CN107116471B - 一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法及系统，它是采用一套独立的供油系统来满足动静压油膜轴承的润滑，其它部位的油膜润滑通过另一套系统来供油，最后将磨头的所有油膜润滑的供油系统再集中在一套液压供油系统中；同时，在此套集中液压供油系统中采用了自适应冷却系统，可根据油温的高低自动控温，从而消除了因砂轮线速度的变化而导致的油温变化；根据此套集中液压供油系统的控制要求，研发了其PLC控制系统，从而实现了该系统的自动控制。

Description

一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法及系统

技术领域

本发明涉及机电液一体化技术领域，尤其是涉及一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法及系统。

背景技术

国内目前没有高速轧辊磨头，只有普通轧辊磨头，普通轧辊磨头的润滑供油系统如图5所示。普通轧辊磨头主轴的径向油膜轴承和磨头其它部分的润滑都是由上述恒流量或者恒压供油系统供油，没有把径向油膜轴承的润滑供油分开，其它传动部分的润滑会对其产生影响，从而导致磨头磨削精度的下降。同时，普通轧辊磨头的润滑供油系统没有采用PLC控制，而采用传统的继电器—接触器控制方法，其接线相对复杂，电路体积庞大、臃肿，不利于检修与维护。因此，现有技术依然不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法及系统，以克服现有技术存在的问题。

本发明是这样实现的：

本发明是这样一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法，该方法采用一套独立的供油系统来满足动静压油膜轴承的润滑，其它部位的油膜润滑通过另一套系统来供油，最后将磨头的所有油膜润滑的供油系统再集中在一套液压供油系统中，这样既简便又实用。同时，在此套集成液压供油系统中采用了自适应冷却系统，可根据油温的高低自动控温，从而消除了因砂轮线速度的变化而导致的油温变化。通过PLC与变频器的联合控制，并对液压供油系统流量、压力等参数进行实时监控，实现了该集成液压供油系统的自动运行和实时监控，从而为高速轧辊磨床的国产化提供了强有力的实验条件支撑。

与该方法相匹配，本发明提出了一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制系统，该系统由以下四部分组成：高速轧辊磨头的动静压油膜轴承的润滑供油部分、高速轧辊磨头其它部分的润滑供油部分、磨架回油抽油部分和油箱自适应冷却部分。

其中，所述高速轧辊磨头的动静压油膜轴承的润滑供油部分中，主轴动静压油膜轴承润滑采用恒压供油系统，通过轴向柱塞泵供油，该轴向柱塞泵设有溢流阀；在轴向柱塞泵输出油液的管路上依次设有第一先导式减压阀和毛细管节流器最后进入动静压油膜轴承；在先导式减压阀至毛细管节流器的管路上依次设有第一精密滤油器、第一单向阀和电磁流量计，在第一单向阀和电磁流量计之间设有压力继电器和第一蓄能器。

进一步地，所述高速轧辊磨头其它部分的润滑供油部分包括床身与止推轴承间的油膜润滑以及偏心套与床身间的油膜润滑等；该部分亦由轴向柱塞泵供油，在柱塞泵的出口与分油器之间依次设有第二先导式减压阀、电接点压力表、第二精密滤油器、第二单向阀以及流量计，在第二单向阀与流量计之间设为第二蓄能器，油液经分流器进行分流后，各油路分别进入其它润滑部分相应的磨头内部油孔。

进一步地，所述磨架回油抽油部分包括用于收集磨头主轴动静压油膜轴承和磨头其它部分润滑后的回油的油池，该油池设置在磨架内，在该油池中设有第二网式滤油器和液位继电器。当该油池的液位达到设计的液面高度时，液位继电器将向PLC控制系统发出电信号，从而启动第一齿轮泵，油液经过第二网式滤油器后被第一齿轮泵抽取，再通过带污染指示的精密回油过滤器过滤后，洁净的油液流回油箱。

进一步地，所述油箱自适应冷却部分包括第三网式吸油器、第二齿轮泵、先导式溢流阀、自适应温度控制阀以及冷却器；其中，自适应温度控制阀是先导式溢流阀的先导阀，该自适应温度控制阀的感温元件通过感知油温的变化并通过自适应温度控制阀和先导式溢流阀来自动控制冷却器的致冷效果。(液温计是整个集成液压供油系统的，并不专属于此自适应冷却部分)。

本发明的高速轧辊磨头集成供油平台电液控制系统不仅能为高速轧辊磨头各部分的润滑提供润滑油液，而且自动化程度高，能满足高速轧辊磨头综合测试实验的要求，从而为高速轧辊磨床的国产化提供了强有力的实验条件支撑。

