組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄前言 錯誤！未定義書簽。目錄 1一、液壓傳動的發(fā)展概況 錯誤！未定義書簽。二、液壓傳動的工作原理和組成. 錯誤！未定義書簽。三、液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 錯誤！未定義書簽。1、優(yōu)點(diǎn) 錯誤！未定義書簽。2、液壓傳動的缺點(diǎn)： 錯誤！未定義書簽。四、液壓系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 錯誤！未定義書簽。1、液壓傳動在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用：錯誤！未定義書簽。2、靜液壓傳動裝置的應(yīng)用 錯誤！未定義書簽。五、液壓系統(tǒng)工況分析 41、運(yùn)動分析 4七、擬定液壓系統(tǒng)圖 91、 調(diào)速方式的選擇 92、快速回路和速度換接方式的選擇 10液壓工作原理： 11八、液壓元件選擇 141、選擇液壓泵和電機(jī) 142、 元、輔件的選擇 19九、液壓系

2、統(tǒng)驗(yàn)算 221.管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 222、液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 26十、液壓系統(tǒng)最新發(fā)展?fàn)顩r 錯誤！未定義書簽。1、國外液壓系統(tǒng)的發(fā)展 錯誤！未定義書簽。2、遠(yuǎn)程液壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展. 錯誤！未定義書簽。十一、注意事項(xiàng) 錯誤！未定義書簽。十二、總結(jié) 錯誤！未定義書簽。致謝 28參考文獻(xiàn) 2811 / 28項(xiàng)目6:設(shè)計(jì)一組合機(jī)的液壓系統(tǒng)。組合機(jī)床切削過程要求實(shí)現(xiàn)： 快進(jìn)一工進(jìn)一快退-停止，由動力滑臺驅(qū)動工作臺。最大切 削力F=30000N移動部件總重量 G= 3000N;行程長度400mm （工進(jìn)和快進(jìn)行程均為200mm，快進(jìn)、快退的速度均為4m/min,工作臺的工進(jìn)速度可調(diào)（501000

3、） mm/min；啟動、 減速、制動時間 t=0.5s;該動力滑臺采用水平放置的平導(dǎo) 軌。靜摩擦系數(shù)fs=0.2;動摩擦系數(shù)fd=0.1。組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：一、要求1工作循環(huán)為“快進(jìn)一工進(jìn)一死擋鐵停留一快退7原位停 止”2采用平導(dǎo)軌二、原始數(shù)據(jù)：1加工時最大切削力為 28000N2快進(jìn)、快退速度相等，V=0.1m/s3往復(fù)運(yùn)動加速、減速時間為 0.05s4靜摩擦系數(shù)為0.2 ,動摩擦系數(shù)為0.15滑臺快進(jìn)行程長度為100mm工進(jìn)彳f程為50mm6 滑臺工進(jìn)速度 50mm/min7運(yùn)動部件總重 G=14700N五、液壓系統(tǒng)工況分析1、運(yùn)動分析繪

4、制動力滑臺的工作循環(huán)圖螃.I死 璉 襄快退2、負(fù)載分析(1)阻力計(jì)算1)切削阻力Fq=28000'N2 )摩擦阻力Ud=0.1,則：取靜摩擦系數(shù)uj =0.2,動摩擦系數(shù)靜摩擦阻力Fuj=0.2 X 14700N=2940N動摩擦阻力Fud =0.1 X 14700N=1470N切削阻力為已知3 )慣性阻力動力滑臺起動加速，反向起動加速和快退減速制動的加速度的絕對值相等，既u=0.1m/s , t=0.05s ,故慣性阻力為：Fa=GAu/g At=14700X 0.1 +9.8 X 0.05=3000N4)由于動力滑臺為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。5)關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力

