卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统设计

目录1.工况分析与负载计算 31.1工况分析 31.1.1机床工作参数 31.1.2工作循环 31.2负载计算 31.2.1工作负载FL 31.2.2摩擦阻力负载Ff 31.2.3惯性负载 42.液压缸主要参数确定 52.1计算液压缸的尺寸 52.2各工况压力 62.3各工况流量 63.系统原理图的拟定 73.1液压系统回路分析 73.2液压控制原理图 73.3系统功能说明 83.3.1电磁阀动作顺序表 83.3.2回路动作说明 84.液压元件的计算与选择 94.1液压泵的计算选择 94.1.1液压泵的种类选择 94.1.2液压泵的相关计算 94.2液压元件的选择 104.3辅助元件的选择 115.液压缸设计 125.1液压缸结构的拟定 125.1.1密封方式及密封件的选择 125.1.2固定方式 145.2液压缸结构的计算 165.3液压缸结构图 165.3.1部分零件图 165.3.2装配图 176.液压系统主要性能验算 176.1系统压力损失验算 176.2系统发热及温升验算 187.环境与可持续发展 197.1液压油选型设计 197.2废油处理方法建议 197.3节能与环保设计 207.3.1油料管理制度的建立 207.3.2液压油贮存条件的控制 208.设计过程及设计理念的归纳总结 20参考文献 21工况分析与负载计算全套图纸加V信153893706或扣33463894111.1工况分析1.1.1机床工作参数机床的主要工作参数如表1-1所示运动部件总重力G=34000N快进、快退速度v1=v切削力FW工进速度v2快进行程l1静摩擦系数fs工进行程l2动摩擦系数fd表1.1机床工作参数液压缸机械效率ηm1.1.2工作循环快退机床要求的工作循环是：快速接近工件，然后以工作速度钻孔，加工完毕后快速退回原始位置，最后自自动停止；动力滑台采用平导轨，往复运动的加速、减速时间为0.2s。如图1-1所示快退工进快进工进快进图1-1工作循环图1.2负载计算1.2.1工作负载FL工作负载与设备的工作情况有关。在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载。F1.2.2摩擦阻力负载Ff摩擦阻力负载是指运动部件与支承面间的摩擦力，分为静摩擦阻力负载和动摩擦阻力负载。静摩擦阻力负载：F动摩擦阻力负载：F1.2.3惯性负载加速时的惯性负载：F减速时的惯性负载：F制动时的惯性负载：F反向加速时的惯性负载：F反向制动时的惯性负载：F综上得液压缸各阶段负载如表1-2所示(液压缸机械效率为0.9)工况总负载计算公式总负载F/N缸推力F/N起动F=68007555.556加速F=4845.5785383.976快进F=34003777.778减速F=2041.1562267.951工进F=7640084888.889制动F=3313.2653681.406反向加速F=4845.5785393.976快退F=34003777.778反向制动F=1954.4222171.580表1-2各阶段负载液压缸的负载循环图、速度循环图如图1-2所示图1-2负载、速度循环图2.液压缸主要参数确定2.1计算液压缸的尺寸A=D=按国标取D=160mm。根据快进与快退速度比值d可得杆径d:d=按国标取d=110mm。2.2各工况压力杆面积：A无杆腔面积：A有杆腔面积：A(1)快进：液压缸差动连接，故进油口与出油口压力相同。pp(2)工进：F=p(3)快退：F=p2.3各工况流量（1）快进：q（2）工进：q（3）快退：q综上计算，绘制工况表如表2-1所示：工况压力p/MPa流量q/(L/min)功率P/kW快进0.39847.4170.315工进4.3806.0320.440快退0.34653.0140.306表2-13.