設(shè)計(jì)一臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)

1、設(shè)計(jì)一臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。 1）工作循環(huán)：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。 2）工作參數(shù)軸向切削力21000N，移動(dòng)部件總重10000N，快進(jìn)行程 100mm，快進(jìn)與快退速度 4.2mmin，工進(jìn)行程 20mm，工進(jìn)速度 0.05mmin，加、減速時(shí)間為0.2s，靜摩擦系數(shù)0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)0.1，動(dòng)力滑臺(tái)可在中途停止。 一、負(fù)載分析負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，動(dòng)摩擦力為，則 而慣性力

2、 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表1。表1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載啟動(dòng)2105加速1428快進(jìn)1053工進(jìn)23158快退1053根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負(fù)載圖（）和速度圖（），見圖1a、b。橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓活塞退回時(shí)的曲線。 a) b) 圖1 負(fù)載速度圖 a）負(fù)載圖 b）速度圖2、 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1. 確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機(jī)床,同時(shí)根據(jù)本題要求。選用雙作用葉片泵雙泵供油，同時(shí)這是調(diào)速閥進(jìn)油調(diào)速的開式回路來滿足快進(jìn)、快

3、退和工進(jìn)的功能?？爝M(jìn)或快退時(shí)雙泵進(jìn)行供油，工進(jìn)時(shí)，小泵單獨(dú)供油，同時(shí)利用節(jié)流閥調(diào)速保證工進(jìn)速度。整個(gè)回路采用溢流閥作定壓閥，起安全閥作用。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值為。2. 選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等。實(shí)現(xiàn)快進(jìn)快退速度相等有以下幾種方法：1）單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無桿腔面積等于有桿腔面積的兩倍。2）采用雙活塞桿液壓缸，因兩腔有效面積相等，即可滿足快進(jìn)、快退速度相等的要求。 差動(dòng)連接可降低整個(gè)系統(tǒng)工作壓力，同時(shí)可選用更小規(guī)格的油泵。而且組合機(jī)床對(duì)工作壓力要求的供油壓力并不高，所以選擇方案一 3.

4、快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)題目運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用方案一的快速回路系統(tǒng)，差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。采用二位二通電磁閥的速度回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。 與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)的行程開關(guān)控制，管路較簡單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。 4. 換向回路的選擇本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格的要求，所以采用電磁換向閥的換向回路，采用三位五通閥。 5.組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充

5、，即組成如圖2所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進(jìn)口處設(shè)置測壓點(diǎn),并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測各點(diǎn)壓力。圖2 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表2所示。表2 電磁鐵動(dòng)作順序表1Y2Y3Y快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-+-停止-三、液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算（一）液壓缸參數(shù)計(jì)算 1. 初選同類型組合機(jī)床，初定液壓缸的工作壓力為。2. 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)差動(dòng)時(shí)，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即 。為了防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向

6、前沖，在油路上設(shè)置背壓閥，按1表8-2，初,選背壓值。由表1克制最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載，按此計(jì)算則液壓缸直徑由可知活塞桿直徑 按GB/T23481993將所計(jì)算得D與d值分別圓整打動(dòng)相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 按最低工進(jìn)速度演算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度為最小速度，則由1式（8-11）上述計(jì)算中，滿足最低速度的要求。 3. 計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程中各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)按代入，快退時(shí)背壓按代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于表3中。

7、表3液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載進(jìn)油壓力回油壓力所需流量輸入功率NPaPaL/minkW差動(dòng)快進(jìn)工進(jìn)快退注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，而。2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無桿腔回油，壓力為。（二）液壓泵的參數(shù)計(jì)算由表3可知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，則液壓泵最高工作壓力可按1式（8-5）算出 因此泵的額定壓力可取。 由表1-5可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是，設(shè)溢流閥最小溢流量為，則小流量泵的流量按1式（8-16）應(yīng)為，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是，則泵的總流量為。即大流量泵的流量。根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查相關(guān)產(chǎn)

8、品樣本得，選用YB-4/16型雙聯(lián)葉片泵。該泵額定壓力，額定轉(zhuǎn)速。 （三）電動(dòng)機(jī)的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的電動(dòng)機(jī)的選擇流量 ,大泵2流量。差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵1向系統(tǒng)供油，大泵2卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率。 1.差動(dòng)快進(jìn) 差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥后與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通3，二位二通閥4進(jìn)入液壓缸無桿腔，無桿腔壓力，查樣本可知，小泵2的出口壓力損失，大泵2出口到小泵1出口的壓力損失。于是計(jì)算可得小泵出壓力（總效率），大泵2出口壓力（總效率）。電動(dòng)機(jī)功率 2.工進(jìn) 考慮到調(diào)速閥所需要的最小壓力差。壓力繼電器可