5、Fm的影響，計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率中。6)背壓力初算時暫不考慮。(2)液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算：1)啟動 F1= F"" cm=2940/0.9=3267N2 )力口速 F2= ( Fud + Fa) / n cm=(1470+3000) /0.9=4470N3 )快進(jìn) F3= Fud/ t cm=1740/0.9N=1633N4 ) 工進(jìn)F4 = (Fq + Fud )/ Tcm=(28000+1470)/0.9N=32744N5)快退 F5= Fud/ " cm=1470/0.9N=1633N(3)繪制動力滑臺負(fù)載一一位移曲線圖，速度一一位移曲線圖(見圖1)圖1

6、 I it(3)、確定缸筒內(nèi)徑D,活塞中f直徑d4 7276 10"mm = 96mm3.14按 GB/T23481993,取 D=100mmd=0.71D=71mm按 GB/T23481993,取 d=70mm(4)、液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算無桿腔面積A 產(chǎn)兀 D2/4=3.14 X 1002/4 mm2=7850mm有桿腔面積/4 mm2=4004 mm活塞桿面積A 2=兀(D2-d2) /4=3.14 X (1002 702)A 3=兀 D2/4=3.14 X 702/4 mm2=3846 mm2(5 )、最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算。最低速度為工進(jìn)時u=50mm/min 工進(jìn)采用無桿腔進(jìn)油

7、，單向行程調(diào)速閥調(diào)速，查得最小穩(wěn)定流量 qmin=0.1L/minA 1>qmin/u min=0.1/50=0.002 ml 2=2000 mlm2滿足最低速度要求。(6)、計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、 功率列于表(1)表(1)液壓缸壓力、流量、功率計(jì)算差動快進(jìn)p=F/A3q=u3AP=pqP=(F+P2A?) / A 1q=U1 A1P=pqP=(F+P2A1)/ A 2q=u2 A2P=pq速度m/su2=0.1U1=3X 10-45X 10-3U3=0.1工況差動快進(jìn)工 進(jìn)快退啟 動加 速何 速啟動加 速何 速有效面積2mA=7850X 10-6A=4004X

8、10-6A3=3846X 10-6負(fù)載N32663000163332744326630001633壓力MPa0.850.780.424.41.41.10.99流量L/min230.3924.0功率KW0.161.7550.40取背壓力p2=0.4MP取背壓力p2=0.3MP七、擬定液壓系統(tǒng)圖擬定的液壓系統(tǒng)原理圖1、調(diào)速方式的選擇該機(jī)床負(fù)載變化小，功率中等，且要求低速運(yùn)動平穩(wěn) 性好速度負(fù)載特性好，因此采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回 路，弁在回油路上加背油閥。2、快速回路和速度換接方式的選擇本題已選用差動型液壓缸實(shí)現(xiàn)“快、慢、快”的回路。 由于快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時有平穩(wěn)性要求，故采用行程閥或電磁閥皆 可來實(shí)現(xiàn)

9、（比較表如下表 2）,工進(jìn)轉(zhuǎn)快退則利用壓力繼電器 來實(shí)現(xiàn)。表2快進(jìn)工進(jìn)的控制方法比較項(xiàng)目采用行程閥采用電磁閥轉(zhuǎn)1 .液壓沖擊小1.液壓沖擊較大換2 .轉(zhuǎn)換精度高2 .轉(zhuǎn)換精度較低性3.可靠性好3.可靠性較差能4.控制靈活性小4.控制靈活性大安1.行程閥裝在滑座上1.電磁閥可裝在液壓 站（或控制板）上，裝2.管路較復(fù)雜安裝靈活性大特3.須設(shè)置液壓撞塊機(jī) 構(gòu)（撞塊長度大于2.管路較簡單占八、工進(jìn)行程）3.須設(shè)置電氣撞塊機(jī) 構(gòu)綜上所述，本系統(tǒng)為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路與差動回路的組 合，為此可以列出不同的方案進(jìn)行綜合比較后，畫出回路圖, 見圖0號圖縱紙。液壓工作原理：1.快速前進(jìn)按下起動按鈕，電磁經(jīng)鐵1YA

