機(jī)電液課程設(shè)計(jì)鉆鏜兩用組合機(jī)床

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1、江蘇科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 課程名稱： 液壓與氣壓傳動(dòng) 題目名稱：鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng) 班 級(jí)： 08機(jī)制二班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2011 年 7 月 7 日 目錄 1 序言 - 1 - 2 設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

2、和設(shè)計(jì)參數(shù) - 2 - 3 工況分析 - 2 - 3.1 確定執(zhí)行元件 - 2 - 3.2 分析系統(tǒng)工況 - 2 - 3.3 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 - 4 - 3.4 確定系統(tǒng)主要參數(shù) - 5 - 3.4.1 初選液壓缸工作壓力 - 5 - 3.4.2 確定液壓缸主要尺寸 - 5 - 3.4.3 計(jì)算最大流量需求 - 7 - 3.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 - 9 - 3.5.1 速度控制回路的選擇 - 9 - 3.5.2 換向和速度換接回路的選擇 - 9 - 3.5.3 油源的選擇和能耗控制 - 10 - 3.5.4 壓力控制回路的選擇 - 12 - 3.6

3、 液壓元件的選擇 - 13 - 3.6.1 確定液壓泵和電機(jī)規(guī)格 - 13 - 3.6.2 閥類元件和輔助元件的選擇 - 15 - 3.6.3 油管的選擇 - 17 - 3.6.4 油箱的設(shè)計(jì) - 18 - 3.7 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 - 20 - 3.7.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 - 20 - 3.7.2油液溫升驗(yàn)算 - 23 - 4 參考文獻(xiàn) - 24 - 1 序言 作為一種高效率的專用機(jī)床，組合機(jī)床在大批、大量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本次課程設(shè)計(jì)將以鉆鏜兩用組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，其

4、中包括組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算等。 組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具而組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時(shí)加工的方式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、操作

5、方便、調(diào)速范圍大、可無級(jí)連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。 液壓系統(tǒng)在組合機(jī)床上主要是用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，如果動(dòng)力滑臺(tái)要實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)給，則動(dòng)力滑臺(tái)要完成的動(dòng)作循環(huán)通常包括：原位停止快進(jìn)一工進(jìn)二工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止。 圖1 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)工作循環(huán) 2 設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) 工作循環(huán)：快進(jìn)兩個(gè)工進(jìn)快退停止； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，動(dòng)力滑臺(tái)采用平面導(dǎo)軌，其靜、動(dòng)摩擦系數(shù)分別為fs = 0.18、fd = 0.11。 表1 設(shè)計(jì)參數(shù) 參 數(shù) 數(shù) 值 切削阻力（N） 18000 滑臺(tái)自重 (N) 25000

6、 快進(jìn)、快退速度(m/min) 7.3 工進(jìn)速度(mm/min) 6.6~660 最大行程(mm) 400 工進(jìn)行程(mm) 180 啟動(dòng)換向時(shí)間（s） 0.05 液壓缸機(jī)械效率（） 0.9 3工況分析 3.1 確定執(zhí)行元件 金屬切削機(jī)床的工作特點(diǎn)要求液壓系統(tǒng)完成的主要是直線運(yùn)動(dòng)，因此液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件確定為液壓缸。 3.2 分析系統(tǒng)工況 在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。 （1）工作負(fù)載FW 工作負(fù)載是在工作過程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削

7、機(jī)床液壓系統(tǒng)來說，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載，即 FW=18000N （2）慣性負(fù)載 最大慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過工作臺(tái)最大移動(dòng)速度和加速時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。已知啟動(dòng)換向時(shí)間為0.05s，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為7.3m/min，因此慣性負(fù)載 (3) 阻力負(fù)載 阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值F 液壓缸推力=F/ 起動(dòng) = 4500 5000 加速 =+ 8957 9952 快進(jìn) = 2750 3056 一工進(jìn)

8、 =+ 20750 23056 二工進(jìn) =+ 20750 23560 反向起動(dòng) = 4500 5000 反向加速 =+ 8957 9952 快退 = 2750 3056 靜摩擦阻力 Ffj = fjN==0.1825000=4500N 動(dòng)摩擦阻力 Ffd= fdN==0.1125000=2750N 根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如表2所示。 注：此處未考慮滑臺(tái)上的顛覆力矩的影響。 表2 液壓缸在各工作階段的負(fù)載（單位：N） 3.3 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪

