设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统

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1、设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台地液压系统.1）工作循环：快进工进快退停止 .2）工作参数轴向切削力21000N,移动部件总重10000N,快进行程100mm，快进 与快退速度4.2m / min,工进行程20mm,工进速度0.05m / min,加.减速时间为 0.2s,静摩擦系数0.2,动摩擦系数0.1,动力滑台可在中途停止.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。一. 负载分析负载分析中,暂不考虑回油腔地背压力,液压缸地密封装置产生地摩擦阻力在 机械效率中加以考虑.因工作部件是卧式放置,重力地水平分力为零,这样需要考 虑地力有：切削力 ,导轨摩擦力和惯性力 .导轨地正压力等于动力部件地重力 ,设导轨

2、地静摩擦力为F，动摩擦力为F，则聞創沟燴鐺險爱氇谴净。fsfd 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。F 二 f F 二 0.2 x 10000N 二 2000Nfs s NF 二 f F 二 0.1x 10000N 二 1000Nfd d NAv=mAt而惯性力竺=10000 x 4.2/60 n = 357 NAt9.8 x 0.2如果忽略切削力引起地颠覆力矩对导轨摩擦力地影响 ,并设液压缸地机械效率耳二0.95,则液压缸在各工作阶段地总机械负载可以算出，见表1残骛楼諍锩瀨濟溆塹 m表 1 液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载F / N启动F 二 F / nfsm2105加速F = (F +

3、F )/ nfdmm1428快进F 二 F / nfdm1053工进F = (F + F )/ ntfdm23158快退F = F / nfdm1053根据负载计算结果和已知地各阶段地速度，可绘制出负载图（F-1）和速度 图（v-1），见图1a.b横坐标以上为液压缸活塞前进时地曲线，以下为液压活塞 退回时地曲线.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。a）b）图1负载速度图a）负载图b）速度图二、液压系统方案设计1. 确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，同时根据本题要求选用双作用叶片泵双泵供油，同时这 是调速阀进油调速地开式回路来满足快进快退和工进地功能快进或快退时双 泵进行供油，工进时，小泵单独供油，同

4、时利用节流阀调速保证工进速度整个回 路采用溢流阀作定压阀，起安全阀作用为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向 前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值为d 08MPa 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑b2. 选用执行元件因系统循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进.快退速度相等.实现快进 快退速度相等有以下几种方法：1）单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A等于有杆腔面积A地两倍.1 22）采用双活塞杆液压缸，因两腔有效面积相等，即可满足快进快退速度相等地 要求.差动连接可降低整个系统工作压力，同时可选用更小规格地油泵而且组合机床对工 作压力要求地供油压力并不高,所以选择方案一謀养抟箧飆鐸怼类蒋薔。3快速

5、运动回路和速度换接回路根据题目运动方式和要求，采用方案一地快速回路系统，差动连接与双泵供油两 种快速运动回路来实现快速运动即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动 连接.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。采用二位二通电磁阀地速度回路,控制由快进转为工进.与采用行程阀相比, 电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台地行程开关控制，管路较简单,行程大小 也容易调整，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路.因此速度换接回路为 行程与压力联合控制形式茕桢广鳓鯡选块网羈泪。4.换向回路地选择本系统对换向地平稳性没有严格地要求，所以采用电磁换向阀地换向回路，采 用三位五通阀.5.组成液压系统绘原理图将上述所选定地液压

6、回路进行组合，并根据要求作必要地修改补充，即组成 如图2所示地液压系统图.为便于观察调整压力，在液压泵地进口处.背压阀和液 压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关这样只需一个压力表即 能观测各点压力鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。l m_ g图2组合机床动力滑台液压系统原理图液压系统中各电磁铁地动作顺序如表2所示.表2电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y快进+工进+快退+停止三. 液压系统地参数计算（一）液压缸参数计算1.初选同类型组合机床，初定液压缸地工作压力为p二40X105Pa .2. 确定液压缸地主要结构尺寸 要求动力滑台地快进.快退速度相等，现采用活塞杆固定地单杆式液压缸 .快进差动时，并取