10、通電，電磁換向閥A的左拉 接入回路，液動換向閥 B在制油液的作用下其左位接入系統(tǒng) 工作，這時系統(tǒng)中油液的通路為：進(jìn)油路：過濾器1-變量泵1- 換向閥A-單向閥Cf換 向閥B左端回油路：換向閥右端-節(jié)流閥 F-換向閥A-油箱。于是，換向閥B的閥芯右移，使其左位接入系統(tǒng)。主油路進(jìn)油路：過濾器1-變量泵1-單向閥3-換向閥B-行程 閥11液壓缸左腔?；赜吐罚阂簤焊子仪粨Q向閥 B單向閥6f行程閥11 液壓缸左腔，形成差動連接。此時由于負(fù)載較小，液壓系統(tǒng)的工作壓力較低， 所以液控 順序閥5關(guān)閉，液壓缸形成差動連接，又因變量泵 2在低壓 下輸出流量為最大，所以動力滑臺完成快速前進(jìn)。當(dāng)滑臺運(yùn)動到預(yù)定位置時，

11、控制擋鐵壓下行程閥11。切斷了快進(jìn)油路，電液動換向閥 7的工作狀態(tài)不變（閥B和閥A 的左位仍接入系統(tǒng)工作），壓力油須經(jīng)調(diào)速閥8、二位二通電 磁12才能進(jìn)入液壓缸的左腔，由于油液流經(jīng)調(diào)速閥而使系統(tǒng) 壓力升高，于是液控順序閥 5打開，單向閥6關(guān)閉，使液壓 缸右腔的油液經(jīng)閥5、背壓閥4流回油箱，使滑臺轉(zhuǎn)換為工作 進(jìn)給運(yùn)動。其主要油路：進(jìn)油路：過濾器1 -變量泵2-單向閥3-換向閥B -調(diào)速閥8- 電磁閥12-液壓缸左腔?；赜吐罚阂簤焊子仪?一換向閥B-順序閥5-背壓閥4f油箱。因?yàn)楣ぷ鬟M(jìn)給時系統(tǒng)壓力升高，所以變量泵2的輸出流量 便自動減小，以適應(yīng)工作進(jìn)給的城要，進(jìn)給速率的大小由調(diào) 速閥8來調(diào)節(jié)。3

12、.死擋鐵停留當(dāng)滑臺第二次工作進(jìn)給完畢， 碰上死擋鐵后停止前進(jìn)，停 留在死擋鐵處，這時液壓缸左腔油液的壓力升高，當(dāng)升高到 壓力繼電器13的調(diào)整值時，壓力繼電器動作，發(fā)出信號給時 間繼電器，其停留時間由時間繼電器控制，經(jīng)過時間繼電器 的延時，再發(fā)出信號使滑臺返回。4 .快速退回時間繼電器延時發(fā)出信號，使電磁鐵 YA停電，2YA通電， 這時換向閥A的右位接入回路，控制油液換向閥 B的右位拉 入系統(tǒng)工作，此時，由于滑臺返回的負(fù)載小，系統(tǒng)壓力較低， 變量泵2的流量自動增大至最大，所以動力滑臺快速退回。 這時系統(tǒng)油液的通路為：控制油路進(jìn)油路：過濾器1-變量泵2-換向閥A7單向閥 A換向閥B右回油路：換向閥

