重型立式车床工作台开式静压导轨设计研究

图1 油腔尺寸图

图2简化后油腔尺寸图

q ??

?b

?

?Bc ? ? ?

1 ?1 1 ??1

?

1 ? 0.2333 ?1 ? 0.5263? 0.3667

??

1 2.09 ? 6.57? 1.444

6 ? c Bc ? 6 ?0.361

7 0.5263? 0.2333 ?6

? ?

（2）有效承载面积:

A ?B

?1?b??1?Bc?

?

300 ?1?0.2333??1? 0.5263?0.3667?? 105806mm 1058 cm?

B 0.5263

重型立式车床工作台开式静压导轨设计研究

王晓刚闫克泉王一岭梁斌顺

（山东普利森集团重机技术部，德州253003）

摘要：设计一种重型立车工作台回转用导轨，采用开式静压方式，满足立车工作台回转和承重要求。

关键词：开式静压设计间隙最小薄膜厚度油腔流量供油系统

随着工件直径不断加大，重量不断增加，传统的导轨

副已不能满足重型立式车床性能要求。传统的导轨副有

两种：一种是耐磨材料（铜合金、铝合金、耐磨塑料板等）

与铸铁所形成的导轨副；另一种是滚动体与上下淬火磨

削的轨道所形成的导轨副。第一种导轨副由于摩擦系数

大，肯定满足不了机床承重的要求。第二种导轨副造价高

不说，而且加工精度相当难以实现。采用静压导轨已成必

然。

1油腔数量的确定

油腔数取值范围一般为3~20 个，油腔数过多，不利于

提高承载能力，且增加制造、安装、调整的困难。油腔数少，单个油腔油液流量大，温升高，承载能力波动大，工作台运转平稳性差。为了兼顾承载能力和稳定性两方面的要求，因此取中间值12 个油腔。

2油腔尺寸的确定

（1）长宽比。立车工作台导轨为圆形推力静压导轨，采用扇形油腔，其中径弧长570m m，一般取中径弧长与宽度之比为1~2，取油腔宽度为300mm。

（2）封油面宽度。一定尺寸的油腔，封油面宽度小时，有效承载面积增大，摩擦面积和功耗减小，流量增多，温升降低，但泵秏增大。封油面宽度大则相反。一般设计原则为泵耗最小原则，长度方向封油面宽度为油腔中径弧长的五分之一，570/5=114mm，取整为110m m；宽度方向封油面宽度为油腔宽度的四分之一，300/4=75mm，取整为70m m。图1 为油腔实际尺寸图。3设计间隙和最小油膜厚度的确定

最小油膜厚度取决于油腔尺寸、形状偏差、表面粗糙度以及偏斜量等因素，可从下列数值中取最大值。

（1）考虑油腔尺寸因素，最小油膜厚度选取数值：

h m i n1＞25L1/4=25×0.571/4=25×0.869=21.725μm。

（2）考虑形状偏差因素，最小油膜厚度选取数值：

h m i n2＞3×允许几何偏差=3×20=60μm。

（3）考虑表面粗糙度因素，最小油膜厚度选取数值：

h m i n3＞40R a=40×1.6=64μm。

（4）考虑偏斜量因素，最小油膜厚度选取数值：

h m i n4＞2×预计偏斜值=2×25=50μm。

选以上四个数值中最大的一个为64μm做为最小油膜厚度。取最小油膜厚度为60μm。

设计间隙可由最小油膜厚度和最大位移率决定：

h0=h m in（/1- εm a x）

为了保证静压导轨油膜刚度，使静压导轨始终处于正刚度状态下工作，最大位移率取值范围ε

m a x

≤0.5，取值0.4，设计间隙由上式计算如下：

h0= h m in（/1- εm a x）=60/0.6=100（μm）。

4液压系统流量设计

液压系统采用由一泵通过分流器向各油腔定量分油，属定量阀单向油垫结构。

（1）油腔流量系数

由于立车工作台导轨为圆形导轨，该导轨中径为2250，相对于油腔宽度300 很大，因此可以将油腔简化为矩形油腔。简化后油腔尺寸图如图2 所示。

1 . 粗 过 滤 器 ；

2 . 叶 片 泵 ；

3 . 油 泵 电 机 ；

4 . 单 向 阀 ；

5 . 精 过 滤 器 ；

6 . 压 力 继 电 器 ；

7 . 溢 流 阀 ；

8 . 压 力 表 ；

9 . 定 量 分 油 器 ；10 . 流 量 发 讯 器 ；11 . 球 阀 ；12 . 回 油 过 滤 器 ；13 . 液 位 控 制 继 电 器 ；14 . 空 气 滤 清 器 ；15 . 液 位 计 ；16 . 油 箱

