组合机床动力滑台液压系统自考毕业论文.doc

毕业设计说明书 Beyeshejishuomingshu 题题 目目 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统 设计一卧式多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统 动力滑台的工作循环是 快进 工进 快退 停止 该系统的主要参数与性能要求如下 切削力 Ft 20000 30000 40000 5000 N 移动部件总重力 G 10000N 快进行程 L1 100mm 工进行程 L2 50mm 快进快退的速度为 V 快 4 6 8 10 m min 工进 速度为 V 工 0 25 0 35 0 45 0 55 m min 加速减速时间 t 0 2s 静摩擦系 数 fs 0 2 动摩擦系数 fd 0 1 该动力滑台采用水平放置的平导轨 动力滑 台可任意停止 摘 要 本论文主要阐述了组合机床动力滑台液压系统 能实现的工作循环是 快速 前进 工作进给 快速退回 原位停止 液压技术是机械设备中发展速度最 快的技术之一 特别是近年可与微电子 计算机技术相结合 使液压技术进入了 一个新的发展阶段 目前 已广泛应用在工业各领域 由于近年来微电子 计算 机技术的发展 液压元器件制造技术的进一步提高 使液压技术不仅在作为一种 基本的传统形式上占有重要地位而且以优良的静态 动态性能成为一种重要的控 制手段 面对我国经济近年来的快速发展 机械制造工业的壮大 在国民经济中占重 要地位的制造业领域得以健康快速的发展 制造装备的改进 使得作为制造工业 重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化 尤其是孔加工 其在今天的 液压系统的地位越来越重要 本液压系统的设计 除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外 还必须 符合体积小 重量轻 成本低 效率高 结构简单 工作可靠 使用和维修方便 等一些公认的普遍设计原则 液压系统的设计主要是根据已知的条件 来确定液 压工作方案 液压流量 压力和液压泵及其它元件的设计 综上所述 完成整个设计过程需要进行一系列艰巨的工作 设计者首先应树 立正确的设计思想 努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法 同 时 还要坚持理论联系实际 并在实践中不断总结和积累设计经验 向有关领域 的科技工作者和从事生产实践的工作者学习 不断发展和创新 才能较好地完成 机械设计任务 关键词关键词 组合机床 液压系统 液压缸 液压泵换向阀 subject Combination machine tools power slide a hydraulic system ABSTRACT The face of China s economy developed rapidly in recent years the growth of machinery manufacturing industry in the national economy accounts for an important position in the field of manufacturing industry to be healthy and rapid development Improvement of manufacturing equipment making an important equipment manufacturing industry as a wide range of machining processes and equipment have been many new changes especially the hole processing in today s hydraulic system is becoming more and more important Boring machine hydraulic system design in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions but also must meet the small size light weight low cost high efficiency simple structure reliable operation convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic hydraulic flow pressure and hydraulic pumps and other components of the design To sum up the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work In recent years in particular with the microelectronics computer technology so that the hydraulic technology has entered a new stage of development At present it has been widely used in industry in various fields In recent years microelectronics computer technology