液壓夾具試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)

韓文靜

(陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)公司，陜西寶雞722409)

現(xiàn)代化的生產(chǎn)中，減少停工檢修是提高企業(yè)生產(chǎn)力，使設(shè)備利用系數(shù)最大化的一項(xiàng)重要因素。使用液壓試驗(yàn)臺主要優(yōu)勢就是在液壓夾具交付生產(chǎn)使用之前檢測并解決夾具自身的問題，將影響生產(chǎn)因素排除在外。液壓夾具的性能和工作狀態(tài)直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的符合性和穩(wěn)定性，并直接影響加工過程安全可靠性。一套新的液壓夾具，如果不能按要求調(diào)試出合理的動(dòng)作，就加工不出合格的產(chǎn)品。而筆者公司以前設(shè)計(jì)的液壓夾具，從來沒有進(jìn)行過液壓夾具的調(diào)試。每次輸送到車間的液壓夾具都是邊使用邊驗(yàn)證，技術(shù)人員和裝配調(diào)試人員在現(xiàn)場加班加點(diǎn)，研究圖紙、元件的功能及調(diào)試方法，導(dǎo)致機(jī)床停機(jī)時(shí)間長，影響正常生產(chǎn)。

1 液壓夾具試驗(yàn)臺的功能

筆者單位設(shè)計(jì)的液壓夾具主要有以下兩種:雙回路低壓液壓夾具、單回路高壓液壓夾具。

本液壓夾具試驗(yàn)臺主要是為了檢測筆者單位設(shè)計(jì)的各類型液壓夾具油路動(dòng)作，目的在于檢測各個(gè)夾緊器進(jìn)口壓力及順序閥和減壓閥等液壓元件的壓力、順序動(dòng)作和保壓、泄漏量，適用于25 MPa以下的單動(dòng)雙動(dòng)各類液壓夾具。

為了保證液壓夾具各種使用功能，液壓夾具試驗(yàn)臺至少需要具備以下8個(gè)功能:供油增壓、保壓；供油壓力可調(diào)；供油壓力顯示；供油溫度控制；供油流量可調(diào)；液位控制；油品過濾；整個(gè)壓力顯示集裝在一個(gè)控制面板上，便于操作、觀察。

根據(jù)液壓夾具試驗(yàn)臺控制要求及功能分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定試驗(yàn)臺總體布局。

該試驗(yàn)臺液壓原理:電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)柱塞泵旋轉(zhuǎn)，輸出液壓動(dòng)力。在泵的吸油口安裝了吸油過濾器，保護(hù)各工件的動(dòng)作不因雜質(zhì)而受影響。泵從油箱中經(jīng)過濾器吸、泵油后流經(jīng)一個(gè)起安全保護(hù)作用的單向閥，將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力勢能，液壓油通過閥組合實(shí)現(xiàn)方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后經(jīng)外接管路傳輸?shù)剿右簤簥A具的進(jìn)出回路，通過控制液壓油方向的變換、力量的大小及速度的快慢，推動(dòng)各種液壓元件做功。對于雙回路(一進(jìn)一出)的液壓夾具，試驗(yàn)臺直接利用快插接頭實(shí)現(xiàn)油路動(dòng)作；對于單回路(液壓進(jìn)，彈簧復(fù)位)的液壓夾具，液壓站的旁路安裝電磁閥打開進(jìn)油單向閥開關(guān)，實(shí)現(xiàn)油液可以反向流入油箱回路，實(shí)現(xiàn)夾具動(dòng)作。液壓試驗(yàn)臺原理圖如圖1所示。

2 控制設(shè)計(jì)

液壓夾具試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)指標(biāo)為:供油壓力為3.5～25±0.1 MPa；供油流量為 37±1 L/min；電動(dòng)機(jī)，電源 380 V±10%，50 Hz三相交流。

2.1 液壓泵和電機(jī)的選擇

試驗(yàn)臺采用泵站供壓，系統(tǒng)將泵站壓力調(diào)整到液壓夾具所需的工作壓力，實(shí)現(xiàn)供壓與卸壓轉(zhuǎn)換。

合理地選擇液壓泵的原則是:根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，先確定液壓泵的類型，按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格，考慮到接下來需要檢測的夾具功率、負(fù)載都不同，所以選擇輸出壓力高、流量可調(diào)節(jié)以及效率高的柱塞泵。液壓泵的最大工作壓力Pp，可按下式計(jì)算:

式中:P為執(zhí)行元件工作腔的最大工作壓力；∑△P為進(jìn)油路上的總壓力損失(包括沿程損失和局部損失)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前筆者單位液壓夾具最大工作壓力為20 MPa，完全滿足產(chǎn)品加工需求。液壓試驗(yàn)臺系統(tǒng)比較簡單，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，簡單系統(tǒng) ∑△P＝0.2～0.5 MPa，我們?nèi)∵M(jìn)油路上的總壓力損失為0.3 MPa，所以PP＝20.3 MPa。

液壓泵的流量:

式中:QP為液壓泵的流量；k為修正系數(shù)一般取1.1～1.3；Qmax為同時(shí)動(dòng)作執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。

