一種曲軸精密校直液壓機的液壓系統設計

崖華青

（合肥合鍛機床股份有限公司，安徽合肥230601）

0 引言

曲軸是發動機的核心部件，其生產質量直接影響我國汽車、拖拉機、輪船等行業的發展。曲軸的校直工藝在曲軸經表面硬化處理之后進行，此時曲軸的制造成本較高，每根高達8 萬元。為了防止曲軸過壓和造成表面壓應力的過分下降，又要保證曲軸不能出現校直裂紋和軸頸表面壓傷而造成報廢，曲軸精密校直機采用了行程控制，與傳統壓力型校直液壓機相比，具有校直精度高、生產效率高、工件無損傷等優點。

1 曲軸校直工藝

曲軸校直工藝如下：①上料（手工把工件放上工作臺）→②調平（調節曲軸的調平裝置）→③檢測（自動檢測機構對工件進行變形測量）→④確定支點、壓點位置及壓下量→⑤壓頭按設定的進給量壓制（由位移傳感器檢測到位）→⑥循環第②～⑤步，直到檢測曲軸合格。

其中，第⑤步由比例伺服系統完成。為了準確設計精校機比例伺服系統，必須進一步對壓頭動作進行分析。

2 壓頭的動作循環

壓頭的動作循環分為以下幾個步驟（圖1）：①壓頭自上限位快速下行；②壓頭至暫停位時進入校直行程，同時位移傳感器起作用；③壓頭繼續下行接觸工件進行壓制；④壓頭到達指定位置后停止；⑤壓頭快速回程至暫停位停止；⑥壓頭接著進入下一次校直行程，循環③～⑤步；⑦校直過程結束，壓頭快速回程至上限位。

3 液壓原理圖

基于行程控制的曲軸精密校直機的關鍵是壓頭行程可控，而且該機壓頭要求重復定位精度高、響應速度快、輸出的功率大、信號處理靈活、易于各種參量的反饋等，所以系統采用了閥控液壓缸式的閉環電液位置伺服系統作為控制系統。其液壓原理圖如圖2 所示。

4 液壓系統特點

（1）本系統采用比例泵和比例伺服閥，系統的壓力和流量均可根據實際需要調整。通過比例泵初步調整系統的流量，再通過比例伺服閥來精確調整壓頭的下壓量，防止壓頭的過沖現象，實現精校機的行程控制。

（2）該系統使用了充液閥，可實現壓頭快速回程，還使用了電磁球閥，該閥用于油缸上腔的卸壓，使系統回程時無沖擊，同時避免了回程時大流量的油液對比例伺服閥的損害，延長比例伺服閥的使用壽命，提高系統的可靠性。

（3）本系統采用了快速缸，使系統在空行程壓頭可實現快速下行，而回程時大量的油液通過沖液閥快速流回油箱，使壓頭快速回程，兩者都節約了壓頭運動時間，提高了系統的工作效率。

5 主要液壓元件的選擇

5.1 油泵的選擇

已知該機的公稱力F=1600kN，液體最大工作壓力P=25MPa，由油缸壓力公式：

式中：P——液體最大工作壓力，Pa；

F——公稱力，N；

D——液壓缸缸徑，m。

由式（1）可反求油缸直徑：

把 F=1600kN、P=25MPa 帶入得：D=0.285m，取整D=0.28m。

又已知該系統的工作進給速度v=2～25mm/s，由此可算出該系統泵的最大流量Q=47.1vD2=92.3L。該系統要求壓力可調，因而選德國派克PV063 的比例泵，該泵特點是柱塞泵本身配有比例流量閥、壓力控制閥、壓力預載閥。其輸出的流量與通過比例閥的輸入信號成比例，不受系統壓力變化的影響，性能穩定。

5.2 電動機的選擇

5.3 比例伺服閥的選擇

根據該系統的流量，可以選德國力士樂的產品，其特點是帶電氣位置反饋，響應快、精度高、性能穩定，借助系統內的位移傳感器，形成系統內閉環控制，能精確控制液壓機任意目標位。

5.4 電磁換向閥選擇

電磁換向閥通過電氣控制換向，從而改變油流方向，以實現運動部件快降、慢降、卸壓、回程等功能轉換，該系統中3Y2、3Y3、5Y1 均為電磁換向閥，選德國力士樂產品，根據流量3Y2、5Y1 選6 通徑，3Y3選10 通徑。

5.5 其他液壓元件的選擇

根據所設計的液壓系統圖，計算或分析通過各元件的最大流量和最高工作壓力，選擇液壓元件的規格，在此不作詳細敘述。

6 結論

本文主要根據曲軸精密校直液壓機的設計要求及液壓機的工藝動作，設計了液壓伺服系統。該液壓伺服系統的重復定位精度達到0.01mm，校直精度達0.1 mm，性能指標為國內領先水平。實踐證明該系統動態性能穩定、快速、精確，實現了壓機的精確定位，滿足了曲軸校直工藝的要求。

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