hydraulic components to further improve manufacturing technology so that hydraulic technology as a fundamental not only in traditional form but also occupies an important position with excellent static and dynamic performance has become an important means of control Enter here Abstract In this paper focused on the combination of dual use horizontal boring drilling machine hydraulic system to achieve the duty cycle is work fast forward feed situ rapid return to stop hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies KEY WORDS modular machine tool hydraulic system pump hydraulic cylinder valve 目目 录录 第第 1 1 章章 液压传动的发展液压传动的发展概况概况和应用和应用 1212 1 1 液压传动的发展概况 12 1 2 液压传动在机械行业中的应用 13 1 3 静液压传动装置的应用 13 第第 2 2 章章 液压传动的工作原理和组成液压传动的工作原理和组成 1515 2 1 工作原理 15 2 2 液压系统的基本组成 17 第第 3 3 章章 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 1919 3 1 液压传动的优点 9 3 2 液压传动的缺点 9 第第 4 4 章章 液压系统工况分析液压系统工况分析 2121 4 1 运动分析 21 4 2 负载分析 21 4 2 1 负载计算 21 4 2 2 液压缸各阶段工作负载计算 21 4 2 3 绘制动力滑台负载循环图 速度循环图 见图 1 22 4 2 4 确定液压缸的工作压力 23 4 2 5 确定缸筒内径 D 活塞杆直径 d 23 4 2 6 液压缸实际有效面积计算 23 4 2 7 最低稳定速度验算 23 4 2 8 计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力 流量 功率列于表 1 23 第第 5 5 章章 确定液压系统图确定液压系统图 2525 5 1 液压泵型式的选择 25 5 2 选择液压回路 25 5 3 组成液压系统 26 第第 6 6 章章 液压元件选择液压元件选择 2828 6 1 选择液压泵和电机 28 6 1 1 确定液压泵的工作压力 28 6 1 2 液压泵的流量 28 6 1 3 选择电机 28 6 2 辅件元件的选择 31 6 3 确定管道尺寸 32 第第 7 7 章章 液压系统的性能验算液压系统的性能验算 3333 7 1 管路系统压力损失验算 33 7 1 1 判断油流类型 33 7 1 2 沿程压力损失 P1 33 7 1 3 局部压力损失 P2 33 7 2 液压系统的发热与温升验算 36 7 2 1 液压泵的输入功率 36 7 2 2 有效功率 36 7 2 3 系统发热功率 Ph 36 7 2 4 散热面积 36 7 2 5 油液温升 t 36 第第 8 8 章章 液压系统最新发展状况液压系统最新发展状况 3838 8 1 国外液压系统的发展 38 8 2 远程液压传动系统的发展 39 第第 9 9 章章 注意事项注意事项 4141 结论结论 4242 谢辞谢辞 4343 文文 献献 4444 前前 言言 第第 1 1 章章 液压传动的发展液压传动的发展概况概况和应用和应用 1 11 1 液压传动的发展液压传动的发展概况概况 液压传动和气压传动称为流体传动 是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压 力传动原理而发展起来的一门新兴技术 是工农业生产中广为应用的一门技术 如今 流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志 第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫 布拉曼 Joseph Braman 1749 1814 在伦敦用水作为工作介质 以水压机的形式将其应用于工业 上 诞生了世界上第一台水压机 1905 年他又将工作介质水改为油 进一步得到改 善 第一次世界大战 1914 1918 后液压传动广泛应用 特别是 1920 年以后 发展更 为迅速 液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间 才开始进入正规的工 业生产阶段 1925 年维克斯 F Vikers 发明了压力平衡式叶片泵 为近代液压元件 工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础 20 世纪初康斯坦丁 尼斯克 G Constantimsco 对能量波动传递所进行的理论及实际研究 1910 年对液力传动 液力联轴节 液力变矩器等 方面的贡献 使这两方面领域得到了发展 我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代 