立式组合机床液压系统设计.doc

摘要摘要 组合机床以其独特的优点在机械设计中占有重要的地位。它以通用部件为基础，根据工 件加工需要，配以少量的专用部件组成一种机床，它具有低成、高效率的优点。以现在的发 展趋势来看，组合机床的多工位加工如果加入柔性系统则发展成今天的加工中心。在今天的 发展趋势中，一台组合机床如果不能完成全部的工艺过程，这时往往把几台机床布置成流水 线，大大缩短了加工时间。而液压系统在组合机床上的应用更使其显现出了新的春天。液压 传动的优点很多：在同等的体积下，液压装置能比电气产生更大的动力；液压装置工作比较 平稳；液压装置能在大范围内实现无级调速，它还可以在运转中进行调速；液压传动易于对 液体压力、流量或流动方向进行调节或控制；液压装置易于实现过载保护；液压元件实现了 标准化、系列化和通用化；用液压传动实现直线运动比用机械传动简单。 关键词：关键词： 立式加工组合机床。 ABSTRACT Combination machine tools with its unique advantages in mechanical design occupies an important position. It is based on general parts, according to the workpiece machining needs, match with a small amount of special parts a machine tool, it has the advantages of low into and high efficiency. With the current development trend, the combination machine tools for processing work more flexible system will develop if you join into todays machining center. In todays development trend, a combination machine tools if not complete the process, then often put a few tool machine decorate line, greatly reducing the processing time. And hydraulic system in combination machine tools on the application more make the show a new spring. Hydraulic transmission advantages in the same volume many: next, hydraulic device can produce larger than electric power; Hydraulic equipment work smoothly; Hydraulic device can in the big range realize stepless speed regulation, it also can be in operation in speed; Hydraulic transmission easy to liquid pressure, flow or flowing direction regulating or control; Hydraulic device is easy to achieve overload protection; Hydraulic components realized the standardization and serialization and generalization; Using hydraulic transmission realize linear motion than with mechanical transmission simple. KEY WORDS: vertical processing combination machine tools 目录目录 第第 1 1 章章 液压传动的发展概况和应用液压传动的发展概况和应用 5 5 1.1 液压传动的发展概况 .5 1.2 液压传动在机械行业中的应用 .6 1.3 静液压传动装置的应用 .6 第第 2 2 章章 液压传动的工作原理和组成液压传动的工作原理和组成 7 7 2.1 工作原理 .7 2.2 液压系统的基本组成 .8 第第 3 3 章章 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 8 8 3.1 液压传动的优点 .8 3.2 液压传动的缺点 .9 第第 4 4 章章 组合机床组合机床 9 9 4.1 组合机床加工方式 .10 4.2 组合机床的发展史 .10 4.3 组合机床部件分类.11 4.4 在中小批量生产中组合机床是如何应用的11 第第 5 5 章章 液压传动在组合机床上的应用液压传动在组合机床上的应用 1212 第第 6 6 章章 立式组合机床液压系统设计方案及工况分析立式组合机床液压系统设计方案及工况分析 1313 6.1 方案分析.13 6.2 方案比较：.14 6.3 立式组合机床动力滑台设计要求及工况分析.14 6.3.1 设计要求：.14 第第 7 7 章确定液压缸参数和拟定液压系统原理图章确定液压缸参数和拟定液压系统原理图 1717 7.1 液压缸参数的确定.17 7.1.1 初选液压缸工作压力.17 7.1.2 计算液压缸主要尺寸.18 7.27.2 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图2020 7.2.1 选择基本回路.20 7.2.2.组成液压系统 21 第第 8 8 章：计算和选择液压元件章：计算和选择液压元件 2222 8.1 确定液压泵的规格和电动机功率.22 8.1.1.计算液压泵的最大工作压力 22 8.1.2 计算液压泵的流量.23 8.2 确定其他元件及插件 24 8.2.1 确定阀类元件辅件.24 8.2.2 确定油管.25 第第 9 9 章：验算液压系统性能章：验算液压系统性能 2626 9.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值.26 9.1.1 快进.26 9.1.2.工进 27 9.1.3 快退 27 9.2 油液温升验算.28 第第 1010 章：章： 油箱的设油箱的设计计 2929 10.1 油箱容量的确定29 10.2 估算油箱的长、宽、高29 10.3 确定油箱壁厚29 10.4 确定液位计的安装尺寸29 10.5 隔板的尺寸计算29 10.6 油箱其它附件的选择30 结论结论 3131 致谢致谢 3232 参考文献参考文献 3333 第第 1 章章 液压传动的发展概况和应用液压传动的发展概况和应用 1.11.1 液压传动的发展概况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,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。 1.21.2 液压传动在机械行业中的应用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、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 1.31.3 静液压传动装置的应用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。 