组合机床液压系统的工况分析

1、第一章 组合机床液压系统的工况分析1.1 负载分析系统的负载包括切削负载、惯性负载及摩擦阻力负载。由设计书给出,轴向切削力为 24000N; 滑台移动部件总质量为 510KG; 加,减 速时间为 0.2S ;采用平导轨,静摩擦系数为 0.2,动摩擦系数为 0.1。由机械切削加工方面的知识可知,用高速钢钻头(单个钻铸铁孔时 轴向切削力 Ft(单位为 N 为:式中:D 钻头直径,单位为 mm ;s每转进给量,单位为 mm/r ; HBS 铸件硬度。根据组合机床加工特点,钻孔时主轴转速 n 和每转进给量 s 按“组合机 床设计手册”取:对 13.9mm 的孔:1n =360 r/min , 1s =

2、0.147 mm/r ; 对 8.5mm 的孔:2n =550 r/min , 2s =0.096 mm/r ; 所以,系统总的切削负载 Fq 为:512066. 667600. 15m v F N t = 阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为:1209.81176n F mg N =0. 21176235.0. 11176117. f d d n F f F N = 由此得出液压缸在各工作阶段的负载,液压缸在各工作阶段的负载 L F : 按表数值绘制的动力滑台负载图 : 组合机床液压缸负载图1.2 液压系统主要参数的确定根据表 2、表 3可知,当组合机床在最大负载约为 24000N

3、时,取液压系 统工作压力 14p MPa =。 表 3按主机类型选择系统工作压力 鉴于要求动力滑台快进、快退速度相等,液压缸可选用双作用单活塞杆 式, 并在快进时作差动连接。 在此情况下, 通常液压缸无杆腔的工作面积 1A 为 有杆腔工作面积 2A 的两倍,即速比 12/2A A =。在钻孔加工时,液压缸回油路上必须具有背压 2p ,以防止孔钻通时滑台 突然前冲。 在液压缸结构参数尚未确定之前, 一般按经验数据估计一个数值。 系统背压的一般经验数据为:回油路有调速阀或背压阀的系统取 0.5MPa 1.5 MPa ,现取液压缸回油背压推荐值取 2p =0.6MPa 。快进时, 液压缸作差动连接,

4、 管路中有压力损失, 有杆腔的压力应略大于 无杆腔, 但其差值较小, 可先按 0.3MPa 考虑。 快退时回油腔中也应具有背压, 这时 2p 也可按 0.6MPa 估算。用工进时的负载值计算液压缸面积(取液压缸的机械效率 m =0.96 :32261223485.1213.30610(0.96(420.6 10Lm F A m p p -=- 3212226.61210A A A m -= 0.0918D m = 将直径按 GB/T 2348-1993(2001圆整得:0.10D m = ; 0.08d m =由此求得液压缸两腔的实际有效面积为:2321/47.8510A D m -=根据上述

5、液压缸两腔的实际有效面积值,可估算出液压缸在各个工作阶 段中的压力、流量和功率,如表 4所示,并据此绘出工况图 4(a所示:表 4液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值 工况图图 4(a组合机床液压系统工况图第二章 设计液压回路本液压系统要求实现快进行程 200MM , 工作行程为 100MM, 快进与快进退 速度相等,均为 3.5M /min,共进速度为为 30随时间 40MM/min。工作时要 求平稳,且可以随时停止运动。根据设计要求:应有工作行程,所以设计时为液压系统为半自动工作循环 。 2.1液压工作图 2.2 液压个元件: 液 压 泵单 向 阀 P液 动 换 向 阀P 3YA4YA

6、 电磁换向阀背压阀 顺序阀P行程阀调速阀压力继电器2.3 顺序图此液压图可以实现“快进工进停留快退停止”的半自动工作循环。 : 2.4 电磁阀和行程阀工作顺序图:1YA 2YA 3YA 4YA+ - + - + - + - + - 快进 启动按钮工进 行程阀止位丁停留 压力继电器 :止位丁快退 时间继电器原位停止 挡块压终点开关暂停 换向阀2.5 电器回路图 .SB1为开始开关 SB2为暂停开关 SB3暂停恢复 第三章 动力滑台液压系统工作原理3.1 快进快进时压力低,顺序阀 6关闭,变量泵 1输出最大流量。按下启动按钮,电磁铁 1YA 通电,电磁换向阀 4左位接入系统,液动换向阀 3在压力油