13、B左端一節(jié)流閥E2換向閥A-油箱。主油路進(jìn)油路：過濾器1-變量泵2-單向閥3-換向閥B-液壓缸右腔。回油路：液壓缸左腔單向閥10r換向閥B油箱。動力滑臺快速后退，當(dāng)其快退到一定位置（即工進(jìn)的起始 位置）時，行程閥11復(fù)位，使回油路更為暢通，但不影響快 速退回動作。5 .原位停止當(dāng)滑臺退回到原位時，擋鐵壓下行程開關(guān)而發(fā)出信號， 使 2YA斷電，換向閥A B都處于中位，液壓缸失去動力源，滑 臺停止運(yùn)動。變量泵2輸出的油液經(jīng)單向閥3、換向閥B流回 油箱，液壓泵卸荷。單向閥 3使泵卸荷時，控制油路中仍保 持一定的壓力。這樣，當(dāng)電磁換向閥A通電時，可保證液動換向閥B能正常工作。3、油源的選擇 由液壓缸工

14、況圖（圖 2）清楚的看出，其 系統(tǒng)特點(diǎn)是快速時低壓、大流量、時間短，工進(jìn)時高壓、 小流量、時間長，故采用雙聯(lián)葉片泵或限壓式變量泵。將 兩者進(jìn)行比較（見表3）考慮本機(jī)床要求系統(tǒng)平穩(wěn)、工作 可靠。因而采用雙聯(lián)葉片泵。表3雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵14 / 28雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1 .流量突變時，液壓沖擊取決于溢 流閥的性能，一般沖擊較小1.流量突變時，定子反應(yīng)滯后，液 壓沖擊大2內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲 小，工作性能較好。2.內(nèi)部徑向力/、平衡，軸承較大， 壓力波動及噪聲較大，工作平衡性差3.須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng) 較復(fù)雜3.系統(tǒng)較簡單4.有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫4.無溢流

15、損失，系統(tǒng)效率較高，溫 升較低系統(tǒng)工作循環(huán)表4'''Kg名稱電 磁鐵動作循環(huán)'、1Y2Y行程閥壓力繼電器快進(jìn)十一/一工 進(jìn)十一壓下十 （工進(jìn)終 了）快退一十/一停止（或中途停 止）一一/一八、液壓元件選擇1 、選擇液壓泵和電機(jī)（1）確定液壓泵的工作壓力由前面可知，液壓缸在整14 / 28個工作循環(huán)中的最大工作壓力為4.4MPa,本系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn) 油管道壓力損失為0.6MPa。由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高 壓力大0.5MPa,故泵的最高壓力為Pp1= (4.4+0.6+0.5 ) MPa=5.5MPa這是小流量泵的最高工

16、作壓力(穩(wěn)態(tài))，即溢流閥的調(diào) 整工作壓力。液壓泵的公稱工作壓力 Pr為Pr=1.25 Pp 1=1.25 X5.5MPa=6.7MPa大流量泵只在快速時向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時的工作壓力比快進(jìn)時大，這時壓力油不通過調(diào)速閥，進(jìn)油路比較簡單，但流經(jīng)管道和閥的油流量較大。取進(jìn)油路壓力損失為0.5MPa,故快退時泵的工作壓力為Pp2= (0.99+0.5 ) MPa=1.49MPa這是大流量泵的最高工作壓力，此值是液控順序閥7和8調(diào)整的參考數(shù)據(jù)。(2)液壓泵的流量由流量圖2 (b)可知，在快進(jìn)時，最大流量值為23L/min,取K=1.1,則可計(jì)算泵的最大流量qvp > K(E q

17、v)maxqvp =1.1 x 23L/min=25.3L/min在工進(jìn)時，最小流量值為0.39 L /min.為保證工進(jìn)時系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應(yīng)考慮溢流閥有一定的最小溢流量，取最 小溢流量為 1 L/min (約 0.017 乂 10-3n3/s)故小流量泵應(yīng)取1.39L /min根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，選用公稱流量分別為18L/ min、12L/min；公稱壓力為70MPaffi力的雙聯(lián)葉片泵。(3)選擇電機(jī)由功率圖2 (c)可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，其數(shù)值按下式計(jì)算Pp= Pp 2 (qv1+ qv2)/ t p=1.35 X 106 (0.2+0.3 ) X 10-3 /0.75=993W式