系统原理图的拟定要求卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统采用电液结合控制，实现自动循环。3.1液压系统回路分析（1）换向阀卸荷回路：M型中位机能的三位换向阀处于中位时，液压泵即卸荷。在液压泵驱动电动机不频繁启闭的情况下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长液压泵和电动机的使用寿命。回路中设置单向阀，以使系统保持0.3Mpa左右的压力，供操纵控制油路之用。（2）调速回路：由工况图可知，该系统在工进时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度较低，工作负载变化小，无需很大的速度刚度，所以采用单向节流阀的进油节流调速回路。（3）速度换接回路：由于快进和工进之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用二位二通电磁换向阀来实现速度的换接。（4）行程控制的顺序动作回路：在液压缸行程处放置两个行程开关，控制工进与快退过程，实现自动循环，往复运动。3.2液压控制原理图本系统的换向采用三位四通M型中位机能的电磁换向阀。下图所示为拟定的液压系统原理图。图3-11-油箱2-滤油器3-叶片泵4-溢流阀5-三位四通电磁换向阀6-二位二通电磁换向阀7-二位二通电磁换向阀8-单向调速阀9-二位二通电磁换向阀10-单向阀11-液压缸3.3系统功能说明3.3.1电磁阀动作顺序表动作快进工进快退1YA++-2YA--+3YA-+-4YA-++5YA-++表3-13.3.2回路动作说明（1）快进1YA通电，此时4-三位四通电磁换向阀左位接通，油液经9-单向阀——>4-三位四通电磁换向阀左位——>8-二位二通电磁换向阀的左位——>10-液压缸进油口；回油路经5-二位二通电磁换向阀下位——>8左位——>10进油口，完成差动连接，实现快进。（2）工进1YA、3YA、4YA与5YA通电，2YA不通电，此时4左位工作。进油油路为：油液经4的左位——>7-单向调速阀=>10无杆腔。回油油路：10有杆腔——>6右位=>4左位——>油箱，实现可调速的工进。（3）快退2YA、4YA与5YA通电，1YA与3YA均不通电，此时4的右位接通，进油油路为：油液经4的右位=>6的右位=>10有杆腔.回油油路：10无杆腔=>7中单向阀=>4右位=>回油油箱，通过作用于小面积有杆腔，实现液压缸活塞杆的快退。4.液压元件的计算与选择4.1液压泵的计算选择4.1.1液压泵的种类选择齿轮泵的优点结构简单，维护方便，使用寿命长，相对于其余两种泵抗污染能力强；叶片泵的优点结构紧凑，运动平稳，流量均匀，噪音小；柱塞泵的优点精度高，密封性能好，工作压力高。齿轮泵一般应用于工作条件较恶劣的工程机械、矿山机械、起重运输机械、建筑机械、石油机械、农业机械以及其它压力加工设备中。叶片泵一本应用于机床设备比较广泛。柱塞泵主要运用于高压力的机械及液压传动系统中。综合考虑，选择叶片泵。4.1.2液压泵的相关计算（1）计算液压泵的最大工作压力pa液压泵的最大工作压力ppp式中：p1Δp——系统进油路上的压力总损失，取Δp=0.3Mpa故pp≥4.38+0.3=4.68MPa,故取系统最大压力为（2）计算液压泵的最大流量液压泵的最大供油量按工况循环图中的最大流量以及回路中的泄漏量共同确定。故有q≥Kqm。K为系统泄漏系数，这里取1.3，经计算（3）选择液压泵的规格为了使液压泵的工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备，通常泵的额定压力可比pm高25%~60%。泵的额定流量则与q相当即可。