一種高速軋輥磨頭的潤滑供油電液控制方法及系統與流程

2023-05-31 05:10:16

本發明涉及機電液一體化技術領域，尤其是涉及一種高速軋輥磨頭的潤滑供油電液控制方法及系統。

背景技術：

國內目前沒有高速軋輥磨頭，只有普通軋輥磨頭，普通軋輥磨頭的潤滑供油系統如圖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滑都是由上述恆流量或者恆壓供油系統供油，沒有把徑向油膜軸承的潤滑供油分開，其它傳動部分的潤滑會對其產生影響，從而導致磨頭磨削精度的下降。同時，普通軋輥磨頭的潤滑供油系統沒有採用plc控制，而採用傳統的繼電器—接觸器控制方法，其接線相對複雜，電路體積龐大、臃腫，不利於檢修與維護。因此，現有技術依然不夠理想。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種高速軋輥磨頭的潤滑供油電液控制方法及系統，以克服現有技術存在的問題。

本發明是這樣實現的：

本發明是這樣一種高速軋輥磨頭的潤滑供油電液控制方法，該方法採用一套獨立的供油系統來滿足動靜壓油膜軸承的潤滑，其它部位的油膜潤滑通過另一套系統來供油，最後將磨頭的所有油膜潤滑的供油系統再集中在一套液壓供油系統中，這樣既簡便又實用。同時，在此套集成液壓供油系統中採用了自適應冷卻系統，可根據油溫的高低自動控溫，從而消除了因砂輪線速度的變化而導致的油溫變化。通過plc與變頻器的聯合控制，並對液壓供油系統流量、壓力等參數進行實時監控，實現了該集成液壓供油系統的自動運行和實時監控，從而為高速軋輥磨床的國產化提供了強有力的實驗條件支撐。

與該方法相匹配，本發明提出了一種高速軋輥磨頭的潤滑供油電液控制系統，該系統由以下四部分組成：高速軋輥磨頭的動靜壓油膜軸承的潤滑供油部分、高速軋輥磨頭其它部分的潤滑供油部分、磨架回油抽油部分和油箱自適應冷卻部分。

其中，所述高速軋輥磨頭的動靜壓油膜軸承的潤滑供油部分中，主軸動靜壓油膜軸承潤滑採用恆壓供油系統，通過軸向柱塞泵供油，該軸向柱塞泵設有溢流閥；在軸向柱塞泵輸出油液的管路上依次設有第一先導式減壓閥和毛細管節流器最後進入動靜壓油膜軸承；在先導式減壓閥至毛細管節流器的管路上依次設有第一精密濾油器、第一單向閥和電磁流量計，在第一單向閥和電磁流量計之間設有壓力繼電器和第一蓄能器。

進一步地，所述高速軋輥磨頭其它部分的潤滑供油部分包括床身與止推軸承間的油膜潤滑以及偏心套與床身間的油膜潤滑等；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有第二先導式減壓閥、電接點壓力表、第二精密濾油器、第二單向閥以及流量計，在第二單向閥與流量計之間設為第二蓄能器，油液經分流器進行分流後，各油路分別進入其它潤滑部分相應的磨頭內部油孔。

進一步地，所述磨架回油抽油部分包括用於收集磨頭主軸動靜壓油膜軸承和磨頭其它部分潤滑後的回油的油池，該油池設置在磨架內，在該油池中設有第二網式濾油器和液位繼電器。當該油池的液位達到設計的液面高度時，液位繼電器將向plc控制系統發出電信號，從而啟動第一齒輪泵，油液經過第二網式濾油器後被第一齒輪泵抽取，再通過帶汙染指示的精密回油過濾器過濾後，潔淨的油液流回油箱。

進一步地，所述油箱自適應冷卻部分包括第三網式吸油器、第二齒輪泵、先導式溢流閥、自適應溫度控制閥以及冷卻器；其中，自適應溫度控制閥是先導式溢流閥的先導閥，該自適應溫度控制閥的感溫元件通過感知油溫的變化並通過自適應溫度控制閥和先導式溢流閥來自動控制冷卻器的致冷效果。(液溫計是整個集成液壓供油系統的，並不專屬於此自適應冷卻部分)。