液压元件最初应用于机床和锻压 设备 60 年代获得较大发展 已渗透到各个工业部门 在机床 工程机械 冶金 农业机械 汽车 船舶 航空 石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用 当 前液压技术正向高压 高速 大功率 高效率 低噪声 低能耗 长寿命 高度 集成化等方向发展 同时 新元件的应用 系统计算机辅助设计 计算机仿真和 优化 微机控制等工作 也取得了显著成果 目前 我国的液压件已从低压到高压形成系列 并生产出许多新型元件 如插装式锥阀 电液比例阀 电液伺服阀 电业数字控制阀等 我国机械工业在 认真消化 推广国外引进的先进液压技术的同时 大力研制 开发国产液压件新 产品 加强产品质量可靠性和新技术应用的研究 积极采用国际标准 合理调整 产品结构 对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品 采用逐步淘汰的措 施 由此可见 随着科学技术的迅速发展 液压技术将获得进一步发展 在各种 机械设备上的应用将更加广泛 1 21 2 液压传动在机械行业中的应用液压传动在机械行业中的应用 机床工业 磨床 铣床 刨床 拉床 压力机 自动机床 组合机床 数 控机床 加工中心等 工程机械 挖掘机 装载机 推土机等 汽车工业 自卸式汽车 平板车 高空作业车等 农业机械 联合收割机的控制系统 拖拉机的悬挂装置等 轻工机械 打包机 注塑机 校直机 橡胶硫化机 造纸机等 冶金机械 电炉控制系统 轧钢机控制系统等 起重运输机械 起重机 叉车 装卸机械 液压千斤顶等 矿山机械 开采机 提升机 液压支架等 建筑机械 打桩机 平地机等 船舶港口机械 起货机 锚机 舵机等 铸造机械 砂型压实机 加料机 压铸机等 1 31 3 静液压传动装置的应用静液压传动装置的应用 静液压传动由于具有无级变速 调速范围宽 可以实现恒扭或恒功率调速 容易实现电控等优点 在工程机械中具有良好的应用前景 但是在铲土运输机械 和起重机械中作为主要传动就用却很少 其主要问题是在于国内液压元件质量差 而国外的液压元件价格又太高 会造成主同成本过高 90 年代以来 国内已引进 了德国林德公司静液压叉车 以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机 但在国 内市场所占份额很小 从国内工程机械市场的实际出发 本文对静液压传动在国 内的推广应用提出探讨性的意见如下 1 静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用 由于国内部分仓库 码 头和工厂等使用部门对叉车的机动性能 尤其是低速性能 噪声已经有较高的 要求 因此这些部门正在成为国内静液压叉车用户 国内叉车和液压元件生产企 业应该看到静液压叉车的良好前景 联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系 统 提供能先进 工作可靠 价格适中的产品 也可以采用与国际静液压元件制 造公司联合开发的方式 加快开发的速度 2 中小型多功能工程机械由于具有挖掘 装载 叉车和起重等多功能 在发达国家已经得到了广泛的应用 随着我国经济建设尤其是城市建设的发展 中小型多功能工程机械也将在我国推广应用 而它们无疑将首先采用静液压传动 作为其主要传动装置 国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前 景 联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发 以促进中小型 多功能工程机械在我国的发展 3 在国内大型铲土运输和起重机械中 由于配套的静液压与电子控制元 件的技术难度大 价格太高 在国内用户中难以接受 因此 在我国暂时不宜将 静液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上 而应将重点 放在上述两类工程机械上 第第 2 2 章章 液压传动的工作原理和组成液压传动的工作原理和组成 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式 液压系 统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能 通过液体压力能的变化来 传递能量 经过各种控制阀和管路的传递 借助于液压执行元件 缸或马达 把液 体压力能转换为机械能 从而驱动工作机构 实现直线往复运动和回转运动 驱动机床工作台的液压系统是由油箱 过滤器 液压泵 溢流阀 开停阀 节流 阀 换向阀 液压缸以及连接这些元件的油管 接头等组成 2 12 1 工作原理工作原理 快速前进 按下起动按钮 电磁经铁 1YA 通电 电磁换向阀 A 的左拉接入回路 液动 换向阀 B 在制油液的作用下其左位接入系统工作 这时系统中油液的通路为 进油路 过滤器 1 变量泵 1 换向阀 A 单向阀 C 换向阀 B 左端 回油路 换向阀右端 节流阀 F 换向阀 A 油箱 于是 换向阀 B 的阀芯右移 使其左位接入系统 主油路 进油路 过滤器 1 变量泵 1 单向阀 3 换向阀 B 行程阀 11 液压缸左腔 回油路 液压缸右腔 换向阀 B 单向阀 6 行程阀 11 液压缸左腔 形成 差动连接 此时由于负载较小 液压系统的工作压力较低 所以液控顺序阀 5 关闭 液 压缸形成差动连接 又因变量泵 2 在低压下输出流量为最大 所以动力滑台完成 快速前进 2 工作进给 当滑台运动到预定位置时 控制挡铁压下行程阀 11 切断了快进油路 电液 动换向阀 7 的工作状态不变 阀 B 