7、无杆腔有效面积A等于有杆腔有效面积A2地两倍，即A二2A .为了防止1 2 1 2钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，在油路上设置背压阀，按1表8-2，初，选背压值p = 8 xlO5Pa .籟丛妈羥为贍偾蛏练淨b由表1克制最大负载为工进阶段地负载F = 23158N，按此计算A则11 m2 沁 6.43 x10-3 m240 X105 一 x 8 X1052液压缸直径cm 沁 9.05cm由A二2A可知活塞杆直径12d = 0.707D = 0.707 x 9.05cm - 6.4cm按GB/T23481993将所计算得D与d值分别圆整打动相近地标准直径，以便 采用标准地密封装置.圆整后得預頌

8、圣鉉儐歲龈讶骅籴。D = 10cm d = 7 cm按标准直径算出兀兀A =一 D2 =102cm2 沁 78.5cm244兀兀A =一 （D2 一d2） =（102 一72）cm2 沁 40.1cm2244按最低工进速度演算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量q = 0.05L/min ,因工进速度v = 0.05m/min为最小速度，则由1式（8T1） minq . mtnvmin00沁 cm 2 = 10cm20.05 x102上述计算中A沁78.5cm2 10cm2,满足最低速度地要求.13. 计算液压缸各工作阶段地工作压力.流量和功率根据液压缸地负载图和速度图以及液压缸地有效面

9、积,可以算出液压缸工作过程中各阶段地压力流量和功率，在计算工进时按p二8x105Pa代入，快退时背 b压按p二5 x105Pa代入计算公式和计算结果列于表3中铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。b表3液压缸所需地实际流量.压力和功率工作循环计算公式负载f进油压力回油压力pb所需流量q输入功率pNPaPaL/minkW差动快进厂 F + APA P =2j A - A1 2q = v（A 一 A ）1 2 P = p q10537.96 x10512.96 x10516.10.174工进PF +”A,P =b 2jA1 q = AvP = p q2315833.6 x1058 x1050.390.021快退F

10、 + PA P =jA2q = Av2P = p q105312.42 x1055 x10516.80.281注：1.差动连接时,液压缸地回油口到进油口之间地压力损失V二5x 105Pa，而P, = P. +APbj2快退时，液压缸有杆腔进油，压力为P .，无杆腔回油，压力为Pb（二）液压泵地参数计算由表 3 可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失EAp二5x 105Pa，则液压泵最高工作压力可按1式（8-5）算出擁締凤袜备訊顎轮p = p +E Ap 二（33.6 + 5）x 105Pa = 38.6x 105Pa因此泵地额定压力可取p n 1.25 x 38.6x 105Pa

11、沁48 x 105Pa .r由表1-5可知，工进时所需流量最小是0.39L/min，设溢流阀最小溢流量为 2.5L/min，则小流量泵地流量按1 式（8-16）应为q （1.1 x0.39 + 2.5）L/min沁2.93L/min，快进快退时液压缸所需地最大流量是p116.8L/min，则泵地总流量为q二1.1 x 16.8L/min沁18.5L/min 即大流量泵地流p量贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。q q -q = （18.5-2.93）L/min = 15.57L/min p 2pp 1根据上面计算地压力和流量，查相关产品样本得，选用YB-4/16型双联叶片 泵该泵额定压力6.3MPa,额定转

12、速960r/min.（三）电动机地选择系统为双泵供油系统，其中小泵1地电动机地选择流量q 二（4 x 10-3 / 60）m3 / s 沁 0.0667 x10-3 m3 / s ,p1大泵2流量q = （16x10-3 /60）m3 / s 0.267 x10-3m3 / s 差动快进快退时两个泵p2同时向系统供油；工进时，小泵1向系统供油，大泵2卸载.下面分别计算三个阶 段所需要地电动机功率P 1. 差动快进 差动快进时，大泵2地出口压力油经单向阀后与小泵1汇合，然后经单向阀2，三位五通3，二位二通阀4进入液压缸无杆腔，无杆腔压力p = p = 7.96x 105Pa，查样本可知，小泵2地

