浅谈柴油机机体三孔精镗床液压控制系统设计.pdf

2 0 1 3年 1 0月 第4 1 卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I C S 0c t ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ． 2 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 2 0 ． 0 2 8 浅谈柴油机机体三孔精镗床液压控制系统设计 马京长 北京二七轨道交通装备有限责任公司，北京 1 0 0 0 7 2 摘要阐述了东风7 C型系列内燃机车用 1 2 V 2 4 0 ／ 2 7 5型系列柴油机机体主轴孔，左、右凸轮轴孔三孔精镗床液压控制 设计方案。当镗杆引进时，顶起油缸工作把机体抬起 5 m m让刀 ，辅助支承液压滑台工作，把辅助支承头送到位，主轴箱 后端的液压缸拉动镗杆走刀，三孔可以同时镗削一次成活，完成三孔半精镗和精镗的加工，液压缸拉动镗杆走刀是该机床 的创新之处。该机床由于采用液压控制进行三孔的镗削，具有结构紧凑、切削平稳、工作可靠 、精度稳定等优点，机体三 孔的加工质量和生产效率得到较大幅度提高，且加工精度完全满足设计要求。 关键词柴油机机体；三孔精镗床；液压控制系统 中图分类号 T G 5 3 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 O一 0 8 73 De s i g n o f Thr e e - h o l e Fi ne Bo r e r Hy dr a u l i c Co n t r o l S y s t e m f o r Di e s e l Eng i n e Bl o c k MA J i n g c h a n g B e i j i n g F e b 7 t h R a i l w a y T r a n s p o r t a t i o n E q u i p me n t C o ． ， L t d ． ， B e i j i n g 1 0 0 0 7 2 ，C h i n a Ab s t r a c t A d e s i g n s c h e me wa s d e s c rib e d i n d e t a i l f o r t h e t h r e e h o l e fi n e b o r e r h y d r a u l i c c o n t r o l for s p i n d l e h o l e ，ri g h t c a ms h a f t h o l e a n d l e f t c a ms h a f t h o l e i n t h e 1 2 V 2 4 0 ／ 2 7 5 t y p e s e rie s d i e s e l e n g i n e b l o c k e q u i p p e d f o r D o n g f e n g 7 C t y p e s e rie s i n t e r n a l c o mb u s t i o n e n g i n e ．Wh e n t h e b o ri n g b a r f e d i n ， t h e b l o c k w a s l i f t e d 5 m m fo r c u t t e r b a c k o ff b y w o r k i n g o f t h e j a c k i n g u p c y l i n d e r ．M o r e o v e r ， t h e h y d r a u l i c s l i d i n g t a b l e wa s w o r k e d b y a u x i l i a r y s u p p o ，a n d t h e a u x i l i a ry s u p p o se d e n d wa s f e d i n t h e p o s i t i o n ．