SL803C螺纹加工车床液压站的改造

刘朝池，杨建波，高玉海

(天津钢管集团股份有限公司 天津300301)

SL803C螺纹加工车床液压站的改造

刘朝池，杨建波，高玉海

(天津钢管集团股份有限公司 天津300301)

液压站是整个液压系统的一个重要部件，是多种元、附件组合而成的整体，它按主机要求供油，并控制液压油的流动方向、压力和流量，其设计质量的优劣与液压设备性能关系很大。针对原液压站在使用过程中出现的诸多问题，有针对性地进行分析，指出其存在的弊端，同时对原液压站进行改造。通过对液压元件进行选型和验算，使液压站性能达到最优化，经过后续的应用实践来看，该液压站性能可靠、稳定，故障发生率降低、工作效率提高，完全满足螺纹加工车床的加工工艺要求。

螺纹加工车床 液压站 选型 改造

0 引 言

SL803C螺纹加工车床是天津钢管集团股份有限公司从国外引进的螺纹加工专用设备，其具有高切削效率、高自动化和高加工精度的特点，主要用于本公司特殊扣螺纹的加工。液压站是螺纹加工车床的一个重要组成部分，它按主机要求供油，并控制液压油的流动方向、压力和流量，其设计质量的优劣不仅影响液压设备性能，而且对螺纹加工精度影响很大。

1 原液压站原理

原液压站原理图如图1所示。液压站由V23A1R-30S12变排量柱塞式液压泵、3.7,kW (1,450,RPM)电机、压力表、出口单向阀、风冷却器、回油过滤器、吸油过滤器、空气过滤器、液位传感器以及油箱等组成。系统额定压力为7,MPa，最低工作压力为5,MPa，最大流量为33.35,L/min。液压泵与电机组成泵源，供往螺纹加工车床的变速缸、平衡缸以及旋转刀塔动作所需的流量和压力；为防止系统在静止时，系统压力通过液压泵完全卸荷、防止液压泵停止时，带载执行元件的回缩以及系统压力突然升高，反向传给液压泵，避免泵反转或损坏，在泵出口安装有单向阀；为防止系统油温过高，影响系统性能，设置有风冷却器；为防止任何污染物进入液压泵及侵入系统或系统内产生的污染物流入油箱，在液压泵吸口安装有吸油过滤器，回油管路上装有回油过滤器；油箱上装有液位传感器，以监测油液高度。

图1 原液压站原理图Fig.1 Schematic diagram of original hydraulic station

2 存在的问题

①风冷却器安装在液压泵溢流管路上，使泵溢流压力升高，影响液压泵的寿命。②液压泵易发生柱塞折断、抱死等故障，使用寿命短。③公司近100台螺纹加工车床中，只有该型螺纹加工车床使用V23A1R-30S12柱塞泵，且订货周期长、价格高，互换性和通用性低。④未安装加热器。当油温过低启动系统时，由于油液黏度过大，阻力损失剧增，不但会造成泵启动时吸油困难，加速柱塞磨损，而且会使控制阀操作失常，加大设备运行安全隐患。⑤回油过滤器的过滤性能易受系统流量和压力波动的影响；同时清洗、更换滤器时需停机，影响系统工作。⑥液压站底座未设置滴油盘，检修时油液易污染场地，污油难回收。

3 液压站的改进

改进措施如图2所示。

①为了提高液压泵备件的通用性以及互换性，结合现场液压泵的使用情况，选用PV7型限压式叶片泵。②在泵出口安装皮囊式蓄能器，目的：作辅助动力源，在瞬间提供大量压力油，提高加工车床各执行元件动作的稳定性，减少主传动的功率。③采用独立的过滤、冷却回路，对油液进行连续循环过滤，使过滤器免受系统流量、压力波动的影响，在清洗、更换过滤器时不影响系统工作。④为防止停机后，管路中的油液流回油箱而使油溢出油箱，在回油管路上加装单向阀，该单向阀还可以防止拆卸管路时虹吸现象的发生。⑤油箱上加装加热器，避免油温过低对系统的影响。

图2 改造后液压系统原理图Fig.2Schematic diagram of hydraulic system after transformation

4 液压元件的选取与验算

4.1 液压泵的选取

改造思路：使用原装在线电机，通过电机的转速和功率选择液压泵。同时为了提高液压泵备件使用的通用性、互换性以及采购的便利性，采用叶片泵替换原装柱塞泵的方案。

已知：系统最高工作压力为7,MPa，电机功率为3.7,kW，转速为1,425,RPM。

电机输入功率公式：

式中：P功率——电机输入功率，W；n——电机转速，RPM；P泵——系统压力，Pa；v——液压泵排量，mL/r；η泵——液压泵总效率，%,，取75%,。

将上面已知参数代入公式(1)，得：液压泵排量v=16.7mL/r。

根据以上压力、流量以及转速的数值查阅产品目录，确定选取PV7-1,/16-20 RE01MCO-16变量叶片泵，其压力流量曲线(转速n：1,450,RPM)如图3所示。