第第 2 章章 液压传动的工作原理和组成液压传动的工作原理和组成 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压 泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控 制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动 工作机构，实现直线往复运动和回转运动。 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。 2.12.1 工作原理工作原理 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。 2.22.2 液压系统的基本组成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。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，根据控制功能的不同，液压阀可分为 村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序 阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向 阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值 控制阀和比例控制阀。 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息。 第第 3 章章 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 3.13.1 液压传动的优点液压传动的优点 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。 3.23.2 液压传动的缺点液压传动的缺点 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。 第第 4 章章 组合机床组合机床 组合机床（transfer and unit machine）组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定 形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。 4 4. .1 1 组组合合机机床床加加工工方方式式 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比 通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置， 能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生 产中得到广泛应用，并可用以组成自动 生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转， 由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗 孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工 件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴 等)的外圆和端面加工。 4 4. .2 2 组组合合机机床床的的发发展展史史 二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿 技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05 毫米 1000 毫米，表面粗糙度可低达 2.50.63 微米；镗孔精度可达 IT76 级，孔距精度 可达 O.03O.02 微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用， 逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂 都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和 维修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机 床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定 4.34.3 组合机床部件分类组合机床部件分类 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动 力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、 中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环 形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台 等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 4 4. .4 4 在在中中小小批批量量生生产产中中组组合合机机床床是是如如何何应应用用的的 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具， 组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加 工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化， 可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的 优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀 具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、 铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使 之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等 ) 的外圆和端面加工。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用， 逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造 厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用 和维修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合 机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。 动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑 台。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和 工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有 两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、 缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性； 以及纳入柔性制造系统等。 第第 5 章章 液压传动在组合机床上的应用液压传动在组合机床上的应用 组合机床一般采用具有一定功能的通用部件，根据被加工零件的形状尺寸和加工工艺，组成 各种不同配置形式的组合机床，所以产品更新时，它可以比较方便地重新改装，以适应新零 件的加工。 