針對目前已設(shè)計(jì)的夾具歸類總結(jié)，我們選取的、同時(shí)夾緊的夾緊缸最多數(shù)量為6個(gè)，查液壓缸手冊其單個(gè)流量為4.5 L/min；試驗(yàn)臺在工作過程始終用節(jié)流調(diào)速，需要考慮溢流閥的最小溢流量，一般取 2～3 L/min。

根據(jù)壓力和流量，我們選擇結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、壽命長以及自吸能力強(qiáng)的軸向柱塞泵25PCY14-1B。

該泵的排量為25 mL/r，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，液壓泵理論流量為37.5 L/min，取液壓泵的容積效率η0＝0.9，實(shí)際流量為33.75 L/min，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要的功率為:

根據(jù)以上計(jì)算，我們選擇型號為Y160L-4/B35的三相異步電動(dòng)機(jī)。

2.2 閥類元件和輔助元件的選擇

液壓閥作為改變系統(tǒng)中液壓油壓力、流量和方向的重要元件，合理選擇液壓閥是保證液壓系統(tǒng)正常可靠運(yùn)行的前提。所選液壓閥要滿足以下要求:可靠性高、動(dòng)作靈敏、振動(dòng)沖擊小、結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好，經(jīng)濟(jì)性好、安裝調(diào)試方便等。液壓閥選擇最重要的依據(jù)是通過此閥的最大流量和最高工作壓力。

計(jì)算好系統(tǒng)壓力和流量后，閥類都是一些標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)選擇泵站的壓力和流量，選擇CV-G03-05-20單向閥、DBW10-5X/350YG24K4M溢流閥、SWH-G03-C6-D24-20電換向閥、MTC-03W-P-K-20雙單向節(jié)流閥等

液壓輔助元件包含濾油器、油管及接頭、壓力表、開關(guān)和油箱等。除油箱為非標(biāo)設(shè)計(jì)外，其余均為標(biāo)準(zhǔn)元件。

油箱的主要作用就是儲油、散熱以及釋放混入油中的氣體等。針對我們的試驗(yàn)臺，我們設(shè)計(jì)了常用的開式油箱。油箱容量可按下面經(jīng)驗(yàn)公式確定:

式中:V為油箱有效容積，L；Qp為液壓泵流量，L/min；m為系數(shù)，min，低壓m＝2～4 min，中壓m＝5～7 min，高壓m＝6～12 min。

參考JB/T7938-2010《液壓泵站油箱公稱容量系列》的規(guī)定，設(shè)計(jì)油箱的整體結(jié)構(gòu)。油箱的油位設(shè)計(jì)，系統(tǒng)所有油缸動(dòng)作后油箱液面不得低于最低油位，當(dāng)油缸回縮后油面不得高于最高油位。油箱底部設(shè)置斜度，最低處設(shè)置放油塞，易觀察處安裝液位計(jì)，通氣孔處配置兼做注油口的空濾，還安裝溫度傳感器方便了解油溫情況。

為保證試驗(yàn)臺所有液壓元件正常工作，保持液壓油清潔，提高系統(tǒng)可靠性，延長液壓元件的使用壽命，我們選擇了MF-08吸油濾和QUH100×10BDP高壓濾油器。

根據(jù)我們的使用需求，我們管件選擇可吸收沖擊和振動(dòng)的橡膠軟管，安裝方便，選擇螺紋連接，密封性好的管接頭和快換接頭。

3 操作方法

操作方法是在液壓夾具的夾具體進(jìn)出油口安裝有快換接頭的一端，通過試驗(yàn)臺的快換接頭的另一端與之相連，在液壓夾具的每個(gè)夾緊器和閥塊的進(jìn)油口處分別安裝有測壓點(diǎn)，每個(gè)測壓點(diǎn)均通過試驗(yàn)臺上的壓力表讀數(shù)。啟動(dòng)試驗(yàn)臺開啟按鈕，電源通電，調(diào)整系統(tǒng)壓力達(dá)到使用要求后，觀察液壓夾具的動(dòng)作，并通過壓力表顯示各個(gè)液壓夾緊器進(jìn)口壓力，通過夾緊按鈕和松開按鈕的頻繁操作，從而模擬并檢測液壓夾具的整體效果，當(dāng)達(dá)到中位時(shí)，則可以通過壓力表顯示來檢測保壓時(shí)間和夾具加工中存在的卸油量。

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊，外觀簡潔。為保證液壓夾具的質(zhì)量和可靠性，液壓夾具在交付前必須對其進(jìn)行液壓試驗(yàn)，以保證系統(tǒng)工作可靠。這關(guān)系到液壓夾具是否能夠安全出廠，同時(shí)試驗(yàn)速度的快慢又關(guān)系到交付周期的長短。該液壓夾具試驗(yàn)臺已經(jīng)投入使用，使用結(jié)果表明，液壓系統(tǒng)原理正確，能滿足最初的設(shè)計(jì)功能，各元器件選型正確，夾具試驗(yàn)臺的工作狀態(tài)良好。