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）

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 。 摘 要 ：开 式 静 压 关 键 词 ：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 570mm，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 110mm；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 70mm。 图 1 为油腔实际尺寸图 。

图 1 油 腔 尺 寸 图

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 。

图 2 简化后油腔尺寸图

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： hmin1 ＞ 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： hmin2 ＞ 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： hmin3 ＞ 40Ra=40 × 1 . 6=μm。

（4）考虑偏斜量因素 ，最小油膜厚度选取数值： hmin4 ＞ 2 × 预 计 偏 斜 值 =2 × 25=50μm。

选以上四个数值中最大的一个为 μm 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=hmin（/ 1- εmax）

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 εmax≤ 0 . 5 ， 取 值 0 . 4 ，设计间隙由上式计算如下： h0= hmin（/ 1- εmax）=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

q  1 1  b 1  Bc   6    1 1  0.2333  1  0.5263 0.3667   1 2.09  6.57 1.444  c 

Bc  

6  0.3617 0.5263 0.2333  6 （2）有 效 承 载 面 积 :

A



B 1  b1  Bc 1  0.23331  0.5263 0.3667 B

 300 0.5263 105806mm  1058

cm  设 计 与 研 究

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

33

kgf F  49550 p   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 动 粘 度 为 0 . 03Pa/S。

油腔工作流量：

q  q

选 用 30 号导轨液压油，其运

 3.903 10  1 10   1.88 10 m / s  1.13 升 分 钟 ph 1.444

 / 

0.03

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 查阅生产厂商样 本 ，在这个范围内定 2 . 26L/min- 3 . 39L/min ，量 阀 的 流 量 规 格 为 2 . 7L/min ，选定定量分油器流量为 2 . 7L/min 。 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

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 ；溢 流 阀 ；压 力 表 ；定 量 分 油 器 ；流 量 发 讯 器 ；球7 . 8 . 9 . 10 . 11 . 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

台导轨副非正常磨损 。

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

WANG Xiaogang，YAN Kequan ，WANG Yiling，LIANG Binshun （Shandong Pulisen group heavy machine technology department , Dezhou 253003）

Abstr act ：The paper designed one kind of guideway adopt open hydrostatic type used for the work table of heavy duty vertical lathe so that it meet the requirements of rotation and bearing of vertical lathe .

K ey wor ds：open type hydrostatic , design space , minimum thickness of film, the flow of oil chamber , the oil supply system

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（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 。

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 ，（01）：16 ～ 50 .

杨 前 明 ，郭 建 伟 . 船携式海面溢油回收 机 液 压 控 制 系 [2 ] 王 世 刚 ，统设计与实现方法 . 现代制造技术与装备 . 2012 . 03 :1 ～ 12 . 赵 玉 箱 ，鄂 海 亮 . 溢油应急培训教程 ，人民教育出版 [3 ] 王 淑 美 ，社 2004 . 5 , 2004 . 5 ，47 ～ 55 .

Abstr act : Oil spill recovery is an effective measure to improve o-

cean environment and realize recovery reuse of the oil resources . The professional tanker for oil spill recovery embeds the oil spill recovery machine in the middle of tanker which has the great capacity of oil spill recovery, but its application is relatively single , the idle time is long, the cost is also high . In order to improve the application efficiency of oil spill recovery tanker and maximize its effectiveness , the paper has a study for integrated design of oil carrier and oil spill recovery machine , puts forward the design method , working principle , operation method and application characteristics of double embedded oil spill recovery system for oil carrier , and also conducts the economic analysis , which provides a reference for the design of double embedded oil spill recovery system for oil carrier and will have the broad application prospect in the future of oil spill recovery application .

K ey wor ds: double embedded oil spill recovery machine , oil car- rier , oil boom, hydraulic control , scavenging process cantilever , economic analysis

The Design of Double Embedded Oil Spill Recover y System for Oil Car r ier

LIU Zongjiang，WANG Shigang

（Qinghai Hawaii Environmental Protection Industry Co. , Ltd Qing- hai 2600 , China）