組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、龍 巖 學(xué) 院 課程名稱：液壓與氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)題目：組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系：機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：13級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)組織及其自動(dòng)化（2）班設(shè) 計(jì)：陳朝敏 2013043601陳 凡 2013043602 指導(dǎo)老師：張雪華老師時(shí) 間：二一五年四月二十四日目錄1.確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸及工況圖. 1 1.1負(fù)載圖及速度圖1 1.2初定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸.2 1.3液壓缸工況圖42.擬定液壓回路5 2.1選擇液壓回路5 2.2組成液壓系統(tǒng)圖.73.機(jī)械和選擇液壓元件8 3.1確定液壓泵的規(guī)格和電機(jī)功率.8 3.2液壓閥的選擇10 3.3確定管道尺寸11 3.4確定油箱容量114液壓系統(tǒng)主要性能的估

2、算11 4.1液壓缸的速度12 4.2系統(tǒng)的效率12 4.3液壓系統(tǒng)發(fā)熱與溫升的驗(yàn)算155總結(jié)166.參考文獻(xiàn).16組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸及工況圖（1）負(fù)載圖及速度圖。負(fù)載分析。a.切削力： Fl=24000Nb.摩擦阻力： Ffs=fs·FG=0.2×510×9.8=1000N Ffd=fd·FG=0.1×510×9.8=500Nc.慣性阻力： Fm=ma=（FG·v）/(g·t)=(4998×3.5)/(9.8×0.2×60)=149Nd.重力阻力。由

3、于動(dòng)力滑臺(tái)為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。e.密封阻力。鍵密封阻力考慮在液壓缸的機(jī)械效率中去，取液壓缸機(jī)械效率m=0.9。f.背壓阻力。初算時(shí)暫不考慮。 根據(jù)分析可算出液壓缸在各動(dòng)作階段中的負(fù)載，如表1所示。工況計(jì)算公式液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力F/0.9N啟動(dòng)F=Ffs10001111加速F=Ffd+Fm649721快速F=Ffd500555工進(jìn)F=Fl+Ffd2450027222反向啟動(dòng)F=Ffs10001111加速F=Ffd+Fm649721快退F=Ffd500555負(fù)載圖、速度圖?？爝M(jìn)速度v1與快退速度v3相等，即v1=v3=3.5m/min。行程分別為l1=200mm、l3=300m

4、m；工進(jìn)速度v2=0.030.04m/min，即v2min=0.03m/min，v2max=0.04m/min，行程l2=100mm。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和表格中的數(shù)值繪制液壓缸的F-l負(fù)載圖和v-l速度圖，如圖1所示。（a） （b）（2）初定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸。初選液壓缸的工作壓力p1。由課本的表8.4和表8.5初選p1=3.5Mpa。計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸。因要求v1=v3，故選用雙作用但活塞桿缸，是A1=2A2（d=0.707D），且快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。因?yàn)槭菃蚊娑噍S鉆孔組合機(jī)床加工，為防止鉆（鏜）通孔時(shí)工作部件突然前沖，回油路中應(yīng)有背壓。由書(shū)本表8.3暫取背壓為p2=p1+p=p1+5×

5、;105Pa?？爝M(jìn)時(shí)，液壓缸是差動(dòng)連接，由于管路中有壓力損失，所以這時(shí)液壓缸有桿腔內(nèi)的壓力p2比大于無(wú)桿腔中的壓力p1。若估取這部分損失為p=5×105Pa，則p2= p1+p=p1+5×105Pa?？焱藭r(shí)回油腔中也是有背壓的，此時(shí)背壓也按5×105Pa估取。因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積A1可計(jì)算為A1=F/(p1- p2/2)=27222/(35-8/2) ×105=87.8(cm2)D=4A1/=（4×87.8）/=10.57（cm）按標(biāo)準(zhǔn)取D=110mm。液壓缸活塞桿直徑d為 d=D/2=0.707D=0.707

