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机械毕业设计全套

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XYY01-045@万能外圆磨床液压传动系统设计,机械毕业设计全套

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1 第一章 引言 液压技术自 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有 300 年的历史了，但其真正的发展只是在第二次世界大战后 50 余年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业，在机床，工程机械，农业机械，汽车等行业中逐步推广。本世纪 60 年代以来，随着原子能，空间技术，计算机技术的发展，液压技术得到了很大的发展，并渗透到各个工业领域中去。当前液压技术正向高压，高速，大功率，高效，低噪音，经久耐用，高度集成化的方向发展。 随着科技步伐的加快，液压技术在各个领域中得到了广泛应用，液压系统已成为主机设备中最关键的部分之一 。但是，由于设计、制造、安装、使用和维护等方面的因素，影响了液压系统的正常运行。因此，了解系统工作原理，懂得一些设计、制造、安装、使用和维护等方面的知识，是保证液压系统能正常运行并极大发挥液压技术优势的先决条件。 本文主要研究的是 液压传动系统，液压传动系统的设计 需 要 与 主机的总体设计同时进行。设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 nts 2 第二章 万能外圆磨床 液压 系统的设计步骤与设计要求 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 2.1 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3） 制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 2.2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对 调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程序、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。 nts 3 第 三 章 万能外圆磨床液压系统工作原理及特点 3.1 万能外圆磨床液压系统工作原理 由万能外圆磨床液压系统图可见 ,这个系统利用工作台挡块和先导阀拨杆可以连续地实现工作台的往复运动和砂轮架的间隙自动进给运动 ,其工作情况如下。 1. 工作台往复运动 在液压系统图的状态下，当开停阀处于右位时，先导阀都处于右端位置，工作台向右运动，主油路的油液流动情况为： 进油路：液压泵 换向阀（右位） 工作台液压缸右腔； 回油路：工作台液压缸左腔 换向阀（右位） 先导阀（右位） 开停阀（右位） 节流阀 油箱。 当工作台向右移到预定位置时，工作台上的左挡块拨动先导阀阀芯，并使它最终处于左端的位置上。这时控制油路上 a2 点接通高压油、 a1 点接通油箱，使换向阀亦处于其左端位置上，于是主油路的油液流动变为 进油路：液压泵 换向阀（左位） 工作台液压缸左腔； 回油路：工作台液压缸 右腔 换向阀（左位） 先导阀（左位） 开停阀（右位） 节流阀 油箱。 这时，工作台向左运动，并在其右挡块碰上拨杆后发生与上述情况相反的变换，使工作台右改变方向向右运动；如此不停的反复进行下去，直到开停阀拨向左位时才使运动停下来。 2. 工作台换向过程 工作台换向时，先导阀先受到挡块的操纵而移动，接着又受到抖动缸的操纵而产生快跳；液压系统工作原理 工作台往复运动 工作台换向过程 砂轮架的快进快退 砂轮架的周期进给 工作台液动手动互锁 尾架顶尖的退出 机床的润滑 压力的测量 nts 4 换向的操纵油路则先后三次变换通流情况，使其阀芯产生第一次快跳，慢速移动和第二次快跳。这样就使工作台的换向经历了迅速制动、停留和迅速反向启动三个阶段。当系统图中先导阀被拨杆推着向左移动时， 它的右制动锥逐渐将通向节流阀的通道关小，使工作台逐渐减速，实现预制动。当工作台挡块推动先导阀直到先导阀阀芯右部环行槽使 a2 点接通高压油，左部环行槽使 a1 点接通油箱时，控制油路被切换。这时左、右抖动缸便推动先导阀向左快跳，因为此时左、右抖动缸进回油路为： 进油路：液压泵 精滤油器 先导阀（左位） 左抖动缸； 回油路：右抖动缸 先导阀（左位） 油箱。 