根据之前计算，选择PV2R2-534.2液压元件的选择（1）单向阀：需要单向阀1个，根据压力损失-流量曲线，选择S15K32.0B/V型单向阀，其最大压力至31.5Mpa,流量至450L/min,完全满足工作需求，开启压力为0.3MPa图4-1压力损失-流量曲线（2）溢流阀：需要溢流阀一个，根据最大流量68.918L/min及工作压力-流量图选用通经为15的DBD-SGK15B直动型溢流阀。（3）单向调速阀：选用通径15的MK15G1.2B/2型单向节流阀调速。（4）二位二通电磁换向阀：需要二位二通电磁换向阀3个，选用5-3WE10A31B型电磁球阀。（5）三位四通电磁换向阀：根据压力损失-流量曲线，选用5-3WE10G31B电磁换向阀。图4-2压力损失曲线4.3辅助元件的选择（1）滤油器需要滤油器一个，选用SU4-1000X67F。（2）油箱油箱的容量通常为液压泵每分钟排出体积最大值的3～5倍。根据液压泵站油箱公称容量系列（JB/T7938-1999）取油箱容量为300L。（3）油管关于管内的理论最大流量q为53.014L/min。管内允许油液流速取0.8m/s。根据管内径公式得：d=根据GB/T2351-2005选取硬管外径为40mm4.4元件列表序号名称型号额定压力MPa额定流量L/min1油箱300L————2滤油器SU4-1000X6-7F————3叶片泵PV2R2-5314714溢流阀DBD-SGK15B631205三位四通电磁换向阀5-4WE10G31B31.51206二位二通电磁换向阀5-3WE10A31B31.51207二位二通电磁换向阀5-3WE10A31B31.51208单向节流阀MK15G1.2B/2501409二位二通电磁换向阀5-3WE10A31B31.512010单向阀S15K32.0B/V31.515011液压缸XY————表4-1液压元件表5.液压缸设计5.1液压缸结构的拟定液压缸由活塞、活塞杆、油口、缸筒、前缸盖、后缸盖（带耳）与耳环组成。5.1.1密封方式及密封件的选择液压缸由活塞、活塞杆、油口、缸筒、前缸盖、后缸盖（带耳）与耳环组成。活塞与活塞杆之间、缸体与前端盖之间、缸体与后端盖之间均采用GB/T3452.3-2005O型密封圈密圈，截面直径为3.55mm。（1）活塞与活塞杆间为径向密封，如图5-1所示：图5-1沟槽宽b=4.8mm;深h=2.9mm。(2)前后端盖与缸体之间的密封均为轴向密封，如图5-2所示：图5-2沟槽宽b=5mm;深h=2.75mm。活塞封、活塞杆封、导向环、防尘圈选择见下表5-1活塞封Merkel压紧型密封圈L43型活塞杆封MerkelU-型密封圈T24型导向环Merkel导向环KF防尘圈Merkel防尘圈PT1型表5-1具体尺寸选择如下：（1）Merkel压紧型密封圈L43型图5-3以缸内径D=160mm为选择依据，其他参数为d=130mm;L=25.4mm;L1=6.4mm;d2=158mm;(2)MerkelU-型密封圈T24型图5-4以活塞杆径d=110mm为选择依据，其他参数为D=118mm;H=10.9mm;L=12mm;C=3mm(3)Merkel导向环KF图5-5以活塞杆径d=110mm为选择依据其他参数为D1=113.8mm;DF(4)Merkel防尘圈PT1型图5-6以活塞杆径d=110mm为选择依据其他参数为D=122.2mm;H=7.7mm;L=8.1mm;L1=12.1mm;D5.1.2固定方式缸体后部采用单耳连接，可安装关节轴承，用于连接与固定，如图5-7所示：图5-7后端单耳活塞杆端部采用单耳连接，也可安装轴承。结构如图5-8所示：图5-8活塞杆单耳连接前后缸盖与缸体均采用GB/T70.1-2008内六角圆柱头螺钉固定。活塞杆端部单耳与活塞杆采用螺纹连接，并使用GB/T80-2007内六角紧固螺钉紧固。