发动机机体加工中位置控制系统的研究
【摘要】本文针对发动机机体加工过程中工作滑台普遍存在的位置精度差、故障率高的现状 ，在充分比较现有工作滑台位置控制方法的基础上 ，提出了一种经济实用的位置控制方法：基于插装技ZSL大型冷矿振动筛机术的液压位置控制系统 。 它通过容积调速、插装技术、机械反馈等技术的应用 ，使大功率、快速进给的工作滑台也能获得良好的位置精度 。
电磁震动给料机 关键词：插装技术 容积调速 机械反馈 位置控制
1.发动机机体加反击破设备工中位置控制系统的发展现状
发动机零部件的加工主要包括精加工（磨削、精镗及抛光）、半精加工及粗加工 。 在半精加工及粗加工自动线上使用了大量的机械滑台和液压滑台 。 这些普通的机械滑台和液压滑台不能精确地进行位置控制 ，不仅不能较好地满足加工质量要求 ，并且机械滑台的传动间隙 ，液压滑台停止时的巨波纹挡边输送机大冲击都容易导致设备事故 。 比如大连产DU3747镗床在进行必一·运动(B-Sports)官方网站B系列发动机缸孔半精镗加工时,在完成镗孔工艺后还需完成缸孔的倒角工艺 ，因而需要较为精确地控制倒角刀的位置 ，滑台的机械限位因故障频繁被取消 ，而由行程开关控制的液压系统其位置控制精度较差 。 为提高发动机机体加工质量和效率 ，降低加工成本迫切需要开发出在高速进给和大功率输出状态下充分满足半精加工要求的经济型位置控制系统,目前常见的位置控制系统有以下三种：
1.1交流伺服位置控制系统 。 交流伺服系统由于交流异步电机相对于直流电机来说结构简单、成本低廉、无电刷磨损、维修方便获得了广泛的应用 。 交流伺服系统也因此成为目前数控领域的研究热点 ，但其控制系统成本较高且关键技术目前国内仍无法掌握 ，即便是低档数控方面也不能获得良好的性价比 。 目前在发动机零部件加工中的位置控方法主要是交流伺服电机位置控制 ，交流伺服电机位置控制一般用于进给速度不太高的情况下 ，它在磨床类慢速进给加工中获得了非常成功的应用 ，但在大FYBS方型精密筛分机功率输出及高速进给的情况下经济性能较差 。
1.2高速进给及大功率输出位置控制系统 。 国内在高速进给及大功率输出位置控制方面的研究较少 ，位置控制基本上通过滑台的机械限位或者行程终端摩擦制动来完成 ，机械限位方式将产制砂机工作特点生较大的冲击而对设备造成危害 ，摩擦制动方式对降低制动速度并保持制动速度和制动力矩的稳定都有较高的要求 。 东风汽车公司车身厂德国产DPE400开卷落料自动线送料系统 ，其送料油缸通过缓冲后实现机械定位 ，送料油缸通过双离合器结构驱动送料滚筒 ，送料系统的惯性由离合器的摩擦力来克服 ，它实现了快速送料、制动力矩的相对稳定及行程终端速度的控制 ，但节流方式的速度控制稳定性较差 ，另外其制动力矩也受到了较大的限制 ，因而其位置控制精度较低 。 1.3油缸定位系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机把握软件设计 。 油缸软件设计要领取高些的定位把握高精确度现如今常见选用定位系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机把握 ，工业企业上选用的电液系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机阀可拆分两个类:动圈式电液系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机阀和扭距起动电机式电液系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机阀 。 动圈式电液系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机阀是用动圈式扭距起动电机带动七级阀芯 ，经由液阻桥路对2级阀芯来参与把握 ，2级阀芯与阀套行成的阀口对主油阀来参与把握 。 广泛性阀型式方便、运转可靠的、特别容易运维、对液压油泵油的擦洗度规定低 ，但声音态特质较强 。 扭距起动电机式电液系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机阀是用扭距起动电机带动先导级的双喷管隔板阀 ，经由液阻桥路对功效级四边滑阀来参与把握 ，功效级滑阀的位移经由汇报系统杆对扭距马矿山开采破损机达来参与扭距汇报系统 ，才能使功效级阀芯的位移跟踪目标扭距起动电机的投入瞬时电流而发生改变 ，广泛性电液系列台达台达伺服控制器电机电机电机调节器电机电机阀还具有0点可靠 ，精准更高 ，零漂小 ，频率段宽等的特点 ，但它规定油缸油的过滤程序高精更高 ，所以局限性了其进一点的开发 。 法国NAGEL工厂制造的缸孔珩磨机矿山输送管机采取了由步进高压电机控制高压电机推动阀芯并中带机械装备汇报的夜压的位置台达伺服电机模式 ，其靠得住性己经为时间所断定 ，从另一个的基本资料看 ，它有以内过低：