由此可见，由于抖动缸的作用引起先导阀快跳，就使换向阀两端的控制油路一旦切换就迅速打开，为换向阀阀芯快速移动创造了液流流动条件，由于阀芯右端接通高压油，使液动换向阀 阀芯开始向左移动，即 进油路：液压泵 精滤油器 先导阀（左位） 单向阀 I2 换向阀阀芯右端。 而液压换向阀阀芯左端通向油箱的油路先后有三种接通情况，开始阶段的情况如系统图所示，回油路线为： 回油路（变换之一）：液动换向阀阀芯左端 先导阀（左位） 油箱。 由于回路畅通无阻，阀芯移动速度很大，主阀芯出现第一次快跳，右部制动锥很快的关小主回油路的通道，使工作台迅速制动。当换向阀阀芯快速移动一小段距离后，它的中部台肩移到阀体中间沉割槽处，使液压缸两腔油路相通，工作台停止运动。此后换向阀阀芯在压力油作用下继续左移时， 直通先导阀的通道被切断，回油流动路线改为： 回油路（变换之二）：液动换向阀阀芯左端 节流阀 J 先导阀（左位） 油箱。 这时阀芯按节流阀 J1 调定的速度慢速移动。由于阀体上的沉割槽宽度大与阀芯中部台肩的宽度，液压缸两腔油路在阀芯慢速移动期间继续保持相通，使工作台的停止持续一段时间，这就是工作台在反向前的端点停留。最后，当阀芯慢速移动到其左部环行槽和先导阀相连的通道接通时，回油流动路线又改变成 回油路（变换之三）：液动换向阀阀芯左端 通道 b1 换向阀左部环槽 先导阀（左位） 油箱。 这时，回油路又畅通无阻，阀芯出 现第二次快跳，主油路被迅速切换，工作台迅速反向启动，最终完成了全部换向过程。 3. 砂轮架的快进快退运动 砂轮架的快进快退运动由快动阀操纵，由快动缸来实现。在系统图的状态下，快动阀右位接入系统，砂轮架快速前进到其最前端位置，快进的终点位置是靠活塞与缸盖的接触来保nts 5 证的，为了防止砂轮架在快速运动终点处引起冲击和提高快进运动的重复位置精度，快动缸的两端设有缓冲装置，并设有抵住砂轮架的闸缸，用以消除丝杠和螺母间的间隙。快动阀左位接入系统时，砂轮架快速后退带其最后端位置。 4. 砂轮架的周期进给运动 砂轮架的周期进给运动由进 给阀操纵，由砂轮架进给缸通过其活塞上的拨爪棘轮、齿轮、丝杠螺母等传动副来实现。砂轮架的周期进给运动可以在工件左端停留时进行，可以在工件右端停留时进行，也可以在工件两端停留时进行，也可以不进行进给。这些均由选择阀的位置决定。在图示状态下，选择阀选定的是“双向进给”，进给阀在操纵油路的 a1 和 a2 点每次相互变换压力时，向左或向右移动一次，于是砂轮架便做一次间歇进给。进给量的大小由拨爪棘轮机构调整，进给快慢及平稳性则通过调节节流阀 J3、 J4 来保证。 5. 工作台液动手动的互锁 工作台液动和手动的互锁由互锁缸来实现。当 开停阀处于图示位置时，互锁缸内通入压力油，推动活塞使齿轮 z1、 z2 脱开，工作台运动时就不会带动手轮转动。当开停阀左位接入系统时，互锁缸接通油箱，活塞在弹簧作用下移动，使 z1、 z2 啮合，工作台就可以通过摇动手轮来移动，以调整工件。 6. 尾架顶尖的退出 尾架顶尖的退出是由一个脚踏式的尾架阀操纵，由尾架缸来实现。尾架顶尖只在砂轮架快速退出时才能后退以确保安全，因为这时系统中的压力油必须在快动阀左位接入时才能通入尾架阀处。 7. 机床的润滑 液压泵输出的油液有一部分经精滤油器到达润滑稳定器，经稳定器进行压力调节及分流后， 送至导轨、丝杠螺母、轴承等处进行润滑。 8. 压力的测量 系统中的压力可通过压力表开关由压力表测定，如：在压力表开关处与左位时测出的是系统的工作压力，而在右位时则可测出润滑系统的压力。 3.2 万能外圆磨床液压系统的特点 nts 6 1. 该液压系统采用了活塞杆固定式双杆液压缸，保证了左、右两个方向运动速度一致，又减少了机床的占地面积。 2. 采用了结构简单的节流阀式调速回路，功率损失小，这对调速范围不大，负载较小且基本恒定的磨床来说是合适的。此外，由于采用了回油节流调速回路，液压缸回油中有背压力，可以防止空气渗入液压系统，且有助于工作 稳定和加速工作台的制动。 3. 系统采用了 HYY21/3P-25T 型快跳操纵箱，结构紧凑，操纵方便，换向精度和换向平稳性都较高。此外，这种操纵箱使工作台能作很短距离的高频抖动，有利于提高切入式磨削和阶梯轴磨削的加工质量。 nts 7 第 四 章 制定基本方案和绘制液压系统图 4.1制定基本方案 （ 1）制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液 压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合 容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调 速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。 （ 2）制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流nts 8 阀调节所需压力，并保持 恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。 在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。 （ 3）制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的 多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。 另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力 继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。 （ 4）选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供 油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。 油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 nts 9 4.2 绘制液压系统图 万能外圆磨床 液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免 误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。 为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。 见图 4-1； 图 4-1 液压系统原理图 nts 10 第 五 章 万能外圆磨床 液压元件的选择与专用件设计 5.1 液压泵的选择 1）确定液压泵的最大工作压力 pp ppp 1+p 式中 p1 液压缸或液压马达最大工作压力； p 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。 p 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取 p= （ 0.2 0.5） MPa；管路复杂，进口有调阀的，取 p= （ 0.5 1.5） MPa。 2）确定液压泵的流量 QP 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为 QPK （ Q max） 式中 K 系统泄漏系数，一般取 K=1.1 1.3； Q max 同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（ Q-t）图上查得。对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取 0.510 -4m3/s。 系统使用蓄能器作辅助动力源时 式中 K 系统泄漏系数，一般取 K=1.2； Tt 液压设备工作周期（ s）； Vi 每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量（ m3）； z 液压缸或液压马达的个数。 3）选择液压泵的规格 根据以上求得的 pp和 Qp值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25% 60%。 4）确定液压泵的驱动功率 在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，即（ p-t）、（ Q-t）图变化较平缓，则 式中 pp 液压泵的最大工作压力（ Pa）； QP 液压泵的流量（ m3/s）； nts 11 P 液压泵的总效率，参考表 5-1选择。 表 5- 液压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.6 0.7 0.65 0.80 0.60 0.75 0.80 0.85 限压 式变量叶片泵的驱动功率，可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。一般情况下，可取 pP=0.8pPmax， QP=Qn，则 式中 液压泵的最大工作压力（ Pa）； 液压泵的额定流量（ m3/s）。 