卧式钻床液压系统设计

1、卧式钻床液压系统设计 摘要 液压系统是以电机提供动力基础， 使用液压泵将机械能转化为压力， 推动液 压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向， 从而推动液压缸做出不同行程、 不 同方向的动作。 完成各种设备不同的动作需要。 液压系统已经在各个工业部门及 农林牧渔等许多部门得到越来越广泛的应用， 而且越先进的设备， 其应用液压系 统的部分就越多。 本文根据实际情况进行负载分析， 设计一套全自动专用钻床的 液压回路，对所需液压元件及电动机等进行分析、计算、选择和校验，详细阐述 了怎样进行液压系统的设计。 关键词： 卧式钻床；液压系统；液压元件；设计 1 引言 在机械制造中，对单件或小批量生产的工件，

2、许多工厂采用通用机床加工。 由于通用机床要适应被加工零件形状和尺寸的要求，故机床结构一般比较复杂。 不仅如此，在实际加工中，由于只能单人单机操作，一道一道工序地完成，所以 工人的劳动强度大、生产率低，工件的加工质量也不稳定。针对以上的问题，组 合机床便出现并逐步发展起来。 组合机床是根据加工需要， 以大量通用部件为基 础，配以少量专用部件组成一种高效组合机床。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法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。 加工时， 工件一般不旋转， 有 刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现各种加工。组

3、合机床的设 计，目前基本上有两种方式：第一，是根据具体加工对象的特征进行专门设计， 这是当前最普遍也是最实用的做法。 第二，随着组合机床在我国机械行业的广泛 使用，广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验， 发现组合机床不 仅在其组成部件方面有共性， 可设计成通用部件， 而且一些行业在完成一定工艺 范围内的组合机床是极其相似的， 有可能设计成通用部件， 这种机床称为 “专用 组合机床”。这种组合机床不需要每次按具体对象进行专门设计和生产，而是设 计成通用品种， 组织成批量生产， 然后按被加工零件的具体需要， 配以简单的夹 具和刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。 为了使组合机床能在

4、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。 近二 十年来，许多工业部门和技术领域对高响应、 高精度、 高功率重量比和大功率 的液压控制系统的需要不断扩大， 促使液压控制技术迅速发展。 特别是反馈控制 技术在液压系统只中的应用， 电子技术与液压技术的结合， 使这门技术不论在元 件和系统方面、 理论与应用方而都日趋完善和成熟， 并形成为一门学科， 成为液 压技术的重要发展方向之一。目前液压控制技术已经企业和部门得到广泛应用， 诸如冶金、机械等工业部门，飞机、船舶交通部门，航空航天技术，海洋技术近 代科学试验等。 我国于

5、五十年代开始液压伺服元件和系统的研究工作， 现在已 生产几种系列电液伺服阀产品， 液压控制系统也在越来越多的部门得到了成功的 应用。随着国民经济的发展， 液压控制技术会在我国机械制造行业的发展中起到 更关键的作用 2 运动参数分析 工作台液压缸负载力（ KN ）： FL2.0 夹紧液压缸负载力（ KN ）：Fc 4.8 工作台液压缸移动件重力（ KN ）：G3.5 夹紧液压缸负移动件重力（ N ）： Gc 45 工作台快进、快退速度（ m/min）：V1=V3 6.5 夹紧液压缸行程（ mm）：Lc 10 工作台工进速度（ mm/min ）： V248 夹紧液压缸运动时间（ S）：tc 1 工

6、作台液压缸快进行程（ mm）： L1 450 导轨面静摩擦系数： s=0.2 工作台液压缸工进行程（ mm）： L2 80 导轨面动摩擦系数： d=0.1 工作台启动时间（ S）： t=0.5 根据主机要求画出动作循环图， 然后根据动作循环图和速度要求画出速度 与路程的工况图，如图 2.1 所示。 夹紧 快进 工进 快退 松开 图 2.1 速度与路程的工况图 2.1 负载与运动分析 2.1.1工作负载 (1)夹紧缸 工作负载： F1 Fc GC S =4800 45*0.2 4809N F2 =FCGC d 4800 45*0.1 4804.5N 夹紧缸最大夹紧力 Fmax Fmax F1 /

7、0.9 5343N 夹紧缸最小夹紧力 Fmin Fmin F2 /0.9 5338N 由于夹紧缸的工作对于系统的整体操作的影响不是很高， 所以在系统的设计计算中把夹紧缸的工作过程简化为全程的匀速直线运动， 所以不考虑夹紧缸的惯性负 载等一些其他的因素。 (2)工作台液压缸 工作负载极为切削阻力 FL 2.0KN 。 2.1.2摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力： (1) 静摩擦阻力 Ff s s* G0. 2 3 500 70 0N (2) 动摩擦阻力 Ffd d *G 0.1 3500 350N 2.1.3惯性负载 Fi= g G v Gv1-0 3500 6.5 60 t =77.38N

