本發(fā)明涉及機(jī)電液一體化技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電液控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有高速軋輥磨頭,只有普通軋輥磨頭,普通軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油系統(tǒng)如圖5所示。普通軋輥磨頭主軸的徑向油膜軸承和磨頭其它部分的潤(rùn)滑都是由上述恒流量或者恒壓供油系統(tǒng)供油,沒(méi)有把徑向油膜軸承的潤(rùn)滑供油分開(kāi),其它傳動(dòng)部分的潤(rùn)滑會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致磨頭磨削精度的下降。同時(shí),普通軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油系統(tǒng)沒(méi)有采用plc控制,而采用傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制方法,其接線相對(duì)復(fù)雜,電路體積龐大、臃腫,不利于檢修與維護(hù)。因此,現(xiàn)有技術(shù)依然不夠理想。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電液控制方法及系統(tǒng),以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明是這樣一種高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電液控制方法,該方法采用一套獨(dú)立的供油系統(tǒng)來(lái)滿足動(dòng)靜壓油膜軸承的潤(rùn)滑,其它部位的油膜潤(rùn)滑通過(guò)另一套系統(tǒng)來(lái)供油,最后將磨頭的所有油膜潤(rùn)滑的供油系統(tǒng)再集中在一套液壓供油系統(tǒng)中,這樣既簡(jiǎn)便又實(shí)用。同時(shí),在此套集成液壓供油系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)冷卻系統(tǒng),可根據(jù)油溫的高低自動(dòng)控溫,從而消除了因砂輪線速度的變化而導(dǎo)致的油溫變化。通過(guò)plc與變頻器的聯(lián)合控制,并對(duì)液壓供油系統(tǒng)流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)了該集成液壓供油系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行和實(shí)時(shí)監(jiān)控,從而為高速軋輥磨床的國(guó)產(chǎn)化提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)條件支撐。
與該方法相匹配,本發(fā)明提出了一種高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電液控制系統(tǒng),該系統(tǒng)由以下四部分組成:高速軋輥磨頭的動(dòng)靜壓油膜軸承的潤(rùn)滑供油部分、高速軋輥磨頭其它部分的潤(rùn)滑供油部分、磨架回油抽油部分和油箱自適應(yīng)冷卻部分。
其中,所述高速軋輥磨頭的動(dòng)靜壓油膜軸承的潤(rùn)滑供油部分中,主軸動(dòng)靜壓油膜軸承潤(rùn)滑采用恒壓供油系統(tǒng),通過(guò)軸向柱塞泵供油,該軸向柱塞泵設(shè)有溢流閥;在軸向柱塞泵輸出油液的管路上依次設(shè)有第一先導(dǎo)式減壓閥和毛細(xì)管節(jié)流器最后進(jìn)入動(dòng)靜壓油膜軸承;在先導(dǎo)式減壓閥至毛細(xì)管節(jié)流器的管路上依次設(shè)有第一精密濾油器、第一單向閥和電磁流量計(jì),在第一單向閥和電磁流量計(jì)之間設(shè)有壓力繼電器和第一蓄能器。
進(jìn)一步地,所述高速軋輥磨頭其它部分的潤(rùn)滑供油部分包括床身與止推軸承間的油膜潤(rùn)滑以及偏心套與床身間的油膜潤(rùn)滑等;該部分亦由軸向柱塞泵供油,在柱塞泵的出口與分油器之間依次設(shè)有第二先導(dǎo)式減壓閥、電接點(diǎn)壓力表、第二精密濾油器、第二單向閥以及流量計(jì),在第二單向閥與流量計(jì)之間設(shè)為第二蓄能器,油液經(jīng)分流器進(jìn)行分流后,各油路分別進(jìn)入其它潤(rùn)滑部分相應(yīng)的磨頭內(nèi)部油孔。