在工作循环中，如果液压泵的流量和压力变化较大，即（ Q-t），（ p-t）曲线起伏变化较大，则须分别计算出各个动作阶段内所需功率，驱动功率取其 平均功率 式中 t1、 t2、 t n 一个循环中每一动作阶段内所需的时间（ s）； P1、 P2、 P n 一个循环中每一动作阶段内所需的功率（ W）。 按平均功率选出电动机功率后，还要验算一下每一阶段内电动机超载量是否都在允许范围内。电动机允许的短时间超载量一般为 25%。 5.2 液压阀的选择 1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20%以内的短时间过流量。 2）阀的型式，按安装和操作方式选择。 5.3 蓄能器的选择 根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。 1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为 nts 12 式中 A 液压缸有效作用面积（ m2）； l 液压缸行程（ m）； K 油液损失系数，一般取 K=1.2； QP 液压泵流量（ m3/s）； t 动作时间（ s） 2）作应急能源，其有效工作容积为： 式中 要求应急动作液压缸总的工作容积（ m3）。 有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容 积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。 5.4 管道尺寸的确定 （ 1）管道内径计算 式中 Q 通过管道内的流量（ m3/s）； 管内允许流速（ m/s），见表 5-2: 计算出内径 d后，按标准系列选取相应的管子。 （ 2）管道壁厚 的计算 表 5- 允许流速推荐值 管道 推荐流速 /（ m/s） 液压泵吸油管道 0.5 1.5，一般常取 1以下 液压系统压油管道 3 6，压力高，管道短，粘度小取大值 液压系统回油管道 1.5 2.6 式中 p 管道内最高工作压力（ Pa）； nts 13 d 管道内径（ m）； 管道材料的许用应力（ Pa）， = ； b 管道材料的抗拉强度（ Pa）； n 安全系数，对钢管来说， p 7MPa时，取 n=8； p 17.5MPa 时，取 n=6；p 17.5MPa时，取 n=4。 5.5 油箱容量的确定 初始设计时，先按经验公式（ 31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为 V=Q V 式中 QV 液压泵每分钟排出压力油的容积（ m3）； 经验系数，见表 5-3。 表 5-3 经验系数 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金机械 1 2 2 4 5 7 6 12 10 在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低 于最低限度。 nts 14 第 六 章 磨床中上料机的液压系统进行设计计算 本章对磨床中上料机的液压系统进行设计计算。要求驱动它的液压传动系统完成快速上升 慢速上升 停留 快速下降的工作循环。其垂直上升工件的重力为 5000N，滑台的重量为 1000N，快速上升行程 350mm，速度要求 45mm/s；慢速上升行程为 100mm，其最小速度为 8mm/s；快速下降行程为 450mm，速度要求 55mm/s，滑台采用 V 形导轨，其导轨面的夹角为 90 度，滑台与导轨的最大间隙为 2mm，起动加速和减速时间均为 0.5s，液压缸的机械效率为 0.91。 6.1 负载分析 1. 工作负载 FL=FG=（ 5000+1000） N=6000N 2. 摩擦负载 Ff=fFn/sin（ /2） 由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得 Fn=120N，取 fs=0.2， fd=0.1 则有 静摩擦负载 Ffs=（ 0.2*120/sin45） =33.94N 动摩擦负载 Ffd=（ 0.1*120/sin45） =16.97N 3. 惯性负载 加速 Fa1=（ G/g） *（ v/ t） =（ 6000/9.81） *（ 0.045/0.5） =55.05N 减速 Fa2=（ G/g） *（ v/ t） =（ 6000/9.81） *（ 0.045-0.008） /0.5=45.26N 制动 Fa3=（ G/g） *（ v/ t） =（ 6000/9.81） *（ 0.008/0.5） =9.79N 反向加速 Fa4=（ G/g） *（ v/ t） =（ 6000/9.81） *（ 0.055/0.5） =67.28N 反向制动 Fa5=Fa4=67.82N 根据以上计算。