《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)（13頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)工作中占有重要地位。因此，《液壓傳動(dòng)》課程是工科機(jī)械類各專業(yè)都開設(shè)的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)實(shí)際有著緊密聯(lián)系。為了學(xué)好這門重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授外，還應(yīng)設(shè)置課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技能和方法。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械 液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 1、技術(shù)要求 自動(dòng)線上的一臺(tái)單面多軸鉆孔組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)為臥式布置（導(dǎo)軌為水平導(dǎo)軌，其靜、動(dòng)摩擦因數(shù)μ

2、s=0.2；μd=0.1），擬采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，以完成工件鉆削加工時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件的定位、夾緊均采用液壓控制方式，以保證自動(dòng)化的要求。由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：定位→夾緊→快進(jìn)→工進(jìn)→快退→原位停止→夾具松開→拔定位銷。工作部件終點(diǎn)定位精度無(wú)特殊要求。工件情況及動(dòng)力滑臺(tái)的已知參數(shù)如表1所列。 2、運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析 以下著重對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)的液壓缸進(jìn)行分析計(jì)算。 ⑴ 運(yùn)動(dòng)分析 與相近金屬切削機(jī)床所類比，確定滑臺(tái)液壓缸快速進(jìn)退的速度相等，且v1=v3=0.1m∕s；按D1=13.9mm孔的切削用量計(jì) 表1 工件情況及動(dòng)力滑臺(tái)的已知參數(shù) 工件情況 動(dòng)力滑臺(tái) 鉆孔直徑 D

3、∕mm 數(shù)量 切削用量 工況 行程 L∕mm 速度 v∕ms-1 運(yùn)動(dòng)部件重力G∕N 啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間△t∕s 主軸轉(zhuǎn)速n∕rmin-1 進(jìn)給量S∕mmr-1 D1:13.9 14 n1:360 S1:0.147 快進(jìn) L1:100 v1：待定 9800 0.2 D1:8.5 2 n2:550 S2:0.096 工進(jìn) L2:50 v2：待定 材料為鑄鐵，硬度HB240 快退 L3:150 v3：待定 算缸的工進(jìn)速度為v2=n1=S1=3600.147∕60mm∕s=0.88mm∕s=0.8810-

4、3m∕s。 從而可計(jì)算出各工況的動(dòng)作時(shí)間為：快進(jìn)t1=L1∕v1=10010-3∕0.1=1s；工進(jìn)t2=L2∕v2=5010-3∕（0.8810-3）=56.6s；快退t3=（L1+L3）∕v3=（100+50）10-3∕0.1=1.5s。 由表1及上述分析計(jì)算得到的各工況運(yùn)動(dòng)速度及動(dòng)作時(shí)間可畫出滑臺(tái)液壓缸的行程-時(shí)間循環(huán)圖（L-t圖）和速度-時(shí)間循環(huán)圖（v-t圖）1所示。 ⑵ 負(fù)載分析 滑臺(tái)液壓缸的工作負(fù)載為鉆削阻力負(fù)載。利用如下鑄鐵工件鉆孔的軸向鉆削阻力經(jīng)驗(yàn)公式 Fe=25.5DS0.8HB0.6 計(jì)算得工作負(fù)載 Fe=1425.5D1S10.8HB0.6+225.5D

5、2S20.8HB0.6 =[1425.513.90.1470.82400.6+225.58.50.0960.82400.6 =30468N 式中，F(xiàn)e為軸向鉆削阻力，N；D為鉆孔孔徑，mm；S為進(jìn)給量，mm∕r；HB為鑄件硬度。 表2 動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果 工況 計(jì)算公式 外負(fù)載∕N 說(shuō)明 啟動(dòng) Ffs 1960 靜摩擦負(fù)載：Ffs=μs（G+Fn）=0.2（9800+0）=1960N 動(dòng)摩擦負(fù)載：Ffd=μd（G+Fn）=0.1（9800+0）=980N 慣性負(fù)載：Fi===500N ：平均加速度（m∕s2） 加速 Ffd+

