2022年设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统 .pdf

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1、设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台地液压系统. 1）工作循环： 快进工进快退停止. 2）工作参数轴向切削力21000N,移动部件总重 10000N,快进行程 100mm,快进与快退速度4.2mmin,工进行程20mm,工进速度0.05mmin,加.减速时间为0.2s,静摩擦系数 0.2,动摩擦系数 0.1,动力滑台可在中途停止 .矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。一.负载分析负载分析中 ,暂不考虑回油腔地背压力,液压缸地密封装置产生地摩擦阻力在机械效率中加以考虑.因工作部件是卧式放置,重力地水平分力为零,这样需要考虑地力有：切削力 ,导轨摩擦力和惯性力.导轨地正压力等于动力部件地重力,设导轨地静摩擦力

2、为fsF ,动摩擦力为fdF ,则聞創沟燴鐺險爱氇谴净。NNFfFNsfs2000100002.0NNFfFNdfd1000100001.0而惯性力NNtvgGtvmFm3572.08.960/2 .410000如果忽略切削力引起地颠覆力矩对导轨摩擦力地影响,并设液压缸地机械效率95.0m,则液压缸在各工作阶段地总机械负载可以算出,见表 1.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。表 1 液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载NF /启动mfsFF/2105 加速mmfdFFF/ )(1428 快进mfdFF/1053 工进mfdtFFF/ )(23158 快退mfdFF/1053 根据负载计算结果和

3、已知地各阶段地速度,可绘制出负载图（lF）和速度图（lv）,见图 1a.b.横坐标以上为液压缸活塞前进时地曲线,以下为液压活塞退回时地曲线 .酽锕极額閉镇桧猪訣锥。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页 a) b) 图 1 负载速度图 a）负载图 b）速度图二、液压系统方案设计1. 确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床 , 同时根据本题要求 . 选用双作用叶片泵双泵供油, 同时这是调速阀进油调速地开式回路来满足快进. 快退和工进地功能 . 快进或快退时双泵进行供油 , 工进时 , 小泵单独供油 , 同时利用节流阀调

4、速保证工进速度. 整个回路采用溢流阀作定压阀, 起安全阀作用 . 为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲, 回油路上设置背压阀 , 初定背压值为MPapb8.0.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。2. 选用执行元件因系统循环要求正向快进和工作,反向快退 ,且快进 .快退速度相等 .实现快进快退速度相等有以下几种方法：1）单活塞杆液压缸 , 快进时差动连接 , 无杆腔面积1A 等于有杆腔面积2A 地两倍 . 2）采用双活塞杆液压缸, 因两腔有效面积相等, 即可满足快进 . 快退速度相等地要求. 差动连接可降低整个系统工作压力, 同时可选用更小规格地油泵. 而且组合机床对工作压力要求地供油压力并不高, 所以选

5、择方案一謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 3. 快速运动回路和速度换接回路根据题目运动方式和要求, 采用方案一地快速回路系统, 差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动. 即快进时 , 由大小泵同时供油 , 液压缸实现差动连接.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。采用二位二通电磁阀地速度回路,控制由快进转为工进 . 与采用行程阀相比 ,电磁阀可直接安装在液压站上,由工作台地行程开关控制,管路较简单 ,行程大小也容易调整 ,另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路.因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

6、- -第 2 页，共 10 页 4. 换向回路地选择本系统对换向地平稳性没有严格地要求,所以采用电磁换向阀地换向回路,采用三位五通阀 . 5.组成液压系统绘原理图将上述所选定地液压回路进行组合, 并根据要求作必要地修改补充, 即组成如图 2 所示地液压系统图 . 为便于观察调整压力 , 在液压泵地进口处 . 背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点, 并设置多点压力表开关 . 这样只需一个压力表即能观测各点压力 .鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。图 2 组合机床动力滑台液压系统原理图液压系统中各电磁铁地动作顺序如表2 所示. 表 2 电磁铁动作顺序表1Y 2Y 3Y 快进+ - - 工进+ - + 快退-