进油口与出油口焊接在缸体两侧，如图5-9所示。图5-9油口连接5.2液压缸结构的计算相关内容见2.液压缸主要参数的确定。5.3液压缸结构图5.3.1部分零件图（1）前端盖零件图图5-10前端盖（2）缸体零件图图5-11缸体5.3.2装配图图5-1液压缸6.液压系统主要性能验算6.1系统压力损失验算系统上进油路上的压力损失Δp[包括回油路上（即从执行元件出口到油箱）的损失折算过来的部分]由管道的沿程压力损失Δp，局部压力损失Δp和阀类元件的局部压力损失ΔΔp=Δ油液在进油油管的流速为v=(1)沿程压力损失由于叶片泵对抗磨性要求最高，故无论压力高低，都应选用HM油。表6-1液压油牌号和黏度选择由表5-1选择HM32液压油Re=管中为层流状态，则阻力损失系数为若取油管长度2m,油液的密度为875.4kg/m³，则其进油沿程压力损失为：Δ(2)局部压力损失局部压力损失视管道的具体安装结构确定，这里取沿程压力损失的10%Δ(3)阀体局部压力损失根据各液压元件的压力损失曲线以及表2-1各工况流量，可得各阀的压力损失如下表所示。（以流过各元件的最大流量为主）液压元件压力损失（MPa）单向节流阀0.0025二位二通电磁换向阀60.34二位二通电磁换向阀90.34二位二通电磁换向阀70.25三位三通电磁换向阀0.35单向阀0.15表6-2各元件压力损失6.2系统发热及温升验算据以上计算可知，在快进时,电动机输入功率：P液压缸有用功率：P快进功率损失为：ΔP=136.3W在工进时，电动机输入功率：P液压缸有用功率：

P工进功率损失为：ΔP=190.8W现以较大的值来校核其热平衡，求出发热温升。设油箱的三个边长在1：1：1至1：2：3范围内，则散热面积为：A=0.065假设通风良好，取h=15×10-Δt=室温为20℃，则热平衡温度为T=没有超出允许范围。7.环境与可持续发展7.1液压油选型设计相关内容见6.1系统压力损失验算7.2废油处理方法建议液压油属于润滑油的一类,是由基础油和添加剂经调和而成的。液压油经使用后,经过剪切氧化等,其中的一些添加剂已消耗殆尽.从指标上来说已经不合格,已经不能满足使用.其次,在使用过程中,产生了油泥、杂质等。所以，再生废液压油，首先要有专业的设备过滤杂质，除去水分，其次还要加化验，确定指标，添加必要的添加剂。然后经专业的调和设备调制。废油再生一般按沉降、蒸馏、酸洗、白土吸附、过滤、粘度调配以及化验等工序进行。(1)沉降处理：其目的是使水分与杂质分离。一般放在桶、罐或池中进行处理。沉降时间根据油质、温度及污染程度而定。从沉降容器上部取油样，滴在玻璃板上测定，如果油质清晰而无明显杂质，可转入下道工序。(2)蒸馏处理：各种油品的馏程不同，通过蒸馏可蒸发出废油中不同馏分的煤油、汽油及轻柴油等异种轻质油，以恢复液压油的闪点和粘度。蒸馏处理用水蒸气蒸馏为多，蒸馏设备有蒸气锅炉、蒸馏斧、冷凝槽、油水分离器等。蒸馏时，釜内一般不要盛满，容积应留空1／3。当釜内的加热温度接近100℃而进入脱水阶段时，应特别注意温升速度，防止突然沸腾以致油液冲出釜外。脱水完毕进入蒸馏阶段时，应控制好炉火，使异种轻质油品均匀馏出。釜温达到200℃时，可开始向釜内先小后大地送入蒸汽。可用量筒在冷凝管出口处接取油样，判定蒸汽量大小。送汽量以占油样20％～30％为佳。釜温升到300℃左右时，维持20～30min，测定闪点和粘度。然后冷却至160℃以下，放出釜内油液，进行下道工序。蒸馏时间为6～10h。(3)酸洗处理：用来除去废油中的氧化物、酸性物质以及使用过程中液压油内部生成的沥青质、胶质等物。酸洗溶液以硫酸为多，硫酸浓度一般在92％～98％为宜。加酸搅拌时间以30～40min较好。酸洗次数主要根据废油中的水分含量而定，不含水分的废油，全部硫酸一次加入酸洗即可。含水较多者，可分两次或三次酸洗。7.3节能与环保设计加强液压油的管理是