9、制 根據(jù)表2中計(jì)算結(jié)果，繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的負(fù)載循環(huán)圖如圖2所示。 圖2 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)負(fù)載循環(huán)圖 圖2表明，當(dāng)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)處于工作進(jìn)給狀態(tài)時(shí)，負(fù)載力最大為23056N，其他工況下負(fù)載力相對(duì)較小。 所設(shè)計(jì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)已知的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行繪制，已知快進(jìn)和快退速度V1=V3=7.3m/min、快進(jìn)行程L1=400-180=220mm、一工進(jìn)行程L2=100mm、二工進(jìn)行程L3=80、快退行程L4=400mm，工進(jìn)速度V2=6.6~660mm/min。根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖如圖3所示。

10、 ； 圖3 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)速度循環(huán)圖 3.4 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 3.4.1 初選液壓缸工作壓力 所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，其值為23056N，其它工況時(shí)的負(fù)載都相對(duì)較低，參考表11-2按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力p1=3.5MPa。 3.4.2 確定液壓缸主要尺寸 由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單桿雙作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。通常利用差動(dòng)液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的常用典型安裝形式。這

11、種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無桿腔工作面積是有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關(guān)系。 工進(jìn)過程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.8MPa。 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時(shí)取0.5MPa?？焱藭r(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值=0.5MPa。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為 ， 式中：F ——負(fù)載力 h

12、m——液壓缸機(jī)械效率 A1——液壓缸無桿腔的有效作用面積 A2——液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1——液壓缸無桿腔壓力 p2——液壓有無桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 液壓缸缸筒直徑為 由于有前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.70797=68.8mm，根據(jù)GB/T2348—1993對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=100mm，活塞桿直徑為d=70mm。 此時(shí)液壓缸

13、兩腔的實(shí)際有效面積分別為 3.4.3 計(jì)算最大流量需求 工作臺(tái)在快進(jìn)過程中，液壓缸采用差動(dòng)連接，此時(shí)系統(tǒng)所需要的流量為 q快進(jìn) =（A1-A2）v1=27.72L/min 工作臺(tái)在快退過程中所需要的流量為 q快退 =A2v2=28.8L/min 工作臺(tái)在工進(jìn)過程中所需要的流量為 q工進(jìn) =A1v1=0.0259~2.59L/min 其中最大流量為快退流量為28.8L/min。 根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值，如

14、表3所示。 表3 各工況下的主要參數(shù)值 工況 推力F’/N 回油腔壓力P2/MPa 進(jìn)油腔壓力P1/MPa 輸入流量q/L.min-1 輸入功率P/Kw 計(jì)算公式 快進(jìn) 啟動(dòng) 5000 0 1.8 —— —— q=(A1-A2)v1 P=p1q p2=p1+Δp 加速 9952 2.7 3.1 —— —— 恒速 3056 2.7 1.3 27.72 0.6 工進(jìn) 23056 0.8 3.5 0.0259~2.59 0.0015~0.15 P1=(F‘+p2A2)/A1 q=A1v2 P=p1q 快退 起動(dòng)

15、 5000 0 1.25 —— —— P1=(F‘+p2A1)/A2 q=A2v3 P=p1q 加速 9952 0.5 3.49 —— —— 恒速 3056 0.5 1.75 28.8 0.84 把表3中計(jì)算結(jié)果繪制成工況圖，如圖4所示。 圖4 液壓系統(tǒng)工況圖 3.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低

16、，節(jié)約能源，工作可靠。 3.5.1 速度控制回路的選擇 工況圖4表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問題并不突出，因此考慮采用容積節(jié)流加背壓的調(diào)速回路即可。它能保證液壓缸穩(wěn)定的低速運(yùn)動(dòng)（0.006m/min)、較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍（100左右）?；赜吐飞霞颖硥洪y可防止空氣滲入系統(tǒng)，并能使滑臺(tái)承受負(fù)向的負(fù)載。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過程中負(fù)載變化不大

17、，采用限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。由于選定了限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開式循環(huán)回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過高。 3.5.2 換向和速度換接回路的選擇 所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床液壓系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用的電液換向閥控制換向回路即可。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用三位五通電液換向閥。滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，選用單向閥和M型中位機(jī)能的換向閥串聯(lián)的回路來使液壓泵在低壓下卸荷，既減少能量損耗，