T h e f e e d i n g wa s ma d e b y p u l l i n g o f b o rin g b a r s v i a h y d r a u l i c c y l i n d e r a t t h e r e a r o f s p i n d l e b o x ．T h e r e f o r e ，n o t o n l y t h r e e h o l e s c o u l d b e b o r e d s i mu l t a n e o u s l y ，b u t a l s o t h e s e mi fi n e b o r i n g a n d fi n e b o ri n g c o u l d b e fi n i s h e d o n l y o n c e i n t h e ma c h i n e ．T h e i n n o v a t i o n o f t h e ma c h i n e t o o l w a s a t t o o l f e e d i n g b y p u l l i n g b o ri n g b a r s v i a h y d r a u l i c c y l i n d e r ．T h e ma c h i n e h a s t h e a d v a n t a g e s o f c o mp a c t n e s s ， s mo o t h c u t t i n g ， wo r k i n g r e l i ab l e a n d h i g h a c c u r a c y，a n d S O o n，s i n c e h y d r a u l i c c o n t r o l i s u s e d t o b o r e t h r e e h o l e s ．T h e ma c h i n i n g q u a l i t y for t h e t h r e e h o l e s o f e n g i n e b l o c k a n d t h e p r o d u c t i o n e ffic i e n c y a r e i mp r o v e d c o n s i d e r a b l y ，a n d ma c h i n i n g a c c u r a c y me e t s d e s i g n n e e d s ． Ke y wo r d s D i e s e l e n g i n e b l o c k；T h r e e h o l e fi n e b o r e r ；Hy d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m 某公 司 开发 的 1 2 V 2 4 0 2 7 5型 系列 柴 油机 ，运 用于东 风 7 C 型 系 列 内燃 机 车 ，取 得 了很好 的效 果 ， 机车出 口到古 巴、安哥拉 、爱沙尼亚等 国家 。柴油机 机体是安装零部件的刚性骨架 ，当柴油机工作时，它 承受燃气燃烧 时的爆 发压力 、活塞运 动的侧 压力 、曲 柄连杆机构引起 的倾覆力矩和轴系未平衡力矩等。因 此对机体的技术要求非常高，不仅要有很好的强度、 刚度，还有很高的加工精度要求。机体上除了缸孔 外 ，还有 3个 最重 要 的孔 就 是 主轴 孔 和两 个 凸轮 轴 孔 ，简称三孔。作者设计制造了 1 2 V 2 4 0 2 7 5型系 列柴油机机体 三孔精 镗床 ，下 面简要介 绍机床的加 工 方式及液压系统工作原理。 1 加工对象及加工方式 该机 床专 门用 于 1 2 V 2 4 0 2 7 5型 系 列柴 油 机机 体的主轴孔与凸轮轴孔的精镗加工。