另外，本发明还具有以下优点：

1.高速轧辊磨头的磨削精度高，其主轴转速高，对其动静压轴承的润滑特性要求高，为此，此专利将动静压轴承的润滑与磨头的其它部位的油膜润滑单独分开，从而避免高速轧辊磨头其它部位的油膜润滑对动静压轴承的油膜润滑的影响。在分开的同时又将一个磨头的所有油膜润滑的供油系统集中在一套液压供油系统中。

2.高速轧辊磨削通常持续的时间较长，为了维持长时间磨削工况下的磨削精度，磨头各部分的热性能要求非常高，因而，在高速轧辊磨头的液压供油系统中，将温度控制阀作为先导式溢流阀的先导阀，从而使该系统具有自适应的特征。该套自适应冷却控制系统不仅自适应性能好，而且节能。

3.高速轧辊磨头的集成液压供油系统采用PLC进行集中控制，自动化程度高，不仅控制可靠，而且方便实用。

附图说明

图1为本发明的高速轧辊磨头的润滑供油液压系统的原理图；

图2为本发明的高速轧辊磨头的润滑供油电气控制系统的原理图；

图3为本发明的高速轧辊磨头的润滑供油电气控制系统的PLC外部图；

图4为本发明的高速轧辊磨头的润滑供油电气控制系统的PLC梯形图；

图5是现有技术的普通轧辊磨头的润滑供油系统原理图，图中(a)为恒流量供油系统，(b)为恒压供油系统。

附图1中的标记为：1-第一网式滤油器，2-轴向柱塞泵，3-溢流阀，4-第一先导式减压阀，5-第一精密滤油器，6-第一单向阀，7-压力继电器，8-电磁流量计，9-第一蓄能器，10-毛细管节流器，11-第二网式滤油器，12-液位继电器，13-第一齿轮泵，14-带污染指示的精密回油过滤器，15-空气滤清器，16-第三网式滤油器，17-第二齿轮泵，18-先导式溢流阀，19-自适应温度控制阀，20-冷却器，21-液温计，22-第二先导式减压阀，23-电接点压力表，24-第二精密滤油器，25-第二单向阀，26-第二蓄能器，27-流量计，28-分油器。

附图5中的标记为：1-油箱，2-网式过滤器，3-油泵，4-电动机，5-粗过滤器，6-溢流阀，7-压力表，8-精过滤器，9-单向阀，10-压力继电器，11-蓄能器，12-毛细管节流器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1.高速轧辊磨头的润滑供油液压系统详解：

如图1所示，该集成供油系统主要分为四大部分：高速轧辊磨头的动静压油膜轴承的润滑供油部分，高速轧辊磨头其它部分的润滑供油部分，磨架回油抽油部分，油箱自适应冷却部分。下面分别对以上四部分的工作原理进行介绍。

高速轧辊磨头的动静压油膜轴承的润滑供油部分：主轴动静压油膜轴承润滑采用恒压供油系统，通过轴向柱塞泵2供油，溢流阀3起安全保护作用，处于常闭状态。轴向柱塞泵2输出的油液经过第一先导式减压阀4减压稳定至系统的工作压力后，再通过毛细管节流器10进入动静压油膜轴承。第一蓄能器9的作用有二：一是能吸收进入轴承油液的压力脉动以减小对轴承油腔的冲击；二是在供油系统因突然断电情况下，第一蓄能器9能短时间向动静压油膜轴承供油，从而可有效防止因失油而引发的“烧轴”或“抱轴”现象。第一单向阀6能有效地避免当油泵停止工作时油液从轴承油腔倒流，导致油膜承载能力降低。此外，由于是恒压供油系统，各毛细管节流器10的入口压力相同，当外载荷发生变化导致各毛细管节流器10的出口压力发生变化时，通过其进出油口压差的改变反馈调节各油腔的供油流量。压力继电器7、电磁流量计8对此供油系统的压力和流量进行实时监控。第一精密滤油器5对进入动静压油膜轴承的油液进行精密过滤。

高速轧辊磨头其它部分的润滑供油部分：此部分包括床身与止推轴承间的油膜润滑以及偏心套与床身间的油膜润滑等。第一网式吸油器1和第二精密滤油器24对油液的双重过滤满足了磨头其它部分润滑对液压油过滤精度的要求。第二先导式减压阀22起减压和稳压的作用，它将轴向柱塞泵2的输出压力准确降至系统所需的工作压力后并加以稳定，从而为磨头其它部分的润滑提供稳定的油液。电接点压力表23在系统中起监测油压的作用，当第二先导式减压阀22输出油液的压力低于设定值时，PLC控制系统报警停机，以避免磨头其它部分润滑的油液压力不够而产生严重的摩擦和磨损。分油器28对磨头其它各油膜润滑摩擦副的流量起着分流的作用。流量计27实时监测该供油系统的流量。第二蓄能器26的作用如同第一蓄能器9，第二单向阀25的作用如同第一单向阀6，第二精密滤油器24的作用如同第一精密滤油器5。