1)它仍然采用滑阀式结构 ，其零位仍有一定的泄漏 ，其最大流量和零位制动压力输煤皮带机受到较大的限制；
2)其速度控制仍然通过节流方式来实输送网带现 ，其速度控制的稳定性有一定的局限性；
胶带输送机; 3)阀芯处于随动状态 ，较难获得稳定的工进速度；
&nb振动电机sp;4)位置反馈环节较为复杂 ，不适合对普通油缸进行改造；
&刮板给煤机nbsp; 5)不能实现差动等其它功能；
制砂破碎机;6)其位置控制精度较低；
2.新型基于插装技术的液压位置控制系统的矿筛网机研究
2.1插装阀简介
插装阀是一种不同于滑阀的液压控制阀 ，它的基本核心元件是一种液控型 ，单控制口的装于油路主级中的两通液阻单元 ，将一个或若干个插入元件进行不同的组合并配以相应的先导控制
级 ，可以组成插装阀的各种控制单元 。 插装阀具有以下特点：内阻小 ，适宜大流量工作；阀口多采用锥面密封 ，因而泄漏小 ，对于乳化液等低粘度的工作介质也适宜；结构简单、工作可靠、标准化程度高；适宜液压系统集成化 ，大量减少了管道连接件及由管道引起的漏油、振动、噪音等故障 。 插装阀也由单纯的开关元件发展到对阀芯进行位置控制的伺服单元 。 德国博世公司已有成熟的比例伺服插装阀销售 ，其阀芯的控制顶杆设计在插装阀的C腔（即插装阀的复位腔） ，其位置反馈转换成电信号后变为间接反馈 ，阀的开启和关闭均由控制顶杆来完成 ，它的位置反馈是由两极伺服滑阀构成的 。
2.2新型基于插装技术的液压位置控制系统的基本原理
在本文中提出的基于插装技术的液压位置控制系统是以五个插入元件和一套位置反馈机构为基本的构件组成该系统的方向控制单元 ，以一个双联泵（大流量泵作为滑台液压系统的主泵 ，小流量泵作为滑台油缸工进泵及行程终端的速度控制泵）及其控制部分构成该系统的速度控制单元 。 通过两个泵源的不同组合和方向控制单元六个先导控制阀的不同组合构成滑台的快进、快退（可实现差动）及其油缸的快速启动 ，在滑台行程末端位置控制阶段 ，机械反馈将使插入元件3阀芯逐渐关闭 ，B腔压力将迅速升高并将顺序阀打开使C接通控制油源 ，使插入元件阀芯在设定压力下迅速关闭 ，主油缸也在恒定压力制动下停止 ，参见基于插装技术的液压位置控制系统原理图 。
该系统有如下特点：
1)它充分地利用了插装阀的封油性能 。 行程控制插装阀的控制油源源于其B腔 ，其余插装阀均在油缸停止后关闭 ，充分地保证了速度控制油源的稳定性 ，从而为精确的位置控制创造了条件 。
2)它避免了节流型速度控制系统的缺点 ，流量控制由回油控制变为进油控制下的容积调速 ，在系统压力大于系统负载的情况下 ，制动起始速度基本上保持了恒定 。 3)它可以通过机制信息反馈掌握了油缸掌握回路阀停用 ，在手机市场定位旅程停止阀芯停用时顶杆掌握公司和阀芯带来剥离 ，它避开了机制手机市场定位产生的刚度好的冲洗 。 4)油缸进行的选址的精密度只是指于油缸换相阀关时回油腔高达210bar制动系统的压力速度度管控阀芯阀芯摩擦的变幻的精密度 。
5)该系统所有的元件都基于25μm的过滤精度 ，它大大加强了该位置控制系统的实用性和经济性 。
6)位置控制阀的步进电机控制可进行单独设计 ，其余电气控制部分基于普通的PLC逻辑控制 ，它和普通的液压系统的电气控制没有分别 。
7)能和普通的插装阀一样通过先导控制阀的不同组合方便地实现差动等中位机能 。
3.新型基于插装技术的液压位置控制系统精度控制研究
3.1密封锥面的流量特性分析
在需要进行位置控制的油缸行程区段 ，阀芯关闭过程要经历三个阶段：1）在开始阶段 ，插入元件2控制C腔通过主油缸进油侧压力传感器控制 ，进油侧压力过低 ，插入元件2将自动关闭 ，油缸速度由进油侧流量控制；2）随着阀芯的逐步关闭 ，插入元件3B腔压力将逐步上升至设定压力210bar ，B腔通过溢流阀溢流 ，油缸进回油侧油路均处于泄荷状态 ，B腔压力油打开顺序阀并经换向阀进入插入元件3的控制C腔 ，油缸在恒定的压差作用下制动减速 ，插装阀阀芯在210bar压力作用下加速关闭 ，此时插入元件阀芯和控制机构及油缸分离；3）主油缸经制动而停止 ，插入元件2和5关闭 。 参见下图：
锥面密封泄漏属于环行缝隙中的流体流动 ，根据同心环行缝隙中的流体流动公式
Q=πDδ3Δp/12μl-0.5πDδV
其中阀芯运行速度V很小 ，故后项可忽略
D为阀芯直径取为27mm
δ为环行间隙厚度
Δp为进出油口压差
ν为流体的动力粘性系数取为0.2cm2/s