本發明的高速軋輥磨頭集成供油平臺電液控制系統不僅能為高速軋輥磨頭各部分的潤滑提供潤滑油液，而且自動化程度高，能滿足高速軋輥磨頭綜合測試實驗的要求，從而為高速軋輥磨床的國產化提供了強有力的實驗條件支撐。

另外，本發明還具有以下優點：

1.高速軋輥磨頭的磨削精度高，其主軸轉速高，對其動靜壓軸承的潤滑特性要求高，為此，此專利將動靜壓軸承的潤滑與磨頭的其它部位的油膜潤滑單獨分開，從而避免高速軋輥磨頭其它部位的油膜潤滑對動靜壓軸承的油膜潤滑的影響。在分開的同時又將一個磨頭的所有油膜潤滑的供油系統集中在一套液壓供油系統中。

2.高速軋輥磨削通常持續的時間較長，為了維持長時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中，將溫度控制閥作為先導式溢流閥的先導閥，從而使該系統具有自適應的特徵。該套自適應冷卻控制系統不僅自適應性能好，而且節能。

3.高速軋輥磨頭的集成液壓供油系統採用plc進行集中控制，自動化程度高，不僅控制可靠，而且方便實用。

附圖說明

圖1為本發明的高速軋輥磨頭的潤滑供油液壓系統的原理圖；

圖2為本發明的高速軋輥磨頭的潤滑供油電氣控制系統的原理圖；

圖3為本發明的高速軋輥磨頭的潤滑供油電氣控制系統的plc外部圖；

圖4為本發明的高速軋輥磨頭的潤滑供油電氣控制系統的plc梯形圖；

圖5是現有技術的普通軋輥磨頭的潤滑供油系統原理圖，圖中(a)為恆流量供油系統，(b)為恆壓供油系統。

圖1中的標記為：1-第一網式濾油器，2-軸向柱塞泵，3-溢流閥，4-第一先導式減壓閥，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，9-第一蓄能器，10-毛細管節流器，11-第二網式濾油器，12-液位繼電器，13-第一齒輪泵，14-帶汙染指示的精密回油過濾器，15-空氣濾清器，16-第三網式濾油器，17-第二齒輪泵，18-先導式溢流閥，19-自適應溫度控制閥，20-冷卻器，21-液溫計，22-第二先導式減壓閥，23-電接點壓力表，24-第二精密濾油器，25-第二單向閥，26-第二蓄能器，27-流量計，28-分油器。

圖5中的標記為：1-油箱，2-網式過濾器，3-油泵，4-電動機，5-粗過濾器，6-溢流閥，7-壓力表，8-精過濾器，9-單向閥，10-壓力繼電器，11-蓄能器，12-毛細管節流器。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

1.高速軋輥磨頭的潤滑供油液壓系統詳解：

如圖1所示，該集成供油系統主要分為四大部分：高速軋輥磨頭的動靜壓油膜軸承的潤滑供油部分，高速軋輥磨頭其它部分的潤滑供油部分，磨架回油抽油部分，油箱自適應冷卻部分。下面分別對以上四部分的工作原理進行介紹。

高速軋輥磨頭的動靜壓油膜軸承的潤滑供油部分：主軸動靜壓油膜軸承潤滑採用恆壓供油系統，通過軸向柱塞泵2供油，溢流閥3起安全保護作用，處於常閉狀態。軸向柱塞泵2輸出的油液經過第一先導式減壓閥4減壓穩定至系統的工作壓力後，再通過毛細管節流器10進入動靜壓油膜軸承。第一蓄能器9的作用有二：一是能吸收進入軸承油液的壓力脈動以減小對軸承油腔的衝擊；二是在供油系統因突然斷電情況下，第一蓄能器9能短時間向動靜壓油膜軸承供油，從而可有效防止因失油而引發的「燒軸」或「抱軸」現象。第一單向閥6能有效地避免當油泵停止工作時油液從軸承油腔倒流，導致油膜承載能力降低。此外，由於是恆壓供油系統，各毛細管節流器10的入口壓力相同，當外載荷發生變化導致各毛細管節流器10的出口壓力發生變化時，通過其進出油口壓差的改變反饋調節各油腔的供油流量。壓力繼電器7、電磁流量計8對此供油系統的壓力和流量進行實時監控。第一精密濾油器5對進入動靜壓油膜軸承的油液進行精密過濾。