在组合机床的零件总数中，通用零、部件所占有的比重是较大的。一般可达 6070%，最高 者则可达 90%以上。其中动力滑台在组合机床通用部件中占有较重要的地位，组合机床中的 动力滑台按驱动方式的不同可分为机械动力滑台和液压动力滑台。 机械动力滑台的进给运动是由电机带动动力箱将动力通过丝杠传给滑台，此种滑台在机械加 工中实现微量进给时容易出现爬行现象影响加工精度。此外，机械动力滑台在应用中还表现 出如下缺点： 1、速度换接不平稳，微量进给时易出现爬行现象。 2、加工中发热量大，加工精度不稳定。 3、效率低、噪声大、大批大量生产中不易实现自动化。 用于组合机床上的液压动力滑台主要由滑台、滑座及液压缸三部分组成。是完成机床刀具进 给运动的部件。它利用液压传动系统实现滑台向前或向后的运动：由液压缸的左右运动来拖 动滑台在滑座上移动再由电气控制系统控制液压传动系统。实现滑台的工作循环。液压动 力滑台与机械动力滑台在用途上是完全一样，二者不同之处只是进给驱动方式不同。如前所 述机械动力滑台的进给运动是由丝杠螺母来实现的，而液压动力滑台的进给运动则是借助压 力油通入油缸的有杆腔和无杆腔来实现的。因此，只要配以不同用途的主轴头，即可实现钻、 扩、铰、镗、铣、刮端面、倒角及攻螺纹等加工。液压动力滑台不仅应用于卧式机床上，近 几年来在立式组合机床也得到了广泛的应用。它的使用大大改善了机械动力滑台的缺点。 液压动力滑台与机械动力滑台相比其主要优点是速度换接平稳、进给速度稳定、功率利用合 理、精度高、效率高、噪声低、发热少。液压动力滑台在机床上的应用提高了零件的加工精 度，提高了其市场竞争力。它的使用赋予了机床良好的加工性能，若与电气控制配合使用易 于实现自动化。实现证明，液压动力滑台运行平稳，工作可靠，满足了生产加工的需要，没 有出现由于液压系统的故障而影响生产的情况。对液压动力滑台研究是可行的。 第第 6 章章 立式组合机床液压系统设计方案及工况分析立式组合机床液压系统设计方案及工况分析 6.16.1 方案分析方案分析 要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进工进快退停止。往复运动中 的加速、减速时间 t=0.05s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数=0.2，动摩擦系数 s f =0.1. d f 系统的参数如下： 滑台对导轨的法向作用力为（N） 4000N 运动部件的重量（N） 97800 最大切削力（N） 18800 快进快退的速度（m/s） 0.083 工进速度（mm/s） 50 快进行程（mm） 100 工进行程（mm） 50 对设计液压系统进行分析，已知设计的是一立式组合机床的液压系统，要求液压系统完成 的工作循环是：快进工进快退停止。在设计过程中要注意液压设计的注意事项：在滑 台的速度变化较大，当滑台由工进转为快退时，以减少液压冲击，须使用背压阀等。 6.26.2 方案比较方案比较 方案一： 选用两个柱塞缸组合来实现工作循环所要求的快进、工进运动，在快进和快退时要求 速度相等，通过差动连接来实现。系统在工作过程环境恶劣，时有冲击可通过在回油路上加 背压阀来减少其对加工工件精度的影响。为了减少空间，油箱采用闭式油箱。由于其工况过 程分段情况很大，节约能源，节约成本可采用变量泵来实现不同工况对油量的不同需要。闭 式油箱，不易于散热，要附加散热器，增加了成本。 方案二： 选用单杆活塞缸来实现工作循环所要求的快进、工进运动，借鉴经典的实现快进、快 退的连接方式，差动连接来实现，而对于有大冲击，工作阻力不定对加工过程的影响，采用 使用在回油路上接背压阀和在进油路上用调速阀和行程阀的组合来实现，对运动方向的改变 可以二位二通电磁换向阀来、单向阀和调速阀来实现。液压泵选用变量泵，对于工况分段情 况很大，借鉴同类机床多数采用双泵供油来节约能源。 综合比较方案一和方案二，从经济成本、以往同类成功机床的例子和可操作性考虑后， 选用方案二。方案二的具体设计过程如下。 6.36.3 立式组合机床动力滑台设计要求及工况分析立式组合机床动力滑台设计要求及工况分析 6.3.16.3.1 设计要求设计要求 要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进工进快退停止。主要性能参数与 性能要求如下：最大切削力; 运动部件所受重力G=97800N；滑台对导轨的法向18800 e FN 作用力为=4000N,快进、快退速度 1= =5m/min=0.083m/s，工进速度 2=5010- n F 3 v 3m/min=8.3310-4m/s 快速前进行程 L1=100mm，工作进给行程L2=50mm；往复运动中的加速、 减速时间 t=0.05s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数=0.2，动摩擦系数=0.1. s f d f 6.3.2 负载与运动分析负载与运动分析 (1) 工作负载 工作负载即为钻削阻力Fe=18800N。 (2) 摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力： 静摩擦阻力 0.2 4000800 fssn Ff FN 动摩擦阻力 0.1 4000400 fddn Ff FN (3) 惯性负载 978000.083 16566 9.80.05 m Gv FN gt (4)运动时间 快进 3 1 1 1 100 10 1.2 0.083 L ts v 工进 2 2 2 50 60 0.833 Lmm ts vmm s 快退 3 12 3 3 (10050) 10 1.8 0.083 LL tss v 设液压缸的机械效率m=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 1 所列： 表表 1 1：液压缸在各工作阶段的负载和推力：液压缸在各工作阶段的负载和推力 工况负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/m/N 启 动 fs FF 800888.89 加 速 mfd FFF 1696618851.11 快 进 fd FF 400444.44 工 进 fde FFF 1920021333.33 快 退 fd FF 400444.44 根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-t（如图 1 所 示）和速度循环图-t， （如图 1 所示）： 444.44 444.44 21333.33 888.89 888.89 18851.11 图图 1.11.1 负载循环图负载循环图F F- -t t 1.21.2 速度循环图速度循环图- -t t 第第 7 章章 确定液压缸参数和拟定液压系统原理图确定液压缸参数和拟定液压系统原理图 7.17.1 液压缸参数的确定液压缸参数的确定 7.1.1 初选液压缸工作压力初选液压缸工作压力 所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表 2 和表 3，初 选液压缸的工作压力p1=4MPa。 表表 2 2：按负载选择工作压力：按负载选择工作压力 负载/ KN 50 工作压力 /MPa 0.8 1 1.522.5334455 表表 3 3：各种机械常用的系统工作压力：各种机械常用的系统工作压力 机 床机械类型 磨床组合机 床 龙门刨床拉 床 农业机械 小型工程机 械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘 机 重型机械 起重运输机 械 工作压力 /MPa 0.82352881 0 10182032 7.1.2 计算液压缸主要尺寸计算液压缸主要尺寸 鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸 （A1=2A2） ，快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象， 液压缸的回油腔应有背压，参考 4 选此背压为p2=0.8MPa，快进时液压缸虽作差动连接，但 由于油路中存在压降，有杆腔的压力必须大于无杆腔，取。