p l y Co o li n g L i q u i d F AN C h a n g - g e n g T i a n j i n N o ． 2 Ma c h i n e T o o l C o ． ，L t d ． ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e ali z e d i g i t a l s e r v o h y d r a u l i c mo t o r o p e r a t i n g c o n t i n u o u s a n d s mo o t h l y ， a n d e s i g n i s i n t r o d u c e d t h e o i l s u p p l y a n d c o o l i n g d e v i c e t h a t ma i n l y u s e o i l fr e e z e r ． Us e a n s e t o f o i l - f r e e z e r t h a t w i t h o i l t a n k ． b y c o n n e c t i n g s o me h y d r a u l i c p i p i n g a n d s o me Co mmo n l y u s e d h y d r a u l i c c o mp o n e n t s wi t h t h e d i g i t a l s e r v o h y d r a u l i c mo t o r ， i t c a n a c h i e v e t h e f u n c t i o n s ， n o t o n l y a d d i n g t h e l a c k o f o i l f o r d i g i t a l s e r v o h y d r a u l i c mo t o r ， b u t a l s o c o n t r o l t h e ri s i n g t e mp e r a t u r e for d i g i t al s e r v o h y d r a u l i c mo t o r ， ma k e s u r e t h a t t h e d i g i t a l s e r v o h y d r a u l i c mo t o r c a n b e wo r k s mo o t h l y ． T h i s c o o l i n g d e v i c e c a n a p p l y t o t h e h i g h - p r e c i s i o n CNC ma c h i n e t o o l s w h o n e e d l o w r o t a r y s p e e d a n d h i g h t o r q u e a n d t h e e n g i n e e rin g ma c h i n e r y ． Ke y wo r d s d i g i t a l s e r v o h y d r a u l i c mo t o r ； o i l - f r e e z e r ； h i g h - p r e c i s i o n CNC； e n g i n e e r i n g ma c h i n e ry O 引言 随着全球经济的迅速发展 ． 人们消费水平的快速提 高 ， 能源的需要 日益增加 ． 开发新能源翘首 以盼． 为开发 新能源而装备的制造技术工艺亟待提高 液压泵和液压 马达是液压传动中的重要元件【 l 1 ． 由于液压马达可提供 低转速大驱动扭矩的动力 ， 在连续运转时 ． 活塞与液压 马达壳体摩擦会引起发热 ． 与此 同时活塞 内部也产生泄 漏 ， 造成功率损失 同时 由于伺服电机与双向定量泵组 成的伺服泵 内部也存在 3 ％ 1 0 ％左右的泄漏量 ． 需要通 过补油泵不断补充液压油 ．