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1、1 液壓與氣壓傳動(dòng) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目 臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 機(jī)制 1512 姓 名 桂新睿 學(xué) 號(hào) 15341207 指導(dǎo)老師 夏慶國(guó) 成績(jī)?cè)u(píng)定 等 級(jí) 評(píng)閱簽字 評(píng)閱日期 湖北文理學(xué)院理工學(xué)院機(jī)械與汽車工程系 2017 年 12 月 2 目錄 序言： ...................................................
2、......4 一設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) ...................................5 二.工況分析 ....................................................5 2.1 確定執(zhí)行元件 ...............................................5 2.2 分析系統(tǒng)工況 ...............................................5 2.3 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 ................................6 2.4 確定系
3、統(tǒng)主要參數(shù) ............................................8 2.4.1 初選液壓缸工作壓力 ........................................8 2.4.2 確定液壓缸主要尺寸 .......................................8 2.4.3 計(jì)算最大流量需求 .........................................9 2.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .........................................10 2.5.1 速度控制回路的選擇 .
4、......................................10 2.5.2 換向和速度換接回路的選擇 ................................11 2.5.3 油源的選擇和能耗控制 ....................................12 2.5.4 壓力控制回路的選擇 ......................................13 2.6 液壓元件的選擇 .............................................14 2.6.1 確定液壓泵和電機(jī)規(guī)格 ...............
5、......................15 2.6.2 閥類元件和輔助元件的選擇 ................................16 2.6.3 油管的選擇 ..............................................18 3 2.6.4 油箱的設(shè)計(jì) ..............................................19 2.7 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 .........................................20 2.7.1 回路壓力損失驗(yàn)算 ........................
6、.................20 2.7.2 油液溫升驗(yàn)算 ............................................21 附:手繪液壓系統(tǒng)圖 4 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
7、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、操作方便、調(diào)速范圍大、可無(wú)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) I 工進(jìn)
8、 II 工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止。 一設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) 臥式鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力頭要完成快進(jìn)工進(jìn)快退原位停止的工作循環(huán)； 最大切削力為 FL=10000N,動(dòng)力頭自重 FG=19000N；工作進(jìn)給要求能在 0.021.2m/min 范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，快進(jìn)、快退速度為 6m/min；工進(jìn)行程為 5 100mm，快進(jìn)行程為 300mm；導(dǎo)軌型式式平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)取 fs0.2，fd 0.1；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加減速時(shí)間要求不大于 0.5s。 二 工況分析 2.1.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。 2.2 分析系統(tǒng)工
9、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(guò)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 屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載，即 =10000NWF （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(guò)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度和加速時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。已知加、減速時(shí)間為 0.4s，工作 臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為 6m/min，因此慣性負(fù)載可表示為 NtvgGmF 48.708.961 （3）阻力負(fù)載 阻力負(fù)載主要
10、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。 靜摩擦阻力 NFfNs 038912.0 動(dòng)摩擦阻力 df 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 2.1 所示。 表 2 .1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載（單位： N） 6 注：此處未考慮滑臺(tái)上的顛覆力矩的影響。 2.3 .負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 根據(jù)表 2.1 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 2-1 所示。 圖 2-1 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)負(fù)載循環(huán)圖 圖 2-1 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 13222.2N，其
11、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 、快進(jìn)行程 ，工進(jìn)min/621vml031 行程 、快退行程 ，工進(jìn)速度 =0.02-1.2mm/min。根據(jù)上ml032l302v 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 2-2 所示。 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值 F 總機(jī)械負(fù)載 =F/m 起動(dòng) =Ffs3800N 4222.2N 加速 = +fdm4284.7N 4760.8N 快進(jìn) = f 1900N 2111.1 N 工進(jìn) = +Ffdt11900 N 13222.2N 反向起動(dòng) = fs3800N 4