考虑到液压缸垂直安 放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。因此在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量。 6.2 液压缸主要参数的确定 1. 初选液压缸的工作压力 根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为2.0Mpa。 nts 15 2. 计算液压缸的尺寸 A=F/P=6672.55/2000000m =33.36/10000m D= 4A/ = (4*33.36)/(10000*3.14159)m =6.52/100m 按标准取： D=63mm。 根据快上和快下的速度比值来确定 活塞杆的直径： D/（ D-d） =55/45 d=26.86mm 按标准取 d=25mm。 则液压缸的有效面积为： 无杆腔面积 A1= D/4=（ /4） *6.3cm =31.17cm 有杆腔面积 A2= （ D d ） /4= （ 6.3 2.5 ） /4cm =26.26cm 3. 活塞杆稳定性校核 因为活塞杆总行程为 450mm，而活塞杆直径为 25mm， l/d=450/25=1810，需要进行稳定性校核，由材料力学中的有关公式，根据该液压缸一端支承一打铰接取末端系数2=2，活塞 杆材料用普通碳钢则：材料强度试验值 f=4.9*10 Pa，系数 =1/5000，柔性系数 1=85， Rk= J/A=d/4=6.25，因为 l/Rk=726672.55N 所以，满足稳定性条件。 6.3 拟订液压系统图 液压系统图的拟订，主要考虑以下几个方面的问题： 1. 供油方式 该系统在快上和快下时做需流量较大，且比较接近。在慢上时所需的流量较小，因此从提高系统的效率 ，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油方式显然是不合适的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。 2. 调速回路 该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，nts 16 所以采用调速阀的回油节流调速回路。 3. 速度换接回路 由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。 4. 平衡及锁紧 为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔进油路上设置了液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过 程中的影响，设置了一单向背压阀。 本液压系统的换向采用三位四通 Y 型中位机能的电磁换向阀。 6.4 液压元件的选择 1. 确定液压泵的型号及电动机功率 液压缸在整个工作循环中最大工作压力为 1.93Mpa，由于该系统比较简单，所以取其压力损失 p=0.4Mpa，所以液压泵的工作压力为 Pp=P+ p=（ 1.93+0.4） Mpa=2.33Mpa 两个液压泵同时向系统供油时，若回路中的泄露按 10%计算，则两个泵的总流量应为qp=1.1*8.67L/min=9.537L/min，由于溢流阀最小稳定流量为 3L/min，而工进时液压缸所需要流量为 1.5L/min，所以，高压泵的输出流量不得少于 4.5L/min。 根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用 YB1-6.3/6.3 型的双联叶片泵，其额定压力为 6.3Mpa，容积效率 =0.85，总效率 =0.75，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量 qp=2*6.3*910*0.85*10 L/min 求出 Pp=（ p *q ） / =504.83W 查电机产品目录，拟选用电动机的型号为 Y90S-6，功率为 750W，额定转速为 910r/min。 2. 选择阀类元件及辅 助元件 根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选出这些元件的型号及规格如表 6-1 和表 6-2 所示。 