从而实现连续准确 的旋转 ． 伺服泵的活塞与伺 服泵壳体摩擦也会 引起发热 为了实 现双 向定量泵和液压马达的补油和降温 ． 通常采用两个 补油装置和两套冷却装置 ． 单独给双 向定量泵和液压马 达补油 。 单独给双 向定量泵和液压 马达降温 ． 这造成液 收稿 日期 2 0 1 2 - 1 2 2 4 作者 简介 范长庚 1 9 8 2 一 ， 男 ， 江西永丰人 ， 助理_T程师 ， 本科 ， 主要从事 机械设 计、 液压设 计工作。 4 2 压系统过度复杂、 占用空间大、 安装困难 ， 为此 ， 本设计 使用了油冷机． 不仅可以实现为双向定量泵和液压马达 补油的作用 ． 同时还能为双向定量泵和液压马达外壳提 供冷却油 ． 实现伺服泵和液压马达恒温运转 ． 从而大大 简化系统结构 ， 使管道最短圈 ， 减少了大量配件 ， 降低 了 成本。 1 设计 内容 本设计 的目的在于提供采用油冷机给数字式伺服 液压马达提供循环冷却液的冷却装置的结构形式 ． 用常 规的伺服电机和双向定量泵组合成数字式伺服泵并进 一 步与低速大扭矩液压马达组成数字式伺服液压马达 ． 用以实现常规伺服电机不适宜的低速大扭矩高刚度数 控旋转驱动 ． 从而实现高定位精度高表面质量加工 同 时为实现液压马达运转连续稳定可靠 ． 采用油冷机 当补 油泵给数字式伺服泵补油的同时为数字式伺服泵和液 压马达冷却降温 ． 给发热后的伺服泵和液压马达循环通 人冷却液 。 保证伺服泵和液压马达恒温运转 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e Ms ／ No ．O 7 ． 2 01 3 为实现上述 目的， 本设计采用以下技术方案 采用油冷机 给数字式伺服液压马达提供循环冷却 液的冷却装置 ， 主要包括 数控系统 、 伺服 电机、 双向定 量泵 、 带油箱的油冷机、 节流截止 阀、 单向阀、 溢流阀、 压 力表 、 液压马达 、 联轴器 、 以及液压连接管件 。 其 中两个 溢流阀同时起安全阀的作用。 伺服 电机通过联轴器将双 向定量泵连接 ． 使之成为数 字式伺服泵 ． 双向定量泵的 进 、出油 口 A、 B口分别通过液压管件连接液压马达 的 进出油 口 A、 B 12 1 ， 在两组 A、 B之间并联两个溢流 阀． 同 时连接两个单向阀 、 两个压力表 带油箱的油冷机有三 个出 口分支 ．且油冷机供油压力能在 0 ． 3 1 ． 0 MP a之间 调节 ， 第一个 出 口分支连接在两个单向阀之间 ． 第二个 出口分支连接在双向定量泵的一个卸油 口． 第三个 出口 分支连接在液压马达的一个卸油 口． 双 向定量泵和液压 马达的另一个卸油 口为回油 口． 连接 回油冷机 中。 带油箱的油冷机一方面给双 向定量泵和液压马达 补充泄漏油 。 补充 的也是冷却后的液压油 ． 起到一定的 双向定量泵制冷作用 ， 另一方面给双向定量泵和液压马 达外壳提供冷却液 ． 良好的降低双向定量泵和液压马达 的发热 三个节流截止 阀用于调节精确的油液流量 ， 在 特殊情况可用于截止某一分支管路的油液功能 两个单 向阀为防止双 向定量泵 中的油压人油冷机中． 造成液压 马达旋转不稳定 两个溢流阀同时起安全阀的作用 ． 保 证 双向定量泵 与液压马达之间循环的油压不至于过高 而损坏循环系统 两个压力表为检测循环系统中油的最 高压力 ． 若压力过高则应该调节溢流阀。 2 本设计的具体实施方式 如图 1和图 2所示 ． 采用油冷机给数字式伺服液压 马达提供循环冷却液的冷却装置 ， 主要包括 数控系统 、 伺服 电机 、 双向定量泵 、 带油箱的油冷机 、 单 向阀 、 溢流 阀、 压力表 、 液压马达 、 联轴器 、 以及液压连接管件 ， 其 中 两个溢流阀同时起安全阀的作用 伺服电机 3通过联轴 器 1 2将双 向定量泵 4连接 ． 使之成为数字式伺服泵 ， 双 向定量泵的进 、出油 口A、 B口分别通过液压管件连接 液压马达 1 0的进出油 口A、 B口， 在两组 A、 B之间并联 两个溢流阀 7 ． 