双头组合车床动力滑台液压控制系统

第40页 共 40 页1 引言液压传动是利用液体压力势能的液体传动，它以液体作为工作介质进行能量转换、传递和控制。相对于机械传动来说，它是一门新技术，但如从17世纪末巴斯卡提出静压传递原理，18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压及流体技术已经有二三百年的历史了，而近代液压传动在工业上的真正推广使用，则是在上世纪中以后的事。近几十年来，随着微电子技术的迅速发展，且渗透到液压技术中并与之密切结合，使其应用领域遍及到各个工业部门，已成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的重要手段之一。1.1 液压传动的组成（1）液压泵：把机械能转换为液体压力能的元件。（2）执行元件：把液体压力能转换为机械能的元件。如液压缸、液压马达等。（3）控制元件：通过对液压的压力、流量和方向的控制来实现对执行元件的运动速度、方向、作用力等控制，也用于实现过载保护程序控制等，其中包括压力控制阀、流量阀、方向控制阀等。（4）辅助元件：以上组成部分以外的其他元件，如接头油箱、管道、滤油器、冷却器、加热器等。随着工业的发展，机械化、自动化程度的日益提高，对液压元件及液压装置的标准化、集成化、微型化提出了更高的要求。于是出现了由液压系统组成的液压站。液压站不仅满足了日益发展数控机床、组合机床自动线及一般专用组合机床对液压系统的要求，而且适用于小批单件生产的非标准设备。1.2 液压传动的优缺点液压系统以液压液作为工作介质，而液体不可以压缩的特性使液压系统运动的平稳性得到保证。在工业的许多领域，液压系统的应用越来越广泛。其优点和缺点有以下几个方面：1) 在相同的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力。在相等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的百分之十二左右。2) 液压装置工作比较平稳。由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动，制动和频繁的换向。3) 液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。4) 液压传动易于实现自动化，它对液体压力、流量或流动方向易于进行调速或控制。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能够实现很复杂的顺序动作，也能方便的实现远程控制。5) 液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在堵转状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。6) 由于液压元件已经实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。7) 用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单，这一点在本设计中体现的比较出色。但液压传动也存在着一些缺点：1） 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失，泄漏损失等），长距离传动时更是如此。2） 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不能在很高或很低的温度条件下工作。3） 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价较贵，而且对工作介质的污染比较敏感。液压传动出现故障时不易找出原因。总的来说，液压传动的优点是主要的，而它们的缺点通过技术的进步和多年的不懈努力，已得到了很大的改善。1.3 液压技术的应用及其发展趋势随着液压技术的不断发展进步，液压设备的年增长率远远大于其它设备的年增长率，其原因是由于液压传动在许多领域是机械传动无法取代的。液压传动能实现低速大吨位运动；采用适当的节流技术可使运动机构的速度十分均匀稳定；使用伺服、仿形、调速等机构可使执行元件的运动精度达到很高，可以微米计；液压系统各部分间是用管道连接的，其布局安装有很大的灵活性，而其体积重量比却比机械传动小得多，因此能构成用其它方法难以组成的复杂系统；液压传动可以用很小的功率控制速度、方向；液压元件体积小、重量轻、标准化程度高，便于集中大批量生产。