6、1480 快進(jìn) Ffd 980 工進(jìn) Fe+Ffd 31448 反向啟動(dòng) Ffs 1960 加速 Ffd+ 1480 快退 Ffd 980 依據(jù)負(fù)載計(jì)算公式可計(jì)算出摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載及各工況下的外 負(fù)載，計(jì)算過(guò)程及其結(jié)果一并列入表2 綜上分析計(jì)算結(jié)果，即可繪出圖1所示液壓缸的負(fù)載-時(shí)間循環(huán)圖（F-t圖）。 3、確定液壓缸主要參數(shù) ⑴ 預(yù)選系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力 本鉆孔組合機(jī)床屬于半精加工機(jī)床，載荷最大時(shí)為慢速工進(jìn)階段，其他工況時(shí)載荷都不大，預(yù)選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=4MP。 ⑵計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 為了滿足工作臺(tái)快速進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵的流

7、量，將液壓缸的無(wú)桿腔作為主工作腔，在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的有效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=A2（即液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d間應(yīng)滿足D=d）。 為防止工進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸要保持一定回油背壓。暫取背壓0.6MPa，并取液壓缸機(jī)械效率ηcm=0.9，則可算得液壓缸無(wú)桿腔的有效面積 A1===9410-4（m2） 液壓缸內(nèi)徑 D===0.109（m） 按GB∕T 2348-1993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為D=110mm=11cm。 因A1=A2，故活塞桿直徑為 d===78.1mm≈80mm（標(biāo)準(zhǔn)直徑） 則液壓缸實(shí)際有效面積為 A1===95（c

8、m2） A2=（D2-d2）=（112-82）=44.7（cm2） A=A1-A2=50.3（cm2） 差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無(wú)桿腔壓力P1，其差值估取△P=P2-P1=0.5MPa，并注意到啟動(dòng)瞬間液壓缸尚未移動(dòng)，此時(shí)△P=0,；另外，取快退時(shí)的回油壓力損失為0.7MPa。 ⑶ 編制液壓缸的工況圖 根據(jù)上述條件計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率（見(jiàn)表3），并可編制其工況圖（見(jiàn)圖2）。 4、擬定液壓系統(tǒng)圖 ⑴ 制定液壓回路方案 ① 調(diào)速回路 由工況圖可以看到，液壓系統(tǒng)功率較小，負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速

9、回路。為防止在鉆孔通時(shí)負(fù)載突然消失引起滑臺(tái)前沖，回油路設(shè)置背壓閥。由于已選用節(jié)流高速回路，故系統(tǒng)必然為開式循環(huán)。 表3 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 F∕N 回油腔壓力 P2∕MPa 工作腔壓力 P1∕MPa 輸入流量q∕（10-3m3∕s） 輸入功率 P∕W 快進(jìn) 啟動(dòng) P1= q=Av1；P=P1q 1960 __ 0.48 __ __ 加速 1480 1.27 0.77 __ __ 恒速 980 1.16 0.66 0.5 330 工進(jìn) P1= q=A1v2;

10、P=P1q 31448 0.6 3.96 0.8310-2 33 快退 啟動(dòng) P1= q=A2v1;P=P1q 1960 __ 0.48 __ __ 加速 1480 0.7 1.86 __ __ 恒速 980 0.7 1.73 0.45 780 ② 油源型式 由工況圖可知，系統(tǒng)在快速進(jìn)、退階段為低壓、大流量的工況且持續(xù)時(shí)間短，而工進(jìn)階段為高壓、小流量的工況且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，兩種工況的最大流量與最小流量之間比約達(dá)60，從提高系統(tǒng)效率和節(jié)能角度，宜選用高低壓雙泵組合供油或采用限壓式變量泵供油。兩者各有利

11、弊，現(xiàn)決定采用雙聯(lián)葉片泵供油方案。 圖3 鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)圖 1-雙聯(lián)葉片泵；2-三位五通電液動(dòng)換向閥；3-二位二通機(jī)動(dòng)換向閥（行程閥）；4-調(diào)速閥；5,6,10,13-單向閥；7-外控順序閥；8,9溢流閥；11-過(guò)濾器；14-壓力繼電器 ③ 換向與速度換接回路 系統(tǒng)已選定差動(dòng)回路作快速回路，同時(shí)考慮到工進(jìn)→快退時(shí)回油量較大，為保證換向平穩(wěn)，故選用三位五通Y型中位機(jī)能的電液動(dòng)換向閥作主換向閥并實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。由于本機(jī)床工作部件終點(diǎn)的定位精度無(wú)特殊要求，故采用行程控制即活動(dòng)擋塊壓下電氣行程開關(guān)，控制換向閥電磁鐵的通斷電即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化換向和速度換接。 ④ 壓力控制回路 在高壓泵