12、222.2 N 加速 = +fdm2868.7N 2985.2N 快退 =Ff1900 N 2111.1N 7 圖 2-2 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)速度循環(huán)圖 2.4 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 2.4.1 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 13222.2N，其它工況時(shí)的負(fù) 載都相對(duì)較低，按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇工作壓力的方法， 初選液壓缸的工作壓力 =4.5MPa。1P 2.4.2 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
13、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。這種情況下， 應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無(wú)桿腔工作面積 是有桿腔工作面積 兩倍的形式，即活塞1A2A 桿直徑 d 與缸筒直徑 D 呈 d = 0.707D 的關(guān)系。 工進(jìn)過(guò)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(guò)設(shè)置背壓閥的方式)， 8 選取此背壓值為 =0.8MPa。2P 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無(wú)桿腔均與液壓泵的來(lái)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(wú)桿腔，p 估算時(shí)取 0.5MPa。
14、快退時(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取背壓值p =0.6MPa。2P 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為 1212/ (/)mFAppA 式中：F 負(fù)載力 m液壓缸機(jī)械效率 A1液壓缸無(wú)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(wú)桿腔壓力 p2液壓有無(wú)桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 236211 10.1028.543mPFAm 液壓缸缸筒直徑為 AD36.71/)04.(/461 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
15、此活 塞桿直徑為 d=0.70771.36=50.45mm，根據(jù) GB/T23481993 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=80mm， 活塞桿直徑為 d=50mm。 此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 232110.54/mDA 26)(d 9 2.4.3.計(jì)算最大流量需求 工作臺(tái)在快進(jìn)過(guò)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) =（A 1-A2）v 1=8.27 L/min 工作臺(tái)在快退過(guò)程中所需要的流量為
16、 q 快退 =A2v2=12.85L/min 工作臺(tái)在工進(jìn)過(guò)程中所需要的流量為 q 工進(jìn) =A1v1=0.25 L/min 其中最大流量為快退流量為 12.85L/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，如表 2.2 所示。 表 2.2 各工況下的主要參數(shù)值 負(fù)載 F 進(jìn)油壓力 jP回油壓力 b所需流量 Q 輸入功率 P 工作循環(huán) 計(jì)算公式 N MPa MPa L/min kW 差動(dòng)快進(jìn) =(F+p A 2)/（jP - ）1 Q=v（ - ）2 P= QjP 2111.1
17、2.35 2.85 8.25 0.168 工進(jìn) =(F+ )/j2Ab1 Q=v P= QjP 13222.2 3.33 .06 .015 0.016 快退 =(F+ )/ j1Ab2 Q=v 2111.1 2.38 0.35 11.2 0.68 10 注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口之間的壓力損失 ，而 。Pap510pjb 2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為 ，無(wú)桿腔回油，壓力為 。jP 2.5.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(wèn)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)
18、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，節(jié)約能源，工 作可靠。 2.5.1. 速度控制回路的選擇 工況表 3 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(guò)程中所需要的 功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。 雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。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(guò)程中切削力變化不大，因 此鉆削過(guò)程中負(fù)載變化不大，采
19、用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。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(guò)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。由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路，以提高散熱效率， 防止油液溫升過(guò)高。 2.5.2.換向和速度換接回路的選擇 所設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高， P= QjP 11 所以選用價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選 用三位五通電磁換向閥。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 8.25L/min 降為 0.25 L/mi
20、n，可選二位二通行程換向閥來(lái)進(jìn)行速 度換接，以減少速度換接過(guò)程中的液壓沖擊。由于工作壓力較低，控制閥均用 普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián)了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn) 速度換接。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。 a.換向回路 b.速度換接回路 圖 2-3 換向和速度切換回路的選擇 2.5.3.油源的選擇和能耗控制 表 2.2 表明，本設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(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，若采用單個(gè)定量泵供油， 顯然系統(tǒng)的功率損失大、效率低。在液壓系統(tǒng)的流量、
21、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(lái)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 2-2 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6.512.091/minaxq 1t 需的時(shí)間 分別為：2t svllt 9)7023()0()/()/311 s652 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 12 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)。從提