由于采用集成、叠加、插装技术，使装配容易，造价低，比起机械传动来，它是一种最为经济的选择。近年来微电子技术应用到工程机械中，实现了智能化和自动化，静液压传动装置替代了传统的液力变矩齿轮箱传动，使传统技术有了新的发展。液压技术在金属切削机床中有着十分广泛的应用。如磨床的砂轮架，车床，六角车床、自动车床的刀架的转塔刀架、磨床、钻床、铣床、刨床的工作台或主轴箱，组合机床的动力箱或滑台等的进给装置，均可采用液压技术。它可以在较大的范围内进行无级调速，具有良好的换向性能，且易实现自动工作循环。液压传动还可以使龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕及拉床实现所需的高速往复主运动，且减少换向冲击、降低能耗，并缩短了换向时间。采用液压伺服系统，能使车床主轴实现无级变速的回转主运动，而在仿形加工机床中，则使仿形精度达0.010.02mm。在机床的辅助装置中，如夹紧装置、变速操纵装置、分度装置、垂直移动部件的平衡装置以及工件和刀具的装卸、运输、贮存装置，采用液压传动可以简化机床结构，提高自动化程度。重型机床、高速机床和高精度机床的轴承与导轨处采用静压支承，可以得到很高的工作平稳性和运动精度。液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。随着液压技术的发展，它在机床上的应用必将不断地得到提高和完善。1.4 液压技术在本课题中的具体应用加工压缩机拖车上一根长轴两端轴颈时，如果我们采用传统的车削加工思路，即一端夹紧，另一端用顶针顶住，车削完一端后卸下重新换向一夹一顶加工另外一端轴颈，那么，由于长轴零件自身刚度不足，加工精度很难得到保证，而且上述加工流程务必会降低加工效率。因此，国内外设计人员提出了许多可行的方案。其中，本课题中的双头车床方案表现出了相对的优势。双头车床加工时，由于零件较长，拟采用零件固定，刀具旋转和进给的加工方式，其加工动作循环方式是：快进工进快退停止，同时要求各个车削头能单独调整。显而易见，采用双头车床能使原需多道工序的产品能一次切削完成，使工序简化，生产效益大大提高，比原先提高一倍以上，且这种设计所产生的产品对成均匀，精度高。总之，我们相信采用双头车床加工长轴零件，加工精度和效率都会得到显著的改善，双头车床在机械加工中必将开辟更加广阔的前景。2 工况分析和拟定原理图2.1 确定对液压系统的工作要求双头车床，加工压缩机拖车上一根长轴两端的轴颈。由于零件较长，拟采用零件固定，刀具旋转和进给的加工方式。其加工动作循环是快进工进快退停止。同时要求各个车削头能单独调整。其最大切削力在导轨中心线方向估计为12000N，所要移动的总重量估计为15000N，工作进给要求能在0.0201.2m/min范围内进行无级调速，快进、快退速度一致，为4m/min，最大行程为300mm(工进行程100mm,快进行程200mm)采用水平放置的V形导轨，静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1,启动，制动时间t=0.2s。图2.1为该机床的外形示意图。 图2.12.1.1 执行机构根据加工要求，刀具旋转由机械传动来实现；主轴头沿导轨中心线方向的“快进工进快退停止”工作循环拟采用液压传动方式来实现，故拟选定液压缸作执行机构。2.1.2 方向回路液压缸的工作循环运动采用三位四通O型电磁换向阀，其工作原理是利用阀心在阀体中的相对运动，使液流的通路接通、关断，或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。它能使执行元件正反运动时可以得到不同的回油方式并在任何一位置上停止运动。为了自动实现上述工作循环，并保证零件有一定的加工长度(该长度并无过高的精度要求，拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。2.1.2 调速回路液压传动系统中的速度控制回路的分类：调节液压执行元件的速度的调速回路；使之获得快速运动的快速运动回路；和工作进给速度以及工作进给速度之间的速度换接回路等。调速的目的：调速是为了满足液压执行元件对工作速度的要求。