18、中 q v1大泵流量，qv1=18 L/min 0 0.3 x 10-3n/s)q v2小泵流量，qv2=12L/min (約 0.2 X10-3m3/s)i p液壓泵總效率，取 “p =0.75。18 / 2828 / 28M 網(wǎng) "c根據(jù)快退階段所需功率 993W及雙聯(lián)葉片泵要求的轉(zhuǎn)速, 選用功率為1.1KWJ52 6型的異步電機(jī)。2、元、輔件的選擇根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實(shí)際流量，選擇各種液 壓元件和輔助元件的規(guī)格。液壓元件說明編元件型號技術(shù)數(shù)據(jù)P(MPa)調(diào)整壓力號名稱qv( L /min)p (MPa編 號元件 名稱型 號技術(shù)數(shù)據(jù)P(MPa)qv( L /min)調(diào)整

19、壓力p （MPa1葉 片 泵YB- 12/18雙聯(lián) p=7.0, qv=12P=5.382葉 片 泵YB- 12/18雙聯(lián) p=7.0, qv=18P=1.353三位 五通 電磁 換向 閥354 25Bp=6.3, qv=254單向 行程QCI 25p=6.3, qv=25AP=2- 3qvmin =0.035FT溢流 閥Y- 10p=6.3, pmin < 4qv=10,卸荷壓p< 1.56背壓隔B- 10Bp=6.3,qv=10 背壓力 p=0.5 0.6頭際通過流星qv =1.57動序 J閥 1 液順XY- B10Bp=6.3 , qv =10 卸荷壓力 p< 1.5

20、實(shí)際通過流量qv =9 （做卸荷閥用）P=1.358液動 順序 閥XY- B10Bp=6.3 , qv =10 卸荷壓力 p< 1.5 實(shí)際通過流量qv =1.5P=1.35+ (0.5 0.8)編 號元件 名稱型 號技術(shù)數(shù)據(jù)P(MPa)qv( L /min)調(diào)整壓力p (MPa9單 向 閥I 25Bp=6.3, qv=25AP< 2 最大實(shí)際通過流量qv =2210單 向 閥I -25Bp=6.3, qv=25AP< 2 實(shí)1通過流量qv =10樂11單 向 閥I -25Bp=6.3, qv=25AP< 2 實(shí)1通過流量qv =15樂12單 向 閥I -25Bp=6.

21、3, qv=25AP< 2 實(shí)1通過流星qv =30樂13壓力 繼電 器DP1- 63BP=16.3 ,反向區(qū)間壓力調(diào)整范圍為0.50.814壓力 表開 關(guān)K 6Bp=6.3,測量6點(diǎn)壓力值,實(shí)測4 點(diǎn)壓力值15濾 油 器WUk 25 X 180J型公稱直徑15X 103m公稱流25(0.42 X10-3n3/s)注：以上元件除液壓泵、濾油器外，均為板式連接3、確定管道尺寸由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接時，油管內(nèi)通油量較大，其實(shí) 際流量qv =24 L/min(0.5 X10-3m/s),取允許流速 u=0.5m/s,則 主壓力油管d用下式計(jì)算d=4qvqv0.5 10 -3= 1.13 %-

22、v =1.13 . m =11.310 - m圓整化，取d=12mm油管壁厚一般不需計(jì)算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液 壓傳動手冊的有關(guān)表格 得管的壁厚5 o選用14mm< 12mn#拔無縫鋼管。其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸， 測壓管選用4mm x 3mn<銅管或鋁管。管接頭選用卡套式管接頭，具規(guī)格按油 管通徑選取。4、確定油箱容量中壓系統(tǒng)油箱的容量，一般取液壓泵公稱流量qv的57倍V=7qv =7 X30L=210L九、液壓系統(tǒng)驗(yàn)算1.管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗(yàn)算壓力損失值。下面以工進(jìn)時的管路壓力損失為例計(jì)算如下：已知：進(jìn)油管、回