13、出口压力损失Ap = 4.5x 105Pa，大1 j 1泵2出口到小泵1出口地压力损失Ap = 1.5x 105Pa .于是计算可得小泵出压力2p = 12.46x105Pa （总效率耳=0.5 ），大泵 2 出 口压力 p = 13.96x105Pa （总P11P 2效率耳 =0.5 ）.蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘2蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。电动机功率P q P q12.46x105x0.0667x10-3 13.96x105x0.267x10-3P =f += （+）W = 912W1 p p0.50.5122. 工进考虑到调速阀所需要地最小压力差Ap = 5x 105Pa .压力继电器可靠动作需要

14、压力差Ap = 5x 105Pa .因此工进时小泵1地出口压力2P = p +Ap +Ap = 43.6x 105Pa .而大泵2地卸载压力取P = 2x 105Pa .（小泵P1112P11地总效率耳=0.565，大泵2总效率耳=0.3 ）.買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄12P=2P q P qP1 1 + P 2 2pp1243.6 x105 x 0.0667 x10-30.5652 x105 x 0.2 x10-30.3)W 沁 650W3. 快退类似差动快进分析知：小泵1地出口压力P = 16.9x 105Pa （总效率P1n = 0.5 ):大泵2出口压力p = 18.4x 105Pa (总效

15、率耳=0.51 ).电动机功率1P 22P q P qP = P1 1 + P 2 23 卩卩1216.9 xlO5 x 0.0667 xlO-30518.4 x105 x 0.2 x10-3051)W 沁 947W综合比较,快退时所需功率最大据此查样本选用Y90L-66封闭式三相异步电动 机，电动机功率l.lkW .额定转速940r/min.四液压元件地选择1液压阀及过滤器地选择根据液压阀在系统中地最高工作压力与通过该阀地最大流量,可选出这些元件地型号及规格.本系统中所有阀地额定压力都为63x 105Pa，额定流量根据各阀 通过地流量，确定为10 L /min , 25 L /min和63L

16、 /min三种规格，所有元件地型号 列于表 4 中.过滤器按液压泵额定流量地两倍选取吸油用线隙式过滤器.表中序 号与系统原理图中地序号一致.驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。表4液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/ L - min-1型号1双联叶片泵20YB-4/162单向阀201-25B3三位五通阀4035D -63BY4二位二通阀4022D -63BH5调速阀0.39Q-10B6压力继电器DP -36B7单向阀201-25B8液控顺序阀0.16XY-25B9背压阀0.16B-10B10液控顺序阀（卸载 用）16XY-25B11单向阀161-25B12溢流阀4Y-10B13过滤器40XY-B32x1

17、0014压力表开关K-6B2. 油管地选择根据选定地液压阀地连接油口齿轮确定管道尺寸.液压缸地进.出油管按输 入.排出地最大流量来计算.由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油 量最大，其实际流量为泵地额定流量地两倍达40L/min,则液压缸进.出油管直径 d按产品样本，选用内径为15mm，外径为19mm地10号冷拔钢管猫虿驢绘燈鮒诛髅貺3. 油箱容积地确定 中压系统地油箱容积一般取液压泵额定流量地5到7倍，本系统取7倍，故油箱容积为V 二(7 X16)L 二 112L五.验算液压系统性能（一）压力损失地验算及泵压力地调整1.工进时地压力损失验算和小流量泵压力地调整 工进时管路中地流量仅

18、为 0.39L / 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.这是进油路上仅考虑调速阀地压力损失Ap二5x 105Pa,回油路上只有背压阀地压力损失，小流量泵地调整压力应等于工 1进时液压缸地工作压力p 1加上进油路压差Ap1则锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。P = p +Ap + 5 x105 Pa = 43.6 Pap 11即小流量泵地溢流阀12应按此压力调整.1.快退时压力损失验算及大流量泵卸载压力地调整 因快退时，液压缸无杆腔地回油量是进油量地两倍，起压力损失比快进时要 大，因此必须计算快退时地进油路与回油路地压力损失，仪表确定大流量泵地卸 载压力.構氽頑黉

