液压组合机床动力滑台设计.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流液压组合机床动力滑台设计.精品文档.1 液压传动的发展概况液压传动和气压传动称为流体传动,是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术,是工农业生产中广为应用的一门技术。如今,流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814),在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用
2、,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献,使这两方面领域得到了发展。 我国的液压工业开始于20世纪50年代,液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展,已渗透到各个工业部门,在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工
3、等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时,新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作,也取得了显著成果。 目前,我国的液压件已从低压到高压形成系列,并生产出许多新型元件,如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时,大力研制、开发国产液压件新产品,加强产品质量可靠性和新技术应用的研究,积极采用国际标准,合理调整产品结构,对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品,采用逐步淘汰的措施。由此可见,随着科学技术的迅速发展,液压技
4、术将获得进一步发展,在各种机械设备上的应用将更加广泛。2液压传动的组成2.1 液压系统的工作方式液压传动是以液体为工作介质,利用压力能来驱动执行机构的传动方式。 驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油,油液被加压后,从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸,推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时,进入液压缸的油量增多,工作台的移动速度增大;当节流阀关小时,进入液压缸
5、的油量减少,工作台的移动速度减少。由此可见,速度是由油量决定的。2.2 液压系统的基本组成1)能源装置液压泵。它将动力部分(电动机或其它远动机)所输出的机械能转换成液压能,给系统提供压力油液。2)执行装置液压机(液压缸、液压马达)。通过它将液压能转换成机械能,推动负载做功。3)控制装置液压阀(流量阀、压力阀、方向阀等)。通过它们的控制和调节,使液流的压力、流速和方向得以改变,从而改变执行元件的力(或力矩)、速度和方向。4)辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来,以实现各种工作循环。5)工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油,系统用它来传递能量或信
6、息。3液压传动的优缺点3.1优点1)在相同的体积下,液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的情况下,液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右。2)液压执行装置的工作比较平稳。由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快,所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。液压装置的换向频率,在实现往复回转运动时可达到每分钟500次,实现往复直线运动时可达每分钟1000次。3)液压传动可在大范围内实现无级调速(调速比可达1:2000),并可在液压装置运行的过程中进行调速。4)液压传动容易实现自动化,因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节,操
7、纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时,能实现较复杂的顺序动作和远程控制。5)液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑,因此使用寿命长。6)由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。3.2缺点1)液压传动是以液体为工作介质,在相对运动表面间不可避免地要有泄漏,同时,液体又不是绝对不可压缩的,因此不宜在传动比要求严格的场合采用,例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。2)液压传动在工作过程中有较多的能量损失,如摩擦损失、泄漏损失等,故不宜于远距离传动。3)液压传动对油温的变化比较敏感,油温变化会影响运动的稳定性。因此,在低温和高温条件下,采
8、用液压传动有一定的困难。4)为了减少泄露,液压元件的制造精度要求高,因此,液压元件的制造成本高,而且对油液的污染比较敏感。 5)液压系统故障的诊断比较困难,因此对维修人员提出了更高的要求,既要系统地掌握液压传动的理论知识,又要有一定的实践经验。 6)随着高压、高速、高效率和大流量化,液压元件和系统的噪声日益增大,这也是要解决的问题。 总而言之,液压传动的优点是突出的,随着科学技术的进步,液压传动的缺点将得到克服,液压传动将日益完善,液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。4液压系统的应用领域4.1液压传动在机械行业中的应用机床工业磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、
9、数控机床、加工中心等。工程机械挖掘机、装载机、推土机等。汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车等。农业机械联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等。轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等。冶金机械电炉控制系统、轧钢机控制系统等。起重运输机械起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等。矿山机械开采机、提升机、液压支架等。建筑机械打桩机、平地机等。船舶港口机械起货机、锚机、舵机等。铸造机械砂型压实机、加料机、压铸机等。4.2静液压传动装置的应用静液压传动由于具有无级变速,调速范围宽,可以实现恒扭或恒功率调速,容易实现电控等优点,在工程机械中具有良好的应用前景。但是在铲土运输机械和起重机械中