進(jìn)一步地,所述磨架回油抽油部分包括用于收集磨頭主軸動(dòng)靜壓油膜軸承和磨頭其它部分潤(rùn)滑后的回油的油池,該油池設(shè)置在磨架內(nèi),在該油池中設(shè)有第二網(wǎng)式濾油器和液位繼電器。當(dāng)該油池的液位達(dá)到設(shè)計(jì)的液面高度時(shí),液位繼電器將向plc控制系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào),從而啟動(dòng)第一齒輪泵,油液經(jīng)過(guò)第二網(wǎng)式濾油器后被第一齒輪泵抽取,再通過(guò)帶污染指示的精密回油過(guò)濾器過(guò)濾后,潔凈的油液流回油箱。
進(jìn)一步地,所述油箱自適應(yīng)冷卻部分包括第三網(wǎng)式吸油器、第二齒輪泵、先導(dǎo)式溢流閥、自適應(yīng)溫度控制閥以及冷卻器;其中,自適應(yīng)溫度控制閥是先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥,該自適應(yīng)溫度控制閥的感溫元件通過(guò)感知油溫的變化并通過(guò)自適應(yīng)溫度控制閥和先導(dǎo)式溢流閥來(lái)自動(dòng)控制冷卻器的致冷效果。(液溫計(jì)是整個(gè)集成液壓供油系統(tǒng)的,并不專(zhuān)屬于此自適應(yīng)冷卻部分)。
本發(fā)明的高速軋輥磨頭集成供油平臺(tái)電液控制系統(tǒng)不僅能為高速軋輥磨頭各部分的潤(rùn)滑提供潤(rùn)滑油液,而且自動(dòng)化程度高,能滿足高速軋輥磨頭綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)的要求,從而為高速軋輥磨床的國(guó)產(chǎn)化提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)條件支撐。
另外,本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.高速軋輥磨頭的磨削精度高,其主軸轉(zhuǎn)速高,對(duì)其動(dòng)靜壓軸承的潤(rùn)滑特性要求高,為此,此專(zhuān)利將動(dòng)靜壓軸承的潤(rùn)滑與磨頭的其它部位的油膜潤(rùn)滑單獨(dú)分開(kāi),從而避免高速軋輥磨頭其它部位的油膜潤(rùn)滑對(duì)動(dòng)靜壓軸承的油膜潤(rùn)滑的影響。在分開(kāi)的同時(shí)又將一個(gè)磨頭的所有油膜潤(rùn)滑的供油系統(tǒng)集中在一套液壓供油系統(tǒng)中。
2.高速軋輥磨削通常持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng),為了維持長(zhǎng)時(shí)間磨削工況下的磨削精度,磨頭各部分的熱性能要求非常高,因而,在高速軋輥磨頭的液壓供油系統(tǒng)中,將溫度控制閥作為先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥,從而使該系統(tǒng)具有自適應(yīng)的特征。該套自適應(yīng)冷卻控制系統(tǒng)不僅自適應(yīng)性能好,而且節(jié)能。
3.高速軋輥磨頭的集成液壓供油系統(tǒng)采用plc進(jìn)行集中控制,自動(dòng)化程度高,不僅控制可靠,而且方便實(shí)用。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油液壓系統(tǒng)的原理圖;
圖2為本發(fā)明的高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電氣控制系統(tǒng)的原理圖;
圖3為本發(fā)明的高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電氣控制系統(tǒng)的plc外部圖;
圖4為本發(fā)明的高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電氣控制系統(tǒng)的plc梯形圖;
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的普通軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油系統(tǒng)原理圖,圖中(a)為恒流量供油系統(tǒng),(b)為恒壓供油系統(tǒng)。
圖1中的標(biāo)記為:1-第一網(wǎng)式濾油器,2-軸向柱塞泵,3-溢流閥,4-第一先導(dǎo)式減壓閥,5-第一精密濾油器,6-第一單向閥,7-壓力繼電器,8-電磁流量計(jì),9-第一蓄能器,10-毛細(xì)管節(jié)流器,11-第二網(wǎng)式濾油器,12-液位繼電器,13-第一齒輪泵,14-帶污染指示的精密回油過(guò)濾器,15-空氣濾清器,16-第三網(wǎng)式濾油器,17-第二齒輪泵,18-先導(dǎo)式溢流閥,19-自適應(yīng)溫度控制閥,20-冷卻器,21-液溫計(jì),22-第二先導(dǎo)式減壓閥,23-電接點(diǎn)壓力表,24-第二精密濾油器,25-第二單向閥,26-第二蓄能器,27-流量計(jì),28-分油器。