和阀 A 的左位仍接入系统工作 压力油须经调 速阀 8 二位二通电磁 12 才能进入液压缸的左腔 由于油液流经调速阀而使系统 压力升高 于是液控顺序阀 5 打开 单向阀 6 关闭 使液压缸右腔的油液经阀 5 背压阀 4 流回油箱 使滑台转换为工作进给运动 其主要油路 进油路 过滤器 1 变量泵 2 单向阀 3 换向阀 B 调速阀 8 电磁阀 12 液压缸 左腔 回油路 液压缸右腔 换向阀 B 顺序阀 5 背压阀 4 油箱 因为工作进给时系统压力升高 所以变量泵 2 的输出流量便自动减小 以适 应工作进给的城要 进给速率的大小由调速阀 8 来调节 3 死挡铁停留 当滑台第二次工作进给完毕 碰上死挡铁后停止前进 停留在死挡铁处 这 时液压缸左腔油液的压力升高 当升高到压力继电器 13 的调整值时 压力继电 器动作 发出信号给时间继电器 其停留时间由时间继电器控制 经过时间继电 器的延时 再发出信号使滑台返回 4 快速退回 时间继电器延时发出信号 使电磁铁 YA 停电 2YA 通电 这时换向阀 A 的 右位接入回路 控制油液换向阀 B 的右位拉入系统工作 此时 由于滑台返回的 负载小 系统压力较低 变量泵 2 的流量自动增大至最大 所以动力滑台快速退 回 这时系统油液的通路为 控制油路 进油路 过滤器 1 变量泵 2 换向阀 A 单向阀 D 换向阀 B 右端 回油路 换向阀 B 左端 节流阀 E 换向阀 A 油箱 主油路 进油路 过滤器 1 变量泵 2 单向阀 3 换向阀 B 液压缸右腔 回油路 液压缸左腔 单向阀 10 换向阀 B 油箱 动力滑台快速后退 当其快退到一定位置 即工进的起始位置 时 行程阀 11 复位 使回油路更为畅通 但不影响快速退回动作 5 原位停止 当滑台退回到原位时 挡铁压下行程开关而发出信号 使 2YA 断电 换向 阀 A B 都处于中位 液压缸失去动力源 滑台停止运动 变量泵 2 输出的油液 经单向阀 3 换向阀 B 流回油箱 液压泵卸荷 单向阀 3 使泵卸荷时 控制油路中 仍保持一定的压力 这样 当电磁换向阀 A 通电时 可保证液动换向阀 B 能正常 工作 3 油源的选择 由液压缸工况图 图 2 清楚的看出 其系统特点是快速时低 压 大流量 时间短 工进时高压 小流量 时间长 故采用双联叶片泵或 限压式变量泵 将两者进行比较 见表 3 考虑本机床要求系统平稳 工作 可靠 因而采用双联叶片泵 表 3 叶片泵的选择 双联叶片泵限压式变量叶片泵 1 流量突变时 液压冲击取决于溢流 阀的性能 一般冲击较小 1 流量突变时 定子反应滞后 液压冲 击大 2 内部径向力平衡 压力平衡 噪声小 2 内部径向力不平衡 轴承较大 压力 双联叶片泵限压式变量叶片泵 工作性能较好 波动及噪声较大 工作平衡性差 3 须配有溢流阀 卸载阀组 系统较 复杂 3 系统较简单 4 有溢流损失 系统效率较低 温升 较高 4 无溢流损失 系统效率较高 温升较 低 系统工作循环表 4 电磁铁 元件名称 动作循环 1Y2Y 行 程 阀压力继电器 快 进 工 进 压 下 工进终了 快 退 停止 或中途停止 2 22 2 液压系统的基本组成液压系统的基本组成 1 能源装置 液压泵 它将动力部分 电动机或其它远动机 所输出的 机械能转换成液压能 给系统提供压力油液 2 执行装置 液压机 液压缸 液压马达 通过它将液压能转换成机械 能 推动负载做功 3 控制装置 液压阀 通过它们的控制和调节 使液流的压力 流速和 方向得以改变 从而改变执行元件的力 或力矩 速度和方向 根据控制功能 的不同 液压阀可分为村力控制阀 流量控制阀和方向控制阀 压力控制阀又分 为益流阀 安全阀 减压阀 顺序阀 压力继电器等 流量控制阀包括节流阀 调整阀 分流集流阀等 方向控制阀包括单向阀 液控单向阀 梭阀 换向阀等 根据控制方式不同 液压阀可分为开关式控制阀 定值控制阀和比例控制阀 4 辅助装置 油箱 管路 蓄能器 滤油器 管接头 压力表开关等 通 过这些元件把系统联接起来 以实现各种工作循环 5 工作介质 液压油 绝大多数液压油采用矿物油 系统用它来传递能 量或信息 第第 3 3 章章 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 3 1 液压传动的优点液压传动的优点 1 在相同的体积下 液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力 在同 等功率的情况下 液压执行装置的体积小 重量轻 结构紧凑 液压马达的体积 重量只有同等功率电动机的 12 左右 2 液压执行装置的工作比较平稳 由于液压执行装置重量轻 惯性小 反 应快 所以易于实现快速起动 制动和频繁地换向 液压装置的换向频率 在实 现往复回转运动时可达到每分钟 500 次 实现往复直线运动时可达每分钟 1000 次 3 液压传动可在大范围内实现无级调速 调速比可达 1 2000 并可在液 压装置运行的过程中进行调速 4 液压传动容易实现自动化 因为它是对液体的压力 流量和流动方向进 行控制或调节 操纵很方便 当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时 能 实现较复杂的顺序动作和远程控制 5 液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑 因此使用寿命长 6 由于液压元件已实现了标准化 系列化和通用化 所以液压系统的设计 制造和使用都比较方便 3 23 2 液压传动的缺点液压传动的缺点 1 液压传动是以液体为工作介质 在相对运动表面间不可避免地要有泄漏 同时 液体又不是绝对不可压缩的 因此不宜在传动比要求严格的场合采用 例 