nts 17 表 6-1 液压元件型号及规格（ GE 系列） 序 号 名 称 通过流量 型号及规格 1 滤油器 11.47 XLX-06-80 2 双联叶片泵 9.75 YB1-6.3/6.3 3 单向阀 4.875 AF3-Ea10B 4 外控顺序阀 4.875 XF3-10B 5 溢流阀 3.375 YF3-10B 6 三位四通电磁换向阀 9.75 34EF3Y-E10B 7 单向顺序阀 11.57 AXF3-10B 8 液控单向阀 11.57 YAF3-Ea10B 9 二位二通电磁换向阀 8.21 22EF3-E10B 10 单向调速阀 9.75 AQF3-E10B 11 压力表 Y-100T 12 压力表开关 KF3-E3B 13 电动机 Y90S-6 表 6-2 液压元件及规格（叠加阀系列） 序号 名称 通过流量 型号及规格 1 滤油器 11.47 XLX-06-80 2 双联叶片泵 9.75 YB1-6.3/6.3 3 底板块 9.75 EDKA-10 4 压力表开关 4K-F10D-1 5 外控顺序阀 4.875 XY-F10D-P/O（ P1） 1 6 溢流阀 3.375 Y1-F10D-P1/O-1 7 单向阀 4.875 A-F10D-P/PP1 8 电动单向调速阀 9.75 QAE-F6/10D-AU 9 单向顺序阀 11.57 XA-Fa10D-B 10 液控单向阀 11.57 AY-F10D-B（ A） 11 三位四通电磁换向阀 9.75 34EY-H10BT 12 压力表 Y-100T nts 18 13 电动机 Y90S-6 油管：油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路中允许流速计算。在本例中，出油口采用内径为 8mm，外径为 10mm 的紫铜管。 油箱：油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积 V=（ 57） qp，即 V=70L。 6.5 液压系统的性能验算 1. 压力损失及调定压力的确定 根据计算慢上时管道内的油液流动速度约为 0.50m/s，通过的流量为 1.5L/min，数值较小，主要压力损 失为调速阀两端的压降；此时功率损失最大；而在快下时滑台及活塞组件的重量由背压阀所平衡，系统工作压力很低，所以不必验算，因而必须以快进为依据来计算卸荷阀和溢流阀的调定压力，由于供油流量的变化，其快上时液压缸的速度为 v1=qp/A1=0.052m/s=52mm/s 此时油液在进油管中的流速为 v=qp/A=3.23m/s。 2. 局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的 10%；而后者则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额 定压力损失为 qn 和 pn，则当通过阀的流量为 q 时的阀的压力损失为 pv 为 pv= pn（ q/qn） 因为 GE 系列 10mm 通径的阀的额定流量为 63L/min，叠加阀 10mm 通径系列的额定流量为 40L/min，而在本例中通过每一个阀的最大流量仅为 9.75L/min，所以通过整个阀的压力损失很小，可以忽略不计。 同理，快上时回油路上的流量 q =（ q *A ） /A =8.21L/min，则回油路油管中的流速v=2.72m/s。由此可计算出 Re=vd/v=217.6， =75/Re=0.345，所以 回油路上的沿程压力损失为0.287MPa。 （ 1） 总的压力损失 由上面的结果可求出 p= p1+（ A2/A1） * p2=0.637MPa 原设 p=0.4MPa，这与计算结果略有差异，应用计算出的结果来确定系统中压力阀的调定值。 （ 2） 压力阀的调定值 nts 19 双联泵系统中卸荷阀的调定值应该满足快进的要求，保证双泵同时向系统供油，因而卸荷阀的调定值应略大于快进时泵的供油压力 Pp=F/A1+ p=（ 1.93+0.637） MPa=2.567MPa 所以卸荷阀的调定压力应取 2.6MPa 为宜。 溢流阀的调定压力应大于 卸荷阀调定压力 0.30.5MPa，所以取溢流阀调定压力为 3MPa。 背压阀的调定压力以平衡滑台自重为依据，即 P 背 =0.32MPa，取 p 背 =0.4MPa。 3. 系统的发热与温升 根据以上的计算可知，在快上时电动机的输入功率为 Pp= / =563.33W；慢上时的电动机的输入功率为 Pp1= / =325W；而快上时其有用功率为 P1=313.63W；慢上时的有效功率为 48.25W；所以慢上时的功率损失为 276.75W 略大于快上时的功率损失 249.7W，现以较大的值来校核其热平衡，求出 发热温升。 