12、出口并聯(lián)一溢流閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的溢流定壓；在低壓泵出口并聯(lián)一外控順序閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高壓工作階段的卸荷。 ⑤ 定位夾緊回路 為了保證工件的夾緊力可靠且能單獨(dú)調(diào)節(jié)，在該回路上串接減壓閥和單向閥；為保證定位→夾緊的順序動(dòng)作，采用壓力控制方式，即在夾緊缸進(jìn)油路上接單向順序閥，只有當(dāng)定位缸達(dá)到順序閥的調(diào)壓值時(shí)，夾緊缸才動(dòng)作；為保證工件確已夾緊后滑臺(tái)液壓缸才能動(dòng)作，在夾緊缸進(jìn)油口處裝一壓力繼電器。 ⑥ 輔助回路 在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一過(guò)濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔。 ⑵ 擬定液壓系統(tǒng)圖 在選定各種回路的基礎(chǔ)上，經(jīng)整理所組成的液壓系統(tǒng)圖如圖3所示。 5、液壓元件的選擇 ⑴ 液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)計(jì)算與選

13、定 ① 液壓泵的最高工作壓力的計(jì)算 由工況圖2或表3可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，即P1=3.96MPa，而壓力繼電器的調(diào)整壓力應(yīng)比液壓缸最高工作壓力大0.5MPa。此時(shí)缸的輸入流量較小，且進(jìn)油路元件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失估取△P=0.8MPa.則小流量泵的最高工作壓力PP1為 PP1=3.96+0.5+0.8=5.26（MPa） 大流量泵僅在快速進(jìn)退時(shí)向液壓缸供油，由圖2可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，取進(jìn)油路壓力損失為△P=0.4MPa，則大流量泵最高工作壓力PP2為 PP2=1.86+0.4=2.26（MPa） ② 液壓泵的流量計(jì)算 雙泵最小

14、供油量qp按液壓缸的最大輸入流量q1max=0.510-3m3∕s進(jìn)行估算。取泄漏系數(shù)K=1.1，雙泵最小供油流量qp應(yīng)為 qp≥qv=Kq1max=1.20.510-3m3∕s=0.610-3m3∕s=36L∕min 考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為△q=3L∕min，工進(jìn)時(shí)的流量為q1=0.8310-5m3∕s=0.5L∕min，小流量泵所需最小流量qp1為 qp1≥qv1=Kq1+△q=1.20.5+3=3.6(L∕min) 大流量泵最小流量qp2為 qp2≥qv2=qp-qp1=36-3.6=32.4(L∕min) ③ 確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選雙聯(lián)液壓泵的轉(zhuǎn)

15、速為n1=1000r∕min，泵的容積效率ηv=0.9，可算得小流量泵排量的參考值為 Vg1===4.0（mL∕r） 大流量泵排量的參考值為 Vg2===36（mL∕r） 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的YB1-40∕6.3型雙聯(lián)葉片泵，其小泵排量為V1=6.3 mL∕r；大泵排量V2=40 mL∕r；泵的額定轉(zhuǎn)速為n=960r∕min，容積效率ηv=0.90，反算得到大、小泵的額定流量分別為 qp1= V1nηv=6.39600.90=5.44(L∕min) qp2= V2nηv=409600.90=34.56(L∕min) 雙泵流量為qp為 qp= qp1 +q

16、p2=5.44+34.56=40(L∕min) 與系統(tǒng)所需流量向符合。 ④ 確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率及電動(dòng)機(jī)的規(guī)格 由工況圖2知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，已知泵的總效率為ηp=0.90，則液壓泵快退所需的驅(qū)動(dòng)功率為 P==1.883（kW） ⑤ 選用電動(dòng)機(jī)型號(hào) 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用Y系列（IP44）中規(guī)格相近的Y112M-6-B3型臥式三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率2.2kW，轉(zhuǎn)速為940r∕min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)液壓泵時(shí)，小泵和大泵的實(shí)際輸出流量分別為5.33 L∕min和33.84 L∕min；雙泵總流量為39.17 L∕min；工進(jìn)時(shí)的溢流量為5.33-0.5=4.83 L∕min，仍能滿足