在不考虑液压油的压缩性和泄漏的情况下，液压缸的运动速度为:v=液压马达的转速为： Q输入液压执行元件的流量 A液压缸的有效面积 液压马达的排量由此可知，通过改变输入液压执行元件的流量Q或液压缸的有效面积A（或液压马达的排量）均可以达到改变速度的目的，但改变液压缸的工作面积是困难的，因此，只能用改变进入液压执行元件的流量或改变变量液压马达的排量的方法来调速。由此产生了两种调速方法节流调速和容积调速，而同时用变量泵和流量阀来达到调速目的的又称为容积节流调速。a.节流调速回路节流调速回路的工作原理是通过改变回路中流量控制元件（节流阀和调速阀）通流截面的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量，以调节其运动速度。根据流量阀在回路中的位置不同，分为进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速三种回路。前两种调速回路由于在工作中回路的供油压力不随负载变化而变化，故又称为定压式节流调速回路；而旁路节流调速回路中，由于回路的供油压力随负载的变化而变化，故又称为变压式节流调速回路。b.容积调速回路容积调速回路是用改变泵或马达的排量来实现调速的。主要优点是没有节流损失和溢流损失，因而效率高，油液温升小，适用于高速、大功率调速系统。缺点是变量泵和变量马达的结构复杂，成本高。c.容积节流调速回路容积节流调速回路采用压力补偿型变量泵供油，用流量控制阀调节进入或流出液压缸的流量来调节其运动速度，并使变量泵的输油量自动地与液压缸所需流量相适应。这种调速回路没有溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好，常用在速度范围大、中小功率场合，例如组合机床的进给系统等。考虑到车削进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，粗加工时负载有较大变化，故液压缸的工作循环运动拟选用调速阀、变量泵组成的容积节流调速方式。2.2 拟定液压系统工作原理图该系统同时驱动两个车削头，且动作循环完全相同。为了保证快速进、退速度相等，并减小液压泵的流量规格，拟选用差动连接回路。差动缸基本原理，如图2.2所示：单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油称为差动连接，此缸为差动液压缸。差动液压缸左、右腔压力相等，但左右腔有效面积不相等。因此，活塞向右运动，差动连接时因回油液进入左腔，从而提高活塞运动速度。 对于差动缸而言，D=d 。 行程控制中，由快进转工进时，采用机动滑阀，使速度转换平稳，且工作安全可靠；工进终了时，压下电器行程开关返回；快退到终点，压下电器行程开关，运动停止。快进转工进后，因系统压力升高，遥控顺序阀打开，回油经背压阀回油箱，系统不再差动连接。此处放置背压阀使工进时运动平稳，且因系统压力升高，变量泵自动减少输出流量。 两个车削头可分别进行调节，调节一个时，另一个应停止，三位五通阀处中位即可；分别调节两个调速阀，可得到不同进给速度，同时，可使两车削头有较高的同步精度。由此拟定的液压系统原理图，如图2.3所示：图2.3根据设计的要求列出电磁铁动作顺序表: 表2-1元 件左液压缸1DT2DT行程阀 不 动 - 快 进 + 工 进 + + 快 退 + + 表2-2元 件右液压缸3DT4DT行程阀 不 动 - - 快 进 + 工 进 + + 快 退 + +注：两车削头可分别调节，调节一个时，另一个应停止，三位五通阀处于中位即可。 3 计算和选择液压元件3.1 原始数据1 导轨中心线方向最大切削力：12000N；2 运动部件重量：15000N；3 快进、快退速度：4m/min；4 工进速度：0.021.2m/min；5 行程长度：300mm；6 导轨形式及摩擦系数：V形导轨，静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系fd=0.1；7 启动，制动时间：t=0.2s；8 工进行程：100mm；9 快进行程200mm。3.2 初步确定液压缸参数3.2.1负载分析及绘制负载图和速度图液压缸负载主要包括：切削阻力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压阻力等。