6、5;110=77.8（mm）按標(biāo)準(zhǔn)去d=80mm。由此求得液壓缸實(shí)際有效工作面積為無(wú)桿腔面積：A1=D2/4=×1102/4=95.0（cm2）有桿腔面積：A2=(D2-d2)/4=×(1102-802)/4=44.7（cm2）按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，得： A1>qmin/vmin =0.05×103/3=17.7cm2 同理：A2>qmin/vmin=17.7cm2所以流量控制閥無(wú)論是放在進(jìn)油路上，還是在回油路上，有效工作面積A1、A2都能滿足工作部件的最低速度要求。（3）液壓缸工況圖。液壓缸工作循環(huán)中各動(dòng)作階段的壓力、流量和功率的實(shí)

7、際使用值，如下表2。各工況下的主要參數(shù)值工況負(fù)載F/N回油腔壓力P2/MPa進(jìn)油腔壓力P1/MPa輸入流量q/L.min-1輸入功率P/Kw計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)11110.22P1=（F+A2P2）/（A1- A2）q=(A1-A2)v1P=p1q加速721p2=p1+p0.58恒速5550.5517.610.161工進(jìn)272220.83.240.290.380.0160.021P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退起動(dòng)11110.25P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速7210.51.22恒速5551.8815.70.308根據(jù)表2可繪制液壓缸的工況圖，如圖2所

8、示2）擬定液壓回路（1）選擇液壓回路。調(diào)速回路即油源形式。根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。由工況圖表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種

9、速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過(guò)程中切削力變化不大，因此鉆削過(guò)程中負(fù)載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過(guò)程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過(guò)高?？焖倩芈芳八俣葥Q接回路。因系統(tǒng)要求快進(jìn)、快退的速度相等，故快進(jìn)時(shí)采用液壓缸差動(dòng)連接的方式，以保證快進(jìn)、快退時(shí)的速度基本相等。由于快進(jìn)、工進(jìn)之間的速度相差較大，為減小速

10、度換接時(shí)的液壓沖擊，采用行程閥控制的換接回路。換向回路。 由工況圖可看出，回路中流量較小（在快退時(shí)，進(jìn)油路上的流量為15.7L/min，回油路上為15.795/44.7=33.37（L/min）。系統(tǒng)的工作壓力也不高，故采用電磁換向閥的換向回路。壓力控制回路。在雙定量泵供油的油源形式確定后，卸荷和調(diào)壓?jiǎn)栴}都已基本解決，即工進(jìn)時(shí)，低壓泵卸荷，高壓泵工作并由溢流閥調(diào)定其出口壓力。當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，高壓泵雖未卸荷。但功率損失并不大。故不再采用卸荷回路，以便油路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。行程終點(diǎn)的控制方式。選擇的液壓回路，如下圖2所示。（a）雙泵油源 （b）調(diào)速及速度環(huán)節(jié)回路 (c)換向回路（2）組成液壓系統(tǒng)圖

11、。 由于采用雙泵供油回路，故采用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)測(cè)壓點(diǎn)。將上述所選定的液壓回路進(jìn)行整理歸并，并根據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整，最后畫(huà)出液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問(wèn)題，必須在回油路上串接一個(gè)液控順序閥9，以阻止油液在快進(jìn)階段返回油箱。同時(shí)閥8起背壓閥的作用。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥11?？紤]到這臺(tái)機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對(duì)位置定位精度

12、要求較高，圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。（由于找不到繼電器圖標(biāo)，此圖未畫(huà)出）在進(jìn)油路上設(shè)有壓力表開(kāi)關(guān)和壓力表，鉆孔行程終點(diǎn)定位精度不高，采用行行程開(kāi)關(guān)控制即可。3）計(jì)算和選擇液壓元件（1）確定液壓泵的規(guī)格和電機(jī)功率。液壓泵工作壓力的計(jì)算。a.確定小流量泵的工作壓力Pp1。小流量在快進(jìn)、快退和工進(jìn)時(shí)都向系統(tǒng)供油。由圖2可知，最大工作壓力為p1=32.4×105 Pa 。在出口節(jié)流調(diào)速中，引進(jìn)有路比較簡(jiǎn)單，故進(jìn)油路壓力損失取p1=5×105Pa，則小流量泵的最高工作壓力為 Pp1= p1+p1=37.4&