设油箱的三个边长在 1： 1： 11： 2： 3 范围内，则散热面积为 A=0.065 V =1.104m ，假设通风良好，取 h=15/1000Kw/（ m * C），所以油液的温升为 t=H/hA=16.71 C 室温为 20 C，热平衡温度为 36.71 C65 C，没有超出允许范围。 nts 20 第七章 外圆磨床的故障分析及维修 7.1 外圆磨床的故障分析 1 磨削时，工件表面产生螺旋线 砂轮主轴中心线对工作台移动的平行度超差。 工作台导轨润滑油浮力过大，使工作台在运动中摆 动。 修整砂轮时冷却不够，金刚钻发热膨胀，使砂轮工作面修不平。 工作台低速时有爬行现象和不稳定，使修整砂轮表面不均匀。 砂轮法兰内锥面与主轴外锥面接触不好。 砂轮主轴中心对工作台移动的平行度一定要保证，特别是上母线精度。 当磨削时出现单边火花，要进行排队也可将砂轮工作面修理工正成微量鼓形，修去砂轮的两角。 将百分表测量架吸在机床上，表头触及工作台面，启动液压系统。 要保持砂轮工作面的平整。修整砂轮时要有充分的冷却液。 检查砂轮法兰内锥面是否有毛刺，半用涂色法检查锥孔与锥面的接触是否良好。 2 磨削时，工件表面产生多角形波 砂轮主轴与轴瓦间隙过大。 尾架套筒与尾架孔的间隙过大，底面接触不良。 头架主轴装配不良，轴承间隙不合理。 工作中心孔与头、尾架二项尖接触不良。 砂轮静平衡不好，或砂轮切削刃变钝。 检查主轴与轴瓦的接触面积，并重新高速主轴与轴瓦的间隙。 修复尾架套筒与尾架休的间隙，底面接触不好应修。 检查头架主轴精度，若超差应重新装配，并检查其他部件是否擦边。 检查工件的中心孔与顶尖接触面。 新装的砂轮必须进行二次静平衡以消除由于砂轮不平衡厕引起的振动。 3 磨削 时，工件内锥孔的母线不直 内圆磨具与头架中心线的等高超差。 磨削内锥孔的外锥面时，装上卡盘和工件后，由于卡盘和工件的重量，导致头架部工件的中心线与内圆磨具主轴中心线等高精度超差。 按要求检查和修复内圆磨具支架孔中心线与头架主轴中心线的不等高度。 先在卡盘上装一只工件，并把工件内孔光磨，再将校表杆用平行夹紧固在内圆磨具的磨nts 21 杆上，表头触及工件的内孔表面，旋转磨杆 360 度，并高速主轴轴承的间隙，使之达到要求。 4 磨削时，工件精度达不到精度 头架主轴锥孔中心线对工作台移动方向的平行度，对工 件 精度有一 定的影响此误差大，使工件在水平面内弯曲，经磨削受力后，对工件精度影响大。 砂轮主轴中心线对工作台移动方向的平行度误差大，上母线超差。 头架和尾架的中心连线对工作台移动方向的平行度超差。 工作的中心孔与头尾架二顶尖的接触不良，影响工件圆度。 按要求保证头架主轴中心线对工作台移动方向的平行度。 按要求保证吵轮主轴中心线对工作台移动方向的平行度。 做这项精度时，头尾架靠得越近越好。 任何磨加工工件都应研磨中心孔，使工件与头尾架中心保持同一直线。 5 工件表面粗糙度大，有拉毛，划伤痕迹 砂轮主轴 与轴瓦因磨损间隙增大，使砂轮主轴刚性减弱。 砂轮因磨削时间较长而变钝及砂孔被堵塞。 振源的影响 修正砂轮时工作台爬行，使砂轮工作面不平整。 砂轮材质的选择不当。 按机床精度标准测量并调查砂轮主轴与轴瓦间的间隙。 经常修整砂轮表面，对冷却液定期更换，并清除冷却管杂物。 对新装的砂轮及电动机必须进行静平衡和动平衡。 要削除工作台在行程中的不稳定现象。 根据工件的材料性质来选择砂轮。 6 砂轮架主轴“抱轴” 主轴与轴瓦的间隙太小。 主轴的前、后轴承不同心。 主轴润滑油中的杂物嵌入主轴与 轴瓦之间。 轴瓦的方向装反。 主轴与轴承的间隙一定要好。 在检查和装配砂轮时，应用定心工艺套来保证主轴中心与体壳二孔中心的同心度。 润滑油必须保持清洁。 nts 22 轴瓦上的箭头方向必须与主轴的旋转方向一致。 7 砂轮架快速行程重复定位有误差 横进给机构丝杠前端的机械定位螺钉未调整好。 横进给丝杠前端与定位螺钉接触处有毛刺或脏物。 将砂轮架底座前端的定位螺伢旋出，以最大的行程快速行进砂轮架，午分表座固定在工作台上，表触及砂轮架，得出某一读数。 旋出定位螺钉，对之进行调整。旋入时一定要做好清洁工作。 8 进刀刻度不准 辅助压力油油压低，使闸缸作用降低。 前罩上定位爪孔与销轴间隙大，造成定位时位置变化。 前罩壳与床身无定位销钉。 底座上齿轮套与丝杠接触之导向孔的间隙大，转动手轮时，丝杠有摆动。 适当提高辅助压力油的油压。 重配爪销。 固紧罩壳的螺钉。 若齿轮套与丝杠的导向部分间隙过大，则应更换。 9 内圆磨具轴承烧环及加工精度差 轴承预加负荷不对，或内外隔圈尺寸不对。 润滑不良，使轴承温升增高。 轴承的精度较低，影响工作的精度。 皮带拉得过紧。 装配不当。 在轴承预加负 荷 5KG 的前提下，测量轴承内外圈厚度差，内隔圈厚度等于一对轴承预加负荷的计算厚度。 