快退时回油腔中MPap5 . 0 是有背压的，这时以p2=0.6MPa 计算。 表表 4 4：执行元件背压力：执行元件背压力 系统类型背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5 回油路带调速阀的系统 0.40.6 回油路设置有背压阀的系统 0.51.5 用补油泵的闭式回路 0.81.5 回油路较复杂的工程机械 1.23 回油路较短且直接回油可忽略不计 V1无杆腔进油时活塞运动速度； V2有杆腔进油时活塞运动速度。 由式得： m F ApAp 2211 22 1 6 2 1 19200 0.00593 0.8 0.9 (4) 10() 22 m F Amm p p 则活塞直径为 1 44 0.00593 0.087 A Dmm 参考表 5 及表 6，得d 0.71D =61.69mm，圆整后取标准数值得 D=90mm， d=65mm。 表表 5 5：按工作压力选取：按工作压力选取Dd 工作压力/MPa 5.0 5.07.0 7.0 d/D0.50.550.620.700.7 表表 6 6：按速比要求确定：按速比要求确定Dd 2/1 1.151.251.331.461.612 d/D0.30.40.50.550.620.71 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为： 22 242 1 0.09 64 10 44 D Amm 222242 2 ()(0.090.065 )30 10 44 ADdm 根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率， 如表 7 所列，由此绘制的液压缸工况图如图 2 所示。 表表 7 7：液压缸在各阶段的压力、流量和共率值：液压缸在各阶段的压力、流量和共率值 工 况 推力 F0/N 回油腔压力 p2/MPa 进油腔压 力 p1/MPa 输入流量 q10-4/m3/s 输入功 率 P/KW 计算公式 快 进 启动888.890.703 21 20 1 AA pAF p 加速18851.11p1+p （p=0.5MPa ） 5.986 恒速444.44p1+p （p=0.5MPa） 0.5722.8220.161 工进21333.330.83.3710.0530.018 1 220 1 A ApF p 启动888.892.003 加速18851.110.67.990 快 退 恒速444.440.61.8555.3120.985 2 120 1 A ApF p qpP 1 7.2 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图 7.2.1 选择基本回路选择基本回路 (1) 选择调速回路 由图 2 可知，这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作 负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消 失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式 循环系统。 (2) 选择油源形式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、 快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比 qmax/qmin=4.15/0.07952；其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(1.2+1.8)/60=0.05。这表明在一 个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看， 选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑 到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速 运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图 2a 所示。 (3) 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动 回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换 向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换 向阀，如图 2b 所示。 (4) 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大 （ 1/2=0.12/(0.8810-3) 136） ，为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换 接回路，如图 2c 所示。 (5) 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解 决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。 在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未 卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。 7.2.2.组成液压系统组成液压系统 将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原 理图，如图 3 所示。在图 3 中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题， 增设了单向阀 6。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑 台运动的平稳性，图中添置了一个单项阀 13。考虑到这台机床对位置定位精度要求较高，图中增 设了一个压力继电器 14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向 阀换向。 图三：系统工作原理图图三：系统工作原理图 第第 8 章章 计算和选择液压元件计算和选择液压元件 8.18.1 确定液压泵的规格和电动机功率确定液压泵的规格和电动机功率 8.1.1.计算液压泵的最大工作压力计算液压泵的最大工作压力 小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表 7 可知，液压缸在工进时工作压力最大，最 大工作压力为p1=5.337MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失 p=0.8MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差 pe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力 估算为 3.371+0.8+0.5=4.671MPa pppP 11 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表 7 可见，快退时液压缸的最大工作压力为 p1=1.855MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小， 现取进油路上的总压力损失p=0.4MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为 1.855+0.4=2.26MPa pppP 12 8.1.2 计算液压泵的流量计算液压泵的流量 由表 7 可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.531210-3 m3/s ，取回路泄漏系数 1 q K=1.1，则两个泵的总流量为 3333 1 1.1 0.5312 100.584 10 p qKqmsms 考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L/min，工进时的流量为 0.05310-4 m3/s =0.318L/min， 则小流量泵的流量最少应为 3.318L/min,取为 3.5L/min。 