13、#215;105Pab.確定大流量泵的工作壓力Pp2。大流量泵只在快進(jìn)、快退中供油。由工況圖可知，最大工作壓力為p1=11.8×105Pa。若取此時(shí)進(jìn)油路上的壓力損失為p1=5×105Pa，則大流量泵的最高工作壓力為 Pp2=p1+p1=16.8×105Pa液壓泵流量的計(jì)算。 由圖2可知，液壓缸所需要的最大流量為15.7L/min，若取泄漏折算系數(shù)K=1.2，則兩個(gè)泵的總流量為 qp=15.7×1.2=18.84（L/min）液壓泵規(guī)格的確定。 按式Pp max= Pp1×1+(2560)%=（46.7559.84）×105Pa及qp

14、=18.84L/min查產(chǎn)品樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取YB-10/12型雙聯(lián)葉片泵，額定壓力為63×105Pa。電機(jī)功率的確定。由工況圖得知，液壓缸最大功率Pmax= 0.308kW 。出現(xiàn)在壓力為18.8×105Pa、15.7L/min的快退階段，這時(shí)泵站輸出壓力為23.8×105Pa，流量為22L/min。若取雙泵的總功率為p=0.75，則可算出所需電動(dòng)功率為 P=Ppqp/p=2.38×22/（60×0.75）=1.2（kW）按產(chǎn)品目錄需選用功率為1.2kW、同步轉(zhuǎn)數(shù)為1000r/min的電動(dòng)機(jī)。（2）液壓閥的選擇。 根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通

15、過(guò)各閥的最大實(shí)際流量，選出的各閥的規(guī)格如表3所示。序號(hào)液壓件名稱通過(guò)的最大實(shí)際流量/（L/min）型號(hào)規(guī)格接口尺寸數(shù)量1雙聯(lián)葉片泵YB-12/12（10/12）L/min6.3MPa12溢流閥10Y-25B25L/min6.3Mpa1223單向閥22I-25B25L/min6.3Mpa1244二位二通電磁換向閥2222D-25B25L/min6.3Mpa1215三位五通電磁閥7035D-100B100L/min6.3MPa1816可調(diào)單向調(diào)速閥70I-100B100L/min6.3MPa1217液控順序閥12XY-25B25L/min6.3Mpa1218液壓源2選擇液壓件時(shí)，在滿足要求的條件下

16、應(yīng)盡量選的使各元件的接口尺寸一致，以使管道的選擇和安裝方便。（3）確定管道尺寸。壓油管道。 d=2q/v=2（22×10-3/60）/（2.55）=0.00980.013（m）=9.813.7（mm）按已選定的標(biāo)準(zhǔn)元件的接口尺寸取d=12mm吸油管道。 d=2（22×10-3/60）/（0.51.5）=0.01760.0306（m）=17.630.6（mm）取d=25mm回油管道。 d=2（70×10-3/60）/（1.52.5）=0.02430.0314（m） 24.331.4（mm）取d=25mm3種管道皆為無(wú)縫鋼管。（4）確定油箱容量。按推薦公式V=（57）

17、qp,取V=6×22= 132L。4）液壓系統(tǒng)主要性能的估算。（1）液壓缸的速度。在液壓系統(tǒng)各個(gè)元件確定之后，液壓缸的實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退的輸入、排出流量和移動(dòng)速度，和原題目所要求的數(shù)值不盡相同，故需要重新估算。估算結(jié)果列入表4中。流量、速度快進(jìn)排出流量運(yùn)動(dòng)速度輸入流量q1=A1qp/（A1- A2）=95×22/（95-44.7）=41.551q2=q1-qp=41.551-22=19.551v1= qp/（A1-A2）=22×10-3/(50.3×10-4)=4.8工進(jìn)q1=0.290.38q2= A2 q1/ A1=44.7×（0.290

18、.38）/95.0=0.1360.179v2=0.030.04快退q1= qp=22q2= A1q1/ A2 =95.0×22/44.7=48.98v3= q1/ A2=22×10-3/(44.7×10-4)=4.92（2）系統(tǒng)的效率?；芈分械膲毫p失。計(jì)算壓力損失時(shí)，必須知道管道的長(zhǎng)度和直徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=12mm，回路中的進(jìn)、回油管長(zhǎng)度暫且都按l=12m估算。油液的運(yùn)動(dòng)粘度取=75×10-6m2/s。a.快進(jìn)時(shí)的回路壓力損失?？爝M(jìn)時(shí)進(jìn)油管的流態(tài)為層流，即Re=vd/=4q1/（d）=4×41.551×10