高速軋輥磨頭其它部分的潤滑供油部分：此部分包括床身與止推軸承間的油膜潤滑以及偏心套與床身間的油膜潤滑等。第一網式吸油器1和第二精密濾油器24對油液的雙重過濾滿足了磨頭其它部分潤滑對液壓油過濾精度的要求。第二先導式減壓閥22起減壓和穩壓的作用，它將軸向柱塞泵2的輸出壓力準確降至系統所需的工作壓力後並加以穩定，從而為磨頭其它部分的潤滑提供穩定的油液。電接點壓力表23在系統中起監測油壓的作用，當第二先導式減壓閥22輸出油液的壓力低於設定值時，plc控制系統報警停機，以避免磨頭其它部分潤滑的油液壓力不夠而產生嚴重的摩擦和磨損。分油器28對磨頭其它各油膜潤滑摩擦副的流量起著分流的作用。流量計27實時監測該供油系統的流量。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：為了能使潤滑後的油液得到充分的循環使用，因此設計了一套抽油系統。磨頭主軸動靜壓油膜軸承和磨頭其它部分潤滑後的回油被收集在磨架內一油池中，在該油池中設置了一個液位繼電器12，當該油池中的油液到達所設定的液面時，通過plc控制第一齒輪泵13運轉，將該油池中的油液抽至主油箱。由於磨頭主軸軸承和其它部分潤滑的回油中帶有雜質，為此，在抽油系統中設置了一個帶汙染指示的精密回油過濾器14，以確保回油的純淨。

油箱自適應冷卻部分：該自適應冷卻控制系統主要由第三網式吸油器16、第二齒輪泵17、先導式溢流閥18、自適應溫度控制閥19以及冷卻器20構成。在該系統中，最為關鍵的液壓元件是自適應溫度控制閥19，該閥是先導式溢流閥18的先導閥，該閥的感溫元件能感知油溫的變化，當油溫升高時，感溫元件自動控制該閥的開口量減小，其開口量的減小最終使先導式溢流閥18的主閥的進油流量減小，從而導致進入冷卻器20的流量增大；反之，當油溫下降時，在自適應溫度控制閥的自動感應下，進入冷卻器20的流量減小。也就是說，油溫的變化通過自適應溫度控制閥19的自動感知直接對冷卻器20進行控制，油溫越高，致冷越強，油溫越低，致冷越弱，此過程是一個自適應過程，其控溫效果不僅好，而且非常節能。

2.高速軋輥磨頭潤滑供油液壓系統的plc控制：

為了實現高速軋輥磨頭綜合測試實驗的要求，設計了以plc為控制核心的電氣控制系統。電氣控制系統採用高低壓配電系統，如圖2所示，採用三相五線制接電，pe為接地保護，n為接零保護。通過開關電源ps1完成工作電壓從220v—24v的轉換，以滿足相關電氣元件的使用要求。通過plc來實現高速軋輥磨頭集成供油平臺電氣控制系統的各項功能，需要將電磁流量計8、壓力繼電器7、電接點壓力表23、液位繼電器12等元件的各種控制和檢測信號輸入plc，經plc內部程序的運算後，再將結果輸出到各種執行設備，完成對液壓供油平臺的主啟動控制和輔助保護控制。