如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统 2 液压传动在工作过程中有较多的能量损失 如摩擦损失 泄漏损失等 故不宜于远距离传动 3 液压传动对油温的变化比较敏感 油温变化会影响运动的稳定性 因此 在低温和高温条件下 采用液压传动有一定的困难 4 为了减少泄露 液压元件的制造精度要求高 因此 液压元件的制造成 本高 而且对油液的污染比较敏感 5 液压系统故障的诊断比较困难 因此对维修人员提出了更高的要求 既 要系统地掌握液压传动的理论知识 又要有一定的实践经验 6 随着高压 高速 高效率和大流量化 液压元件和系统的噪声日益增大 这也是要解决的问题 总而言之 液压传动的优点是突出的 随着科学技术的进步 液压传动的 缺点将得到克服 液压传动将日益完善 液压技术与电子技术及其它传动方式的 结合更是前途无量 第第 4 4 章章 液压系统工况分析液压系统工况分析 4 14 1 运动分析运动分析 绘制动力滑台的工作循环图 4 24 2 负载分析负载分析 4 2 14 2 1 负载计算负载计算 1 工作负载 工作负载为已知 FL 28000 N 2 摩擦阻力负载 已知采用平导轨 且静摩擦因数 ud 0 1 动摩擦因数 ud 0 2 则 静摩擦阻力 ujF 0 1 9810N 981N 动摩擦阻力 udF 0 2 9810N 1962N 3 惯性负载 动力滑台起动加速 反向起动加速和快退减速制动的加速 度的绝对值相等 既 u 0 2m s t 0 05s 故惯性阻力为 aF ma G u g t 9810 0 2 9 8 0 05 4004N 4 由于动力滑台为卧式放置 所以不考虑重力负载 5 关于液压缸内部密封装置摩擦阻力 Fm 的影响 计入液压缸的机械效率 中 6 背压负载 初算时暂不考虑 4 2 24 2 2 液压缸各阶段工作负载计算 液压缸各阶段工作负载计算 1 启动时 F1 ujF cm 1962 0 9 2180N 2 加速时 F2 udF aF cm 981 4004 0 9 5538N 3 快进时 F3 udF cm 981 0 9N 1090N 4 工进时 F4 qF udF cm 28000 981 0 9N 32201N 5 快退时 F5 udF cm 981 0 9N 1090N 4 2 34 2 3 绘制动力滑台负载循环图 速度循环图 见图绘制动力滑台负载循环图 速度循环图 见图 1 1 图 1 4 2 44 2 4 确定液压缸的工作压力确定液压缸的工作压力 参考课本资料 初选液压缸工作压力 p1 40 106 Pa 4 2 54 2 5 确定缸筒内径确定缸筒内径 D D 活塞杆直径 活塞杆直径 d d A Fmax p 7276 D 100mm 6 44 7276 10 96 3 14 A mmmm 按 GB T2348 1993 取 D 100mm d 0 71D 71mm 按 GB T2348 1993 取 d 70mm 4 2 64 2 6 液压缸实际有效面积计算液压缸实际有效面积计算 无杆腔面积 A1 D2 4 3 14 1002 4 mm2 7850mm2 有杆腔面积 A2 D2 d2 4 3 14 1002 702 4 mm2 4004 mm2 活塞杆面积 A3 D2 4 3 14 702 4 mm2 3846 mm2 4 2 74 2 7 最低稳定速度验算最低稳定速度验算 最低稳定速度为工进时 u 50mm min 工进采用无杆腔进油 单向行程调 速阀调速 查得最小稳定流量 qmin 0 1L min A1 qmin umin 0 1 50 0 002 m2 2000 mm2 满足最低稳定速度要求 4 2 84 2 8 计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力 流量 功率列于表 计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力 流量 功率列于表 1 1 表 1 液压缸压力 流量 功率计算 差 动 快 进快 退工 况启 动加 速恒 速 工 进 启 动加 速恒 速 计 算 公 式 p F A3 q u3A3 P pqp F p2A2 A1 q u1 A1 P pqp F p2A1 A2 q u2 A2 P pq 速 度 m s u2 0 1u1 3 10 4 5 10 3u3 0 1 有 效 面 积 m2 A1 7850 10 6A2 4004 10 6A3 3846 10 6 负 载 N 32663000163332744326630001633 压 力 MPa 0 850 780 424 41 41 10 99 流 量 L min 230 3924 0 功 率 KW 0 161 7550 40 取 背 压 力 p2 0 4MP 取 背 压 力 p2 0 3MP 第第 5 5 章章 确定液压系统图确定液压系统图 5 15 1 液压泵型式的选择液压泵型式的选择 由工况图可知 系统循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成 而 且是顺序进行的 从提高系统效率考虑 选用限压式变量叶片或双联叶片泵教适 宜 将两者进行比较 见表 2 故采用双联叶片泵较好 表 2 双联叶片泵限压式变量叶片泵 1 流量突变时 液压冲击取决 于溢流阀的性能 一般冲击较小 1 流量突变时 定子反应滞后 液压冲击大 2 内部径向力平衡 压力平衡 噪声小 工作性能较好 2 内部径向力不平衡 轴承较大 压力波动及噪声 较大 工作平衡性差 3 须配有溢流阀 卸载阀组 系统较复杂 3 系统较简单 4 有溢流损失 系统效率较低 温升较高 