19、-3/（×12×10-3×75×10-6×60）=980.2<2320,故僅有管的沿程壓力損失達(dá)西公式計(jì)算。 p11=8×106×75×10-6×41.551×2×105/124=2.40×105（Pa）進(jìn)油管的局部壓力損失估取為p1=0.1p11=0.240×105（Pa）進(jìn)油路上，油液只經(jīng)過(guò)1個(gè)三位五通電磁換向閥5，該閥的局部壓力損失為pv5=6×105×（22/100）2=0.29×105（Pa）由此的快進(jìn)時(shí)油路上的壓力損失

20、為p=2.40×105+0.29×105=2.69×105（Pa）同樣，可以判斷出油管中也是層流。并計(jì)算的壓力損失為p12=1.27×105（Pa）；p2=0.127×105（Pa）此時(shí)，回油經(jīng)過(guò)二位二通電磁閥6，回油量為q2=19.551.閥6的局部壓力損失為p=2×105×（19.551/25）2=1.22×105 Pa由此可得快進(jìn)時(shí)回油路上的壓力損失為p=1.27×105+0.127×105+1.22×105=2.617×105 Pa講回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去

21、，便得出差動(dòng)快速時(shí)進(jìn)油路上的壓力損失為p1=2.69×105+2.617×105=5.307×105 Pab.工進(jìn)時(shí)的回路壓力損失。工進(jìn)時(shí)的進(jìn)油路上的最大壓力損失為p=0.28×105 Pa回油路上的最大壓力損失（取調(diào)速兩端最小壓力差為5×105 Pa）為p=5.16×105 Pa整個(gè)回路壓力損失為p1=3.04×105 Pac.快退時(shí)的回路壓力損失為?？焱藭r(shí)整個(gè)回路的壓力損失為p1=13.92×105 Pa液壓泵的工作壓力。小流量泵在工進(jìn)時(shí)的工作壓力，Pp= p1+p1=27222/（95×10-4）+

22、3.04×105=31.74×105 Pa順序閥的調(diào)整壓力。順序閥在快進(jìn)、快退時(shí)關(guān)閉，工進(jìn)時(shí)打開(kāi)，其調(diào)整壓力必須保障管得住，開(kāi)得及時(shí)。由表2知，液壓缸在快進(jìn)、快退時(shí)的負(fù)載相同，但回路中的壓力損失不同，快退時(shí)為p1=13.92×105 Pa（快進(jìn)時(shí)為p1=2.69×105+2.617×105=5.307×105 Pa）。故快退時(shí)大流量泵的工作壓力出現(xiàn)最高值，即Pp= p1+p1=555/（44.7×10-4）+13.92×105=15.16×105 Pa。（3）液壓回路和型、液壓系統(tǒng)的效率。液壓缸的工作壓力

23、為p1=27222/(95.0×10-4)+ 5.16×105(44.7/95.0)=31.1×105 Pa經(jīng)閥9使大流量泵卸荷時(shí)的壓力損失為Pp2=3×105（12/25）2=0.69×105 Pa則回路效率c為c= p1q1/（Pp1 q1+ Pp2q2）=0.00290.0039泵的效率取p=0.75，液壓缸效率取m=0.9,則系統(tǒng)效率為=pcm=0.75×（0.00290.0039）×0.9=0.0020.003由此可見(jiàn)，定量泵系統(tǒng)在低速工作是效率是很低的。（4）液壓系統(tǒng)發(fā)熱與溫升的驗(yàn)算。快進(jìn)、工進(jìn)和快退所占用的時(shí)間分別是快進(jìn)：t1=l1/v1=200×10-3/(4.8/60)=2.5(s)工進(jìn)： t2=l2/v2=100×10-3×60/(0.030.04)=150200(s)快退：t3=l3/v3=300×10-3×60/4.92=3