设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统

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1、 1 目 录 第一张 明确液压系统的设计要求 3 第二章 负载与运动分析 . 3 第三章 负载图和速度图的绘制 4 第四章 确定液压系统主要参数 5 第五章 液压系统方案设计 8 第六章 液压元件的选择 . 13 第七章 液压系统性能验算 18 设计小结 19 参考文献 19 2 引 言 液压传动是用液体作为来传递能量的液压传动有以下优点易于获得较大的力或力矩 功率重量比大 易于实现往复运动 易于实现较大范围的无级变速传递运动平稳可实现快速而且无冲击与机械传动相比易于布局和操纵易于防止过载事故自动润滑、元件寿命较长易于实现标准化、系列化。 液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量而液压介质的

2、能量是由其所具有的压力及力流量来表现的。 而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量因此液压基本回路的作用就是三个方面控制压力、控制流量的大小、控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面的作用而分成三大类压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。 液压系统已经在各个部门得到广泛的应用而且越先进的设备其应用液压系统的部门就越多。 3 第一张 明确液压系统的设计要求 设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。要实现的动作顺序为启动加速快进减速工进快退停止。液压系统的主要参数与性能要求如下轴向切削力总和 Fg=30000N移动部件总重量 G10000N快进行程长度 150mm 工

3、进行程 30mm快进、快退的速度为 4.2m/min工进速度201000mm/min其中 20mm/min 为粗加工 1000mm/min 为精加工该动力滑台采用水平放置的平导轨静摩擦系数 fs0.2动摩擦系数 fd0.1。液压系统的执行元件使用液压缸。 第二章 负载与运动分析 负载分析中暂不考虑回油腔的背压力液压缸的密封装置产生的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的水平分力为零这样需要考虑的力有夹紧力导轨摩擦力惯性力。 在对液压系统进行工况分析时 本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载其他负载可忽略。 1阻力负载fF 阻力负载主要是工

4、作台的机械摩擦阻力分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。导 轨 的 正 压 力 等 于 动 力 部 件 的 重 力 设 导 轨 的 静 摩 擦 力 为fF 则 静摩擦阻力 Ffs = 0fG=2000N 动摩擦阻力Ffd=dfG=1000N 2工作负载FW 工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载 对于金属切削机床液压系统来说沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载即 NFt12700 3惯性负载 最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度 其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为 0.05s工作台最大移动速度即快进、快退速度为 4.5m/min因

5、此惯性负载可表示为 4 NNtvF68.158515.060781.920000mm 忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响 并设液压缸的机械效率w=0.9根据上述负载力计算结果可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况如表 1 所示。 表 1 液压缸总运动阶段负载表单位N 第三章 负载图和速度图的绘制 根据负载计算结果和已知的个阶段的速度 可绘制出工作循环图如图 1 a所示 所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制已知快进和快退速度 V1=V2=4.2m/min、快进行程 L1=150mm 工进行程L2=30mm 工进速度 V=0.05m/m

6、in 根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图F-t如图 工况 负载组成 负载值 F/N 推力 F/w/N 启动 fsFF 4000 4444.44 加速 mfdFFF 3585.68 3984.08 快进 fdFF 2000 2222.22 工进 tfdFFF14700 16333.33 反向启动 fsFF 4000 4444.44 加速 mfdFFF 3585.68 3984.08 快退 fdFF 2000 2222.22 制动 mfdFFF 414.32 460.36 5 niu 第四章 确定液压系统主要参数 4.1 确定液压缸工作压力 由表2和表3可知 组合机床液压系统在

7、最大负载约为17000 N时宜取3MP。 表 2 各种机械常用的系统工作压力 机械类型 机 床 农业机械 小型工程机械建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘机 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/MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 表 3 按负载选择工作压力 负载/ KN 50 工作压力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 5 4.2 计算液压缸主要结构参数 由于工作进给速度与快速运动速度差别较大且快进、快退速度要求相等从降低总流量需求考虑 应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、 可以在活塞杆

8、中设置通油孔的有利条件最好采用活塞杆固定而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下应把液压缸设计成无杆腔工作面积1A是有杆腔工作面积2A两倍的形式即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。 6 工进过程中当孔被钻通时由于负载突然消失液压缸有可能会发生前冲的现象 因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式) 选取此背压值为p2=0.8MPa。 快进时液压缸虽然作差动连接,但连接管路中不可避免地存在着压降p 且有杆腔的压力必须大于无杆腔估算取p0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的这时选取被压值2p=0.6MPa。 工进时液压缸的推力计算公式为 112211