17、系統(tǒng)各工況對(duì)流量的要求。 ⑵ 液壓控制閥和液壓輔助元件 首先根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，算出液壓缸在各工作階段的實(shí)際進(jìn)、出流量，運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間（見(jiàn)表4），以便為其他液壓控制閥及輔件的選擇及系統(tǒng)的性能計(jì)算奠定基礎(chǔ)。 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過(guò)各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號(hào)規(guī)格如表5所列。 管件尺寸由選定的標(biāo)準(zhǔn)元件油口尺寸確定。本系統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)，但考慮到將泵組和閥組安裝到油箱頂蓋上，故取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α=10， 得油箱容積量為 V=αqp=[1039.17]L=391.7L≈400L 表4 液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)出流量、運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間

18、 工作 階段 流量∕(L∕min) 速度∕（m∕s） 時(shí)間∕s 無(wú)桿腔 有桿腔 快進(jìn) q進(jìn)= =[] =73.98 q出=q進(jìn) =73.98 =34.81 v1= = =0.13 t1= = =0.77 工進(jìn) q進(jìn)=0.5 q出=q進(jìn) =0.5 =0.24 v2== =0.8810-3 t2= = =56.6 快退 q出=q進(jìn) =39.17 =83.24 q進(jìn)=qp1+qp2 =5.33+33.84 =39.17 v3== =0.15 t3= = =1.

19、0 表5 鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中控制閥和部分輔助元件的型號(hào)規(guī)格 序號(hào) 名稱 通過(guò)流量 ∕（L∕min） 額定流量 ∕（L∕min） 額定壓力 ∕MPa 額定壓降 ∕MPa 型號(hào) 1 雙聯(lián)葉片泵 — 40∕6.3 6.3 — YB1-40∕6.3 2 三位五通電液動(dòng)換向閥 73.98 100 6.3 0.3 35DY-100BY 3 行程閥 73.98 100 6.3 0.3 22C-100BH 4 調(diào)速閥 ＜1 6 6.3 Q-6B 5 單向閥 83.24 100 6.3 0.2 I-100B

20、 6 單向閥 34.81 63 6.3 0.2 I-63B 7 順序閥 33.84 63 6.3 XY-63B 8 背壓閥 ＜1 10 6.3 B-10B 9 溢流閥 4.83 10 6.3 Y-10B 10 單向閥 33.84 63 6.3 0.2 I-63B 11 過(guò)濾器 39.17 50 6.3 XU-50200 12 單向閥 83.24 100 6.3 0.2 I-100B 13 壓力繼電器 — — 6.3 — DP1-63B 14 減壓閥 33.84 63

21、6.3 J-63B 15 單向閥 33.84 63 6.3 0.2 I-63B 16 二位四通電磁換向閥 33.84 40 6.3 0.3 24D-40B 17 壓力繼電器 — — 6.3 — DP1-63B 28 壓力繼電器 — — 6.3 — DP1-63B 6、系統(tǒng)油液溫升驗(yàn)算 由表4可知，本液壓系統(tǒng)的進(jìn)給缸在其工作循環(huán)持續(xù)時(shí)間中，快速進(jìn)退僅占3%，而工作進(jìn)給達(dá)97%，所以溫升可概略用工進(jìn)時(shí)的數(shù)值來(lái)代表。 工進(jìn)階段的回路效率ηc=代入數(shù)據(jù)ηc=0.067，前已取雙聯(lián)液壓泵的總效率ηp=0.80，現(xiàn)取液壓缸的總效率ηcm=

22、ηA=0.95，則本液壓系統(tǒng)的效率 η=0.800.0670.95=0.051 工進(jìn)工況液壓泵的輸入功率為 Ppi= 代入數(shù)據(jù)得 Ppi=611.34W。 工進(jìn)階段的發(fā)熱功率 Ph= Ppi（1-η）=611.34（1-0.051）=580.16W 當(dāng)油箱的長(zhǎng)、寬、高比例在1:1:1到1:2:3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%時(shí)，油箱散熱面積近似符為 A=6.66 取油箱有效面積0.4m3，散熱系數(shù)K為15W∕（m2℃）則溫升t得 t==℃=10.7℃ 溫升在許可范圍內(nèi)。 參考文獻(xiàn)： [1]王廣懷.液壓技術(shù)應(yīng)用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001 [2]張利平.現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用220例（第1版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [3]陳松楷.機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè).廣州：廣東高教出版社，1993 [4]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [5]王春行.液壓控制系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004