22、高系統(tǒng)效率、 節(jié)省能量角度來(lái)看，如果選用單個(gè)定量泵作為整個(gè)系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng) 時(shí)間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計(jì)顯然是不合 理的。 如果采用單個(gè)定量泵供油方式，液壓泵所輸出的流量假設(shè)為液壓缸所需要 的最大流量 12.9L/min，假設(shè)忽略油路中的所有壓力和流量損失，液壓系統(tǒng)在整 個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要消耗的功率估算為 快進(jìn)時(shí) KwQPj186.0 工進(jìn)時(shí) j72 快退時(shí) j3. 如果采用一個(gè)大流量定量泵和一個(gè)小流量定量泵雙泵串聯(lián)的供油方式，由 雙聯(lián)泵組成的油源在工進(jìn)和快進(jìn)過(guò)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(guò)程中所需要消耗的功率估算為 快進(jìn)時(shí)
23、KwQPj186.0 工進(jìn)時(shí)，大泵卸荷，大泵出口供油壓力幾近于零，因此 j4. 快退時(shí) KwPj361.0 除采用雙聯(lián)泵作為油源外，也可選用限壓式變量泵作油源。但限壓式變量 泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，最后確定 選用雙聯(lián)液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖 2-4 所示。 圖 2-4 雙泵供油油源 13 2.5.4.壓力控制回路的選擇 由于采用雙泵供油回路，故采用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢 流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。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(wú)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
24、據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整， 最后畫(huà)出液壓系統(tǒng)原理圖如圖 2-5 所示。 為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問(wèn)題， 必須在回油路上串接一個(gè)液控順序閥 8，以阻止油液在快進(jìn)階段返回油箱。同 時(shí)閥 7 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 13。 考慮到這臺(tái)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 12。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(kāi)關(guān)和壓力表，鉆孔行程終點(diǎn)定位精度不高，采
25、用 行程開(kāi)關(guān)控制即可。 14 圖 2-5 液壓系統(tǒng)原理圖 動(dòng)作 1YA 2YA 行程閥 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 停 止 2.6.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 15 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。 2.6.1.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)采用雙泵供油方式，大流量液壓泵只需在快進(jìn)和快退階段向液 壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)時(shí)都 向液壓缸供油，而液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，因此對(duì)大流量液
26、壓泵和小流 量液壓泵的工作壓力分別進(jìn)行計(jì)算。 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 =0.5MPa，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p 最大工作壓力的壓差為 0.5MPa，則液壓泵最高工作壓力為 = + +0.5MPa=4.36MPa。pP1 因此泵的額定壓力 1.254.36Pa=5.45MPa rp （2）計(jì)算總流量 工進(jìn)時(shí)所需要流量最小是 0.25L/min,設(shè)溢流閥最小流量為 2.5L/min,則小流 量泵的流量 （1.1
27、0.25+2.5）L/min=2.775L/min 1pq 快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量為 12.9L/min,則泵總流量 =1.112.9L/min=14.2L/min。即大流量泵的流量 p - =（14.2-2.775）L/min=11.43L/min 2q1p 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，查閱有關(guān)樣本， 采用 YB-4/12 型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力 6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速為 960r/min。 表 2-5 液壓泵參數(shù) 元件名稱 規(guī)格 16 額定流量 1/minL額定壓力 MPa 型號(hào) 雙聯(lián)葉片泵 16 6.3MPa
28、 YB-4/12 取容積效率為 0.95，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為 min/592.140/95.6)124( Lqp 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 2.18MPa，流 量為 14.6L/min。取泵的總效率 ，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為：0.75p KWqPp 67.075.601482 根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取 Y90L-6 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率 ，額定轉(zhuǎn)速 r/min。KWPn1.91n 2.6.2. 閥類元件和輔助元件的選擇 圖 2-5 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
29、以及濾 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 2-5 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(guò)圖 2-5 中 4 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 2-5 中溢流閥 2、背壓閥 7 和順序閥 8 的選擇可根據(jù)調(diào)定壓力和流經(jīng)閥的 額定流量來(lái)選擇閥的型式和規(guī)格，其中溢流閥 2 的作用是調(diào)定工作進(jìn)給過(guò)程中 小流量液壓泵的供油壓力，因此該閥應(yīng)選擇先導(dǎo)式溢流閥，連接在大流量液壓 泵出口處的順序閥 8 用于使大流量液壓泵卸荷，因此應(yīng)
30、選擇外控式。背壓閥 7 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(guò)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 2.3 所示，表中給出了各種液壓 閥的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)。 17 表 2.3 閥類元件的選擇 規(guī)格 序號(hào) 元件名稱 最大通過(guò) 流量 1/minL 額定流 量 1/in額定壓力 MPa 型號(hào) 5 三位五通電 磁閥 32 63 6.3 35 -63BY1D 11 行程閥 32 63 6.3 22C-63BH 11 調(diào)速閥 0.25 10 6.3 Q-10B 6 單向閥 6 16 25 6.3 I-25B 7 背壓閥 7 0.125 10 6.3 B