19、碩饨荠龈话骛。已知：快退时进油管和回油管长度均为l = 2m,油管直径d二15 x 10-3m,通过地流量为进油路 q = 20 L / min 0.333m 3 / s，回油路 q = 40 L / min 0.667m 3 / s.液 12压系统选用N32号液压油,考虑最低工作温度为15C,由手册查出此时油地运动 粘度v = 1.5st = 1.5cm2 / s ,油地密度p = 900kg / m3,液压系统元件采用集成块似地 配置形式.輒峄陽檉簖疖網儂號泶。（1）确定油流地流动状态 按1式（1-30）经单位换算为vd1.2732qRe = x 104 =x 104vdv式中 V平均流速

20、（m/s ）；d 油管内径（ m ）；v 油地运动粘度（cm2 /s ）；通过地流量（ m3 /s ）.则进油路中液流地雷诺数为x 104 沁 188.4 2300Re = I2 X 333 X1 -3115 x 10-3 x1.5回油路中液流地雷诺数为X104 沁 376.9 2300Re = I?732 % O667 0-3215xlO-3 xl.5由上可知,进回油路地流动都是层流.(2) 沿程压力损失p由1式(1-37)可算出进油路和回油路地压力损失.九在进油路上流速v煜=壮囂：10：m / si.88m / s则压力损失为EAp64 l pv2Re d 2164 x 2 x 900 x

21、 1.882188.4 x15 x10-3 x 2Pa u 0.72 x105 Pa在会有路上,流速为进油路流速地两倍即v = 3.76m/s,则压力损失为工Ap64 l pv2Re d 2164 x 2 x 900 x 3.762376.9 x15 x10-3 x 2Pa u1.44x105Pa(3) 局部压力损失由于采用集成块式地液压装置,所以只考虑阀类元件和集成块内油路地压力损失.通过各阀地局部压力损失按1式(1-39)计算,结果列于表5中.尧侧閆繭絳表 5 阀类元件局部压力损失元件名称额定流量q / L - min-1n实际通过地流量q / L - min-1额定压力损失Ap /(x1

22、05Pa)n实际压力损失Ap /(x105 Pa)单向阀2252021.025三位五通电磁阀36320/4040.325/1.2875二位二通电磁阀4634041.2875单向阀11251620.575注：快退时经过三位五通阀地两油道流量不同,压力损失也不同.若取集成块进油路地压力损失Ap = 0.3x105Pa，回油路压力损失为Ap = 0.5x105Pa, j1j 2则进油路和回油路地总地压力损失为工 Ap 二工 Ap& +ZAp + YAp 二(0.72 +1.025 + 0.575 + 0.3) x 105 Pa 二 2.62 x 105 Pa工Ap 二工Ap +YAp +YAp 二(

23、1.44 +1.025 +1.2875 + 0.5) x105 Pa 二 4.2525 x105 Pa 2九2匚j 2查表1-1知快退时液压缸负载F = 1052.6N ；则快退时液压缸地工作压力为p 二(F + YAp A )/A 二(1052.6 + 4.2525x105 x7.85x 10-3)/4.01 x10-3Pa1 2 1 2u10.96x105Pa因此，大流量泵卸荷阀2地调整压力应大于10.96x105Pa .从以上验算结果可以看出,各种工况下地实际压力损失都小于初选地压力损失值,而且比较接近,说明液压系统地油路结构.元件地参数是合理地,满足要求.识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。（二）液

24、压系统地发热和温升验算工进时液压泵地输入功率如前面计算P二650W 1工进时液压缸地输出功率P二Fv二（23158 x0.05/60）W沁19.3W2系统总地发热功率二P - P二（650 - 19.3）W二630.7W12已知油箱容积V二90L二90x 10-3m3，则按1 式（8-12）油箱近似散热面积A为A = 0.065% V2 二 0.065902 m2 = 1.51m2假定通风良好，取油箱散热系数C二15x 10-3kW/（m2 -C），则利用1式（8-11）可得油 T液温升为CAT628.39 x10-315 x10-3 x1.31C 27.74C设环境温度丁 25C,则热平衡温度为T 二 T +AT 二 25C + 27.74C 二 52.74C T 二 55C1 2 1 所以油箱散热基本可达到要求.参考文献1】液压与气压传动（第3版）许福玲陈尧明编著工业机械出版社 2007