4 无溢流损失 系统效率较高 温升较低 5 25 2 选择液压回路选择液压回路 1 选择油源形式 从工况图可以清楚看出 在工作循环内 液压缸要求油 源提供快进 快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液 最大流量 与最小流量之比qmax qmin 0 5 0 84 10 2 60 其相应的时间之比 t1 t3 t2 1 1 5 56 8 0 044 这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小 流量工作 从提高系统效率 节省能量角度来看 选用单定量泵油源显然是不合 理的 为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源 考虑到前者流量突变时 液压冲击较大 工作平稳性差 且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动 最后确定选用双联叶片泵方案 如图 2a 所示 2 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两 种快速运动回路实现快速运动 考虑到从工进转快退时回油路流量较大 故选用 换向时间可调的电液换向阀式换向回路 以减小液压冲击 由于要实现液压缸差 动连接 所以选用三位五通电液换向阀 如图 2b 所示 3 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时 速度变化大 1 2 0 1 0 88 10 3 114 为减少速度换接时的液压冲击 选用行程阀 控制的换接回路 如图 2c 所示 4 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后 调压和卸荷问题 都已基本解决 即滑台工进时 高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定 无需另设调压回路 在滑台工进和停止时 低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷 高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷 但功率损失较小 故可不需再设卸荷回路 5 35 3 组成液压系统组成液压系统 将上面选出的液压基本回路组合在一起 并经修改和完善 就可得到完整的 液压系统工作原理图 如图 3 所示 在图 3 中 为了解决滑台工进时进 回油路 串通使系统压力无法建立的问题 增设了单向阀 6 为了避免机床停止工作时回 路中的油液流回油箱 导致空气进入系统 影响滑台运动的平稳性 图中添置了 一个单向阀 13 考虑到这台机床用于钻孔 通孔与不通孔 加工 对位置定位精 度要求较高 图中增设了一个压力继电器 14 当滑台碰上死挡块后 系统压力升 高 它发出快退信号 操纵电液换向阀换向 图 2 选择的基本回路 第第 6 6 章章 液压元件选择液压元件选择 6 16 1 选择液压泵和电机选择液压泵和电机 6 1 16 1 1 确定液压泵的工作压力确定液压泵的工作压力 由前面可知 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 4 4MPa 本系统采 图 3 整理后的液压系统原理图 用调速阀进油节流调速 选取进油管道压力损失为 0 6MPa 由于采用压力继电器 溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大 0 5MPa 故泵的最高压力为 Pp1 4 4 0 6 0 5 MPa 5 5MPa 这是小流量泵的最高工作压力 稳态 即溢流阀的调整工作压力 液压泵的公称工作压力 Pr 为 Pr 1 25 Pp1 1 25 5 5MPa 6 7MPa 大流量泵只在快速时向液压缸输油 由压力图可知 液压缸快退时的工作压 力比快进时大 这时压力油不通过调速阀 进油路比较简单 但流经管道和阀的 油流量较大 取进油路压力损失为 0 5MPa 故快退时泵的工作压力为 Pp2 0 99 0 5 MPa 1 49MPa 这是大流量泵的最高工作压力 此值是液控顺序阀 7 和 8 调整的参考数据 6 1 26 1 2 液压泵的流量液压泵的流量 由流量图 4 b 可知 在快进时 最大流量值为 23L min 取 K 1 1 则可计算泵的最大流量 vp q K v q max vp q 1 1 23L min 25 3L min 在工进时 最小流量值为 0 39 L min 为保证工进时系统压力较稳定 应考 虑溢流阀有一定的最小溢流量 取最小溢流量为 1 L min 约 0 017 10 3m3 s 故 小流量泵应取 1 39L min 根据以上计算数值 选用公称流量分别为 18L min 12L min 公称压力为 70MPa 压力的双联叶片泵 6 1 36 1 3 选择电机选择电机 由功率图 4 c 可知 最大功率出现在快退阶段 其数值按下式计算 Pp Pp2 qv1 qv2 p 1 35 106 0 2 0 3 10 3 0 75 993W 式中 qv1 大泵流量 qv1 18 L min 约 0 3 10 3m3 s qv2 小泵流量 qv2 12L min 约 0 2 10 3m3 s p 液压泵总效率 取 p 0 75 a b c 图 根据快退阶段所需功率 993W 及双联叶片泵要求的转速 选用功率为 1 1KWJ52 6 型的异步电机 6 26 2 辅件元件的选择辅件元件的选择 