磨架回油抽油部分：为了能使润滑后的油液得到充分的循环使用，因此设计了一套抽油系统。磨头主轴动静压油膜轴承和磨头其它部分润滑后的回油被收集在磨架内一油池中，在该油池中设置了一个液位继电器12，当该油池中的油液到达所设定的液面时，通过PLC控制第一齿轮泵13运转，将该油池中的油液抽至主油箱。由于磨头主轴轴承和其它部分润滑的回油中带有杂质，为此，在抽油系统中设置了一个带污染指示的精密回油过滤器14，以确保回油的纯净。

油箱自适应冷却部分：该自适应冷却控制系统主要由第三网式吸油器16、第二齿轮泵17、先导式溢流阀18、自适应温度控制阀19以及冷却器20构成。在该系统中，最为关键的液压元件是自适应温度控制阀19，该阀是先导式溢流阀18的先导阀，该阀的感温元件能感知油温的变化，当油温升高时，感温元件自动控制该阀的开口量减小，其开口量的减小最终使先导式溢流阀18的主阀的进油流量减小，从而导致进入冷却器20的流量增大；反之，当油温下降时，在自适应温度控制阀的自动感应下，进入冷却器20的流量减小。也就是说，油温的变化通过自适应温度控制阀19的自动感知直接对冷却器20进行控制，油温越高，致冷越强，油温越低，致冷越弱，此过程是一个自适应过程，其控温效果不仅好，而且非常节能。

2.高速轧辊磨头润滑供油液压系统的PLC控制：

为了实现高速轧辊磨头综合测试实验的要求，设计了以PLC为控制核心的电气控制系统。电气控制系统采用高低压配电系统，如图2所示，采用三相五线制接电，PE为接地保护，N为接零保护。通过开关电源PS1完成工作电压从220v—24v的转换，以满足相关电气元件的使用要求。通过PLC来实现高速轧辊磨头集成供油平台电气控制系统的各项功能，需要将电磁流量计8、压力继电器7、电接点压力表23、液位继电器12等元件的各种控制和检测信号输入PLC，经PLC内部程序的运算后，再将结果输出到各种执行设备，完成对液压供油平台的主启动控制和辅助保护控制。

主启动主要是指采用变频器降压启动方式驱动高压泵，使用小功率的电动机直接驱动低压泵，这样可以减小与电枢电压成正比的电枢电流，避免在电路中产生过大的电压导致电动机过热而影响系统的稳定性。辅助保护控制是指当液压系统供油压力过高或者出现严重堵塞时，停止轴向柱塞泵2运转，短时间内通过蓄能器继续对主轴动静压油膜轴承和磨头其余传动轴承进行润滑，待油压恢复正常值时再重启轴向柱塞泵2运转，从而避免因局部电压不稳导致磨头润滑系统失效；其余信号指示灯能对液压供油系统出现油池液位过高或过低、低压堵塞等故障做出及时警示，实现对供油系统的实时监测。

根据分解后的各个功能项，再对PLC所需的输入、输出点进行确定，如表1所示。在确定了供油系统的具体控制对象之后，根据高速轧辊磨头集成供油平台电气控制系统的要求对控制系统进行设计。PLC控制系统的设计分为线路设计与程序设计，线路设计即整个系统的布线，电路的连接以及各个电器的有机组合。

表1 PLC的I/O分配表

PLC控制系统的配线图如图3所示。PLC与变频器采用控制端子连接的方式，变频器的模拟输入信号与PLC的模拟量输出模块用双绞线屏蔽电缆连接，PLC输出的变频器控制信号(DC 0-10V)与交流接触器KM1控制变频器驱动轧辊磨头主轴动静压油膜轴承润滑电机M1实现调速。开关量直接与PLC端子连接，电机等采用继电器连接PLC。

PLC的程序设计可以采用梯形图、语句表、程序块等形式表示。为了与继电器－接触器系统相承接，采用梯形图形式对高速轧辊磨头集成供油平台电气控制系统进行编程，如图4所示。该控制系统的控制原理如下：

(1)油泵的启动

按下轴向柱塞泵2启动按钮SB1(即梯形图中X0)，Y0线圈得电，其动合触点闭合形成自锁，通过变频器降压启动轴向柱塞泵2；在正常启动轴向柱塞泵2润滑磨头各油膜轴承后即T0延时达到设定值3s时，通过PLC控制延时启动自适应冷却系统中的第二齿轮泵17，实现更好的油温控制效果与能源的节约。