8、 t9.8 0.5 2.1.4负载图与速度图的绘制 快进 t3= L1 L2 V3 450 80=4.89s 6500 60 工进 t2 L2 80 =100s v2 48 60 快退 t3=L1 L2 = 450 80=4.89s 3V36500 60 因为液压缸的受力还有密封阻力，所以假设液压缸机械效率 cm=0.9， 得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 2.1 所示。 表 2.1 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 液压缸推力 5 F/N F0 F/ （cm/ N） 启动 F Ffs 700 777.8 加速 F Ffd Fi 427.38 474.87 快

9、进 F Ffd 350 388.9 工进 F Ffd FL 2350 2611.1 反向启 动 F Ffs 700 777.8 加速 F Ffd Fi 427.38 474.87 快退 F Ffd 350 388.9 表 2.2 液压缸负载与工作压力之间的关系 负载 / KN 50 工作压力 qgjb 故所选泵符合系统要求。 3）验算快进、快退的实际速度： 16 Vkj qmax /A3 10 10 3 /1590 10 6 6.3 m/ min Vkt =qmax /A2 10 10 3 /1526 10 6 6.6 m/ min 5.2 选择阀类元件 各类阀可按通过该阀的最大流量和实际工作

10、压力选取， 阀的调整压力值， 必 须在确定了管路的压力损失和阀的压力损失后才能确定。 5.3 确定油管尺寸 (1) 油管内径的确定： 可按下式计算： d2 泵的最大流量为 10L/min, 但在系统快进时，部分油管流量可达 20L/min 。按 20L/min 计算，取 V 为 4m/s, 则 1/2 (2) d 4 0.020 / 3.14 4 60 10 mm (3) 按标准选取油管： 可按标准选取内径 d=10mm，壁厚为 1mm的紫铜管，安装方便处可选用内径 d=10mm， 外径 D=16mm的无缝钢管。 5.4 确定油箱容量 本设计为中压系统，油箱有效容量可按泵每分钟内公称流量的 5

11、-7 倍来确定 V 5 qb 5 10 50 L 5.5 工进时所需的功率 17 根据 p1A1 F A2p2 ，工进时油路的流量仅为 0.15L/min ，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。 这时进油路上只考虑 调速阀的损失 0.6MPa，回油路上只有被压阀损失，还有夹紧缸的压力 2MPa，小 流量泵的调整压力 p=p1+2+0.6+0.8=4.3MPa 工进时泵 1 的调整压力为 4.3MPa流量为 4L/min. 泵 2 卸荷时，其卸荷压力可视 为零取其效率 =0.75 所以工进时所需电机功率为 p pb1qb1 0.18KW Pb1 液压泵的最大公

12、最压力（ Pa） qb1 液压泵的输出流量（） 5.6 快进快退时所需的功率 p pbqb 0.3KW 表 5.1 液压元件规格表 序号 名称 通过流量 （ L/min ） 型号及规格 1.2 双联叶片泵 10 YB-4/6 3 三位五通电磁 阀 9.9 34EF3Y-E10B 4 减压阀 1.87 Y-10B 18 5. 安全阀 3.375 YF3-10B 6 背压阀 1 B-10B 7 顺序阀 11.57 AXF3-10B 8.9.10.12.15 单向阀 11.57 YAF3-Ea10B 11 行程阀 - k-6B 13 调速阀 1 QF3-E6aB 14 二位五通电磁 换向阀 1.87

13、 23D-10B 16.17 压力继电器 - PF-D8L 6 确定电机功率 由于快速运动所需电机功率大于工作进给所需电机功率， 故可按快速所需的 功率来选取电机，现按标准选取电机功率为 1.1KW。具体型号可参考相关手册。 7 液压系统的性能验算 7.1 油液温升验算 工作在整个工作循环过程中所占的时间比例达 92%，所以系统发热和油液升温可 按工进时的工况来计算。 工进时液压缸的有效功率为 P=p q =Fv =2611.1 0.048 60=2.1W 19 这时大流量液压泵经过溢流阀卸荷， 小流量泵在高压下供油， 所以两个泵的总输 出功率为 P1= (4.3 0.00 317)/(0.7

14、5 60)=302.9 W 由此求得液压系统的发热量为 Hi P1 Pe302.9 2.1 W 300.8W , 当油箱的高、宽、长比例在 1：1：1到 1：2：3范围内，且油面高度为油箱高度 的 80时，油箱散热面积近似为： A 6.663 V 2 式中 V 为油箱有效容积（ m3 ）；A为散热面积 m2 。取油箱有效容积 V 0.25m3 ， 散热系数 K 15W / m2 C ，按 T KHAi 计算，所以油液的温升为： 7.6 C T Hi300.8 KA 15 6.663 0.252 查得液压与气压传动 章宏甲主编 P338 表 8-19 可知，此温升值没有超过允许 范围3 ，所以该液压系统不必设置冷却器。 7.2 验算系统压力损失 由于系统的具体管道布置尚未具体确定 , 整个系统的压力损失无法全面估 算