机体为铸焊结 构 ，材料 为 2 O号 钢 、Z G 3 1 0～ 5 7 0 ，硬 度 H B 1 5 6～ 2 4 0 ，质量4 5 9 2 k g 。三孔尺寸精度及形位公差要求 主轴孔径 2 3 5 0 晰 m m，各 主轴孔 圆柱度不 大于 0 ． 0 1 5 m m；主轴孔的同轴度全 长上小于 6 0 ． 1 m m，相 邻 两孔小 于 4 , 0 ． 0 6 m m。凸轮轴孔径 b 1 4 0 o “ m lT I ，各 凸轮轴孔 同轴度 全长上小于 6 0 ． 2 m m，相邻两孔小于 ．1 mm。 加工余量。主轴孔及凸轮轴孔半精镗前的尺寸分 别 为主 轴 孔 6 2 3 3 ． 5～6 2 3 4 m m；凸 轮 轴 孔 西 1 3 8 ． 5～ 6 1 3 9 m m。 加工方式为体外对刀 ，液压缸拉 镗。 2机床结构特点 该机床主要 由液压站、底座平台、主轴箱、端镗 模架 、中间镗模架 、辅助支承 、镗杆 托架及 电控箱组 成 ，见 图 1 。 其特点是定位基准与轴孔加工统一 底平面、 侧立面定位 ，主轴箱和所有镗模 架都装 在一块 平 台 收稿 日期 2 0 1 21 0 0 8 作者简介马京长 1 9 5 7 一 ，工程师，从事标准化管理工作。Em a i l j a c k m a 1 9 8 7 s i n a ． c o m。 8 8 机床与液压 第 4 1 卷 上形成一个刚性 整体 ，便于调整 ；3 根 镗杆都采用微 调刀头 ，体外对 刀 ，三孑 L 可以同时镗削一次成活 ，完 成三孔半精镗和精镗的加工 ；液压缸拉动镗杆走刀是 该机床 的创新 之处 ，也是设计的一大亮点 。其 中与液 压控制有关的部件主要有 液压站装 配 、主轴箱装 配 、 夹具组装 、辅助支承组装等 。 l 一 预 压 站 装 配2 -- z E 轴 稆 装 配3 一 电 控 褶4 ～ 端 镗 模 架 组 装5 一 主 镗 杆 组 装6 一 左 、 右 凸 轮 镗 杆 组 装7 ～ 辅 助 支 承 组 装 8 一中间镗模架组装9 一夹具组装1 0 --台组装1 1 一镗杆托架组装 图 1 三孔精镗床总图 2 ． 1 液压站 装 配 的推力为 液压站 由钢板焊接 而成 ，油箱外形 尺寸为 2 0 0 0 一r r D 2 p 一三 2 一1 o k N m m 6 0 0 m m 5 0 0 m m，上 面装有 3组油 泵 电机组 。 4 41 0 ⋯ ～ “ 电机型号为 Y 1 0 0 L ， ． 4 B ，功率 3 k W，油泵采用变量 式中P 为油缸推力。 叶片泵 ，型号为 Y B N 一 4 0 ，流量为 4 0 L ／ m i 。另外还4个油缸将机体顶起。当镗杆进入机 体后 ，液压 安装 了 3组 油路 控制 块 ，其 中走 刀 油缸 控制 块为 两 控制系统 泄压 ，顶起 油 缸在重 力 和弹簧 的作 用下 复 组 ，走刀油缸块 、辅助支承滑 台油缸块及顶起油缸块 位 ，机体落在支承块上 ，用夹具夹紧。 组合为另一组。 2 ． 4辅助支承组装 2 ． 2 主轴箱装配 辅助支承左、右各安装 3组。它是 由滑台安装 主轴箱是为 该机 床提 供切 削力及 进 给动 力 的装 座 、液压滑台 、支承臂 、支 承头及 锁紧装 置等组 成 。 置。切削功率为 1 5 k W，进给动力由3根主传动轴尾 液压滑台采用 H Y 2 5 A型 行程 4 0 0 m m ，它的作用 部 的液压油缸提供 。油缸活塞杆连接花键轴 ，花键轴 是 当液压滑台带动 支承头进入 凸轮轴观察 孔 到位 后 ， 与镗杆相连 ，活塞轴 向运动 时带动镗杆切削加工 。油 即液压滑台碰触 到死挡铁后 ，用锁紧装 置将液压滑 台 缸 内径 2 5 0 m m，活塞杆 直径 西 8 0 m m，活塞有效 面 与滑 台安装座锁死 ，使其形成刚性连接 。辅助支承 的 R4 4 0 e m 2 o当液压系统压力 为 2 M P ．d 时 ，其进 给力 作用是用来加强凸轮轴孔 镗杆 的支承刚度 。 为 3液压控制系统设计 订 D 。一 。 p 3 ． 