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做導(dǎo)軌的，怎能沒有一臺這樣的自潤滑耐久試驗(yàn)臺？

2018-04-04

鉗制器制動性能測量裝置的研制

吳龍光
（廣東高新凱特精密機(jī)械股份有限公司）

　　摘　要：針對滾動直線導(dǎo)軌副用帶剎車鉗制器剎車距離以及剎車壽命試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)一款可連續(xù)測量、記錄剎車距離以及剎車次數(shù)的試驗(yàn)機(jī)。

　　滾動直線導(dǎo)軌副以其定位精度高、磨損小及承載能力強(qiáng)等性能優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床行業(yè)已有漸漸全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)滑動直線導(dǎo)軌的趨勢?，F(xiàn)代機(jī)床制造行業(yè)的飛速發(fā)展，對滾動直線導(dǎo)軌副性能提出了更高的要求。作為滾動直線導(dǎo)軌副的選配件之一，自潤滑器可實(shí)現(xiàn)直線導(dǎo)軌副長壽命內(nèi)的免維護(hù)，提高了設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性能以及環(huán)保性能。隨著導(dǎo)軌副自潤滑器研制工作的不斷推進(jìn)，對其性能的研究也越來越深入，自潤滑器的使用壽命是其重要性能之一，因此研制一種滾動直線導(dǎo)軌副自潤滑器壽命試驗(yàn)設(shè)備，以配合自潤滑器的性能研究已成為迫切要求。

　　試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)

　　試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由支撐部分、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)和保護(hù)裝置等組成。

 　　支撐部分主要由兩個鑄鐵件拼接而成，總長5000mm。安裝時調(diào)整好兩個底座之間的精度后，中間用螺釘鎖緊，再把整個底座通過地腳螺栓固定在地面上。底座上兩側(cè)裝有滾柱系列輔助導(dǎo)軌副用以支撐龍門架，承受加載力。

　　驅(qū)動機(jī)構(gòu)：為了實(shí)現(xiàn)平臺的高速低噪音運(yùn)行，采用直線電動機(jī)驅(qū)動。直線電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與龍門架剛性連接，定子通過安裝墊板固定安裝在底座上，轉(zhuǎn)子與定子通過感應(yīng)電動勢產(chǎn)生電磁推力，驅(qū)動龍門架運(yùn)動。

　　連接機(jī)構(gòu)：為了更換測試導(dǎo)軌副的時候方便拆裝，測試導(dǎo)軌副與龍門架之間通過連接桿浮動連接，如圖2所示。只要松開鎖緊螺母，拉起連接桿就可把測試滑塊移出，安裝測試滑塊時只需放下連接桿，擰緊鎖緊螺母即可。

 　　加載機(jī)構(gòu)主要由液壓缸、壓力傳感器以及壓頭等零件組成。液壓缸安裝在龍門架上，壓力傳感器通過端部螺紋，一端與液壓缸活塞桿連接，另一端與壓頭連接，壓頭壓在過渡板上，把液壓力傳到被測導(dǎo)軌副上，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)軌副的加載運(yùn)行。

　　保護(hù)裝置：保護(hù)元件主要有氣動鉗制器以及液壓緩沖器。由于直線電動機(jī)驅(qū)動力大而且運(yùn)行速度快，為了避免由于誤操作或者電器問題等原因造成的直線電動機(jī)轉(zhuǎn)子過沖的現(xiàn)象，兩根輔助導(dǎo)軌上分別裝有一個滾動直線導(dǎo)軌副用氣動帶剎車鉗制器，當(dāng)龍門架沖出兩端正負(fù)限位時，鉗制器馬上鉗緊輔助導(dǎo)軌，使龍門架停下來，起到緊急剎車作用。另外設(shè)備兩端還分別裝有液壓緩沖器作為硬性限位，以防止龍門架過沖，保證試驗(yàn)臺在使用過程中安全可靠。

　　龍門架有限元分析

　　從設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式可看出，龍門架是施力后受影響Z大的部件。龍門架采用45鋼焊接成型，倒U型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部和兩側(cè)設(shè)有加強(qiáng)筋板。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時，龍門架上兩只液壓缸同時作用，每只液壓缸產(chǎn)生Z大的加載壓力2.5t，那么龍門架所承受的Z大拉伸力為50000N，以此作為邊界條件對龍門架進(jìn)行有限元分析，結(jié)果如圖3所示。

 　　由分析結(jié)果可看出，龍門架頂部邊緣位置受力變形較大，Z大變形量約為0.045mm。按設(shè)備的使用要求，0.045mm變形量相對較小，龍門架結(jié)構(gòu)合理，滿足設(shè)計(jì)要求。

　　液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　本設(shè)備加載功能通過兩只液壓缸實(shí)現(xiàn)，每只液壓缸采用單獨(dú)的液壓控制系統(tǒng)。液壓缸的液壓控制系統(tǒng)如圖4所示，油泵從油箱輸出液壓油，液壓油經(jīng)過單向閥、手動溢流閥進(jìn)入比例閥，比例閥通過外部的比例控制電路控制液壓油的供給壓力，從而控制液壓缸的加載載荷。此外壓力傳感器對測試導(dǎo)軌的受壓力進(jìn)行精確的實(shí)時測量，通過反饋控制進(jìn)一步調(diào)整比例閥控制電路，對液壓缸供給壓力作精確調(diào)節(jié)。

　　液壓系統(tǒng)中電磁換向閥的作用是控制液壓缸加載和卸載動作，也是由測控軟件進(jìn)行控制。由于加載試驗(yàn)時要求長時間保壓，因此在液壓系統(tǒng)中加入儲能器和單向閥能使系統(tǒng)的壓力保持時間較長，避免頻繁起動液壓泵，保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)壓力由測控軟件通過A/D卡的D/A輸出數(shù)字控制液壓比例閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力的任意調(diào)節(jié)和自動控制。溢流閥用于調(diào)整系統(tǒng)的Z高壓力，避免系統(tǒng)壓力過高發(fā)生危險，保護(hù)液壓系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)控制軟件

　　控制軟件用Visual Basic編寫，軟件功能模塊有電動機(jī)控制、液壓控制、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、手動控制和數(shù)據(jù)寄存，如圖5所示。

　　結(jié)語

　　針對本公司自潤滑器產(chǎn)品性能研究開發(fā)的自潤滑耐久試驗(yàn)臺，試驗(yàn)過程運(yùn)動平穩(wěn)，載荷施加精確。可以在不同載荷、運(yùn)行速度下進(jìn)行跑合試驗(yàn)，觀察自潤滑器在不同工況下的壽命情況，解決了自潤滑器產(chǎn)品開發(fā)過程中的壽命試驗(yàn)問題。同時也可為其他同類型試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供一定的參考。

來源：《金屬加工：冷加工》2017年第21期