变频恒流静压轴承的研制*

何发诚 桂 林

（武汉重型机床集团有限公司，湖北武汉 430205）

采用静压轴承结构主轴箱的数控重型卧式车床，承重范围80～200 t，主轴径向恒流静压轴承通常是采用普通的三相异步电动机驱动齿轮泵提供压力油至主轴静压油腔，静压油流量不变。由于恒流静压轴承的静压油流量受油的粘度、温度以及零件加工精度的综合影响，计算值与实际值之间存在较大误差，影响了轴承的承载能力及精度。特别是外载荷变化较大时，油膜厚度变化大，从而大大降低了静压轴承的精度及刚度。随着数控重型卧式车床的发展，机床两顶尖间最大承重要求达到500 t，主轴径向跳动要求达到0．006 mm，因此要求静压轴承有更大的承载能力和更高的回转精度。

为了满足现代数控重型卧式车床的发展需要，我们研制了使主轴在大的承载下仍能保持高精度回转的变频恒流静压轴承。

1 变频恒流静压轴承的结构

变频恒流静压轴承包括控制系统，交流变频器，交流变频电动机，齿轮泵，静压轴承及压力、流量、温度检测反馈系统。控制系统中包括数据处理系统和PLC控制器。PLC控制器的输出端与交流变频器输入端相连接，交流变频器输出端与交流变频电动机相连接，交流变频电动机与齿轮泵相连接，齿轮泵与压力、流量、温度检测反馈系统以及静压轴承中的静压油腔相连接。在静压轴承与数据处理系统单元之间，设置有压力、流量、温度检测反馈系统，图1～3所示。

2 变频恒流静压轴承工作原理

变频恒流静压轴承的原理为:将静压轴承压力、流量、温度的设定值输入到控制系统中的数据处理系统，且数据处理系统单元同时接受来自压力、流量、温度检测反馈系统的信号，将其进行比较后输送到PLC控制器;PLC控制器的输出信号，经过交流变频器、交流变频电动机驱动齿轮泵，并控制静压轴承静压油流量，处于最佳状态时锁定。

在图1中，数据处理系统主要是用于调速控制信号（即静压轴承压力、流量、温度设定值）的输入，它给出的压力、流量、温度控制信号与压力、流量、温度检测反馈系统输入的反馈信号具有相同形式和相同的数量级。在静压轴承与数据处理系统之间，设置有压力、流量、温度检测反馈系统。压力、流量、温度检测反馈系统中，包括流量传感器、压力传感器和温度传感器;数据处理系统单元中有处理和比较静压轴承压力、流量、温度设定值与压力、流量、温度检测反馈系统的反馈信号的比较电路。数据处理系统中的比较环节将输入信号和反馈信号进行比较，将得出的偏差信号作为PLC控制器的输入信号。PLC控制器将接受到的偏差信号按照设计给定的算法输出控制信号来控制变频器的输出频率。当静压轴承通过调整处于最佳静压状态时，PLC控制器使变频器的频率锁定，交流变频电动机输出转速不变，齿轮泵流量恒定不变，从而实现主轴的重载高精度回转。

在图2中，静压轴承5固装在主轴箱箱体4上，主轴1置于静压轴承5中，主轴1与静压轴承5为间隙配合，在静压轴承5上设置有静压油输入通道3，静压油经输入通道3流入静压轴承5中的静压油腔2内，在主轴1与静压轴承5间形成一层油膜，保证主轴1在静压轴承5中的高精度回转。

为了保证所输入静压油的清洁度，变频恒流静压轴承中还设置了一些辅助装置，其工作原理一并在图3中说明。液压油经粗过滤器1、精过滤器5过滤后，进入到由交流变频电动机9驱动的齿轮泵8中，流经单向阀10、流量传感器11，流入静压轴承中油腔12内。图中的流量传感器11，提供输入到油腔12的流量反馈信号至数据处理系统;油腔12的输入端连接的压力传感器13和温度传感器14，提供输入到油腔12的压力和温度反馈信号至数据处理系统。

在变频恒流静压轴承中，还设置了静压轴承压力保护系统，即图3中的单向阀15、两位两通电磁阀16、压力继电器18和蓄能器17构成静压轴承压力保护回路。当突然断电时，两位两通电磁阀16接通，蓄能器17中的压力油经单向阀15流入静压轴承中油腔12内，从而起到保护作用。

此外，在图3中的变量叶片泵2、交流电动机3、单向阀4、7均为变频恒流静压轴承的基本系统元件。

3 结语

变频恒流静压轴承成果应用在两顶尖间最大承重为500 t的数控重型卧式镗车床上，主轴径向跳动达到了0．006 mm。此外，变频恒流静压轴承成果还可广泛应用于超临界汽轮发电机组、超重型轧机等超大型设备。