主啟動主要是指採用變頻器降壓啟動方式驅動高壓泵，使用小功率的電動機直接驅動低壓泵，這樣可以減小與電樞電壓成正比的電樞電流，避免在電路中產生過大的電壓導致電動機過熱而影響系統的穩定性。輔助保護控制是指當液壓系統供油壓力過高或者出現嚴重堵塞時，停止軸向柱塞泵2運轉，短時間內通過蓄能器繼續對主軸動靜壓油膜軸承和磨頭其餘傳動軸承進行潤滑，待油壓恢復正常值時再重啟軸向柱塞泵2運轉，從而避免因局部電壓不穩導致磨頭潤滑系統失效；其餘信號指示燈能對液壓供油系統出現油池液位過高或過低、低壓堵塞等故障做出及時警示，實現對供油系統的實時監測。

根據分解後的各個功能項，再對plc所需的輸入、輸出點進行確定，如表1所示。在確定了供油系統的具體控制對象之後，根據高速軋輥磨頭集成供油平臺電氣控制系統的要求對控制系統進行設計。plc控制系統的設計分為線路設計與程序設計，線路設計即整個系統的布線，電路的連接以及各個電器的有機組合。

表1plc的i/o分配表

plc控制系統的配線圖如圖3所示。plc與變頻器採用控制端子連接的方式，變頻器的模擬輸入信號與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(dc0-10v)與交流接觸器km1控制變頻器驅動軋輥磨頭主軸動靜壓油膜軸承潤滑電機m1實現調速。開關量直接與plc端子連接，電機等採用繼電器連接plc。

plc的程序設計可以採用梯形圖、語句表、程序塊等形式表示。為了與繼電器－接觸器系統相承接，採用梯形圖形式對高速軋輥磨頭集成供油平臺電氣控制系統進行編程，如圖4所示。該控制系統的控制原理如下：

(1)油泵的啟動

按下軸向柱塞泵2啟動按鈕sb1(即梯形圖中x0)，y0線圈得電，其動合觸點閉合形成自鎖，通過變頻器降壓啟動軸向柱塞泵2；在正常啟動軸向柱塞泵2潤滑磨頭各油膜軸承後即t0延時達到設定值3s時，通過plc控制延時啟動自適應冷卻系統中的第二齒輪泵17，實現更好的油溫控制效果與能源的節約。

(2)柱塞泵的起、停

當動靜壓油膜軸承潤滑系統工作壓力超過壓力繼電器7設定的最高值時，常斷觸點x4閉合，輔助繼電器m4得電，其動合、動斷觸點相應改變，經plc控制器停止軸向柱塞泵2的運轉；一旦系統壓力低於壓力繼電器7設定的額定值時，常斷觸點x5閉合，輔助繼電器m5得電，重新啟動軸向柱塞泵2從而保證液壓供油系統的穩定性。當磨頭其它部分的潤滑油經第二先導式減壓閥22減壓、穩定後的油液壓力低於電接點壓力表23的設定值時，常斷觸點x14閉合，輔助繼電器m6得電，報警警示並經plc控制器停止軸向柱塞泵2的運轉。當供油系統流量低至電磁流量計8的低線時(即嚴重堵塞)，常斷觸點x11閉合，輔助繼電器m7得電，停止軸向柱塞泵2的運轉，短時間內通過第一蓄能器9繼續對磨頭各油膜軸承進行潤滑。

(3)齒輪泵的間歇啟動

通過液位繼電器12高低液位的設置，避免液位在臨界點上下波動而造成電機的頻繁開停。只有當油池中的油液高於液位繼電器12高線時，動合觸點x6閉合，y2線圈得電，plc控制系統才啟動低壓電機m3推動第一齒輪泵13抽取油液，實現油液的間歇抽取與循環使用。

(4)變頻器的故障停止

當變頻器內部出現故障時，30a觸點閉合，中間繼電器ka2得電，其動合觸點閉合，經plc內部程序運算處理，停止plc的運轉，從而停止高速軋輥磨頭的潤滑供油電液控制系統工作。

當然，以上只是本發明的具體應用範例，本發明還有其他的實施方式，凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明所要求的保護範圍之內。