图3 压力流量特性曲线Fig.3 Pressure flow characteristics curve

4.2 蓄能器(皮囊式)的选取

螺纹加工车床在3,s内需要ΔV(有效容积)为1.2,L液压油。最高工作压力2P为7,MPa，最低工作压力1P不得低于5,MPa(低于5,MPa系统报警)。工作温度为25～55 ℃。

确定所需气体容量：因这是一个快速过程，所以气体的状态变化可视为绝热的变化。经查资料，多变指数n=1.4。

在最高工作温度tmax时的预充压力：

在最低工作温度tmin时的预充压力：

理想的气体容量：

20,℃时的预充压力0P：

将已知参数代入公式(2)、(3)、(4)、(5)，可得理想的气体容量℃时的预充压力

4.3 单向阀

根据系统压力及流量，单向阀2、7规格：S15A1.0/。

4.4 风冷却器、油箱及循环泵的选取

4.4.1 油箱

该液压系统在整个工作循环中，较大能量损失(此时的泵压力为7,MPa，0排量工况时的泄漏量q0为4,L/min)所占工作循环时间比例为75%,。查资料，该型车床允许油液温升ΔT=25 K。

已知单位时间发热量Q：

油箱的最小有效容积Vmin：

油箱的总容积Va：

将已知参数代入公式(6)、(7)、(8)，可得油箱的总容积Va=0.101,m3。

考虑现场空间位置的局限性，以及结合各执行元件的最大需油量，最终选用40,L容积油箱。由于选用40,L油箱容积小于101,L，所以需要设置冷却器。

4.4.2 风冷却器

冷却器安装在独立冷却回路中，优点：单独液压泵将热介质通过冷却器，使冷却器免受液压冲击的影响。将40代入公式(7)、(8)，可得40,L油箱的单位散热量为252,W。

风冷却器面积A：

式中：Nh——系统发热量，W；Nhd——散热量，W；α——污垢系数，取1.5；K——油箱散热系数，取9；ΔTav——平均温度，℃，天津年平均气温15,℃。

将已知参数代入公式(9)，可得风冷却器面积A=2.4,m2。

风冷却器型号：FL3.15。

4.4.3 循环泵以及电机

根据已知参数，选用齿轮泵，型号：CB-B6，驱动功率为0.31,kW；电机功率为0.37,kW，转速为1,450,RPM。

4.5 加热器的选取

电加热器的功率公式：

式中：P——加热器功率，W；C——油的比热容，C＝1,068～2,094,J/(Kg·℃)；r——油的密度，900,kg/m3；V——油箱内油液的体积，m3；ΔQ——油加热后温度，25 ℃；T——加热时间，s；η——热效率，η＝0.6～0.8。

将已知参数代入公式(10)，可得电加热器的功率P≥1,852,W。

电加热器型号：GYY2-220/2。

4.6 过滤器的选取

过滤器的通油能力按大于实际通过流量的2倍以上选取。

4.6.1 吸油过滤器

已知液压泵的流量为23.8,L/min，过滤器型号：WU-63×180。

4.6.2 回油过滤器

型号：RFP/HC60DL20C1．X/－V。

4.7 管路通径及壁厚选取

管子内径d(mm)的计算公式：

式中：qV——流体流量，m3/s；v——流速，m/s，荐用流速，吸油管v≤1,m/s，压油管v＝3,m/s，回油管v＝ 1.5,m/s。

金属管壁厚δ的选取计算公式：

将已知参数代入公式(11)、(12)，可得：

压油管路规格：φ22×2；吸油管路规格：φ34× 2；回油管路规格：φ28×1.6。

液压元件如表1所示。

表1 液压元件汇总表Tab.1 Hydraulic components

5 结 语

对4台SL803,螺纹加工车床液压站进行改造后，获得了较好的使用效果并取得了良好的经济效益。①液压泵故障率明显降低，通用性、互换性提高，备件费用降低。②通过对液压站增设相应液压元件，使液压站在压力、流量、油温、液位等方面得到稳定控制，满足了现场的生产要求。■

［1］ 何存兴，张铁华. 液压传动与气压传动[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2000.

［2］ 秦大同，谢里阳. 现代机械设计手册[M]. 4卷，北京：化学工业出版社，2011.

［3］ 吴根茂，邱敏秀，王庆丰，等. 新编实用电液比例技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2006.

Hydraulic Station Transformation for SL803C Thread Lathe

LIU Chaochi，YANG Jianbo，GAO Yuhai
(Tianjin Pipe(group)Corporation，Tianjin 300301，China)

A hydraulic station consists of lots of components and accessories and it is an important part of the hydraulic system．According to the demands of its host，the station is responsible for supplying oil and controlling oil flow direction，pressure and flow rate．The equipment’s performance is very close with its design quality．This paper analyzes and points out its disadvantages during its running and introduces a transformation case of the original hydraulic station，whose performance has been optimized by way of type selection and calculation．The application practice shows that the new station is reliable and stable，its failure incidence is reduced and work efficiency getting improved．The thread lathe processing technology requirements have been fully satisfied.

thread lathe；hydraulic station；lectotype；transformation

TH137

A

1006-8945(2016)08-0086-04

2016-08-02