(1)切削阻力 =12000N(2)摩擦阻力 若该机床材料选用铸铁对铸铁，其结构受力情况如图3.1所示： 图3.1根据机床切削原理，一般情况下，,由题意知：12000，则由于切削力所产生的与重力方向相一致的分力= =40000，选取摩擦系数=0.1,V形导轨的夹角,则导轨的摩擦力为： = (3)惯性阻力 油缸所要移动负载总重量： 根据题意选取工进时速度的最大变化量：，根据具体情况选取：（其范围通常在0.010.5 s）,则惯性力为：式中 (m/s2);(4)重力因为运动部件是水平安置，故重力在运动方向的分力为零。(5)密封后阻力 阻力通常折算为克服密封阻力所需的等效压力乘以液压缸的进油腔的有效作用面积。若选取中压液压缸，且密封结构为Y型密封，根据资料推荐，等效压力取，液压缸的进油腔的有效作用面积初估值为mm2 ,则密封力为： 启动时： 运动时：(6)背压阻力这是液压缸回油路上的阻力。初计算时，可不考虑，其数值待系统确定后才能定下来。根据上述分析，可计算出液压缸各动作阶段中的负载。计算公式及数值见表3-1所示： 表3-1 工 况 算 公 式 液 压 缸 的 负 载加速阶段快进阶段工进阶段 快退阶段(7)绘制进给液压缸的负载图和速度图 据上表数据，绘制出液压缸的负载图和速度图，此图直观性强，便于分析，如图3.2所示： a) 负 载 图 b) 速 度 图 图3.23.2.2 初步确定液压缸参数及绘制工况图(1) 确定进给液压缸的内径和活塞杆直径 回油背压，一般为，取回油背压，考虑两边差动比为2，且已知液压缸进油腔的活塞面积,取有杆腔活塞面积,将上述值代入公式得： 根据以上分析可知，在工进阶段受力最大，作用在活塞上的总载荷 根据经验确定工作压力，选取，则工作腔的有效工作面积和活塞直径分别为： 因为液压缸的差动比为2，所以活塞杆直径为： 根据液压技术行业标准，选取标准直径 则液压缸实际计算工作压力为： 实际选取的工作压力为： 由于左右两个切削头工作时需做低速进给运动，在确定油缸活塞面积之后，还必须按最低进给速度验算油缸尺寸。即应保证油缸有效工作面积为： 式中 流量阀最小稳定流量，在此取流量阀最小稳定流量为 活塞最低进给速度，本题给定为。 根据上面确定的液压缸直径，油缸有效工作面积为： 验算说明活塞面积能满足最小稳定速度要求。(2)计算进给液压缸各运动阶段的压力、流量和功率 通过估计，如果取差动快进时的压力损失，假设快退时的背压力和工进时的背压力相等，即。则各阶段的压力、流量和功率值如表3-2所示： 表3-2工 况负载回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率计算公式快进启动824043.4快进加速759340.6变 化 值变 化 值快进恒速7440409.4437.8工 进2079351.60.137.60.6739.2快退启动824025.4 快退加速759324变 化 值变 化 值快退恒速744023.616 37.8(3)制进给液压缸工况图进给液压缸各阶段的压力、流量和功率值，用坐标法绘制出“液压缸个工况图”，此图可直观看出液压缸各运动阶段主要参数的变化情况，如图3.3所示：进 给 液 压 缸 工 况 图 图3.33.3 液压系统计算与选择3.3.1 液压泵的选择(1)计算液压泵工作压力液压泵的工作压力应考虑液压缸最高有效工作压力和系统的压力损失。对于调速阀进油节流调速系统，管路的局部压力损失一般取（515），在系统的结构布局未定之前，可用局部损失代替总的压力损失，现选取总的压力损失， 则液压泵的实际计算工作压力： (2)算液压泵的流量当液压缸左右两个切削头快进时，所需的最大流量之和为： 液压泵流量应考虑液压缸最大工作流量和回路的泄漏，常取回路泄漏系数1.11.3。如取，则液压泵的流量为： (3)选取液压泵规格型号根据求得的液压泵的流量和压力，又要求泵变量，查阅新编液压件使用与维修使用技术大全选取：YBN-40型叶片泵。此泵的性能数据如表3-3所示： 表3-3型 号YBN-40型叶片泵排 量(ml/r) 31.98压力调节范围（MPa） 1.43.5开始变量时压力P(MPa) 2.0转速（r/min）最大 1800最小 600输入功率（kW） 1.47 注：表中排量是定子处于最大偏心时的数值。输入功率为该排量下，转速为1500r/min,压力为P时的理论功率，未考虑总效率。3.3.2电机的计算与选择(1)驱动电机功率因该系统选取变量泵，所以应算出空载快速、最大工进时所需的功率，按两者的最大值选取电机的功率。最大工进：此时所需的最大流量为： 选取液压泵的总效率为：，则工进时所需的液压泵的最大功率为： 快速空载：此时，液压缸承受以下载荷：惯性力：密封阻力：导轨摩擦力：空载条件下的总负载： 选取空载快速条件下的系统压力损失，则空载快速条件下液压泵的输出压力为： 空载快速时液压泵所需的最大功率为： 故应按最大工进时所需功率选取电动机。