7、作用下也将左位接入系统工作,其油路为:控制油路进油路:泵 1阀 4 (左 I1阀 3左端使阀 3换为左位回油路:阀 3右端 L2阀 4 (左 油箱换向时间由 L2调整主油路进油路:泵 1单向阀 2阀 3 (左 行程阀 11缸左腔差动快进 回油路:缸右腔阀 3 (左 单向阀 7油箱差动快进这时液压缸两杠连通,滑台差动快进。节流阀 L2可用以调节液动换向阀阀 芯移动速度,也调节主换向阀的换向时间,以减小换向冲击。3.2 工进进给当滑台快进终了时 , 滑台下的挡块压下行程阀 11, 切断了快速运动的进油路 . 其控油了未变 , 而主油路中 , 压力油只能通过调速阀 8进入液压缸左腔 . 由于 油液流

8、经调速阀而使系统压力升高 , 液压顺序阀 6开启 , 单向阀 7关闭 , 液压缸 右腔的油液经阀 6和背压阀 5流回油箱 . 同时 , 泵的流量也自动减小 . 滑台实现 由调速阀的工进进给 , 其主油路为 :进油路:泵 1阀 2阀 3 (左 调速阀 8缸左腔回油路:缸右腔阀 3 (左 阀 6背压阀 5油箱3.3 止位钉停留滑台完成第二次工作进给后,液压缸碰到滑台座前端的止位钉 (可调节滑 台行程的螺钉 后停止运动。 这时液压缸左腔压力升高, 当压力升高到压力继 电器 12的开启压力时, 压力继电器动作, 向时间继电器发出电信号, 由时问 继电器延时控制滑台停留时间。这时的油路同第二次工作进给的

9、油路,但实 际上,系统内油液已停止流动,液压泵的流量已减至很小,仅用于补充泄漏 油。设置止位钉可提高滑台工作进给终点的位置精度及实现压力控制。 3.4 快退滑台停留时间结束时,时间继电器发出信号,使电磁铁 2YA 通电, lYA 、 3YA 断电。 这时电磁换向阀 4右位接人系统, 液动换向阀 3也换为右位工作, 主油路换向。因滑台返回时为空载,系统压力低,变量泵的流量又自动恢复 到最大值,故滑台快速退回,其油路为控制油路进油路:泵 1阀 4(右 工 2阀 3右端使阀 3换为右位回油路:阀 3左端 L1阀 4(右 一油箱 (换向时间由 L1调节 主油路进油路泵 1阀 2(右 阀 2(右 缸右腔

10、快退回油路:缸左腔阀 13阀 3(右 油箱快退当滑台退至第一次工进起点位置时, 行程阀 11复位。 由于液压缸无杆腔 有效面积为有杆腔有效面积的二倍,故快退速度与快进速度基本相等。 3.5 原位停止当滑台快速退回到其原始位置时,挡块压下原位行程开关,使电磁铁 2YA断电,电磁换向阀 4恢复中位,液动换向阀 3也恢复中位,液压缸两腔油路 被封闭, 滑台被锁紧在起始位置上。 这时液压泵则经单向阀 2及阀 3的中位卸荷, 其油路为控制油路回油路:阀 3(左 L1阀 4(中 油箱阀 3(右 L1阀 4(中 油箱主油路进油路:泵 1阀 2阀 3(中 油箱回油路:液压缸左腔阀 13 (液压缸停止并被锁住

11、液压缸右腔阀 13 (液压缸停止并被锁住 单向阀 2的作用是使滑台在原位停止时,控制油路仍保持一定的控制压 力(低压 ,以便能迅速启动。3.6暂停电磁阀 14转换第四章 选择液压元件4.1 液压泵在整个工作循环中液压缸的最大工作压力为 3.687MPa 。 假设进油路上的 压力损失为 0.8 MPa,为使压力继电器能可靠地工作,取其调整压力高出系 统最大工作压力 0.5MPa ,则液压泵的最大工作压力应为:由图 4(a工况图可知, 液压泵应向液压缸提供的最大流量为 25.14L/min, 因该系统较简单,取泄漏系数 1.05L K =,则两个液压泵的实际流量应为:工进时输入液压缸的流量为 0.