18、又使油路控制油路保持一定的壓力，以保證下一個(gè)循環(huán)的順利起動(dòng)。由前述計(jì)算可知，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由27.72 L/min降為0.0259~2.59 L/min，可選二位二通行程換向閥來進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊，如圖5所示。由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。系統(tǒng)采用了換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥來切換主油路，使滑臺(tái)的換向更加平穩(wěn)，沖擊和噪聲小。同時(shí)，電液換向閥的五通結(jié)構(gòu)使滑臺(tái)進(jìn)和退時(shí)分別從兩條油路回油，這樣滑臺(tái)快退時(shí)系統(tǒng)沒有背壓，液減少了壓力損失。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制?？傊?，該設(shè)計(jì)使用

19、元件不多，卻能完成較為復(fù)雜的半自動(dòng)工作循環(huán)，且性能良好。 a.換向回路 b.速度換接回路 圖5 換向和速度切換回路的選擇 3.5.3 油源的選擇和能耗控制 表3表明，本設(shè)計(jì)鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的供油工況主要為快進(jìn)、快退時(shí)的低壓大流量供油和工進(jìn)時(shí)的高壓小流量供油兩種工況。在液壓系統(tǒng)的流量、方向和壓力等關(guān)鍵參數(shù)確定后，還要考慮能耗控制，用盡量少的能量來完成系統(tǒng)的動(dòng)作要求，以達(dá)到節(jié)能和降低生產(chǎn)成本的目的。 在圖4工況圖的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸在快進(jìn)和快退行程中要求油源以低壓大流量供油，工進(jìn)行程中油源以高壓

20、小流量供油。其中最大流量與最小流量之比，而快進(jìn)和快退所需的時(shí)間與工進(jìn)所需的時(shí)間分別為： 上述數(shù)據(jù)表明，在一個(gè)工作循環(huán)中，液壓油源在大部分時(shí)間都處于高壓小流量供油狀態(tài)，只有小部分時(shí)間工作在低壓大流量供油狀態(tài)。 如果采用一個(gè)限壓式變量泵的供油方式，油源在工進(jìn)和快進(jìn)過程中所輸出的流量是不同的，此時(shí)液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所需要消耗的功率估算為 快進(jìn)時(shí) P=1.327.72=0.6Kw 工進(jìn)時(shí)P=pqmax=3.50.0259~2.772.59=0.0015~0.15Kw 快退時(shí) P=1.7528.8=0.84Kw 選用限壓式變量泵作油源。如圖6所示。

21、 圖6 限壓式變量泵供油油源 3.5.4 壓力控制回路的選擇 為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進(jìn)口處設(shè)測(cè)壓點(diǎn)。 將上述所選定的液壓回路進(jìn)行整理歸并，并根據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整，最后畫出液壓系統(tǒng)原理圖如圖7所示。 為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問題，必須在回油路上串接一個(gè)液控順序閥2，以阻止油液在快進(jìn)階段返回油箱。同時(shí)閥1起背壓閥的作用。 為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥3。 考慮到這臺(tái)

22、機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對(duì)位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器5。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。 在進(jìn)油路上設(shè)有壓力表開關(guān)和壓力表，鉆孔行程終點(diǎn)定位精度不高，采用行程開關(guān)控制即可。 圖7 液壓系統(tǒng)原理圖 3.6 液壓元件的選擇 本設(shè)計(jì)所使用液壓元件均為標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進(jìn)行選擇即可。 3.6.1 確定液壓泵和電機(jī)規(guī)格 （1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由于本設(shè)計(jì)采用限壓式變量泵供油方式，根據(jù)圖4液壓系統(tǒng)的工況圖，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最

23、大。 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。 對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，同時(shí)考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓力繼電器動(dòng)作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，工進(jìn)時(shí)泵的最高工作壓力可估算為： 圖4表明，快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa，則快進(jìn)、快退時(shí)泵的最高工作壓力為： 因?yàn)橛袎毫p失，則泵的最高工作壓力為： （2）計(jì)算總流量 表3表明，在整個(gè)工作循環(huán)過程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快退工作階段，為

24、28.8L/min，若整個(gè)回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的20%計(jì)算，則液壓油源所需提供的總流量為： 工作進(jìn)給時(shí)，液壓缸所需流量約為0.0259~2.59L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少應(yīng)為3.0259~5.59L/min。 據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計(jì)算數(shù)值，上網(wǎng)或查閱有關(guān)樣本，確定YBP-40限壓式變量葉片泵能夠滿足上述設(shè)計(jì)要求，因此選取YBP-40限壓式變量葉片泵，若取液壓泵的容積效率=0.9，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速=1000r/min時(shí)，泵的輸出流量為40L/min。該流量能夠滿足液壓缸快速動(dòng)作的需要