根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量 选择各种液压元件和辅助元 件的规格 表 2 液压元件及型号 规格序号元件名称通过的最 大流量 q L min 型号额定流量 qn L min 额定压力 Pn MPa 额定压降 Pn MPa 1双联叶片 泵 PV2R12 6 33 5 1 27 9 16 2三位五通 电液换向 7035DY 100BY 1006 30 3 阀 3行程阀62 322C 100BH 1006 30 3 4调速阀 1Q 6B66 3 5单向阀70I 100B1006 30 2 6单向阀29 3I 100B1006 30 2 7液控顺序 阀 28 1XY 63B636 30 3 8背压阀 1B 10B106 3 9溢流阀5 1Y 10B106 3 10单向阀27 9I 100B1006 30 2 11滤油器36 6XU 80 200 806 30 02 12压力表开 关 K 6B 13单向阀70I 100B1006 30 2 14压力继电 器 PF B8L 14 注 以上元件除液压泵 滤油器外 均为板式连接 6 36 3 确定管道尺寸确定管道尺寸 由于本系统液压缸差动连接时 油管内通油量较大 其实际流量 qv 24 L min 0 5 10 3m3 s 取允许流速 u 0 5m s 则主压力油管 d 用下式计算 d 12 01mm 圆整化 取 d 12mm 油管壁厚一般不需计算 根据选用的管材和管内径查液压传动手册的有关 表格得管的壁厚 选用 14mm 12mm 冷拔无缝钢管 其它油管按元件连接口尺寸决定尺寸 测压管选用 4mm 3mm 紫铜管或铝管 管接头选用卡套式管接头 其规格按油管通径选取 4 确定油箱容量 中压系统油箱的容量 一般取液压泵公称流量vq的 5 7 倍 V 7vq 7 30L 210L 第第 7 7 章章 液压系统的性能验算液压系统的性能验算 7 17 1 管路系统压力损失验算管路系统压力损失验算 由于有同类型液压系统的压力损失值可以参考 故一般不必验算压力损失值 下面以工进时的管路压力损失为例计算如下 已知 进油管 回油管长约为 l 1 5m 油管内径 d 1 2 10 3m 通过流量vq 0 39 L min 0 0065 10 3m3 s 选用 L HM32 全损耗系统用油 考虑最低温 度为 15 v 1 5 2 s 7 1 17 1 1 判断油流类型判断油流类型 利用下式计算出雷诺数 Re 1 273vq 104 dv 1 273 0 0065 10 3 104 1 2 10 3 1 5 66 2000 为层流 7 1 27 1 2 沿程压力损失沿程压力损失 P P1 1 利用公式分别算出进 回油压力损失 然后相加即得到总的沿程损失 进油路上 P1 4 4 1012v l qv d4 4 3 1012 1 5 1 5 0 0065 10 3 124Pa 0 0313 105Pa 回油路上 其流量 qv 0 75 L min 0 0125 10 3m3 s 差动液压缸 A1 2A2 压力损失为 P1 4 3 1012v l qv d4 4 3 1012 1 5 1 5 0 00325 10 3 124Pa 0 01532 105Pa 由于是差动液压缸 且 A1 2A2 故回油路的损失只有一半折合到进油腔 所 以 工进时总的沿程损失为 P1 0 03103 0 5 0 01532 105Pa 0 039 105Pa 7 1 37 1 3 局部压力损失局部压力损失 P P2 2 在管道结构尚未确定的情况下 管道的局部压力损失 p 常按下式作经验计 算 l 1 0pp 各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算 2 n nv q q pp 其中的 pn由产品样本查出 qn和q数值查表可列出 滑台在快进 工进和快退 工况下的压力损失计算如下 1 快进 滑台快进时 液压缸通过电液换向阀差动连接 在进油路上 油液通过单向 阀 10 电液换向阀 2 然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀 3 进入无杆腔 在进油路上 压力损失分别为 MPa05688 0 MPa10 60 10 3 62 105478 0105478 0 6 3 88 li qp MPa005688 0MPa05688 0 1 01 0 li i pp MPa1647 0 MPa 100 3 62 3 0 100 33 3 0 100 9 27 2 0 222 vi p MPa2273 0 MPa1647 0 005688 0 05688 0 vi ili i pppp 在回油路上 压力损失分别为 MPa02675 0 MPa10 60 103 29 105478 0 105478 0 6 3 88 lo qp MPa002675 0MPa02675 01 01 0 lo o pp MPa1594 0MPa 100 3 62 3 0 100 3 29 2 0 100 3 29 3 0 222 vo p MPa1888 0 MPa1594 0 002675 0 02675 0 vo olo o pppp 将回油路上的压力损失折算到进油路上去 便得出差动快速运动时的总的压 力损失 MPa316 0 MPa 95 7 44 1888 0 2273 0 p 2 工进 滑台工进时 在进油路上 油液通过电液换向阀 2 调速阀 4 进入液压缸无 杆腔 在调速阀 4 处的压力损失为 0 5MPa 在回油路上 油液通过电液换向阀 2 背压阀 8 和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀 7 返回油箱 在背压阀 8 处的压力损失为 0 6MPa 若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失 则在进油 路上总的压力损失为 此值略小于估计值 在回油路上总的压力损失为 MPa66 0 MPa 63 9 2724 0 3 06 0 100 24 0 3 0 22 vo o pp 该值即为液压缸的回油腔压力p2 0 66MPa 可见此值与初算时参考表 4 选取的背 压值基本相符 按表 7 的公式重新计算液压缸的工作压力为 MPa99 3 MPa 101095 107 441066 0 34942 64 46 1 220 1 A ApF p 此略高于表 7 数值 考虑到压力继电器的可靠动作要求压差 pe 0 5MPa 则小流量泵的工作压力 为 MPa99 4 5 05 099 3 ei11p pppp 此值与估算值基本相符 是调整溢流阀 10 的调整压力的主要参考数据 3 快退 滑台快退时 在进油路上 油液通过单向阀 10 电液换向阀 2 进入液压缸有 杆腔 在回油路上 油液通过单向阀 5 电液换向阀 2 和单向阀 13 返回油箱 在 进油路上总的压力损失为 MPa048 0MPa 100 33 3 0 100 9 27 2 0 22 vi i pp 此值远小于估计值 因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的 在回油路上总的压力损失为 MPa343 0MPa 100 70 2 0 100 70 3 0 100 70 2 0 222 vo o pp 此值与表 7 的数值基本相符 故不必重算 大流量泵的工作压力为 MPa48 1048 0 43 1 12p i ppp 此值是调整液控顺序阀 7 的调整压力的主要参考数据 7 27 2 液压系统的发热与温升验算液压系统的发热与温升验算 本机床的工作时间主要是工进工况 为简化计算 主要考虑工进时的发热 故按工进工况验算系统温升 7 2 17 2 1 液压泵的输入功率液压泵的输入功率 工进时小流量泵的压力 Pp1 54 105Pa 流量 qvp1 12L min 0 2 10 3m3 s 小流量泵的功率为 P1 Pp1qvp1 p 54 0 2 102 0 75W 1440W 式中 p 液压泵的总效率 工进时大流量泵卸荷 顺序阀的压力损失 P 1 5 105Pa 即大流量泵的工 作压力 Pp2 1 5 105Pa 流量 qvp2 18L min 0 3 10 3m3 s 大流量泵的功率 P2 为 P2 Pp2qvp2 p 1 5 0 3 102 0 75W 60W 故双联泵的合计输出功率 Pi为 Pi P1 P2 1440 60W 2040W 7 2 27 2 2 有效功率有效功率 工进时 液压缸的负载 F 32744N 取工进速度 v 0 00083 10 3m s 输出功率 P0为 P0 Fv 32744 0 00083W 27W 7 2 37 2 3 系统发热功率系统发热功率 P Ph h 系统总的发热功率 Ph 为 Ph P i P0 2013W 7 2 47 2 4 散热面积散热面积 油箱容积 V 210L 油箱近似散热面积 A 为 A 0 065 332222 0 0651052 296Vmm 7 2 57 2 5 油液温升油液温升 t t 假定采用风冷 取油箱的传热系数 K t 23W 可得 油液温升为 t Ph K t A 1198 23 2 296 22 7 设夏天的室温为 30 则油温为 30 22 7 52 7 没有超过最高允 许油温 50 65 第第 8 8 章章 液压系统最新发展状况液压系统最新发展状况 8 18 1 国外液压系统的发展国外液压系统的发展 工程机械主要配套件有动力元件 传动元件 液压元件及电气元件等 目前 工程机械动力元件基本上都用内燃式柴油发动机 简称柴油机 传动分机械传动 液力机械传动 静液压传动 电传动等 但目前工程机械用得最多 最普遍的为 液力机械传动及静液压传动 整个传动系统还包括传动轴 驱动桥等 静液压传 动有多种结构形式 有的有传动轴 驱动桥 有的没有 视情况而定 液压元件 主要有缸 泵 阀 密封件及液压附件等 静液压元件的泵 主要是变量泵 马 达 变量与定量 以及相应的减速机等 电气元件以前对工程机械的影响还并不 大 最早的工程机械电气系统 主要是起动电路及照明电路 系统及元件都非常 简单 起动可以用拖起动 白天干活不用照明 因此 这两个电路系统出了故障 也能勉强维持工作 但工程机械发展到今天 电气系统及电气元件已经成了工程 机械一个非常关键的部分 可以说今天的绝大多数工程机械 电气系统出了故障 根本就不能工作 有的甚至寸步难行 等于一堆废钢铁 因此电气系统 电器元 件目前也是工程机械最关键最主要的配套件之一 主要电器元件除传统的元件外 还有各种传感器 各种控制元件及微处理机等等 下面就国际上这些工程机械主 要配套件的基本情况及发展趋势谈谈看法 目前国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久 技术成熟 供应充足 生产集中度高 品牌效应突出 配套件的发展随主机的发展而发展 同时配套件 自身的发展反过来又促进主机的发展 目前国外工程机械配套件的发展形势好过 主机的发展形势 目前国外工程机械配套件的发展形势比较好 近些年来国外工程机械有一种发展趋势 主机制造企业逐步向组装企业方向 发展 配套件逐步由供应商来提供 比如世界上实力最强的主机制造企业美国的 卡特彼勒 Caterpillar 凯斯 Case 日本的小松 Komatsu 瑞典的沃尔沃 Volvo 等世界上这些大型的工程机械主机制造企