10、作为主要传动就用却很少,其主要问题是在于国内液压元件质量差,而国外的液压元件价格又太高,会造成主同成本过高。90年代以来,国内已引进了德国林德公司静液压叉车,以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机,但在国内市场所占份额很小。从国内工程机械市场的实际出发,本文对静液压传动在国内的推广应用提出探讨性的意见如下:(1)静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用,由于国内部分仓库、码头和工厂等使用部门对叉车的机动性能(尤其是低速性能)、噪声已经有较高的要求,因此这些部门正在成为国内静液压叉车用户。国内叉车和液压元件生产企业应该看到静液压叉车的良好前景,联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统,提供能先进,工
11、作可靠,价格适中的产品。也可以采用与国际静液压元件制造公司联合开发的方式,加快开发的速度。(2)中小型多功能工程机械由于具有挖掘,装载,叉车和起重等多功能,在发达国家已经得到了广泛的应用。随着我国经济建设尤其是城市建设的发展,中小型多功能工程机械也将在我国推广应用,而它们无疑将首先采用静液压传动作为其主要传动装置。国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景,联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发,以促进中小型多功能工程机械在我国的发展。(3)在国内大型铲土运输和起重机械中,由于配套的静液压与电子控制元件的技术难度大,价格太高,在国内用户中难以接受。因此,在我国暂时不宜将
12、静液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上,而应将重点放在上述两类工程机械上。5液压系统工况分析5.1 运动分析绘制动力滑台的工作循环图5.2 负载分析(1)阻力计算1)切削阻力2)摩擦阻力 取静摩擦系数u=0.2,动摩擦系数ud=0.1,则:静摩擦阻力 F=0.22040000N=2940N动摩擦阻力 F=0.120400N=1470N切削阻力为已知 Fq=10600N3)惯性阻力 动力滑台起动加速,反向起动加速和快退减速制动的加速度的绝对值相等,既u=0.1m/s,t=0.2s,故惯性阻力为: F=Gu/gt=147000.19.80.2=3000N4)由于动力滑台为卧式放
13、置,所以不考虑重力负载。5)关于液压缸内部密封装置摩擦阻力Fm的影响,计入液压缸的机械效率中。6)背压力 初算时暂不考虑。(2)液压缸各阶段工作负载计算:1)启动 F1=F/cm=2940/0.9=3267N2)加速 F2=(Fw+Fa)/cm=(1470+3000)/0.9=4470N3)快进 F3=F/cm=1740/0.9N=1633N4)工进 F4=(F1+Fa)/cm=(28000+1470)/0.9N=32744N5)快退 F5=Fa/cm=1470/0.9N=1633N(3)绘制动力滑台负载位移曲线图,速度位移曲线图(见图5-1)图5-1 动力滑台负载位移曲线图,速度位移曲线图
14、(4)确定缸筒内径D,活塞杆直径dD= 按GB/T23481993,取D=100mm d=0.71D=71mm 按GB/T23481993,取d=70mm(5)液压缸实际有效面积计算无杆腔面积 A1=D2/4=3.141002/4 mm2=7850mm2 有杆腔面积 A2=(D2d2)/4=3.14(1002702)/4 mm2=4004 mm2 活塞杆面积 A3=D2/4=3.14702/4 mm2=3846 mm2(6)最低稳定速度验算。最低速度为工进时u=50mm/min,工进采用无杆腔进油,单向行程调速阀调速,查得最小稳定流量qmin=0.1L/min A1qmin/umin=0.1/
15、50=0.002 m2=2000 mm2 满足最低速度要求。(7)计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力、流量、功率列于表(5-2)表5-2 液压缸压力、流量、功率计算工况差 动 快 进工 进快 退启 动加 速恒 速启 动加 速恒 速计 算公 式p= F/A3q= u3A3P=pqp=(F+ p2A2) / A1q= u1 A1P=pqp=(F+ p2A1) / A2q= u2 A2P=pq速 度m/su2=0.1u1=310-4510-3u3=0.1有 效面 积m2A1=785010-6A2=400410-6A3=384610-6负 载N326630001633327443266300016
16、33压 力MPa0.850.780.424.41.41.10.99流 量L/min230.3924.0功 率KW0.161.7550.40取 背 压 力p2=0.4MP取 背 压 力p2=0.3MP6拟定液压系统图图6-1 液压系统图6.1调速方式的选择该机床负载变化小,功率中等,且要求低速运动平稳性好速度负载特性好,因此采用调速阀的进油节流调速回路,并在回油路上加背油阀。6.2快速回路和速度换接方式的选择本题已选用差动型液压缸实现“快、慢、快”的回路。由于快进转工进时有平稳性要求,故采用行程阀或电磁阀皆可来实现(比较表如下表6-1),工进转快退则利用压力继电器来实现。表6-1 快进工进的控制
17、方法比较项目采用行程阀采用电磁阀转换性能1 液压冲击小2 转换精度高3 可靠性好4 控制灵活性小1 液压冲击较大2 转换精度较低3 可靠性较差4 控制灵活性大安装特点1 行程阀装在滑座上2 管路较复杂3 须设置液压撞块机构(撞块长度大于工进行程)1 电磁阀可装在液压站(或控制板)上,安装灵活性大2 管路较简单3 须设置电气撞块机构6.3 液压工作原理6.2.1快速前进按下起动按钮,电磁经铁1YA通电,电磁换向阀A的左拉接入回路,液动换向阀B在制油液的作用下其左位接入系统工作,这时系统中油液的通路为:进油路:过滤器1变量泵1 换向阀A单向阀C换向阀B左端回油路:换向阀右端节流阀F换向阀A油箱。于
18、是,换向阀B的阀芯右移,使其左位接入系统。主油路:进油路:过滤器1变量泵1单向阀3换向阀B行程阀11液压缸左腔。回油路:液压缸右腔换向阀B单向阀6行程阀11液压缸左腔,形成差动连接。此时由于负载较小,液压系统的工作压力较低,所以液控顺序阀5关闭,液压缸形成差动连接,又因变量泵2在低压下输出流量为最大,所以动力滑台完成快速前进。6.2.2工作进给当滑台运动到预定位置时,控制挡铁压下行程阀11。切断了快进油路,电液动换向阀7的工作状态不变(阀B和阀A的左位仍接入系统工作),压力油须经调速阀8、二位二通电磁12才能进入液压缸的左腔,由于油液流经调速阀而使系统压力升高,于是液控顺序阀5打开,单向阀6关
19、闭,使液压缸右腔的油液经阀5、背压阀4流回油箱,使滑台转换为工作进给运动。其主要油路:进油路:过滤器1 变量泵2单向阀3换向阀B 调速阀8电磁阀12液压缸左腔。回油路:液压缸右腔 换向阀B顺序阀5背压阀4油箱。因为工作进给时系统压力升高,所以变量泵2的输出流量便自动减小,以适应工作进给的城要,进给速率的大小由调速阀8来调节。6.2.3 快速退回时间继电器延时发出信号,使电磁铁YA停电,2YA通电,这时换向阀A的右位接入回路,控制油液换向阀B的右位拉入系统工作,此时,由于滑台返回的负载小,系统压力较低,变量泵2的流量自动增大至最大,所以动力滑台快速退回。这时系统油液的通路为:1、控制油路进油路:
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