7、+ - 停止- - - 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页三.液压系统地参数计算（一）液压缸参数计算 1. 初选同类型组合机床 ,初定液压缸地工作压力为Pap511040. 2. 确定液压缸地主要结构尺寸要求动力滑台地快进.快退速度相等 ,现采用活塞杆固定地单杆式液压缸.快进差动时, 并取无杆腔有效面积1A等于有杆腔有效面积2A地两倍 , 即212AA.为了防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲, 在油路上设置背压阀, 按1 表8-2, 初, 选背压值Papb5108.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。由表 1 克制最大负载为工

8、进阶段地负载NF23158, 按此计算1A 则23255111043. 61082110402315821mmPPFAb液压缸直径cmcmAD05.93.64441由212AA可知活塞杆直径cmcmDd4.605. 9707.0707.0按 GB/T2348 1993 将所计算得 D与 d 值分别圆整打动相近地标准直径, 以便采用标准地密封装置 . 圆整后得預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。cmD10cmd7按标准直径算出22225.7810441cmcmDA2222221.40)710(4)(42cmcmdDA按最低工进速度演算液压缸尺寸, 查产品样本 , 调速阀最小稳定流量min/05.0minLq,

9、 因工进速度min/05.0mv为最小速度 , 则由1 式（8-11）渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2223minmin1101005.01005.0cmcmvqA上述计算中221105 .78cmcmA, 满足最低速度地要求 . 3. 计算液压缸各工作阶段地工作压力. 流量和功率精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页根据液压缸地负载图和速度图以及液压缸地有效面积, 可以算出液压缸工作过程中各阶段地压力 . 流量和功率 , 在计算工进时按Papb5108代入, 快退时背压按Papb5105代入计算公式和计算结果列于表3 中.铙

10、誅卧泻噦圣骋贶頂廡。表 3 液压缸所需地实际流量 . 压力和功率注： 1. 差动连接时 , 液压缸地回油口到进油口之间地压力损失Pap5105, 而pppjb. 2. 快退时 , 液压缸有杆腔进油, 压力为jp, 无杆腔回油 , 压力为bp. （二）液压泵地参数计算由表 3 可知工进阶段液压缸工作压力最大, 若取进油路总压力损失Pap5105, 则液压泵最高工作压力可按1 式（8-5）算出擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。PaPapppP55106.3810)56.33(1因此泵地额定压力可取PaPapr551048106.3825.1. 由表 1-5 可知, 工进时所需流量最小是min/39. 0L,

11、设溢流阀最小溢流量为min/5.2L, 则小流量泵地流量按 1 式（8-16）应为min/93.2min/)5.239.01.1(1LLqp, 快进快退时液压缸所需地最大流量是min/8.16L, 则泵地总流量为min/5.18min/8.161.1LLqp. 即大流量泵地流量贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。min/57.15min/)93.25 .18(12LLqqqppp. 工作循环计算公式负载F进油压力jp回油压力bp所需流量q输入功率PN Pa Pa L/min kW 差动快进212AAPAFPj)(21AAvqqpPj105351096.751096.121 .16174.0工进12AAPFP

12、bjvAq1qpPj231585106.33510839.0021.0快退21AAPFPjjvAq2qpPj105351042.1251058 .16281.0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页根据上面计算地压力和流量, 查相关产品样本得 , 选用 YB-4/16 型双联叶片泵. 该泵额定压力MPa3.6, 额定转速min/960r. （三）电动机地选择系统为双泵供油系统 , 其中小泵 1 地电动机地选择流量smsmqp/100667. 0/)60/104(33331 , 大泵 2 流量smsmqp/10267.