圖5中的標(biāo)記為:1-油箱,2-網(wǎng)式過(guò)濾器,3-油泵,4-電動(dòng)機(jī),5-粗過(guò)濾器,6-溢流閥,7-壓力表,8-精過(guò)濾器,9-單向閥,10-壓力繼電器,11-蓄能器,12-毛細(xì)管節(jié)流器。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
1.高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油液壓系統(tǒng)詳解:
如圖1所示,該集成供油系統(tǒng)主要分為四大部分:高速軋輥磨頭的動(dòng)靜壓油膜軸承的潤(rùn)滑供油部分,高速軋輥磨頭其它部分的潤(rùn)滑供油部分,磨架回油抽油部分,油箱自適應(yīng)冷卻部分。下面分別對(duì)以上四部分的工作原理進(jìn)行介紹。
高速軋輥磨頭的動(dòng)靜壓油膜軸承的潤(rùn)滑供油部分:主軸動(dòng)靜壓油膜軸承潤(rùn)滑采用恒壓供油系統(tǒng),通過(guò)軸向柱塞泵2供油,溢流閥3起安全保護(hù)作用,處于常閉狀態(tài)。軸向柱塞泵2輸出的油液經(jīng)過(guò)第一先導(dǎo)式減壓閥4減壓穩(wěn)定至系統(tǒng)的工作壓力后,再通過(guò)毛細(xì)管節(jié)流器10進(jìn)入動(dòng)靜壓油膜軸承。第一蓄能器9的作用有二:一是能吸收進(jìn)入軸承油液的壓力脈動(dòng)以減小對(duì)軸承油腔的沖擊;二是在供油系統(tǒng)因突然斷電情況下,第一蓄能器9能短時(shí)間向動(dòng)靜壓油膜軸承供油,從而可有效防止因失油而引發(fā)的“燒軸”或“抱軸”現(xiàn)象。第一單向閥6能有效地避免當(dāng)油泵停止工作時(shí)油液從軸承油腔倒流,導(dǎo)致油膜承載能力降低。此外,由于是恒壓供油系統(tǒng),各毛細(xì)管節(jié)流器10的入口壓力相同,當(dāng)外載荷發(fā)生變化導(dǎo)致各毛細(xì)管節(jié)流器10的出口壓力發(fā)生變化時(shí),通過(guò)其進(jìn)出油口壓差的改變反饋調(diào)節(jié)各油腔的供油流量。壓力繼電器7、電磁流量計(jì)8對(duì)此供油系統(tǒng)的壓力和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。第一精密濾油器5對(duì)進(jìn)入動(dòng)靜壓油膜軸承的油液進(jìn)行精密過(guò)濾。
高速軋輥磨頭其它部分的潤(rùn)滑供油部分:此部分包括床身與止推軸承間的油膜潤(rùn)滑以及偏心套與床身間的油膜潤(rùn)滑等。第一網(wǎng)式吸油器1和第二精密濾油器24對(duì)油液的雙重過(guò)濾滿足了磨頭其它部分潤(rùn)滑對(duì)液壓油過(guò)濾精度的要求。第二先導(dǎo)式減壓閥22起減壓和穩(wěn)壓的作用,它將軸向柱塞泵2的輸出壓力準(zhǔn)確降至系統(tǒng)所需的工作壓力后并加以穩(wěn)定,從而為磨頭其它部分的潤(rùn)滑提供穩(wěn)定的油液。電接點(diǎn)壓力表23在系統(tǒng)中起監(jiān)測(cè)油壓的作用,當(dāng)?shù)诙葘?dǎo)式減壓閥22輸出油液的壓力低于設(shè)定值時(shí),plc控制系統(tǒng)報(bào)警停機(jī),以避免磨頭其它部分潤(rùn)滑的油液壓力不夠而產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦和磨損。分油器28對(duì)磨頭其它各油膜潤(rùn)滑摩擦副的流量起著分流的作用。流量計(jì)27實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該供油系統(tǒng)的流量。第二蓄能器26的作用如同第一蓄能器9,第二單向閥25的作用如同第一單向閥6,第二精密濾油器24的作用如同第一精密濾油器5。
磨架回油抽油部分:為了能使?jié)櫥蟮挠鸵旱玫匠浞值难h(huán)使用,因此設(shè)計(jì)了一套抽油系統(tǒng)。磨頭主軸動(dòng)靜壓油膜軸承和磨頭其它部分潤(rùn)滑后的回油被收集在磨架內(nèi)一油池中,在該油池中設(shè)置了一個(gè)液位繼電器12,當(dāng)該油池中的油液到達(dá)所設(shè)定的液面時(shí),通過(guò)plc控制第一齒輪泵13運(yùn)轉(zhuǎn),將該油池中的油液抽至主油箱。由于磨頭主軸軸承和其它部分潤(rùn)滑的回油中帶有雜質(zhì),為此,在抽油系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)帶污染指示的精密回油過(guò)濾器14,以確保回油的純凈。