31、-10B 2 溢流閥 4 10 6.3 Y-10B 13 單向閥 13 16 25 6.3 I-25B 3 單向閥 3 12 25 6.3 I-25B 8 順序閥 16 25 6.3 XY-25B 2過(guò)濾器的選擇 按照過(guò)濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則，取過(guò)濾器的流量為 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(guò)濾精度要求不高，故有 min/40i/)5.216(. Lqp 因此系統(tǒng)選取自封式吸油過(guò)濾器 YCX-40，參數(shù)如表 6 所示。 表 2.4 自封式吸油過(guò)濾器 YCX-63 參數(shù) 尺寸 型號(hào) 通徑 mm 公稱流
32、量 /minL過(guò)濾精度 M（d） 1H3Dd YCX-40 20 40 100 M272 256 110 76 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 min/3i/162Lqp 選用 EF 系列液壓空氣濾清器，其主要參數(shù)如表 2.5 所示。 18 表 2.5 液壓空氣濾清器 參數(shù) 型號(hào) 注油 流量 L/min 空氣 流量 L/min 油過(guò) 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(guò)濾 精度 mm32EF 14 105 120 100 50 4 7 59 70
33、M4 1 0 0.279 注：液壓油過(guò)濾精度可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2.6.3. 油管的選擇 圖 2-5 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(lái)決定，液壓缸 進(jìn)、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 2.6 所示。 表 2.6 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 1/minL9.221pqAvq25.01q6.141pq 排出流量 1/inL9.3/12Aq15.0/12Aq24/21Aq 運(yùn)動(dòng)速
34、度 1/min5.4/11Aqv 05./12Aqv 8.4/213Aqv 根據(jù)表 2.6 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(wú) 19 桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： ，取標(biāo)準(zhǔn)值 13mm。mvqd13603242 ，取標(biāo)準(zhǔn)值 10mm。.13 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 和 的無(wú)130 縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無(wú)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(wú)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。 2.6.4.油箱的設(shè)計(jì) 1油箱長(zhǎng)寬高的
35、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。 中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的 57 倍，本例取 7 倍，故油 箱容積為 LqVp1267 按 JB/T79381999 規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值 V=120L。 31 5.08.0m 如果取油箱內(nèi)長(zhǎng) l1、寬 w1、高 h1 比例為 3：2：1，可得長(zhǎng)為： =877mm，寬 =585mm，高為 =292mm。1l1w1h 對(duì)于分離式油箱
36、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： 20 長(zhǎng)為： mtl83271 寬為： w591 高為： h467)0(1 為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜角度為 。0.5 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43 結(jié)果，隔板的高度應(yīng)為： ， mwlVh175.058.7.01
37、2431 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 13mm，外徑取為 17mm。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。 min/16i/9.0614Lqvp 取吸油管中油液的流速為 1m/s?？傻茫? vqd 9.810.861.4233 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)
38、取公稱直徑為 d=10mm，外徑為 16mm。 2.7.液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 本例所設(shè)計(jì)系統(tǒng)屬壓力不高的中低壓系統(tǒng)，無(wú)迅速起動(dòng)、制動(dòng)需求，而且 設(shè)計(jì)中已考慮了防沖擊可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及相關(guān)防沖擊措施，因此不必進(jìn)行沖擊驗(yàn)算。 這里僅驗(yàn)算系統(tǒng)的壓力損失，并對(duì)系統(tǒng)油液的溫升進(jìn)行驗(yàn)算。 21 2.7.1. 回路壓力損失驗(yàn)算 由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個(gè)回路的壓力損失無(wú)法估算，僅只 閥類元件對(duì)壓力損失所造成的影響可以看得出來(lái)，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時(shí) 參考。 2.7.2.油液溫升驗(yàn)算 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)，有壓力損失、容積損失和機(jī)械損失，這些損失所 消耗的能量多數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能，使油溫升高，導(dǎo)致油的粘度下降、
39、油液變質(zhì)、機(jī) 器零件變形等，影響正常工作。為此，必須控制溫升 T在允許的范圍內(nèi)，如 一般機(jī)床 = 25 30 ；數(shù)控機(jī)床 25 ；粗加工機(jī)械、工程機(jī)械和機(jī)車車輛= 35 40 。 液壓系統(tǒng)的功率損失使系統(tǒng)發(fā)熱，單位時(shí)間的發(fā)熱量（kW）可表示為 P12 式中 系統(tǒng)的輸入功率（即泵的輸入功率） （kW ） ；P1 系統(tǒng)的輸出功率（即液壓缸的輸出功率） （kW） 。2 若在一個(gè)工作循環(huán)中有幾個(gè)工作階段，則可根據(jù)各階段的發(fā)熱量求出 系統(tǒng)的平均發(fā)熱量 對(duì)于本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，其工進(jìn)過(guò)程在整個(gè)工作循環(huán)中所占時(shí) 間比例為
40、 %5.92.023621 t 因此系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱情況來(lái)計(jì)算。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率（即系統(tǒng)輸出功率）為 WFvP037.1265.410 這時(shí)大流量泵通過(guò)順序閥 8 卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以兩泵的總 輸出功率（即系統(tǒng)輸入功率）為： 22 WqPi12.0 5.012)18(5.067).43( 3321 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 (2-28)KWPHii 1083.10 即可得油液溫升近似值： (2-29)CACTT 2.4)65.5/()/( 33 所以油箱散熱基本可達(dá)到要求。
液壓課程設(shè)計(jì)-臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓系統(tǒng).doc