13、0/)60/1016(33332. 差动快进 . 快退时两个泵同时向系统供油；工进时, 小泵 1 向系统供油 , 大泵 2 卸载. 下面分别计算三个阶段所需要地电动机功率P.坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 1.差动快进差动快进时 , 大泵 2 地出口压力油经单向阀后与小泵1 汇合, 然后经单向阀2, 三位五通 3, 二位二通阀 4 进入液压缸无杆腔 , 无杆腔压力Pappj51096. 71, 查样本可知 , 小泵 2 地出口压力损失Pap51105.4, 大泵 2 出口到小泵 1 出口地压力损失Pap52105 .1. 于是计算可得小泵出压力PapP51046.121（总效率5.01）, 大泵 2

14、出口压力PapP51096.132（总效率5.02）.蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。电动机功率WWqPqPPPP912)5 .010267.01096.135.0100667.01046.12(353522211112. 工进考虑到调速阀所需要地最小压力差Pap51105. 压力继电器可靠动作需要压力差Pap52105. 因此工进时小泵 1 地出口压力PapppPP52111106.43. 而大泵 2 地卸载压力取PaPP51102. （小泵1 地总效率565.01, 大泵 2 总效率3.02）.買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。WWqPqPPPP650)3 .0102 . 0102565.0100667.010

15、6.43(35352221112 3. 快退类似差动快进分析知：小泵1 地出口压力PaPP51109 .16（总效率5.01）：大泵 2 出口压力PapP52104 .18（总效率51.02）. 电动机功率精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页WWqPqPPPP947)51.0102. 0104.185.0100667. 0109.16(35352221113综合比较 , 快退时所需功率最大 . 据此查样本选用 Y90L-66 封闭式三相异步电动机, 电动机功率kW1.1. 额定转速min/940r.綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚

16、糴。四. 液压元件地选择 1. 液压阀及过滤器地选择根据液压阀在系统中地最高工作压力与通过该阀地最大流量, 可选出这些元件地型号及规格 . 本系统中所有阀地额定压力都为Pa51063, 额定流量根据各阀通过地流量 , 确定为min/10L,min/25L和min/63L三种规格 , 所有元件地型号列于表 4 中. 过滤器按液压泵额定流量地两倍选取吸油用线隙式过滤器. 表中序号与系统原理图中地序号一致.驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。表 4 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量 /1minL型号1 双联叶片泵20 YB-4/16 2 单向阀20 1-25B 3 三位五通阀40 35D1-63BY 4 二

17、位二通阀40 22D1-63BH 5 调速阀0.39 Q-10B 6 压力继电器DP1-36B 7 单向阀20 1-25B 8 液控顺序阀0.16 XY-25B 9 背压阀0.16 B-10B 10 液控顺序阀（卸载用）16 XY-25B 11 单向阀16 1-25B 12 溢流阀4 Y-10B 13 过滤器40 XY-B32x100 14 压力表开关K-6B 2. 油管地选择根据选定地液压阀地连接油口齿轮确定管道尺寸. 液压缸地进 . 出油管按输入. 排出地最大流量来计算 . 由于本系统液压缸差动连接快进快退时, 油管内通油量最大 , 其实际流量为泵地额定流量地两倍达min/40L, 则液压

18、缸进 . 出油管直径d按产品样本 , 选用内径为mm15, 外径为mm19地 10 号冷拔钢管 .猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 3. 油箱容积地确定中压系统地油箱容积一般取液压泵额定流量地5 到 7 倍, 本系统取 7 倍, 故油箱容积为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页LLV112)167(五. 验算液压系统性能（一）压力损失地验算及泵压力地调整 1.工进时地压力损失验算和小流量泵压力地调整工进时管路中地流量仅为min/39.0L, 因此流速很小 , 所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小, 可以忽略不计 . 这是进油