油箱自適應(yīng)冷卻部分:該自適應(yīng)冷卻控制系統(tǒng)主要由第三網(wǎng)式吸油器16、第二齒輪泵17、先導(dǎo)式溢流閥18、自適應(yīng)溫度控制閥19以及冷卻器20構(gòu)成。在該系統(tǒng)中,最為關(guān)鍵的液壓元件是自適應(yīng)溫度控制閥19,該閥是先導(dǎo)式溢流閥18的先導(dǎo)閥,該閥的感溫元件能感知油溫的變化,當(dāng)油溫升高時(shí),感溫元件自動(dòng)控制該閥的開(kāi)口量減小,其開(kāi)口量的減小最終使先導(dǎo)式溢流閥18的主閥的進(jìn)油流量減小,從而導(dǎo)致進(jìn)入冷卻器20的流量增大;反之,當(dāng)油溫下降時(shí),在自適應(yīng)溫度控制閥的自動(dòng)感應(yīng)下,進(jìn)入冷卻器20的流量減小。也就是說(shuō),油溫的變化通過(guò)自適應(yīng)溫度控制閥19的自動(dòng)感知直接對(duì)冷卻器20進(jìn)行控制,油溫越高,致冷越強(qiáng),油溫越低,致冷越弱,此過(guò)程是一個(gè)自適應(yīng)過(guò)程,其控溫效果不僅好,而且非常節(jié)能。
2.高速軋輥磨頭潤(rùn)滑供油液壓系統(tǒng)的plc控制:
為了實(shí)現(xiàn)高速軋輥磨頭綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)的要求,設(shè)計(jì)了以plc為控制核心的電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)采用高低壓配電系統(tǒng),如圖2所示,采用三相五線制接電,pe為接地保護(hù),n為接零保護(hù)。通過(guò)開(kāi)關(guān)電源ps1完成工作電壓從220v—24v的轉(zhuǎn)換,以滿足相關(guān)電氣元件的使用要求。通過(guò)plc來(lái)實(shí)現(xiàn)高速軋輥磨頭集成供油平臺(tái)電氣控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能,需要將電磁流量計(jì)8、壓力繼電器7、電接點(diǎn)壓力表23、液位繼電器12等元件的各種控制和檢測(cè)信號(hào)輸入plc,經(jīng)plc內(nèi)部程序的運(yùn)算后,再將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行設(shè)備,完成對(duì)液壓供油平臺(tái)的主啟動(dòng)控制和輔助保護(hù)控制。
主啟動(dòng)主要是指采用變頻器降壓?jiǎn)?dòng)方式驅(qū)動(dòng)高壓泵,使用小功率的電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)低壓泵,這樣可以減小與電樞電壓成正比的電樞電流,避免在電路中產(chǎn)生過(guò)大的電壓導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。輔助保護(hù)控制是指當(dāng)液壓系統(tǒng)供油壓力過(guò)高或者出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞時(shí),停止軸向柱塞泵2運(yùn)轉(zhuǎn),短時(shí)間內(nèi)通過(guò)蓄能器繼續(xù)對(duì)主軸動(dòng)靜壓油膜軸承和磨頭其余傳動(dòng)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑,待油壓恢復(fù)正常值時(shí)再重啟軸向柱塞泵2運(yùn)轉(zhuǎn),從而避免因局部電壓不穩(wěn)導(dǎo)致磨頭潤(rùn)滑系統(tǒng)失效;其余信號(hào)指示燈能對(duì)液壓供油系統(tǒng)出現(xiàn)油池液位過(guò)高或過(guò)低、低壓堵塞等故障做出及時(shí)警示,實(shí)現(xiàn)對(duì)供油系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
根據(jù)分解后的各個(gè)功能項(xiàng),再對(duì)plc所需的輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行確定,如表1所示。在確定了供油系統(tǒng)的具體控制對(duì)象之后,根據(jù)高速軋輥磨頭集成供油平臺(tái)電氣控制系統(tǒng)的要求對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為線路設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì),線路設(shè)計(jì)即整個(gè)系統(tǒng)的布線,電路的連接以及各個(gè)電器的有機(jī)組合。