l为阀座锥面宽度取为2mm
主油缸以DU3747镗床主油缸为例进行计算 ，其中活塞直径D1＝200mm ，活塞杆直径d1＝140mm ，取滑台质量M＝3000kg ，油缸行程终端速度控制泵流量Q＝10L/min ，油缸下腔泄荷阀调定压力p1＝210bar ，系统压力p=50bar
a）在阀芯关闭的第一阶段
这时速度控制泵处于不溢流的状态下 ，假定满足此状态的插装阀阀芯极限间隙为δ1 ，则
Q回=πDδ13Δp/12μl
=Q（D12-d12）/D12
其中Δp=210bar,计算得
δ1=0.282mm 也便是说在在这时离阀芯全部退出仍有0.564mm旅程 ，在在这时油缸所处制动踏板临界值程序 ，回油腔直流高压油经先后阀进行插装阀把控好油腔 。 b）插装阀阀芯在调控油意义下十分迅速倒闭时的初始化失败時间计算出来t
此时阀芯的作用力F=0.93πD2p1g/4=10952.8N ，取阀芯质量M1=0.3kg ，则阀芯关闭加速度a1=36509m/s2 ，油缸的行进起始速度V0=4Q×10-3/60πD12=5.3×10-3m/s ，取阀芯截止位置速度为V ，则有V=V0（D12-d12）/D12=0.119m/s
（V2-V02）/2a1+Vt=0.564×10-3 ，得t=4.7ms
c）油缸减速制动位移
此时油缸在下腔210bar的压力下制动 ，油缸的行进起始速度V=5.3×10-3m/s ，假定制动位移为s ，制动减速度a2=（p1-2p）×π（D12-d12）g/4M=57.54m/s2则有
s=V2/2a2=0.49μm
3.2液压位置控制系统精度控制研究
由于外界负载仅对油缸制动位移产生影响 ，制动位移s小到可以忽略不计 ，而外界负载又远小于液压制动力 ，故该位置控制系统的位置精度基本不受外界负载的影响 。 其位置精度仅取决于阀芯关闭的第一阶段 ，即取决于δ1的稳定性 ，根据δ1点的偏微分流量方程
αQ=（πDδ13/12μl）αΔp+（3πDδ12Δp/12μl-0.5πDV）αδ
（αQ/Q）=αΔp/210+10.717αδ
如果流量变化率（αQ/Q）控制在±10％以内 ，则阀芯间隙变化
αδ≤0.01mm ，位置控制系统的位置精度控制在±0.02mm
以上分析是在假定流体的粘度系数不变的情况下得出的 ，实际上粘度系数对温度的变化比较敏感 ，因而在实际使用过程需要液压系统获得相对热平衡的状态下调整其位置精度 。
3.3、主要技术指标如下：
1.由于在进油速度控制时插入元件3的控制顶杆采取了内置方式 ，避免了泄漏 ，其余插入元件控制油均为外部引入 ，油路封闭时主油路密封均为锥面密封 ，所以基本上没有内泄；
2.液压系统的过滤精度≤25μm；
3.系统控制压力为50bar；
4.位置控制系统的控制精度为±0.02mm；
4.基于插装技术的液压位置伺服系统的应用前景
下面是以镗床DU3747主油缸液压系统为参数设计的位置控制阀结构图 ，它接于油缸的回油管路 。 它的油道集成在控制盖板上 随之中华国国家条件的快条件发展进步及假如WTO后 ，中华国的机械厂制作制作处理互联网行业遭受着极大的的条件发展进步机遇与挑战 ，粗制作制作处理及半精制作制作处理设施大那方面是全国出产制作制造的 ，这那方面粗制作制作处理及半精制作制作处理设施在使用的办公滑台多见的存在着着wifi定位精确差及出现相关问题的率高 ，在大规模量出产具体步骤中特别严重约束了出产能利用率力的改善 ，在高速路大工作功率进给设施中相应相关问题的表现得愈加凸显 ，体统设计插装枝术的液压体统部位调整体统为是一种国家条件常见可靠的的部位体统都具有特别高的推广宣传价值量和市厂趋势 ，它能否在有以下科技领域取得具有广泛性的选用：
1)通过增加位置控制阀单元和一套行程终端小流量容积速度单元 ，可对普通的滑台液压位置控
制系统进行改造 ，即可用较低的成本获得较高的位置控制精度 ，并可大大提高设备的可靠性和劳动生产率 。
2)对于位置精度要求不高的液压滑台 ，可取消步进电机控制和行程终端小流量容积速度单元 ，
假定采取工进速度进行控制（取理想控制的5倍左右） ，其位置精度仍然可达到±0.05mm ，改造成本将有较大幅度的下降 。
3)通过增加液压缓冲腔和自动补油装置的设计 ，对普通的机械滑台也可以以较低的改造成本获
得良好的位置精度 。
参考资料
1、《机械设计手册》5机械工业出版社1992
2、《数控技术》华中科技大学出版社
3、《液压与气动》2000年第4期
4、《机械工艺师》1997年第7期 5、《3VS10-80Hydr./pneum.plan》欧洲德国NAGEL集团
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