6.1.3 确定液压泵的规格和电动机功率 根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取 PV2R12-6/33 型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为 6mL/r 和 33mL/r，当液压泵 的转速np=940r/min 时，其理论流量分别为 5.6 L/min 和 31L/min，若取液压泵容积效率 v=0.9，则液压泵的实际输出流量为： min33 min 1000 9409 . 0)336( 21 L L qqq ppp 由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率p=0.8，这时液压泵的驱动电 动机功率为 63 3 2.26 1033 10 1.55 60 0.8 10 PP p p q PKWKW 根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的 Y100L6 型电动机，其额定 率为 1.6KW，额定转速为 940r/min。 8.28.2 确定其他元件及插件确定其他元件及插件 8.2.1 确定阀类元件辅件确定阀类元件辅件 根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的 阀类元件和辅件规格如表 8 所列。其中，溢流阀 9 按小流量泵的额定流量选取，调速阀 4 选 用 Q6B 型，其最小稳定流量为 0.03 L/min，小于本系统工进时的流量 0.474L/min。 表表 8 8：液压元件规格及型号：液压元件规格及型号 规格 序号元件名称 通过的最大流 量q/L/min 型号 额定流 量 qn/L/mi n 额定压 力 Pn/MPa 额定压降Pn/MPa 1 双联叶片 泵 PV2R12-6/33 5.1/27. 9* 16 2 三位五通 电液换向 阀 7035DY100BY1006.30.3 3 行程阀 62.322C100BH1006.30.3 4 调速阀 1Q6B66.3 5 单向阀 70I100B1006.30.2 6 单向阀 29.3I100B1006.30.2 7 液控顺序 阀 28.1XY63B636.30.3 8 背压阀 1B10B106.3 9 溢流阀 5.1Y10B106.3 10 单向阀 27.9I100B1006.30.2 11 滤油器 36.6XU80200806.30.02 12 压力表开 关 K6B 13 单向阀 70I100B1006.30.2 14 压力继电 器 PFB8L14 8.2.2 确定油管确定油管 在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以 及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表 9 所列。 表表 9 9：各工况实际运动速度、时间和流量：各工况实际运动速度、时间和流量 参数快进工进快退 输入流量 1 1 12 64 33 min 6430 62.12min p Aq qL AA L 112 0.32minqAL 排除流量 21 2 1 34 62.12 min 64 33min A q qL A L 12 2 1 0.32 34 64 0.17min q A q A L 1 21 2 64 33 30 70.4min A qq A L 运动速度 3 1 4 12 33 10 60 (6430) 10 0.16 p q m s AA m s 3 1 2 4 1 4 0.32 10 60 64 10 8.333 10 q v A m s 3 1 3 4 2 33 10 60 45 10 0.122 q v A m s 表表 1010：允许流速推荐值：允许流速推荐值 管道推荐流速/(m/s) 吸油管道0. 51.5，一般取 1 以下 压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值 回油管道1. 53 根据表 9 数值，按表 10 推荐的管道内允许速度取，由式计算与液sm4 q d2 压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为： 3 3 3 3 62.12 10 221018.2 4 60 33 10 221013.2 4 60 q dmmmm v q dmmmm v 为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径 15mm、外径 20mm 的无缝钢管。 第第 9 章章 验算液压系统性能验算液压系统性能 9.19.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先按教 材（346）估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局 部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验 算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。 9.1.19.1.1 快进快进 滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀 10、电 液换向阀 2，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀 3 进入无杆腔。在进油路上，压力 损失分别为： 222 333362.12 0.30.20.30.170 100100100 v pMPaMPa 此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。 回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 2 和单向阀 6 的流量都是 29.7L/min 然后与液压泵的供油合并，经行程阀 3 流入无杆腔。由此算出快进时有杆腔压力与无杆 2 p 浅压力之差： 1 p 222 333362.12 0.30.20.30.170 100100100 v pMPaMPa 此值小于原估计值 0.5MPa，所以是安全的。 9.1.2.工进工进 工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀 2、调速阀 4 进入液压缸无杆腔，在调 速阀 4 处的压力损失为 0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀 2、背压阀 8 和大流量泵 的卸荷油液一起经液控顺序阀 7 返回油箱，在背压阀 8 处的压力损失为 0.6MPa。若忽略管 路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为： 22 2 0.17330.17 0