19、路上仅考虑调速阀地压力损失Pap51105, 回油路上只有背压阀地压力损失, 小流量泵地调整压力应等于工进时液压缸地工作压力1p加上进油路压差1p则锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。PaPappPp6.43105511即小流量泵地溢流阀12 应按此压力调整 . 1. 快退时压力损失验算及大流量泵卸载压力地调整因快退时 , 液压缸无杆腔地回油量是进油量地两倍, 起压力损失比快进时要大, 因此必须计算快退时地进油路与回油路地压力损失, 仪表确定大流量泵地卸载压力 .構氽頑黉碩饨荠龈话骛。已知：快退时进油管和回油管长度均为ml2, 油管直径md31015, 通过地流量为进油路smLq/333.0min/2031

20、, 回油路smLq/667.0min/4032. 液压系统选用 N32号液压油 , 考虑最低工作温度为15, 由手册查出此时油地运动粘度scmstv/5.15.12, 油地密度3/900mkg, 液压系统元件采用集成块似地配置形式 .輒峄陽檉簖疖網儂號泶。（1）确定油流地流动状态按1 式（1-30）经单位换算为44102732. 110Redvqvd式中v平均流速（sm/）；d油管内径（ m）；油地运动粘度（scm /2）；q通过地流量（sm /3）. 则进油路中液流地雷诺数为23004.188105 .1101510333.02732.1Re4313回油路中液流地雷诺数为精选学习资料 - -

21、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页23009 .376105 .1101510667.02732.1Re4323由上可知 , 进回油路地流动都是层流. （2）沿程压力损失p由1 式（1-37）可算出进油路和回油路地压力损失. 在进油路上 , 流速smsmdqv/88.1/101514.310333.04462321则压力损失为PaPavdlp5322111072.0210154 .18888.19002642Re64在会有路上 , 流速为进油路流速地两倍即smv/76.3, 则压力损失为PaPavdlp5322121044.12101

22、59.37676.39002642Re64（3）局部压力损失由于采用集成块式地液压装置, 所以只考虑阀类元件和集成块内油路地压力损失. 通过各阀地局部压力损失按1 式（1-39）计算, 结果列于表 5 中.尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。表 5 阀类元件局部压力损失元件名称额定流量1min/ Lqn实际通过地流量1min/ Lq额定压力损失)10/(5Papn实际压力损失)10/(5Pap单向阀 2 25 20 2 1.025 三位五通电磁阀3 63 20/40 4 0.325/1.2875 二位二通电磁阀4 63 40 4 1.2875 单向阀 11 25 16 2 0.575 注：快退时经过三位五通

23、阀地两油道流量不同,压力损失也不同. 若取集成块进油路地压力损失Papj51103.0, 回油路压力损失为Papj52105. 0,则进油路和回油路地总地压力损失为PaPappppj551111062.210)3.0575.0025.172.0(PaPappppj55222102525.410)5.02875. 1025. 144.1 (查表 1-1 知快退时液压缸负载NF6 .1052；则快退时液压缸地工作压力为PaPaAApFp533521211096.101001.4/)1085.7102525.46.1052(/)(因此 , 大流量泵卸荷阀2 地调整压力应大于Pa51096.10. 从

24、以上验算结果可以看出, 各种工况下地实际压力损失都小于初选地压力损失值, 而且比较接近 , 说明液压系统地油路结构. 元件地参数是合理地, 满足要求 .识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页（二）液压系统地发热和温升验算工进时液压泵地输入功率如前面计算WP6501工进时液压缸地输出功率WWFvP3 .19)60/05.023158(2系统总地发热功率WWPP7.630)3.19650(21已知油箱容积33109090mLV, 则按 1 式（ 8-12）油箱近似散热面积A为22323251. 190065.0065. 0mmVA假定通风良好 , 取油箱散热系数)/(101523CmkWCT, 则利用 1 式（ 8-11 ）可得油液温升为CCACTT74.2731. 110151039.62833设环境温度CT252, 则热平衡温度为CTCCCTTT5574.5274.2725121所以油箱散热基本可达到要求. 参考文献【1】 液压与气压传动（第3版）许福玲陈尧明编著工业机械出版社 2007 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页