25、。 表4 液壓泵參數(shù) 元件名稱 規(guī)格 額定流量 額定壓力MPa 型號(hào) 轉(zhuǎn)速r/min 限壓式變量葉片泵 40 最高工作壓力為6.3 MPa YBP-40 1000 （3）．電機(jī)的選擇 由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為1.75MPa，流量為28.8L/min。取泵的總效率0.7，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為： 根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取Y100L1-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為2.2KW，滿載時(shí)轉(zhuǎn)速1430r/min。 3.6.2 閥類元件和輔助元件的選擇 圖7液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項(xiàng)閥等閥類元件以及濾

26、油器、空氣濾清器等輔助元件。 1．閥類元件的選擇 根據(jù)上述流量及壓力計(jì)算結(jié)果，對(duì)圖7初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖中各種閥類元件及輔助元件進(jìn)行選擇。其中調(diào)速閥的選擇應(yīng)考慮使調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)小于液壓缸工進(jìn)所需流量。通過圖7中5個(gè)單向閥的額定流量是各不相同的，因此最好選用不同規(guī)格的單向閥。 圖7中背壓閥1和順序閥2的選擇可根據(jù)調(diào)定壓力和流經(jīng)閥的額定流量來選擇閥的型式和規(guī)格，背壓閥1的作用是實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)和工進(jìn)的切換，同時(shí)在工進(jìn)過程中做背壓閥，因此采用內(nèi)控式順序閥。最后本設(shè)計(jì)所選擇方案如表5所示，表中給出了各種液壓閥的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)。 表5 閥類元件的選擇 序號(hào) 元件名稱 規(guī)格

27、 型號(hào) 額定流量qn/L/min 額定壓力Pn/MPa 額定壓降?Pn/MPa 1 背壓閥 YF3-E10B 63 16 0.5 2 液控順序閥 SV-G03-1-ET 35 16 0.3 3 單向閥 AF3-Ea10B 63 16 0.2 4 一工進(jìn)調(diào)速閥 AXQF-E10B 0.07~50 16 0.5 5 壓力繼電器 HED1KA/10 — 16 — 6 單向閥 AF3-Ea20B 63 16 0.2 7 濾油器 YYL-105-10 40 21 0.02 8 行程閥 AXQF-E10B 6

28、3 16 <0.3 9 電磁閥 VF3130-3DZB-02 63 16 — 10 二工進(jìn)調(diào)速閥 AXQF-E10B 0.07~50 16 0.5 11 先導(dǎo)閥 35DY3Y—E10B 75 16 — 12 三位五通電液換向閥 35DY3Y—E10B 75 16 <0.5 13 單向閥 AF3-Ea10B 63 16 0.2 14 限壓式變量泵 YBP-40 — 16 — 15 壓力表開關(guān) KF3-E3B — 16 — 2．過濾器的選擇 按照過濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則，取過濾器的流量

29、為泵流量的2.5倍。由于所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)為普通的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)油液的過濾精度要求不高，故有 因此系統(tǒng)選取通用型WU系列網(wǎng)式吸油過濾器，參數(shù)如表6所示。 表6 通用型WU系列網(wǎng)式吸油中過濾器參數(shù) 型號(hào) 通徑 mm 公稱流量 過濾精度 尺寸 M（d） H D WU—100100-J 32 100 100 153 — 3．空氣濾清器的選擇 按照空氣濾清器的流量至少為液壓泵額定流量2倍的原則，即有 選用EF系列液壓空氣濾清器，其主要參數(shù)如表7所示。 表7 液壓空氣濾清

30、器 參數(shù) 型號(hào) 過濾注油口徑 mm 注油流量 L/min 空氣流量 L/min 油過濾面積 L/min A mm B mm a mm b mm c mm 四只螺釘均布 mm 空氣過濾精度 mm 油過濾精度 m E-32 32 14 105 120 100 50 47 59 64 M58 0.279 125 注：液壓油過濾精度可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3.6.3 油管的選擇 圖7中各元件間連接管道的規(guī)格可根據(jù)元件接口處尺寸來決定，液壓缸進(jìn)

31、、出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量進(jìn)行計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以應(yīng)對(duì)液壓缸進(jìn)油和出油連接管路重新進(jìn)行計(jì)算，如表8所示。 表8 液壓缸的進(jìn)、出油流量和運(yùn)動(dòng)速度 流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量 排出流量 運(yùn)動(dòng)速度 根據(jù)表8中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： ，取標(biāo)準(zhǔn)值28mm； ，取標(biāo)準(zhǔn)值20mm。 因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)選用公稱通徑為28和20的無縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸

32、筒固定式，則兩根連接管采用無縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。 3.6.4 油箱的設(shè)計(jì) 1．油箱長(zhǎng)寬高的確定 油箱的主要用途是貯存油液，同時(shí)也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對(duì)油箱的容積進(jìn)行校核。 油箱中能夠容納的油液容積按JB/T7938—1999標(biāo)準(zhǔn)估算，取時(shí)，求得其容積為 按JB/T7938—1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。 依據(jù) 如果取油箱內(nèi)長(zhǎng)l

33、1、寬w1、高h(yuǎn)1比例為3：2：1，可得長(zhǎng)為：=1107mm，寬=738mm，高為=369mm。 對(duì)于分離式油箱采用普通鋼板焊接即可，鋼板的厚度分別為：油箱箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，因?yàn)橄渖w上需要安裝其他液壓元件，因此箱蓋厚度取為10mm。為了易于散熱和便于對(duì)油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為160mm。因此，油箱基體的總長(zhǎng)總寬總高為： 長(zhǎng)為： 寬為： 高問： 為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜角度為。 2．隔板尺寸的確定 為起到消除氣泡和使油液中雜質(zhì)有效沉淀的作用，油箱中應(yīng)采用隔板把油箱分成兩部分。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隔板高度取為箱內(nèi)油面高度的，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，

34、隔板的高度應(yīng)為： 隔板的厚度與箱壁厚度相同，取為3mm。 3．各種油管的尺寸 油箱上回油管直徑可根據(jù)前述液壓缸進(jìn)、出油管直徑進(jìn)行選取，上述油管的最大內(nèi)徑為28mm，外徑取為32mm。泄漏油管的尺寸遠(yuǎn)小于回油管尺寸，可按照各順序閥或液壓泵等元件上泄漏油口的尺寸進(jìn)行選取。油箱上吸油管的尺寸可根據(jù)液壓泵流量和管中允許的最大流速進(jìn)行計(jì)算。 取吸油管中油液的流速為1m/s。可得： 液壓泵的吸油管徑應(yīng)盡可能選擇較大的尺寸，以防止液壓泵內(nèi)氣穴的發(fā)生。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)取公稱直徑為d=32mm，外徑為42mm。 3.7 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 3.7.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損

35、失并確定壓力閥的調(diào)整值 由于系統(tǒng)的管道布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按式估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的延程損失和布局損失即可。但對(duì)于中小型液壓系統(tǒng)。管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。 1．快進(jìn) 滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接。由表7和表8可知，進(jìn)油路上油液通過單向閥13的流量是27.72L/min，通過電液換向閥12的流量是27.72L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量41.84L/min通過行程閥8并進(jìn)入無桿腔。由此進(jìn)油路上的總壓降為：

36、 此值不大，不會(huì)使壓力閥開啟，幫能確保泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。 在回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥12和單向閥03的流量都是14.12L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥8流入無桿腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力與無桿腔壓力之差。 此值小于原估計(jì)值0.5MPa(見表3)，所以是安全的。 2．工進(jìn) 滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥12、調(diào)速閥4和調(diào)速閥10進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥4、10處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥12、背壓閥1和泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥2返回油箱，在背壓閥1處的壓力損失為0.5MPa。因此這時(shí)液

37、壓缸回油腔的壓力為： 可見，此值遠(yuǎn)小于原估計(jì)值0.8MPa。 考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Dpe=0.5MPa，故溢流閥的調(diào)壓應(yīng)為： 3．快退 滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥13、電液換向閥12進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥6、電液換向閥12返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓降為 此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。 在回油路上總的壓降為 此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。 所以，快退時(shí)液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為 此值是調(diào)整液控順序閥2的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。 3.7.2油液溫升驗(yàn)算 由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中

38、占95%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計(jì)算。 液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率 由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升，即 油溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。 4 參考文獻(xiàn) [1] 王積偉 《液壓傳動(dòng)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2006年12月第二版 [2] 成大先 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五分冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2010年1月第五版 [3] 張利平 《液壓站設(shè)計(jì)與使用》 海洋出版社，2004年2月 [4] 陳啟松 《液壓傳動(dòng)雨控制手冊(cè)》【M】 上海：上?？萍技夹g(shù)出版社，2006 [5] 馬文星 《液壓傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)》【M】北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [6] 周士昌 《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集》【M】 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 - 22 -