12、392L/min, 则由泵单独供油时, 其流量规格最 少应为 3.392L/min。根据以上压力和流量的数值查阅产品样本,最后确定选取最后确定选取 PV2R12-6/26型双联叶片液压泵,其小泵和大泵的排量分别为 6mL/r和 26mL/r。 当液压泵的转速 940/min p n r =时该液压泵的理论流量为 30.08 L/min, 若取液压泵的容积效率 0.9v =,则液压泵的实际输出流量为:即所选液压泵的实际流量满足设计要求。且 由 于 液 压 缸 在 快 退 时 输 入 功 率 最 大 , 这 时 液 压 泵 工 作 压 力 为 0.934MPa 、流量为 27.1L/min。取液压

13、泵的总效率 0.75p =,则液压泵驱动电 动机所需的功率为:p ppp q P kW =根据此数值查阅电动机产品样本选取 Y100L -6型电动机,其额定功率 1.5n P kW =,额定转速 940/min n n r =。4.2 阀类元件及辅助元件根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际 流量,可选出这些液压元件的型号及规格,如表 10所列:表 10 液压元件和液压辅助元件的型号及规格 4.3 油管各元件间连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定, 液压缸进、 出油管则按输入、 排出的最大流量计算。由于液压泵选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原定数值不同,

14、所以要 重新计算,如表 11所列: 由表 11可以看出,液压缸在各个工作阶段的实际运动速度符合设计要求。 根据表 11中的数值,取推荐流速 3/v m s=,计算得与液压缸无杆腔及有杆 腔相连的油管内径分别为:2217.31wd mm= 2213.85yd mm=液压缸进、出两根油管都选用内径 15mm 、外径 18.2mm 的 15号冷拔无 缝钢管。4.4 油箱取经验数据 7=,则油箱估算容积为:VV q L=按 GB 28761981规定,取最靠近的标准值 250V L=。4.5 密封件的选择液压系统中密封件的作用是防止工作介质的内外泄漏,以及防止灰尘, 金属屑等异物侵入液压系统。能实现上

15、述作用的装置称为密封装置,其中起 密封作用的关键元件密封元件,简称密封件。系统的内外泄漏均会使液压系 统容积效率下降, 或达不到要求的工作压力, 甚至使液压系统不能正常工作。 外泄漏还会造成工作介质的浪费,污染环境。异物的侵入会加剧液压元件的 磨损,或使液压元件堵塞,卡死甚至损坏,造成系统失灵。一般的液压系统 对密封件的主要要求是:(1 在 一定的压力,温度范围内具有良好的密封性能;(2 有 相对运动时, 因密封件引起的摩擦应尽量小, 摩擦系数应尽量稳 定;(3 耐 腐蚀、耐摩性能好,不易老化,工作寿命长,磨损后能在一定程 度上自动补偿;(4 结 构简单,装拆方便,成本低廉。第五章 验算液压系

16、统性能5.1 验算系统压力损失 :由于系统的管路布置尚未确定,整个系统的压力损失无法全面估算,故只 能先估算阀类元件的压力损失,对压力损失的验算按一个工作循环中不同阶 段分别进行。滑台快进时,液压缸差动连接,由表 10和表 11可知,进油路上油液通 过单向阀 2的流量是 22L/min、 通过电液换向阀 4的流量是 27.1 L/min, 然后 与液压缸有杆腔的回油汇合,以流量 42.34 L/min通过行程阀 11并进入无杆 腔。因此进油路上的总压降为:22215.242 L/min , 然后与液压泵的供油合并, 经行程阀 11流入无杆腔。 由此可 算出快进时有杆腔压力 2p 与无杆腔压力