(2)取电机规格型号选取电机时，除考虑功率外还要考虑机泵转速的匹配和机泵连接形式等，根据YBN-40型叶片泵转速600r/min1800 r/min和最大工进时所需的功率1.36Kw，查阅机械设计实用手册选取：YA90L-4型电动机。此电动机的性能数据如表3-4所示： 表3-4型 号YA90L-4同步转速（r/min） 1500温度组别 额定功率（Kw） 1.5转速（r/min） 1400电压（V）380电流（A） 3.72效率（%） 78.5功率因数 0.78重量（K g） 27注：YA系列增安型三相异步电动机效率高，启动转矩大，振动小，噪音低，防护性能好，具有良好的防爆性能，广泛应用于油泵，水泵，鼓风机等设备配套。3.3.3液压元件的选用根据所拟订的液压系统图，计算或分析通过各元件的最大流量和最高工作压力，选择液压元件的规格。查阅液压系统的计算与结构设计，选取的元件规格如表3-5所示： 表3-5序号元件名称流量（L/min）压力（0.1Mpa）选用规格1单向变量叶片泵 27.543 YBN-40M2三位五通电磁阀 12.5 43 35D-25B(滑阀机能O型) 3单向行程调速阀 2533QCI-25B 4单 向 阀25 33 I-25 5背 压 阀 7.6 33 B-10B6顺 序 阀 7.6 33 X-B10B 7压 力 表 开 关 K-1 8 压 力 表 Y-60 9 滤 油 器 XU-25*80J3.3.4油管的计算和选择(1)管道的种类选择液压系统中使用的油管有钢管、紫铜管、尼龙管、塑料管和橡胶管等，须依其按照位置、工作条件和工作压力来正确选用。本系统选择冷拔钢管。(2)管道的内径的确定管内径尺寸一般可参照元件接口尺寸而定，也可以按管路允许流速进行计算。按照下式计算：式中Q-通过管道的最大流量（m3/s）V-管道内液流的允许流速（m/s），吸油管取0.5-1.5m/s，高压管取2.5-5m/s（压力高的取大值，低的取小值，如压力在6Mpa以上的取5m/s，在3-6Mpa之间的取4m/s，在3Mpa以下的取2.5-3m/s；管道短时取大值；油液粘度大时取小值）回油管取1.5-2.5m/s，短管及局部收缩处取5-7m/sd-管道内径（mm）由流体力学知识得知，提高流速会使压力损失增大，减小流速势必增加管道内径及其辅件的体积和质量。同时流速与液体冲击密切相关，流速增大，冲击压力也增大。另外，管内液流速度与元件、回路的正常工作也有密切关系，如液压泵吸油管路上的压力降低即流速不能太大，否则会造成泵的气穴现象；回油管路的压力损失过大会产生高的背压，影响元件正常工作性能，因此，在设计液压系统管路时，要限制流速。选择油管时，内径不宜过大，以免使液压装置不紧凑，但也不能过大，以免使管内液体流速过大，压力损失增大以及产生振动和噪声。在强度保证的情况下，尽量选用薄壁管。薄壁管易弯，规格较多，连接容易。查JB827-66钢管公称通径、外径、壁厚、连接螺纹及推荐流量表。 在液压泵的出口，按流量，查表取管路通径为；在液压泵的入口，选择较粗的管道，选取管径为；其余油管按流量，查表取。 3.3.5管接头的选择管接头是油管之间、油管与液压件之间的可拆式连接件。在选择管接头时，必须使它具有足够的通油能力和较小的压力损失，同时做到装卸方便，连接牢固，密封可靠，外形美观。管接头包括四种：卡套式、焊接式、薄壁扩口式管接头和钢丝编织胶管接头。(1)卡套式管接头适用于油、气为介质的管路系统，适用的压力范围有二级：中压级（Z）160kgf/cm2、高压级（G）320kgf/cm2。特点：结构先进，性能良好，重量轻，体积小，使用方便，不用焊接等一系列优点。但卡套式管接头要求配用冷拔钢管，且卡套式制造精度要求很高。(2)焊接式管接头适用于油为介质的管路系统。工作压力320kgf/cm2，工作温度为-25+80。特点：具有结构简单，制造容易，密封性能好等优点，但缺点是安装时焊接量大，要求焊接质量高，且装拆不便。(3)薄壁式扩口式管接头适用于中低压油压管路系统，对于水和气压管路系统亦可适用，最大工作压力取决于管材和管径，规定为35160kgf/cm2。特点：具有结构先进，性能良好，体积小，加工方便，成本低和使用简单等优点，因此在飞机、汽车、机床等行业中广泛采用。 综上考虑，决定选用卡套式管接头。3.3.6油箱的设计(1)油箱容积的确定油箱在液压系统中的主要功用是：a.贮存供系统循环所需的油液；b.