9、12/(/ 2)mFA pA pA pAp 根据已知参数液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 262 11m006282.028 .031033.163332 ppFAm液压缸缸筒直径为 mmAD46.8941 mm 由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系d = 0.707D因此活 塞杆直径为 d=0.70789.46=63.32mm根据 GB/T23481993 对液压缸缸筒内径 尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定圆整后取液压缸缸筒直径为 D=110mm 活塞杆直径为 d=80mm。 此时液压缸两腔的实际有效面积分别为 242 110585.634mDA 2422 21043.324md

10、DA 工作台在快进过程中液压缸采用差动连接此时系统所需要的流量为 min07.23v121LAAq快进工作台在快退过程中所需要的流量为 min7 .22vq32LA快退工作台在工进过程中所需要的流量为 q工进 =A1v1=0.318 L/min 根据上述液压缸直径及流量计算结果 进一步计算液压缸在各个工作阶段中 的压力、流量和功率值如表 4 所示。 表 4 各工况下的主要参数值 7 工况 推力F/N 回油腔压力P2/MPa 进油腔压力P1/MPa 输入流量q/L.min-1 输入功率P/Kw 计算公式 快 进 启动 5556 0 1.54 212 1AApAFp121vAAq qpP1 ppp

11、12加速 6949 2.31 1.81 快速 2778 1.49 0.99 22.73 0.375 工进 27788 0.8 3.29 0.95 0.052 1221AApFp 21vAq qpP1 快退 起动 2180 0 0.49 2121AApFP 32vAq qpP1加速 6949 0.6 2.84 快退 2778 0.6 1.82 20.02 0.607 制动 414.3 0.6 1.3 注m/FF 。 4.3 绘制液压缸工况图 并据表 4 可绘制出液压缸的工况图如图 2 所示。 图 2 组合机床液压缸工况图 8 第五章 液压系统方案设计 根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析 所

12、设计机床对调速范围、 低速稳定性有一定要求因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。与所有液压系统的设计要求一样该组合机床液压系统应尽可能结构简单成本低节约能源工作可靠。 5.1 速度控制回路的选择 工况图表明所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小系统的效率和发热问题并不突出因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低但适合于小功率场合而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性因此有三种速度控制方案可以选择即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。 钻镗加工属于

13、连续切削加工 加工过程中切削力变化不大因此钻削过程中负载变化不大采用节流阀的节流调速回路即可。 但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间 存在负载突变的可能因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式且在回油路上设置背压阀。 由于选定了节流调速方案所以油路采用开式循环回路以提高散热效率防止油液温升过高。 从工况图中可以清楚地看到在这个液压系统的工作循环内液压要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液。 而快进快退所需的时间1t和工进所需的时间2t分别为 ssvlvlt61000740060100073006033111 ssvlt120100005.010060222亦

14、即是 12 tt=20 因此从提高系统效率、节省能量角度来看如果选用单个定量泵作为整个系统的油源 液压系统会长时间处于大流量溢流状态 从而造成能量 的大量损失这样的设计显然是不合理的。 如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式 由双联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的 此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估大 除采用双联泵作为油源外 也可选用限压式变量泵作油源。但限压式变量泵结构复杂、成本高且流量突变时液压冲击较大工作平稳性差最后确定选用双联液压泵供油方案有利于降低能耗和生产成本。 9 5.2 选用执行元件 因系统运动循环要求正向快进和工进反向快

15、退且快进快退速度相等因此选用单活塞杆液压缸快进时差动连接无杆腔面积 A1等于有杆腔面积 A2的两倍。 5.3 速度换接回路的选择 所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高流量不大压力不高所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。 为便于实现差动连接选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路应考虑选用 Y型中位机能。 由前述计算可知当工作台从快进转为工进时进入液压缸的流量由 23.07 L/min 降 0.318 L/min可选二位二通行程换向阀来进行速度换接以减少速度换接过程中的液压冲击如图 4 所示。由于工作压力较低控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸 提高换向位置精度采用死挡块加压力继电