装配磨具时，每只轴承加润滑脂 1.5KG 即可。 应按机床说明书中的规定，选用轴承的等级，即不低于 D 级。 应适当调节皮带。 装配时应严格清先轴承，切勿用压缩空气吹转轴承。 7.2 外圆磨床的 维修 机床液压系统在运行中常有故障发生，如：噪声、爬行、泄漏、油温过高、换向冲击大、压力提不高、运动速度低于规定值等现象，从故障原因现场分析看，一般是某些液压元件失nts 23 灵和液压系统中各液压元件综合因素造成，另外机械、电器、以及外界因 素也会引起液压系统出现故障。由于液压机床种类繁多，故障现象千变万化，只有掌握切合实际的检修方法，积累检修经验和教训，才能不断地提高检修技能，在具体的现场修理过程中，笔者根据多年的教学和实践总结出对机床液压系统故障采用看、听、测、查的四字修理方法，可达到迅速准确的检出故障和排除故障的目的。 看。即通过视觉察看故障，察看故障现象正确与否直接影响修理工艺的制定，如 M1432A万能外圆磨床出现工作台爬行故障，在察看这种不正常状态时，一看该机床的技术档案所记录的修理资料和操作者、修理工对故障现象的反映，为分析故障 作资料准备，这是故障检修的第一步；二看爬行故障出现是否在低速运行时较多，因低速运行时导轨润滑油膜变薄 (甚至形不成油膜 )，油楔作用降低，部分油膜被破坏，使工作台与床身导轨摩擦面的摩擦阻力发生变化，其现象在轻微时，用眼看不到，用手摸工作台则有感觉，严重爬行则可见到工作台大距离的窜动；三看空气是否侵入液压系统，其现象是空气侵入不多则液压油中会有针状气泡，逐渐油液会变成乳白色，空气多则油箱表面会浮有许多气泡，压力表波动值大；四看液压系统中各管路阀体的紧固螺钉螺母是否有松动，密封垫是否损坏而出现液压油泄漏，或者工作台 导轨接触面缺乏润滑油而产生干摩擦或半干摩擦，增加了运动阻力而会产生工作台爬行故障。 听。监听是机床修理的一项重要手段，一般机床在运行中都有正常的运行声，如果出现运行声增大，产生噪声、振动声或冲击声则为故障，如： M7120A 型卧轴矩台平面磨床，液压动力源大部分使用齿轮油泵工作，而这种泵的结构本身压力脉动较大，易产生噪声，特别是油泵吸入空气后或溢流阀、单向阀、电磁阀出现的弹簧钢球与阀座不密封、滑阀与阀体间隙磨损过大、阀内有污物、滑阀拉毛等严重现象，油泵则会发生“吱嗡”、“吱嗡”十分刺耳的噪声，因此液压机床故 障在运行中可以通过监听手段查出。 测，即测量。在检查液压系统运行技术状况时，需要测量系统的主压力和辅助油压力是否达到设计规定值，如 M7130 卧轴矩台平面磨床调节溢流阀主系统压力应达到 1 2MPa，润滑油压力达到 0.2 0.3MPa，以保证油路系统在运行中负荷稳定。液压系统的测量工作，包括工作台最高移动速度的测量，各电动机额定速度的测量，液压元件阀体孔、阀芯磨损后间隙的测量，磨头主轴旋转精度的测量，床身导轨几何精度的测量及液压油缸对工作台导轨的垂直平面、水平平面的定位精度测量，根据测量所得的数据为依据对液 压系统故障进行分析研究而定出修理工艺和方法。 查，即检查。液压系统故障的检查可依照液压机床工作原理图分主压力油系统和辅助压力系统划出故障树分析图，逐段分区域进行细心、准确、全面的检查，如果机修人员经验丰富，也可根据故障现象在系统中分几个检查点，查找故障，如 M1432A 型万能外圆磨床，运nts 24 行时出现工作台左行终了不能换向的故障，则可在该系统工作台换向过程的制动阶段、停留阶段和启动阶段的三个阶段，分为三个检查点进行检查。 (1)制动阶段工作状况故障检查：工作台换向时制动分两步，即先导阀的预制动和换向阀的终制 动是否有故障，从液压系统运行图来看，当工作台左行至接近终点位置时，其撞块碰上换向杆，拨动先导阀开始向右移动，在移动过程中，先导阀上的制动锥将液压回油通路逐渐关小 (是否能关小 )，使主回油路受到节流，工作台速度减慢，实现预制动。由于先导阀的移动，控制换向阀的油路被切换，使控制油路来的压力油进入换向阀左端油腔，推动换向阀向右移动 (阀芯是否能向右移动 )，由于此时回油路直通油池，所以换向阀阀芯迅速地从左端原位快跳到中间位置 (换向阀的第一次快跳 )，压力油同时进入工作台液压缸左右腔，两腔压力平衡，工作台应迅速停止实现终制 动，否则就有故障应检查排除。 (2)停留阶段工作状况故障检查，换向阀第一次快跳结束后，换向阀继续右移 (是否右移 )工作台液压缸左、右腔应一直互通压力油，使工作停止不动。 (3)启动阶段工作状况故障检查，换向阀继续右移时，右腔回油经换向阀芯沉割槽、先导阀流回油池，换向阀应作第二次快跳，直到右端终点位置 (是否有压力油推动换向阀芯移动到右端终点 )，此时换向阀应迅速切换主压力油路，工作台作启动反向，否则就存在故障，应在此故障点进行分析检查修理。 实践证明，机床