组合机床液压系统的工况分析

PAGEPAGE1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。1.1.1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：Ft=25.5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：=360r/min，=0.147mm/r；

对8.5mm的孔：=550r/min，=0.096mm/r；所以，系统总的切削负载为：＝27667.069N

1.1.2惯性负载

阻力负载

机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为：

1.1.3静摩擦阻力

1.1.4动摩擦阻力

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：

工况负载组成负载值F（N）启动235.2加速184.267快进117.6工进23485.121快退117.6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时，取液压系统工作压力。表2按负载选择系统工作压力负载/kN<55～1010～2020～3030～50>50系统压力/MPa<0.8～11.6～22.5～33～44～5>5～7表3按主机类型选择系统工作压力设备类型机床农用机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力p/(MPa)0.8～2.03～52～88～1010～1620～32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为有杆腔工作面积的两倍，即速比。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，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～1.5MPa，现取液压缸回油背压推荐值取＝0.6MPa。快进时，液压缸作差动连接，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0.96）：将直径按GB/T2348－1993(2001)圆整得：；由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：根据上述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、流量和功率值工况负载回油腔压力进油腔压力输入理论流量输入功率计算式快进（差动）启动235.200.049－―；；加速184.2670.14－－恒速117.60.02440.41860.0102工进23485.1210.63.6870.006540.024；；快退启动235.200.087－－；；加速184.2670.62.48－－恒速117.60.4340.24960.108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：液压泵单向阀液动换向阀电磁换向阀背压阀顺序阀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：液压缸工作循环型号来源电磁铁行程阀1YA2YA3YA4YA+-+-+-+-+-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﹜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)﹛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0.8MPa，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：液压泵在快进、快速运动时才向液压缸输油，由工况图可知，快退时液压缸的工作压力比快进时大，假设油路上的压力损失为0.5MPa（因此时进油不经调速阀，故压力损失减少），则液压泵的最高工作压力为：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，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0.392L/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。当液压泵的转速时该液压泵的理论流量为30.08L/min，若取液压泵的容积效率，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。取液压泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为：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，额定转速。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序号元件名称估计通过流量/(L/min)额定流量/(L/min)额定压力/MPa额定压降/MPa型号、规格1双联叶片泵－(5.1+22)17.5－PV2R12-6/26Vp=(6+26)mL/r4三位五通电磁阀608016＜0.535DYF3Y-E10B11行程阀506316＜0.3AXQF-E10B(单向行程调速阀)8调速阀0.50.07～5016－13单向阀6063160.27单向阀256316＜0.2AF3-Ea10B6液控顺序阀256316＜0.3XF3-E10B5背压阀0.56316－YF3-E10B2单向阀256316＜0.2AF3-Ea10B滤油器306316＜0.02XU-J63X8012压力继电器－－14－PF-B8L8通径此为电动机额定转速时液压泵输出的实际流量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，所以要重新计算，如表11所列：表11液压缸的进、出流量及运动速度快进工进快退输入流量/(L/min)排出流量/(L/min)运动速度/(m/min)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，计算得与液压缸无杆腔及有杆腔相连的油管内径分别为：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，则油箱估算容积为：按GB2876―1981规定，取最靠近的标准值。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：在一定的压力，温度范围内具有良好的密封性能；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；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；结构简单，装拆方便，成本低廉。第五章验算液压系统性能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。5.1.1快进时：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27.1L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量42.34L/min通过行程阀11并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为：回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀4和单向阀7的流量都是

15.242L/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与无杆腔压力之差：此值小于设计估计值0.3MPa，符合要求。5.1.2工进时：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0.14L/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＝22.14L/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为：此值略大于原估计值。重新计算工进时液压缸进油腔压力，即：考虑到压力继电器可靠动作需要压差，故工进时溢流阀9的调压值应为：5.1.3快退时：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27.1L/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75.28L因此进油路上总压降为：此值小于原估计值，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为：所以，快退时液压泵的工作压力应为：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：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，故此阀在工进时的压力损失为：小液压泵工进时的工作压力，流量，所以两个液压泵的总输入功率为：液压系统的发热功率为：为使温升不超过允许的值，可按下式计算油箱的最小有效容积：油箱总容积：所以该系统不必设置冷却器。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