(2)柱塞泵的起、停

当动静压油膜轴承润滑系统工作压力超过压力继电器7设定的最高值时，常断触点X4闭合，辅助继电器M4得电，其动合、动断触点相应改变，经PLC控制器停止轴向柱塞泵2的运转；一旦系统压力低于压力继电器7设定的额定值时，常断触点X5闭合，辅助继电器M5得电，重新启动轴向柱塞泵2从而保证液压供油系统的稳定性。当磨头其它部分的润滑油经第二先导式减压阀22减压、稳定后的油液压力低于电接点压力表23的设定值时，常断触点X14闭合，辅助继电器M6得电，报警警示并经PLC控制器停止轴向柱塞泵2的运转。当供油系统流量低至电磁流量计8的低线时(即严重堵塞)，常断触点X11闭合，辅助继电器M7得电，停止轴向柱塞泵2的运转，短时间内通过第一蓄能器9继续对磨头各油膜轴承进行润滑。

(3)齿轮泵的间歇启动

通过液位继电器12高低液位的设置，避免液位在临界点上下波动而造成电机的频繁开停。只有当油池中的油液高于液位继电器12高线时，动合触点X6闭合，Y2线圈得电，PLC控制系统才启动低压电机M3推动第一齿轮泵13抽取油液，实现油液的间歇抽取与循环使用。

(4)变频器的故障停止

当变频器内部出现故障时，30A触点闭合，中间继电器KA2得电，其动合触点闭合，经PLC内部程序运算处理，停止PLC的运转，从而停止高速轧辊磨头的润滑供油电液控制系统工作。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法,其特征在于:采用一套独立的供油系统来满足动静压油膜轴承的润滑,其它部位的油膜润滑通过另--套系统来供油,最后将磨头的所有油膜润滑的供油系统再集中在--套液压供油系统中;同时,在此套集中液压供油系统中采用了自适应冷却系统,可以根据油温的高低自动控温,从而消除了因砂轮线速度的变化而导致的油温变化;根据此套集中液压供油系统的控制要求配套了其PLC控制系统，从而实现了该系统的自动控制；

该方法所用控制系统由以下四部分组成:高速轧辊磨头的动静压油膜轴承的润滑供油部分、高速轧辊磨头其它部分的润滑供油部分、磨架回油抽油部分和油箱自适应冷却部分；

所述高速轧辊磨头的动静压油膜轴承的润滑供油部分中,主轴动静压油膜轴承润滑采用恒压供油系统,通过轴向柱塞泵(2)供油,该轴向柱塞泵(2)的入口设有第一网式滤油器(1) ,出口设有溢流阀(3);在轴向柱塞泵(2)输出油路与溢流阀(3)并联的管路上依次设有第--先导式减压阀(4)和毛细管节流器(10),油液经过毛细管节流器(10)最后进入动静压油膜轴承;在第一先导式减压阀(4)至毛细管节流器(10)的管路上依次设有第一精密滤油器(5) 、第一单向阀(6)和电磁流量计(8),在第一单向阀(6)和电磁流量计(8)之间设有压力继电器(7)和第一蓄能器(9)。

2.根据权利要求1所述的高速轧辊磨头的润滑供油电液控制方法,其特征在于:以PLC的电气控制系统采用高低压配电系统,采用三相五线制接电,PE为接地保护,N为接零保护;通过开关电源PS1完成工作电压从220v- -24v的转换,以满足相关电气元件的使用要求;通过PLC来实现高速轧辊磨头集成供油平台电气控制系统的各项功能,将相应元件的各种控制和检测信号输入PLC,经PLC内部程序的运算后,再将结果输出到各种执行设备,完成对液压供油平台的主启动控制和辅助保护控制。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于:所述高速轧辊磨头其它部分的润滑供油部分包括床身与止推轴承间的油膜润滑以及偏心套与床身间的油膜润滑。

4.根据权利要求1所述方法,其特征在于:所述磨架回油抽油部分包括用于收集磨头主轴动静压油膜轴承和磨头其它部分润滑后的回油的油池,该油池设置在磨架内,在该油池中设有第二网式吸油器(11)和液位继电器(12)。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于:所述油箱自适应冷却部分包括第三网式滤油器(16)、第二齿轮泵(17)、先导式溢流阀(18)、自适应温度控制阀(19)以及冷却器(20);其中,自适应温度控制阀(19)是先导式溢流阀(18)的先导阀,该自适应温度控制阀(19)的感温元件通过感知油温的变化并通过自适应温度控制阀(19)和先导式溢流阀(18)来自动控制冷却器(20)的致冷效果。