散发系统工作时所产生的热量；c.释出混在油液中的气体；d.为系统中元件的安装提供位置。所以合理确定油箱容量是保证液压系统正常工作的重要条件，油箱有整体式、分离式油箱；开式油箱、闭式油箱；上置式油箱、下置式油箱、旁置式油箱等之分。根据经验公式：有效容积 V0=Q其中V0油箱容量，单位为LQ液压泵的额定流量l/min经验系数，其数值大体如下：低压系统=2-4；中高压系统=5-10。对于行走机械或经常间断工作的设备，其系数可取较小值，对安装空间允许的固定设备，其系数可取较大值。本系统为中压系统，按经验，油箱的容积一般取泵流量的35倍。即可选择YX-100型油箱。(2) 油箱结构的合理设计a.为了防止灰尘或其他污物落入油箱内，油箱应采用密封结构，但不允许完全密封，要保持油箱内外的气压相等，并可让油中析出的气体排出。因此，必须在油箱上设置能透气的空气过滤器。空气过滤器常设计成既能过滤空气又能加油的结构，经查阅选取：型空气过滤器。b.液压泵的吸油管上应安装过滤精度为80或100um的网式或线隙式滤油器。选择滤油器的主要依据是：过滤精度、通油能力、工作压力、允许压降等。如果工作管道上下宜过高的工作阻力，或者过滤器不宜在高压下工作，则安装在回油管路上。这种安装方法不能直接防止液压机件中侵入杂质，仅仅是经常的清除系统中的杂质，它要求回油路中有一定的压力。本系统安装在液压泵吸油管路上，用于保护液压泵不使较大颗粒杂质进入。要求过滤器有很大的通流能力（要大于液压泵流量的两倍）和较小的压力损失（不大于0.01-0.02Mpa）。一般都采用过滤精度较低的网式过滤器。经查阅选取：XU-2580J型滤油器。滤油器与箱底间的距离应不小于20mm。管接头和液压泵本身必须严密密封，防止空气吸入泵内。吸油管和回油管应插入最低油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入油箱的油流搅动油面，而致使油中混如气泡。回油管末端距离底部距离不应小于三倍管径。泄漏管不宜插入油中，以免增大元件泄漏腔处的背压和将空气混入油中。c.为了加长油箱内油流的路程，吸油管和回油管的距离应尽量远些，两管之间最好用隔板隔开，以增加油液流动的距离，提高散热效果，并使油液有足够长时间去分离空气、沉淀污物和浮释气泡。隔板的高度大约为最低油面高度的2/3或加一层网式金属滤网和防止油箱底部胀物泛起。d.为了便于排放污油，油箱底宜作成倾斜形，且与地面保持一定距离。放油塞应放在油箱最底处。油箱结构还应考虑能够方便地拆装滤油器和清洗内部，其侧壁应开有足够大的清洗孔。e.用钢板焊接的油箱壁厚，一般为24mm。壁厚小于2mm时焊接较困难。容积较小的油箱壁厚可取22.5mm；容量为100300L时壁厚，可采用3mm;大于300L时，可采用4mm。企图用增加壁厚的办法来增加油箱的刚度是不合理的。对于大型油箱或箱盖需要支承液压泵装置时，可用型钢来加强油箱的强度和刚度。f 油箱应有液位计。经查阅选取：YWZ-80型液位计。油箱中如需要安装热交换装置时，必须在结构上考虑其安装位置。为了便于测量油温，可在油箱上装设温度计。此外，油箱内壁应涂耐油防锈涂料。从有利于散热角度出发，在油箱容积一定的条件下，其散热面积越大越好。油箱的容积必须保证在设备停止时，系统中油液在自重作用下，能全部返回油箱。为了能很好地分离空气和沉淀杂质，油箱容积通常取每分钟流量的5-7倍。焊接油箱的钢板厚度可经验选取，侧板厚度取3mm，箱体部分（包括前、下、后面）的厚度取3mm，盖板由于承受电机及集成块管道的重量取为10mm。吸油管与滤油器相连，为有利循环将其与油箱水平放置，回油管要防止杂质和空气进入系统，要将管口放到液面下，离箱底至少300mm，管口切成45度斜面，面向箱内壁安装。3.3.7液压油的选择对液压油的要求：a、粘度较高 b、防锈性能好 c、抗氧化性能好 d、抗乳化性能好 e、抗泡性好 f、润滑性好 g、凝固点低 h、含有尽量少的杂质本设计选用20号机械油，40，运动粘度为28.8-35.2cst液压油是液压传动及控制的工作介质，其最重要的要求是粘度，它是液压系统工作的必要条件。因此选择液压油的主要依据是粘度。此外还有一些因素，如使用温度，环境污染是否严重，应选择廉价常换的油等。粘度要适当，若粘度过小会使泄漏加大，甚至引起气蚀或使叶片甩不出去，影响叶片泵的正常工作。一般选用其粘度（20-30）10-6m2/s（50）的液压油。3.4 液压系统性能的验算 液压系统验算主要是验算液压缸在运动阶段中的压力损失。