液压体积流量监控的技术探讨

张凤雷 何北平

长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心 河北 保定 071000

摘 要：文章介绍了目前液压压力监控的技术特点及不足，分析了最新体积流量监控，技术特点和优势。

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关键词 ：液压；压力监控；流量监控

0 引言

液压油是加工设备正常运行时不可缺少的流体，主要应用于夹具动作、主轴刀具夹紧装置的松开等。为保证机床运行稳定可靠，对机床液压运行情况的监控必不可少。目前常用的液压监控技术的不足，这就对流体监控技术提出了新的、更高的要求。下面分别就这些流体在机床上的传统和最新的监控技术进行分析。

1 传统压力监控

1.1 液压监控原理分析

液压传动是设备夹具动作、主轴夹紧装置松开动作所必需的。通常较完善的是机床对液压系统液压缸位置的监控（即夹紧松开状态），例如夹具夹爪液压油缸动作的监控，采用的是电子压力传感器（部分加工要求低的机床无此监控功能），如IFM压力传感器在机床上应用较为广泛（如图1）。此种监控方式在夹具油缸动作时，若液压缸夹紧时左侧传感器1监控的夹紧液压压力达到某设定值（4MPa）时控制单元即认为液压缸已夹紧到位，若液压缸松开时右侧传感器2监控的松开液压压力达到某设定值（1.8MPa）时控制单元则认为液压缸已松开到位。

此方式存在的不足是液压缸未夹紧到位但传感器1压力值已达到，则认为液压缸已经正常夹紧。在大批量生产时毛坯件铸造误差造成的夹爪与工件的干涉（图2夹爪与工件干涉造成机床故障，工件报废）；夹具夹爪与液压缸活塞杆脱开；液压缸本身卡滞故障等失效形式是不可避免的，上述失效形式对加工设备往往造成灾难性的故障。

1.2 压力监控+液压缸行程监控分析

为避免上述灾难性故障的发生，部分有经验的生产厂商会在此液压传感器监控的基础上，在液压缸活塞杆处装配一具有锁闭气压管路的连杆，进行压力和液压缸行程双重监控（图3）。此方式可实现夹紧、松开两种状态的监控和报警，但该方式对机床的回转油路分配器油路数量提出了更高的要求，只有非常简单的机床才能采用此技术。

2 新型的监控技术分析

2.1 压力+液压体积流量监控技术原理

为避免上述两种液压监控方式均存在的不足，目前高端加工设备针对液压系统采用最新的“压力+液压体积流量监控”，既在压力监控基础上增加液压油流量监控。此种监控方式在夹具油缸动作时，若液压缸夹紧时左侧传感器1监控的夹紧液压压力达到某设定值（4MPa）且通过流量监控器的液压油在某范围，时时控制单元才认为液压缸已夹紧。

2.2 液压体积流量监控主要特点和关键技术

上图4为流量监控器图，其原理类似于齿轮式液压泵。液压油流动驱动流量监控齿轮（3）转动（图5），齿轮每转动一个齿距，计数传感器则发送一个脉冲，一个脉冲既代表一个定体积流量的液压油。齿轮必须在工作室内无任何干涉和摩擦，且必须使用低摩擦系数的齿轮轴承，否则会产生较大的阻尼，需要有相当的耐冲击能力。

在设备工作时当完成液压缸一个夹紧（或松开）动作后，理论上流进（或流出）液压缸的液压油体积与流过此流量监控器的流量是相当的。所以利用此流量监控器便可实现对夹具液压油缸流进（或流出）液压油体积的准确位监控，进而通过计算转化可实现对液压缸活塞位置的准确监控。

在实际生产过程中发现此流量监控器除去可实现对液压缸活塞位置的准确监控外还可以实现较多有益的预警、报警功能。此监控器能发现毛坯铸造偏差（图6），当工件毛坯铸造误差较大时，夹具夹爪液压缸活塞走的行程较小，进入液压缸的流量小于设置值下限，机床可以进行报警。能发现液压系统微量泄露现象，并可以准确提示出泄露量的大小。当夹具夹爪出现疲劳断裂或其他原因断裂时，夹爪液压缸活塞行程超出正常行程时该系统可及时报警（图7）。

与第一种监控技术相比，此方式可以实现对液压缸活塞位置的准确实时监控，对设备系统无复杂的硬件需求，且能实现较多有益预警和报警功能。

3 结论

采用“压力+液压体积流量监控技术”可以对加工设备的液压系统工作情况实时监控，且能实现管路堵塞，夹爪断裂等失效形式的预警、报警，这满足了现代加工过程对异常监控、预警功能的需求。随着以后制造技术的发展以及该技术的不断完善，此技术的优势会更加明显。

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参考文献:

[1]Volume counter VC Construction and principle of operation,KRACHT,2013.

[2]尹鹏程.数控机床液压系统的可靠性验证试验方法[J].机床与液压，2011年23期.