9、靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵1的出口壓力。而大泵2的卸載壓力取。（小泵1的總效率，大泵2總效率）。 3.快退 類似差動(dòng)快進(jìn)分析知：小泵1的出口壓力（總效率）：大泵2出口壓力（總效率）。電動(dòng)機(jī)功率綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y90L-66封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率。額定轉(zhuǎn)速。 四、液壓元件的選擇 1.液壓閥及過濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本系統(tǒng)中所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為，和三種規(guī)格，所有元件的型號(hào)列于表4中。過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。表中序號(hào)與系統(tǒng)原

10、理圖中的序號(hào)一致。表4液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱最大通過流量/型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵20YB-4/162單向閥201-25B3三位五通閥4035D1-63BY4二位二通閥4022D1-63BH5調(diào)速閥0.39Q-10B6壓力繼電器DP1-36B7單向閥201-25B8液控順序閥0.16XY-25B9背壓閥0.16B-10B10液控順序閥（卸載用）16XY-25B11單向閥161-25B12溢流閥4Y-10B13過濾器40XY-B32x10014壓力表開關(guān)K-6B 2. 油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥的連接油口齒輪確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)

11、快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)，則液壓缸進(jìn)、出油管直徑按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為，外徑為的10號(hào)冷拔鋼管。 3. 油箱容積的確定 中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5到7倍，本系統(tǒng)取7倍，故油箱容積為 五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 （一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 1.工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整 工進(jìn)時(shí)管路中的流量僅為，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計(jì)。這是進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差則即小流量泵的溢流閥12應(yīng)按此壓力調(diào)整。1.

12、快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整 因快退時(shí)，液壓缸無桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，起壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，儀表確定大流量泵的卸載壓力。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長度均為，油管直徑，通過的流量為進(jìn)油路，回油路。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15，由手冊查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊似的配置形式。（1） 確定油流的流動(dòng)狀態(tài) 按1式（1-30）經(jīng)單位換算為式中 平均流速（）； 油管內(nèi)徑（）； 油的運(yùn)動(dòng)粘度（）； 通過的流量（）。則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為回油路中液流的雷諾數(shù)為由上可知，進(jìn)回油路的流動(dòng)都是層流。

13、（2） 沿程壓力損失由1式（1-37）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。在進(jìn)油路上，流速則壓力損失為在會(huì)有路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即，則壓力損失為（3） 局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失按1式（1-39）計(jì)算，結(jié)果列于表5中。表5 閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過的流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥2252021.025三位五通電磁閥36320/4040.325/1.2875二位二通電磁閥4634041.2875單向閥11251620.575注：快退時(shí)經(jīng)過三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同。若取集成

14、塊進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失為，則進(jìn)油路和回油路的總的壓力損失為查表1-1知快退時(shí)液壓缸負(fù)載；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為因此，大流量泵卸荷閥2的調(diào)整壓力應(yīng)大于。從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿足要求。（2） 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如前面計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率系統(tǒng)總的發(fā)熱功率已知油箱容積，則按1式（8-12）油箱近似散熱面積為假定通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù)，則利用1式（8-11）可得油液溫升為設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為所以油箱散熱基本可達(dá)到要求。參考文獻(xiàn)【1】 液壓

15、與氣壓傳動(dòng)（第3版）許福玲 陳堯明 編著 工業(yè)機(jī)械出版社 2007設(shè)計(jì)題目2：設(shè)計(jì)多軸鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。已知滑臺(tái)工作循環(huán)：快進(jìn)"工進(jìn)"快退"停止，滑臺(tái)采用水平放置的平導(dǎo)軌，可隨時(shí)在任意位置停止，靜摩擦系數(shù)f1=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)f2=0.1；工進(jìn)速度u2=1001200mm/min無級(jí)調(diào)速，快進(jìn)u1、快退速度u3相等；加、減速時(shí)間Dt=0.30s ，其余設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。表2 設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)1234567891011121314151617181920F1012304055601518253523253545485258122020G10181615202225301036403245252020283032