验算后如与原估算值相差较大要进行修改。压力损失算出后，可确定液压泵各运动阶段的输出压力及某些元件的调整压力。3.4.1计算液压缸各运动阶段的进、排油量为了计算压力损失，首先应算出液压缸各运动阶段的进油量和排油量。如不计流量损失，各运动阶段的进、排油量如表3-6所示： 表3-6运动速度进油量排油量快进阶段工进阶段快退阶段3.4.2验算进给油路在快进、工进和快退时的压力损失(1)验算快进时的压力损失管路长度：进出油管均为2m(泵至阀2的距离很短，可省略不计)管内径：8mm油液最低粘度：a.沿程损失进油路沿程损失流量：进油路上有较长的一段（阀2液压缸）为，现按此值计算。流态：可用雷诺数判断 2300流态为层流 差动油路沿程损失流量：液压缸至阀4段的流量为25，阀4至液压缸无杆腔的流量为。流态：仍为层流液压缸至阀4段的沿程损失折算到进油路的压力损失为： 阀4至液压缸大腔段沿程损失值同，但要进行折算：快进时的沿程损失为：快进时的沿程损失为：b.阀件局部损失快进时，油流经过元件是：进油：泵阀2阀3液压缸大腔；回油：液压缸小腔阀2阀4阀3液压缸大腔（差动）。阀件局部损失可按照下式计算：快进时油流经过的阀件局部损失计算如下（差动油路上阀的压力损失要折算）： 快进的总损失 (2)验证工进时的验证压力损失 工进时，进油路中的流量很小（0.13L/min）,回油路中的流量就更小。所以沿程损失和通过阀件的损失都很小，可忽略不计 。一般取： 工进时的总损失为： 快退时压力损失的验算方法与以上算法基本相同，故不再列列式验算。各运动阶段压力损失数值经计算见表3-7所示：液 压 回 路 各 运 动 阶 段 压 力 损 失 数 值 表 表3-7 运 动 阶 段损 失 值（Pa）快 进 时工 进 时快 退 时损 失 类 别沿 程 损 失忽略不计阀件 局部损失三位五通电磁阀2单向行程调速阀3（行程阀）单向行程调速阀3（调速阀）单向行程调速阀3（单向阀） 单 向 阀 4 背 压 阀 5总 损 失3.4.3计算液压泵各运动阶段的输出压力：计算公式及计算数值如表3-8所示： 液 压 泵 在 各 运 动 阶 段 输 出 压 力 数 值 表 表3-8计 算 公 式液压泵输出压力（Pa）快 进 时 工 进 时 快 退 时 液压泵在各阶段的输出压力，是变量泵和顺序阀调压时的参考数据，调压时应做到： 如图3.4所示，为变量泵调压示意图： 图3.43.4.4计算回路效率在工作循环中，工进占的时间较长，所以回路效率按工进时计算。 工进时回路效率虽然不高，但是如果选用双联定量泵，工作中就有溢流损失，回路效率要比此值低。3.4.6验算系统温升液压系统发热原因，是系统中的功率损失所引起。发出的热量从系统中各散热面散发到空气中去，其中油箱是主要散热面，一般在计算温升时只考虑油箱的散热。由于本系统的功率小，又采用变量叶片泵，效率高，发热少，所取油箱容积又较大，故温升是没有问题的，这种情况一般可不进行温升验算。4 液压装置设计 液压系统图确定以后，根据选择的液压元件（包括辅助元件）进行液压装置的结构设计。在此设计中一般要完成液压装置总图、油箱图、阀板（或集成块）图、电机与液压泵连接结构图及液压缸结构图等。 进行液压装置设计时首先要考虑液压装置结构形式和液压元件配置形式，然后绘制液压装置总图。 机床上液压装置结构形式分为集中式和分散式两种。集中式结构是将液压系统的油箱、控制装置设在机床之外，一般称为液压站，其优点是：安装维护方便，产生的振动、热量不影响机床工作精度，缺点是占地面积较大；分散式结构是将液压系统的油箱、控制装置设在机床各处，其优点是结构紧凑，占地面积小，易于回收泄漏的油液，缺点是安装维护复杂，产生的振动、热量对机床工作精度有影响。 液压元件配置形式，目前有板式、箱体式和集成块式。这些形式各有优缺点：板式配置是板前接阀，板后接管，安装维护方便，但管路复杂时接管不便；箱体式配置是箱体内钻孔组成所需油路，结构紧凑，但维护不便，系统也不能变化；集成块式配置是用基本回路做成的通用化集成块叠加组成的液压系统装置，其优点是结构紧凑，更改方便，可节省设计工作量，是当前应用较多的一种配置形式。4.1 集成块的设计4.1.1集成块的特点及意义在液压系统采用液压阀集成配置，可以显著减少管路联接和接头，降低系统的复杂性，增加现场添加和更改回路的柔性，具有结构紧凑、安装维护方便、泄漏少、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等优点，因此广泛为集应用于机械、冶金、锻压、航空、航天、船舶等各个行业。 