表1plc的i/o分配表
plc控制系統(tǒng)的配線圖如圖3所示。plc與變頻器采用控制端子連接的方式,變頻器的模擬輸入信號(hào)與plc的模擬量輸出模塊用雙絞線屏蔽電纜連接,plc輸出的變頻器控制信號(hào)(dc0-10v)與交流接觸器km1控制變頻器驅(qū)動(dòng)軋輥磨頭主軸動(dòng)靜壓油膜軸承潤(rùn)滑電機(jī)m1實(shí)現(xiàn)調(diào)速。開(kāi)關(guān)量直接與plc端子連接,電機(jī)等采用繼電器連接plc。
plc的程序設(shè)計(jì)可以采用梯形圖、語(yǔ)句表、程序塊等形式表示。為了與繼電器-接觸器系統(tǒng)相承接,采用梯形圖形式對(duì)高速軋輥磨頭集成供油平臺(tái)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行編程,如圖4所示。該控制系統(tǒng)的控制原理如下:
(1)油泵的啟動(dòng)
按下軸向柱塞泵2啟動(dòng)按鈕sb1(即梯形圖中x0),y0線圈得電,其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合形成自鎖,通過(guò)變頻器降壓?jiǎn)?dòng)軸向柱塞泵2;在正常啟動(dòng)軸向柱塞泵2潤(rùn)滑磨頭各油膜軸承后即t0延時(shí)達(dá)到設(shè)定值3s時(shí),通過(guò)plc控制延時(shí)啟動(dòng)自適應(yīng)冷卻系統(tǒng)中的第二齒輪泵17,實(shí)現(xiàn)更好的油溫控制效果與能源的節(jié)約。
(2)柱塞泵的起、停
當(dāng)動(dòng)靜壓油膜軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)工作壓力超過(guò)壓力繼電器7設(shè)定的最高值時(shí),常斷觸點(diǎn)x4閉合,輔助繼電器m4得電,其動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)相應(yīng)改變,經(jīng)plc控制器停止軸向柱塞泵2的運(yùn)轉(zhuǎn);一旦系統(tǒng)壓力低于壓力繼電器7設(shè)定的額定值時(shí),常斷觸點(diǎn)x5閉合,輔助繼電器m5得電,重新啟動(dòng)軸向柱塞泵2從而保證液壓供油系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)磨頭其它部分的潤(rùn)滑油經(jīng)第二先導(dǎo)式減壓閥22減壓、穩(wěn)定后的油液壓力低于電接點(diǎn)壓力表23的設(shè)定值時(shí),常斷觸點(diǎn)x14閉合,輔助繼電器m6得電,報(bào)警警示并經(jīng)plc控制器停止軸向柱塞泵2的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)供油系統(tǒng)流量低至電磁流量計(jì)8的低線時(shí)(即嚴(yán)重堵塞),常斷觸點(diǎn)x11閉合,輔助繼電器m7得電,停止軸向柱塞泵2的運(yùn)轉(zhuǎn),短時(shí)間內(nèi)通過(guò)第一蓄能器9繼續(xù)對(duì)磨頭各油膜軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。
(3)齒輪泵的間歇啟動(dòng)
通過(guò)液位繼電器12高低液位的設(shè)置,避免液位在臨界點(diǎn)上下波動(dòng)而造成電機(jī)的頻繁開(kāi)停。只有當(dāng)油池中的油液高于液位繼電器12高線時(shí),動(dòng)合觸點(diǎn)x6閉合,y2線圈得電,plc控制系統(tǒng)才啟動(dòng)低壓電機(jī)m3推動(dòng)第一齒輪泵13抽取油液,實(shí)現(xiàn)油液的間歇抽取與循環(huán)使用。
(4)變頻器的故障停止
當(dāng)變頻器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí),30a觸點(diǎn)閉合,中間繼電器ka2得電,其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合,經(jīng)plc內(nèi)部程序運(yùn)算處理,停止plc的運(yùn)轉(zhuǎn),從而停止高速軋輥磨頭的潤(rùn)滑供油電液控制系統(tǒng)工作。
當(dāng)然,以上只是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例,本發(fā)明還有其他的實(shí)施方式,凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案,均落在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。