同时连接两个单向阀 6 、 两个压力传感器 9 带油箱的油冷机 5供油压力能在 0 ． 3 1 ． 0 MP a 之 间调 节 ． 有三个出 口分支 ， 并且三个出 口分支均各 串联一个 节流截止阀 6 ． 第一个出 口分支连接在两个单向阀之间 P 0 ，第二个 出口分支连接在双 向定量泵的一个 卸油 口 P ，第三个 出口分支连接在液压马达的一个卸油 口P ， 双 向定量泵 的另一个卸油 口T 和液压 马达的另一个卸 油 口T 2 均为 回油 口． 连接回油冷机中。 图 1 本设计的液压原理 图 1 一 数控系统2 一 指令信号3 一 伺服 电机4 一 双 向定量泵 5 一 带油箱的油冷机6 一 节流截止阀7 一 单 向阀8 一 直动式溢流阀 9 一 压力传感器1 0 一 液压 马达 1 1 - 转台 1 2 一 联轴器1 3 一 圆光栅 图 2本设计 的结构示意图 带油箱 的油冷机 5由三相 电机 、 齿轮泵 、 溢流阀、 冷 凝器 、 毛细管、 蒸发器 、 压缩机 、 油箱 、 风扇、 干燥过滤器、 数显温控器 、 压力控制器等组成 ， 其 中压缩机 、 冷凝器 、 干燥过滤器 、 毛细管 、 蒸发器等组成制冷循环 ， 油箱中的 热油被齿 轮泵吸人 ． 经过蒸发器吸热变冷 ． 然后排 回油 箱 ． 通过温控器设定温度值 ． 控制压缩机起停从而有效 控制油箱油温在一定范围内 3结 论 传统 的液压 马达运转需 要单 独 的一套 补油泵设 备 ， 将少量的油压人液压马达封闭的工作腔 内． 用来补 充工作腔 内运转时渗漏到液压马达壳体 中．而液压马 达壳体中的油又需要接入 回油箱 本设计结构新颖先进 ．由于采用 了油冷机充当补 油泵的作用 。 给数字式伺服泵补油 ． 并且油冷机 同时给 数字式伺服泵和液压马达循环冷却 ．实现液压油统一 集 中利用 。 保证液压油温升低 ． 液压元 件使 用寿命 长 ， 液压系统稳定可靠 ， 清洁环保 。 与此同时 ．液压马达输出轴通过联轴器可连接数 控机床的旋转工作 台 1 1 ． 使用圆光栅 1 3将旋转工作 台 43 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 3年 第 0 7期 的旋转角度反馈到数控 系统当中．使数控系统实现全 闭环控制旋转工作台 。 达到很高的定位精度 若连接到 功能机械的旋转部件上 ， 能很好的得到应用 。 总之 ．本设计相 比较于传统 的液压马达 ．有寿命 长、 发热少 、 运转稳定性可靠性好 、 精度高的特点。 参 考 文 献 [ 1 ] 陈启松． 液压传动与控制手册[ M] ． 上海 上海科学技术出版社， 2 0 06． [ 2 ] 邵 俊鹏 ， 等 ． 液压 系统 设计 禁 忌[ M ] ． 北 京 机 械 工业 出版社 ， 2 0 08． 【 3 1 邹 云飞， 等． 径 向柱塞泵 配流方式 的研究进展 I J 1 ． 液 压气动 与 密封， 2 0 1 1 ， 1 ． 【 4 】 赵罘， 等． 轴向柱塞泵 的模态仿真【 J J ． 机械， 2 0 0 5 ， 1 1 ． [ 5 1 邱静 _ { 氐 噪声斜盘式轴 向柱塞泵配流盘研 究【 D 】 ． 成都 西南交 通大学． 2 0 1 1 ． [ 6 】 戴晓兰． 气 压与伺服 电机驱动 的柱塞压力 泵的创新 设计[ D ] ． 苏州 苏州大学． 2 0 0 9 ． [ 7 】 朱小明． 变频油冷却 机的工作原理及其应用[ J ] ． 液压气动与密 封， 2 0 0 8 ， 3 ． [ 8 ] 陈 建 廷 ． 切 削 油冷 却 机结 构 改 进 中 国， 2 0 1 2 2 0 0 2 8 3 3 8 『 P J ． 201 2 一】 0 1 0． 上接 第 4 1页 1 ． 7 机 械 杂质 油品中的机械杂质是指存在于油品中所有不溶于 溶剂 汽油 、 苯 的沉淀状或悬浮状物质 。这些杂质多由 砂子 、 粘土 、 铁屑粒子等组成 。但现行方法测出的杂质 也包括了一些不溶于溶剂 的有机成分 ．如碳青质和碳 化物等[6 1 新油中机械杂质是基本上不存在的 ．