23、油管長約為l=1.5m,油管內(nèi)徑d=1.2x 10-3 m,通過流量qv =0.39 L /min (0.0065 x 10-3n3/s),選用 LHM3拴損 耗系統(tǒng)用油，考慮最低溫度為 15C , v=1.5 cm 2/s。1)判斷油流類型 利用下式計(jì)算出雷諾數(shù)Re=1.273qvX104/dv =1.273 X 0.0065 X 10-3 X 104/1.2 x 10-3/1.5弋 66<2000為層流。(2)沿程壓力損失Pi利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。進(jìn)油路上 R=4.4 x 1012v.l.qv /d4=4.3 X 1012 X 1.5 X 1.

24、5 X0.0065 x 10-3/124Pa=0.0313 x 105Pa回油路上，其流量 qv=0.75 L/min (0.0125 x 10-3吊/s)(差動液壓缸A12A),壓力損失為 Pi=4.3 x 1012v.l.qv /d4=4.3 x 1012 x 1.5 x 1.5 x 0.00325 x 10-3/124Pa=0.01532 x 105Pa由于是差動液壓缸，且 A1=2A,故回油路的損失只有一 半折合到進(jìn)油腔，所以工進(jìn)時總的沿程損失為EA P1= ( 0.03103+0.5 X 0.01532 ) x 105Pa=0.039 X 105Pa(3)局部壓力損失P2由于采用液壓

25、裝置為集成塊式，故考慮閥類元件和集成塊內(nèi)的壓力損失。為方便起見，將工進(jìn)時油流通過各種閥的流量和壓力損失 列于下閥的流量和壓力損失實(shí)際通過流公稱流量公稱壓力損 失編號名稱jmqv (L /min)q, L/min) Pr X510 (Pa)1單向閥0.392522三位五通電磁換向0.39252閥3單向行程調(diào)速閥0.392554液動順序閥0.195251.5 (卸荷時壓力損失)5液動順序閥0.195106計(jì)算各閥局部壓力損失之和EAPv如下EAPv=2 X 105X ( 0.39/25) 2+2X 105X (0.39/25) +5X 105+0.5 X 1.5 X (0.39 /25) 2+0.

26、5 X 6 x 105Pa=8.1 xi05Pa取油流通過集成塊時的壓力損失為EAPj=0.3 x 105Pa故工進(jìn)時總的局部壓力損失為EA P2= (8.1+0.3 ) x 105Pa=8.4X 105Pa所以 EA P= (0.5+8.4 ) x 105Pa=9X 105Pa這個數(shù)值加上液壓缸的工作壓力(由外負(fù)載決定的壓 力)和壓力繼電器要求系統(tǒng)調(diào)高的壓力(取其值為5X 105Pa),可作為溢流閥調(diào)整壓力的參考數(shù)據(jù)。其壓力調(diào)整值p為5P=EAP+ R+5X10式中P i液壓缸工進(jìn)時克服外負(fù)載所需壓力。P1= Fo/Ai=32744/7850X 10-6Pa=41.7 X 105Pa所以P= (41.7+9+5 ) X 105Pa=55.7 X 105Pa這個值比估算的溢流閥調(diào)整壓力值67X 105Pa小。因此，主油路上的元件和油管直徑均可不變。2、液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算本機(jī)床的工作時間主要是工進(jìn)工況，為簡化計(jì)算，主要 考慮工進(jìn)時的發(fā)熱，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫開。(1)液壓泵的輸入功率工進(jìn)時小流量泵的壓力 Pp1=54X105Pa,流量qvp1=12L/min (0.2 x 10-3n3/s)小流量泵的功率為P 1= Pmqvp1/ " p=54X 0.2 X 102/0.75W=1440W式中 “p液壓泵的總效率。工進(jìn)時大流量泵卸荷，順序閥的壓力損失 P=1.5X