1 4 2 5 一8 2 2 3 ． 1 液压原 理 图 p _ 一 液压原理 图见图 2 图上左侧系统为两组 ，与 8 8 ． 1 k N 1 D T 、2 D T 、3 D T 、4 D T对 应 的 电 磁 铁 编 号 为 5 D T 、 式 中 P 为油缸拉力 ； 6 D T 、7 D T 、8 D T ，分别控制左 凸轮轴 孔镗杆及 主轴孔 D为活塞直径 ； 镗杆 拉 镗 ；右 侧 系统 为 一 组 ，电磁 铁 编 号 为 9 D T 、 d为活塞杆直径 ； 1 0 D T 、l l D T 、1 2 D T 、1 3 D T 、1 4 D T 、1 5 D T ，分 别 控 制 P为液压油工作压力 。 右凸轮轴孔镗杆拉镗 、顶起油缸及辅 助支 承前进或后 2 ． 3 夹具 组装 退。3 组系统共 用 1 个 液压油箱 。液压 油泵 电机共 3 夹具组装 由顶起油缸 、夹具两部分组成 。顶起油 组 ，每组分别由 1 个主令 开关控制启 动 、停止 ，任一 缸的作用为当镗杆引进时，需要把机体顶起 5 m m 电机启动后均能接通 2 4 V直流电做电磁换向阀的电 让刀。油 缸 采 用 单 作 用 弹簧 复 位 方 式 ，行 程 为 l 0 源 。 m m；缸径 为 西 9 0 m m，当油压为 2 ． 5 M P a时 ，可产生 第 2 0期 马京长浅谈柴油机机体三孔精镗床液压控制系统设计 8 9 Y 图 2 液压原理 图 3 ． 2控 制原理 1 左凸轮轴孔镗杆的快进、工进、慢退与快 退时各 电磁铁 动 作见 表 1 左 凸轮 轴孔 镗 杆 的快进 2 D T吸合、4 D T吸合 、工进 2 D T吸合 、慢退 3 D T吸合 、快退 3 D T吸合、4 D T吸合 ，由按钮 开关控制 。 表 1 控制左凸轮孔镗杆的电磁铁动作 退 7 D T吸合、8 D T吸合 ，由按钮开关控制。 表2 控制主轴孔镗杆的电磁铁动作 0B 3 右凸轮轴孔镗杆的快进、工进 、慢退与快退 、 顶起油缸的顶起、降落及辅助支承快进、快退时各电 磁铁动作见表3 右凸轮轴孔镗杆的快进 1 0 D T吸合、 1 2 D T吸合 、工进 1 0 D T吸合 、慢退 1 l D T吸合 、 快退 1 l D T吸合 、1 2 D T吸合 。顶起油缸顶起 1 3 D T 2 主轴孔镗杆的快进、工进 、慢退与快退时各 吸合 ，辅助支承快进 1 4 D T吸合 、快退 1 5 D T吸 电磁铁动作见表 2 主轴孔镗杆的快进 6 D T吸合、 合 ，由按钮开关控制。以上各镗杆的工进速度可通过 8 D T吸合 、工进 6 D T吸合 、慢退 7 D T吸合 、快 Q T 一 1 0 B温度补偿调速 阀调整 。 表3 控制右凸轮轴孔镗杆及辅助支承的电磁铁动作 动作 电磁铁 9DT 1 ODT ll DT 1 2DT 1 3DT 1 4DT 1 5DT 卸荷 顶起 降落 辅助支承进 辅助支承退 快进 工进 慢退 快退 下转第 1 6 2页 1 6 2 机床与液压 第 4 1 卷 3℃计算 ，需散发热量 Qc m A t 1 8 8 51 8 X 3 1 01 7 9 0 J。 2 半 导 体 冷 却 元 件位置 。只能选择在油箱 0 ． 20 ． 60 ． 1 2 i n 的 面 上实施冷却 在 图 2 风扇 面 。可 采 用 2块 排 列 见 图 2 或 4块 排 列 在 图 2风 扇 区 对 称 排 列 方式 。无论采用什么 排列方式 ，半导体冷 却元 件 总 功 率 应 不 小 于 1 01 7 9 0 J 图 2 小 型液压站设计 图 3 配件 选 择。包 括散 热 风 扇 、1 2 V变压 器 、 油温温度 自动控 制 包 括热 感应 器 、P L C等 电器设 计制作 。电机 、阀等 的选择 按相应小型液压 站 的配 置 。 4小型液压站运行调试考虑 小型液压站提供机油至轴承主轴型腔 ，主要作用 是建立静压悬浮主轴 ，油温若 超过 5 0℃ 以上 ，长期 使用可能对密封系统有所影响，控制油温是 目的。 