液压集成块作为液压系统的关键零件，在当前的液压生产企业中，其设计工作却仍处于当落后的局面，大多数设计人员依靠经验和空间想象能力进行可行方案的制定，无法达到自动决策和方案优化的目的。一方面原因在于该问题的复杂性，其设计内容包括外部布局和内部布孔。为了避免管路多，结构复杂，系统压力损失大，占用空间大，维修、保养和拆装困难等缺点，现在很多复杂的液压系统就不用油管连接，转而采用集成块连接。集成块设计的总体思想就是用一个布有设定孔的方形块代替复杂的油管 ，所有的阀体都安装在集成块上而使得结构紧凑，节约空间。集成块具有标准化、系列化程度高，互换性好，维修、拆装方便，元件更换容易等特点。另外，集成块可以进行专业化生产，其质量好，性能可靠，而且设计生产周期短。4.1.2集成块设计步骤(1)制作液压元件样板为了在集成块上合理布置液压元件和油路通道，最好先制作元件样板。按液压元件产品样本，在图画纸上画出各元件顶视图的轮廓尺寸，并用虚线画出元件底面上各油口位置尺寸，剪下后即成样板。在制作样板时应注意：a. 产品样本上尺寸可能与实物不符，应与实物核对。b. 样本上的图样是液压元件的底视图，制作样板时应将底视图翻转，改画成顶试图。(2)决定通道的孔径a.公共通道。每块集成块中都有贯穿的公共通道P、O、L及四个安装孔。其孔径分别为：P-13，O-16,L-12,安装孔为14。b.直接与阀的油孔相通的孔。此类孔的空径应等于阀的油孔通径，如34E-25B电磁换向阀中的P、O、A、B接口的孔径为12，则集成块中与其相通的孔径也均为12，与泄油孔相通的孔径应为5。c.工艺孔。工艺孔是起连通孔道的作用，在孔端应该用锥管油堵堵住。因此其孔径应为油堵的内径。d.与油管接头相连接的油孔。这类孔的通道也与阀的油孔孔径一致，但在孔口必须按照管接头螺纹底径的尺寸钻浅孔并改丝。(3)布置液压元件的位置将制作的元件样板，放在绘有集成块各视图外形轮廓的纸上，然后布置位置。布置时应注意：a.电磁阀应装在集成块前、后侧面。在电磁铁伸出处要避免与侧面的元件相碰。b.要尽量减少钻孔的数量。(4)绘制集成块零件图本课题中我采用PRO/E进行集成块的设计，其优点是阀的布置灵活，空与空是否相交可以看得十分清楚，孔径与孔深修改方便。绘制集成块零件图一般步骤如下：a. 绘制集成块四个侧视图和顶视图。b.绘制各层剖面c.在各视图和剖面图中，每一个孔只需要标注孔的坐标位置，孔深不注尺寸（除螺纹孔深度外）。各视图和剖面图上的孔道，无论它在不同视图或剖面上重复出现。均需标出孔道编号。d.在集成块零件图旁列出表格，注明孔道编号、孔径、孔深、以及与其相交的孔号。e.在视图上印上被安装元件的型号，接管编号，以及标准集成块分类号。f.为了便于看懂零件图的道路情况，图中应画出集成回路。本课题中，集成回路比较简单，液压阀不多，所以没有必要画出集成块的剖面图。双头车床进给回路液压集成块如图4.1，4.2所示，尺寸为140140160。4.1.3绘制集成块组的装配外形图画此图时首先按各标准块的装配尺寸查出后，再按集成油路图的选装次序画出集成块组的装配图。如有非标准的集成块，则需按元件样本中的外形尺寸及安装位置，画出草图后再绘制组件装配外形图。集成块组的装配外形图可单独画出，也可直接画在液压站总成图上。双头车床左右两液压回路相似，故集成块的设计也相似，不同的是在上面一块的P口要引出一孔与压力表相接测压。经查阅选取：K-1型压力表开关和Y-60型压力表。 图4.1 图 4.24.2 托架的设计 液压泵与电机在油箱上的安装方式有立式和卧式两种：立式安装法是将液压泵与有关的管道都放在油箱里面，这种结构形式紧凑、美观,吸油条件好，便于收集漏油，但安装维修不方便。卧式安装时，液压泵及管道外露，安装维修都比较方便。机泵连接主要有两种方式：托架式和支架式。托架式：液压泵安装在托架上，托架再与电机连接，电机和泵的同轴度易于保证，装拆也方便。支架式：结构简单，支架可采用钢板焊接或铸件，制造容易，成本低，适用于单件。但安装电机和泵时，较难保证轴线同轴。电机和泵要求同轴度，安装时要细心调整。为避免由于同轴度安装误差使液压泵增加额外负载，产生振动，常采用带有弹性的联轴器。查阅实用机械设计手册选取：HL2型联轴器。为增强电机和泵的连接刚性，要注意避免发生共振，所以应把液压泵和电机先安装在刚性良好的面板上，使其形成一个整体，然后再装在油箱上去。若采用YB-XXB-型变量叶片泵，可先将液压泵安装在泵的底板上，然后再与电机一起安装在泵装置