但在透平机 油使用的过程 中由于机件的密封不严密 ．就会进入尘 土或水汽等 ． 水汽进入油后就会在高温下氧化 ． 进而产 生碳青质和碳化物等 ．还有就是由于机件的磨损产生 的铁屑粒子 ． 这些都会引起机械杂质的含量增加 1 ． 8水分 在规定的试验条件下 ， 在烧瓶中称取 1 0 0 g左右的 油样 ， 并加入 4倍油样量 的二 甲苯溶剂 ． 在加热仪器 中 进行蒸馏 ．用二 甲苯的携带能力将水分从油样 中分离 出来 ．馏 出的水分与油样 比值的百分数就为该 油样的 水分含量[5 1 运行中的汽轮机油 ， 在正常运行 的情况下 ． 油是透 明的， 但如机组有缺 陷 ， 外带不严 密或轴封调节不 当 ， 容易将汽水漏人油系统 中． 油遇水后 ． 会使油发生浑浊 和乳化 ， 破坏油膜 ， 影 响油 的润滑性能 ． 严重者会引起 机组的磨损 同时漏人机组的水分 ， 如长期与金属部件 接触 ． 金属表面将产生不同程度 的锈蚀 ． 锈蚀产物可引 起调速系统的卡涩 ． 甚至造成停机事故 ． 也可引起油质 的老化 。 2 汽轮机油检测 的相关规定 2 ． 1 油品报废的参考指标 油品在使用过 程 中会 因氧化 和蒸发而 使粘度增 大 ， 氧化物 的增加会使抗乳化性能下降 ， 酸值 增大 ， 氧 化产生的溶于水的低分子有机酸会腐蚀机件 ．油 中如 果混入有害化学物质 ， 进入水蒸气或机械杂质 ． 也会使 油品变质 ， 当油品质量下降到一定程度后就需要更换 油品报废的参考指标包括 4 O ℃运动粘度变化率大 于 1 0 ％． 酸值增加值变化大 于 0 ． 1 m g K O H ／ g ． 氧化安定性 小于 6 0 m i n ． 开 口闪点值 比新油标准低 8 C， 破乳化值大 于 8 0 m i n ． 液相锈蚀试验 合成海水 低于轻锈 。同时有 两项以上指标超过允许值时 ．应根据指标 的超过程度 决定部分更换或全部更换新油【 1 1 2 ． 2油品检 测周 期 一 般地 ． 汽轮机组投运开车后 ． 正常情况下油 品应 六个月检验一次 ．根据需要有些项 目也可缩短检验周 期 当油品的分析指标接近换油指标时 ． 应缩短到每季 度或每个月检验一次。系统运行不正常时， 应在检修时 取样分析『3 _ 2 ． 3取样、 送样注意事项 取样点位置对循环系统 ．应在设备 回油管道之前 进行取样 对闭式油箱 ， 应选择在距油箱底部 1 ／ 3处取 样。并且每次的取样点条件应相同 应采用小 口容器盛 接样品 ． 取样后立即盖紧容器 E 1 ． 以防止低沸点组分挥 发 ． 影响闪点等物性测量的准确性 为了保持试样 的代 表性 ． 要在最初的试样容器内把试样运输到实验室 ． 不 得转移或合并试样 ； 样 品冷却 到常温后 ， 再及时地送往 分析单位 ； 样品应贴上标签 ， 注明单位名称 、 设备名称 、 取样 日期 、 取样人 、 所用透平机油的牌号 、 已运行 的累 积时间、 工作温度以及取样点的位置 ， 为便于快速直观 地分析油品的变化情况 ．最好附带该样品新油的出厂 检测数据 ， 随送检样品同行。 参 考 文 献 [ 1 ] S H ／ T 0 6 3 6 1 9 9 6 L - T S A， 汽轮机油换油指标【 S 】 ． [ 2 ] S H ／ T 0 1 3 7 1 9 9 2 ， 抗氨汽轮机油换油指标【 S 】 ． [ 3 1 G B 厂 I t 1 4 5 4 1 - 2 0 0 5 ， 电厂用运行矿物汽轮机油维护管理导则[ S 1 ． 【 4 J G B ／ T 7 5 9 6 2 0 0 8 ， 电厂运行 中汽轮机油质量[ S ] ． 【 5 】 G B ／ T 2 6 0 1 9 7 7 ， 石 油产 品水分测定法【 S 】 ． 【 6 】 G B F F 5 1 1 2 0 1 0 ， 石油 和石油产 品及添 加剂机械杂 质测 定法 【 S 】 ． r 7 】 G B ／ T 2 6 5 8 8 ， 石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法『 s 1 ．