图 3 供 油 系 统 设 计

（3）机床正常工作所需压力 : 工作台组件自重 9550kg f ，最 大 工 件 重 量 40000kgf 。

p ? F ? 49550kgf 3.903kgf / cm

12 A

12 ? 1058

（4）工作台在最大允许浮起量时所需油腔流量 : 液 压 油 工 作 粘 度 η 选 用 30 号导轨液压油，其运

动 粘 度 为 0 . 03P a /S 。

油腔工作流量：

q ? q

ph ? 1.444

? 3.903? 10 ? ?1? 10 ? ? 1.88? 10 ?m / s ? 1.13 升 /

分 钟

0.03

设 计 与 研 究

33

考虑到流量损失 ，工件偏重等各种因素 ，流量保 险 系

数 取 2- 3 倍 ， 流 量 阀 的 流 量 取 值 范 围 为 2 . 26L /m i n- 3 . 39L /m i n ，

查阅生产厂商样 本 ，在这个范围内定 量 阀 的 流 量 规 格 为 2 . 7L/m i n ，选定定量分油器流量为 2 . 7L/m i n 。 5 供 油 系 统 设 计

供油系统的设计原理如图 3 所示 ，供油系统是工作台 静压导轨的重要组成部分，是保 证 液压油正常压力 和 流 量的关键 ，因此选用的液压元件要性能可靠 ，无泄漏 。

供油系统工作原理：叶片泵 2 由 油 泵 电 机 3 带 动 ，将 液 压 油 由 油 箱 16 经 粗 过 滤 器 1 、单 向 阀 4 、精 过 滤 器 5 ，后 经 溢 流 阀 8 、定 量 分 油 器 10 进 入 各 油 腔 。采 用 溢 流 阀 7 控 制调整正常油腔压力来达到规定的油膜间隙，保 证 供 油 系统在工作过程中始终不 变 ，在供油系统中并装有 压 力 继 电 器 6 、流 量 发 讯 器 10 和油膜厚度检测仪连锁控制 ，当 供油系 统低于规定的油压 、 流量以及工作台浮起量 低 于 规定的最小油膜厚度 时 ，会 自 动 停 车 和 不 能 启 动 ，保 证 工 作台导轨副不致在运行过程中硬性接触，从而避 免 工 作

台导轨副非正常磨损 。

Resear ch on the De sign of Open Type Hydr ostatic Guideway on the Heavy Duty Ver tical L athe WEor k Table

WANG X i a og a ng ，YA N K e qua n ，WANG Yiling ，LIANG B i ns hun （Shandong P ul i se n group heavy machine t e chno l og y depa rt m e nt , Dezhou 253003）

Abstr a ct ：The paper de s i g ne d one kind of guideway adopt open hydro st a t i c type used for the work table of heavy duty v e rt i c a l l a t he so that it meet the requirements of ro t a t i on and bearing of v e rt i c a l l a t he .

K e y wor d s ：open type hy dr o s t a t i c , de s i gn s pa c e , minimum thickness of film, the flow of oil c ha m be r , the oil supply sy st e m

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

（上 接 第 21 页） 绍及对比，得出了运油船内 嵌 收 油 机 系

统 ，在未来的溢油处理中具有广阔 的 应用前景 。

Abstr a ct : Oil s pi ll recovery i s an e ff e c t i v e measure to i mpr o v e o-

cean e nv i ronm e nt and re a l i z e recovery reuse of the oil re so urc e s . The pro f e ssi ona l tanker for oil spi ll recovery embeds the oil spi ll re c o v e ry machine in the m i ddl e of tanker which has the great c apa c i t y of o i l spi ll recovery, but i t s a ppl i c a t i on i s re l a t i v e l y si ng l e , the i dl e t i m e i s long, the cost i s a l so hi g h . In order to i mpro v e the a ppl i c a t i on e ff i c i e nc y of oil spill recovery tanker and m a x i m i z e i t s e ff e c t i v e ne ss , t he paper has a study for i nt e gra t e d design of oil carrier and oil spill recovery m a c hi ne , puts forward the design m e t hod , working pri nc i pl e , o pe ra t i on method and a ppl i c a t i on c ha ra c t e ri st i c s of double embedded o il spill recovery system for oil c a rri e r , and a l so conducts the e cono m i c a na l y si s , which pro v i de s a re f e re nc e for the design of double e m be dde d oil spill recovery system for oil carrier and will have the bro a d a ppl i c a t i on prospect in the future of oil spill recovery a ppl i c a t i on .

K e y wor d s: double embedded oil s pi ll recovery m a c hi ne , oil c a r- ri e r , oil boom, hydraulic co ntro l , sc a v e ng i ng process c a nt il e v e r , e cono m i c a na l y si s

参 考 文 献

[1 ] 周 金 鑫 ，濮 文 虹 ，杨 帆 . 海 上 溢油回收技术研究 . 油 气 田 环 境

保 护 , 2005 ，15（01）：46 ～ 50 .

[2 ] 王 世 刚 ，

杨 前 明 ，郭 建 伟 . 船携式海面溢油回收 机 液 压 控 制 系 统设计与实现方法 . 现代制造技术与装备 . 2012 . 03 :1 ～ 12 . [3 ] 王 淑 美 ，

赵 玉 箱 ，鄂 海 亮 . 溢油应急培训教程 ，人民教育出版 社 2004 . 5 , 2004 . 5 ，47 ～ 55 .

The Des ign of Double Embe dded S ystem for Oil Car r ier

LIU Z ong ji a ng ，W A N G S hi g a ng

Oil S pill Recover y （Qinghai H a w a ii E nv i r o nm e nt a l P r o t e c t i on I ndus try C o. , Ltd Qing- ha i 266400 , C hi na ）