立式镗孔专用机床液压系统设计.doc

第一章 液压系统的发展概况液压技术的发展史：液压系统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，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年将工作介质水改为油（液压油缸）,又进一步得到改善。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。液压站大约在 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。第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了”液压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。液压系统有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。液压技术发展趋势由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：1减少能耗,充分利用能量-液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。2主动维护-液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。- 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。-另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。3机电一体化- 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下：(1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。(2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。(3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。(4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。(5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。液压行业：-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、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。- 液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。气动行业：-产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。（1）采用的液压元件高压化，连续工作压力达到40Mpa，瞬间最高压力达到48Mpa；（2）调节和控制方式多样化；（3）进一步改善调节性能，提高动力传动系统的效率；（4）发展与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置；（5）发展具有节能、储能功能的高效系统；（6）进一步降低噪声；（7）应用液压螺纹插装阀技术，紧凑结构、减少漏油。 第二章 设计要求及总体方案设计要求:要求机床动作循环图为：定位缸定位（插销）前夹紧缸夹紧后夹紧缸夹紧-滑台缸快进滑台缸一工进径向进刀缸工进滑台缸二工进滑台死挡铁停留径向进刀缸工退滑台缸快退定位缸拔销夹紧缸松开。其他要求：滑台缸快进采用差动连接；定位、夹紧缸之间采用换向阀分别控制，滑台缸第一次工进结束停止时应具有锁紧功能，四个径向进刀缸均完成径向进退动作后，滑台缸才允许动作。总体方案:如图示为镗床的液压传动系统的工作原理图。系统采用变量双液压泵3供油，溢流阀5设定最高供油工作压力；单向阀4防止油液倒灌。压力表及其开关2用于显示各测压点压力。系统的执行器包括定位液压缸C1，夹紧液压缸C2，滑台液压缸C3，进刀液压缸C4。定位液压缸回路和加紧液压缸回路分别通过减压阀7,8获得低压，分别采用三位四通电磁换向阀13,14,16控制运动方向，并分别采用单向调速阀17，18，19，20进行调速。工件夹紧后夹紧液压缸回路中的发信装置是压力继电器1YJ；溢流阀12作背压阀。滑台液压缸的工作循环为：快进一工进二工进死挡铁停留快退，滑台液压缸采用三位五通电液换向阀15控制运动方向；单向阀23用于实现缸快进时的差动链接；二位二通行程换向阀26和远控顺序阀9用于实现快进与工进的换接；串联的调速阀9和10用于调节液压缸的一工进和二工进的速度，并通过二位二通电磁换向阀27实现二次工作供给的速度换接；单向阀25用于提供缸快退时回油通路，压力继电器2YJ用于死挡铁停留到时发信；溢流阀10作背压阀。系统的执行器行程上布置有若干电气行程开关，与压力继电器等一起用作工况转换的信号源。液压系统的电磁铁，行程阀及压力继电器的动作顺序见下表。 液压系统的电磁铁，行程阀及压力继电器的动作顺序序号 工况动作 电 磁 铁 YA行程阀 压力继电器YJ 12345678912 0 原始状态- 1 定 位+- 2 夹 紧+-+-+- 3 滑台缸快进+-+-+-+- 4滑台缸一工进+-+-+-+-+- 5 进刀缸工进+-+-+-+-+- 6滑台缸二工进+-+-+-+- 7 进刀缸工退+-+-+-8 死挡铁停留+-+-+-+9 滑台缸快退+-+-+-+- 10 定位缸拔销-+-+- 11 夹紧缸松开-+-注：“+”表示电磁铁或压力继电器通电，或行程阀接通；“-”表示电磁铁或压力继电器断电，或行程阀断开。液压系统工作时，控制面板上的转换开关设置在“自动”位置上，按下“自动循环”按钮，液压系统即开始工作，对照表容易了解液压系统在各工况下油液流动路线。 第三章 立式镗孔专用机床液压传动系统的设计计算设计要求明确明确主机对液压系统的动作和性能要求。设计一台立式镗孔专用机床液压控制系统，要求该系统完成：定位缸定位（插销）前夹紧缸夹紧后夹紧缸夹紧-滑台缸快进滑台缸一工进径向进刀缸工进滑台缸二工进滑台死挡铁停留径向进刀缸工退滑台缸快退定位缸拔销夹紧缸松开。有设计题目要求可知：因为有快进快退行程，可知有差动连接装置。液压系统设计参数缸类别缸直径D/mm活塞杆直径d/mm速度v/mm/min负载F/N定位缸6530300-2000500夹紧缸6530300-20005000-15000滑台缸12590快进、快退2000-400045000工进60-100径向进刀缸653050-1005000-15000分析系统工况工况分析是对液压执行元件的工作情况进行分析，以得到工作过程中执行元件在各个工作阶段中的流量，压力和功率的变化规律，并将其用曲线表示出来，作为确定液压系统主要参数，拟定液压系统方案的依据。运动分析按设备工作要求和执行元件的运动规律，绘制出执行元件工作循环图，和速度位移图，即速度循环图。如下图所示：为立式镗孔专用机床的滑台缸运动分析图。确定主要参数液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素:(1) 各类设备的不同特点和使用场合(2) 考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量大，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。这必然要提高设备的成本。负载F/kN551010202030305050工作压力p/MPa0.81.01.52.02.53.03.04.04.05.05.07.0 液压缸负载与工作压力之间的关系各类液压设备常用的工作压力设备类型磨床组合机床车床铣床镗床拉床龙门刨床农业机械小型工程机械液压压力机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械工作压力p/MPa0.82352481028101620321、 初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载，当滑台液压缸工进时负载最大为45KN，按类型属镗床类，所以初选此设备的工作压力为4MPa。2、 各液压缸的面积及流量：定位缸：无杆腔面积：有杆腔面积：定位液压缸最大流量：夹紧缸：无杆腔面积：有杆腔面积：夹紧液压缸最大流量：滑台缸：无杆腔面积：有杆腔面积:滑台液压缸最大流量：径向进刀缸：无杆腔面积：有杆腔面积：径向进刀液压缸最大流量：当滑台液压缸差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取P=P2-P1=0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时P=0；另外，取快退时的回油压力损失为0.7MPa。3、 绘制工况图由于定位缸、夹紧缸、径向进刀缸都只有两个简单的动作顺序，因此只绘制滑台缸的工况图。滑台缸工作循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率见下表：滑台液压缸各工作阶段的压力、流量和功率工况压力p/Mpa流量q/(L/min)功率p/w快进025.450工进41.234.92快退0.723.6416.55以上是滑台液压缸压力，流量和功率的表格，按照上表中的数值，可绘制出液压缸的工况图（如下）流量行程图 压力行程图 功率行程图拟定液压系统原理图液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面问题：1、 供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低，而在快进快退时负载较小，速度较高，从节省能量减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或者变量泵供油，现采用限压式叶片泵时，系统的最高压力油泵调节，其值为泵处于无流量输出时的压力值。2、 调速回路中小型组合机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据组合机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定的要求，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。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，效率较高发热小和速度刚性好的特点。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，所以采用调速阀的进油节流调速。3、速度换接回路 由于快进和工进之间速度需要换接，由工况图可看到，液压系统功率较小，负载为阻力负载且工作中变化小，故采用进口调速回路。为防止在镗孔时负载突然消失引起滑台前冲，回油路设置背压阀。由于已经选用节流调