选择半导体冷却方式 的调试要点 关键是油温 目 标 的控制 ，实际上就是半导体冷却元件功率大小 的选 择。考虑计算的降低热量值 9，在动态流动的冷却油 中应该大于理论值 ，故在实际运行调试中要对理论计 算值进行修正。修正后可考虑应用值 p的系数为 1 ． 5 ，用 油温 自动控制执行关停冷却半导体 。 5 选择管壳式机油冷却器方式设想 作者设想 在外挂半导体冷却小型液 压站 的位置 改放壳式机油冷却器，但在此只取壳式机油冷却器方 式，利用内圆磨床的工件冷却液作为壳式机油冷却器 的冷却液参与循环 ；液体动静压滑动轴承主轴液直接 自我循环 只需一个液压泵 。采用该 方式可省 去半 导体冷却方式的大部分装置 ，但工件冷却液 其温 度 经冷却 工件后 略高 于室温 经 壳式 机油冷 却器 热 交换后温度升高对工件冷却的影 响 、主轴液也经热交 换后温度 能降低多少等有待于研究 。在此只作为另一 个冷却设计设想提出而已。 6结论 用外挂式小型液压站取代站地式液压站，可节省 站地面积，车间机床搬放整齐，有利于内圆磨床一体 化 。设计方案可行 ，主要数据 如冷却油 温变化 范 围、 所需冷却功率 、外挂油箱尺寸等 已有 ，关键是对半导 体冷却小型液压站进行调试。作者在此从设计角度讨 论小型液压站的可行性 。 参考文献 【 1 】钟洪， 张冠坤． 液体静压动静压轴承设计使用手册[ M ] ． 北京 科学 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】夏子敏， 罗冠琦， 李家琼， 等． 使用液体动静压轴承主轴 提高普通内圆磨床加工精度 [ J ] ． 装 备制造技术， 2 0 1 1 6 1 2 81 3 0 ． 上接第 8 9页 4机床液压控制的自锁要求 1 只有在顶起 油 缸将机 体抬 起 1 3 D T吸合 状态下 ，主轴孔镗杆引进 电机才能运转 ，将镗杆引进 或退 出。 2 只有在顶起油缸将机体抬起 1 3 D T吸合 ， 并且 6个辅 助支承前进到终点 1 4 D T吸合 ，6 个 无 触点开关全部发信号，指示灯亮时，两个凸轮轴孔镗 杆引进 电机才能运转 ，将镗杆引进或退出。不满足 以 上条件时 ， 3根镗杆引进电机都不得启动 ，以免 发生 事故 。 3 三位 四通 电磁滑阀 电磁铁互锁见表 4 。 表 4三位 四通 电磁滑 阀电磁铁 互锁顺序 以上液控系统采用可编程控制器控制 ，确保液压 系统安全 、可靠 、平稳地运行 。 5结束 语 1 2 V 2 4 0 ／ 2 7 5型系列柴 油机 机体三 孔精 镗床 的研 制成功，标志着该公司在专机设计制造领域又迈上了 一 个新 的台阶。该机床 由于采用液压控制进行三孔的 镗削 ，具有结构紧凑 、切削平稳 、工作 可靠 、精度稳 定等优 点。 自该机床正式投产 以来 ，已加工 1 2 V 2 4 0 ／ 2 7 5型系列柴油机机体 9 0 0多 台，机体 三孔 的加工质 量和生产效率得到较大幅度提高，且加工精度完全满 足设计要求 ，为该 公 司大批量 生产组 装东 风 7 C 型 内 燃机车提供了可靠保证 ，并产生了巨大 的经济效益。 参考文献 【 1 】 北京二七机车厂． 东风7 C 型内燃机车[ M] ． 2 0 0 0 ． 【 2 】 李人宪． 车用柴油机[ M] ． 北京 中国铁道出版社， 1 9 9 9 ． 【 3 】 成大先． 机械设计手册 单行本 液压传动[ M ] ． 北京 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 4 】官忠范． 液压传动系统[ M] ． 北京 机械工业出版社， l 98 9． 【 5 】许福玲， 陈晓明． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． 【 6 】大连组合机床研究所． 组合机床设计[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 1 9 7 5 ．