17、1p 之差:222工进时, 油液在进油路上通过电液换向阀 4的流量为 0.392L/min , 在调 速阀 8处的压力损失为 0.5MPa ;油液在回路上通过换向阀 4的流量是 0.14 L/min ,在背压阀 5处的压力损失为 0.6MPa ,通过顺序阀 6的流量为 (0.14+22 L/min =22.14 L/min ,折算到进油路上因阀类元件造成的总压 力损失为: 液压缸回油腔的压力 2p 为:22重新计算工进时液压缸进油腔压力 1p ,即:6422am Fp A p MPa A -+= 考虑到压力继电器可靠动作需要压差 0.5e p MPa =, 故工进时溢流阀 9的调压 值 y p

18、 应为:2快退时,油液在进油路上通过单向阀 2的流量为 22L/min 、通过换向阀 4的流量为 27.1 L/min ;油液在回油路上通过单向阀 7、换向阀 4和单向阀 13的流量都是 75.28 L/min 。因此进油路上总压降为:22222因此大流量液压泵卸荷时顺序阀 7的调定压力应大于 0.6174MPa 。5.2 验算油液温升工进在整个工作循环过程中所占的时间比例达 95 , 所以系统发热和油 液温升应按工进时的工况来计算。工进时液压缸的有效功率为:e P Fv kW = 这时大流量液压泵经顺序阀 7卸荷, 小流量泵在高压下供油 。 大流量液 压泵通过顺序阀 7的流量为 222/mi

19、n q L =,故此阀在工进时的压力损失为:22p q pq P kW -+=液压系统的发热功率为: 2min 10100.074V m -= 油箱总容积:第六章 动力滑台液压系统的特点动力滑台的液压系统是能完成较复杂工作循环的典型的单缸中压系统, 其有如下特点。(1采用容积节流调速回路该系统采用了 “双联叶片液压泵 +调速阀 +背压 阀”式容积节流调速回路。用变量泵供油可使空载时获得快速 (泵的流量最 大 ,工进时,负载增加,泵的流量会自动减小,且无溢流损失,因而功率的 利用合理。用调速阀凋速可保证工作进给时获得稳定的低速,有较好的速度 刚性。调速阀设在进油路上,便于利用压力继电器发信号实现

20、动作顺序的自 动控制。回油路上加背压阀能防止负载突然减小时产生前冲现象,并能使工 进速度平稳。(2采用电液动换向阀的换向回路采用反应灵敏的小规格电磁换向阀作 为先导阀控制能通过大流量的液动换向阀实现主油路的换向,发挥了电液联 合控制的优点。而且由于液动换向阀芯移动的速度可由节流阀 L1、 L2调节, 因此能使流量较大、速度较快的主油路换向平稳,无冲击。(3采用液压缸差动连接的快速回路主换向阀采用了三位五通阀, 因此换 向阀左位工作时能使缸右腔的回油又返回缸的左腔,从而使液压缸两腔同时 通压力油,实现差动快进。这种回路简便可靠。(4采用行程控制的速度转换回路系统采用行程阀和液控顺序阀配合动 作实现快进与工作进给速度的转换,使速度转换平稳、可靠、且位置准确。 采用两个串联的调速阀及用行程开关控制的电磁换向阀实现两种工进速度的 转换。由于进给速度较低,故亦能保证换接精度和平稳性的要求。(5采用压力继电器控制动作顺序 滑台工进结束时液压缸碰到止位钉 时,缸内工作压力升高,因而采用压力继电器发信号,使滑台反向退回方便 可靠。止位钉的采用还能提高滑台工进结束时的位置精度及进行刮端面、锪 孔、镗台阶孔等工序的加工。第七章 设计总结完成情况:经过 2个月紧张有序的工作,以完成组合机床动力滑台液压 系统的设计。所得收获:这次毕业