卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统

页脚页脚.引 言 1一、液压系统的设计要求 2二、负载与运动分析 2、负载分析 2、运动分析 3三、确定执行元件主要参数 4、确定液压缸工作压力 4、计算液压缸的结构尺寸 4、绘制液压缸工况图 6四、设计液压系统方案和拟定系统原理图 6、液压系统方案 6、调速回路及油源形式 6、选择基本回路 7、速度换接回路的选择 8、系统图的原理 10五、液压元件的选择 12、确定液压泵的规格和电动机功率 12、液压泵的规格 12、电动机功率 13、确定其他元件及辅件 13、阀类元件及辅件 13、油管 14、油箱 15六、液压系统性能验算 15验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 15油液温升验算 16七、设计小结 18八、参考文献 18引 言（特别是动态性能通常所说的液压系统主要指液压传动系统。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。（特别是动态性能通常所说的液压系统主要指液压传动系统。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实的设备，其应用液压系统的部门就越多。一、液压系统的设计要求为：启动→加速→快进→减速→工进→快退→停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：1F=12700N，G＝20000N；g2400mm（100mm）工进速度（20~1000）mm/min，20mm/min，1000mm/min3、启动换向时间△t≤0.15s；4、该动力滑台采用水平放置的平导轨；5f＝0.2，f＝0.1。s d二、负载与运动分析、负载分析外负载外负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为外负载，即Ft12700N惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可v 20000 7FmmtFf

9.81

600.15N1585.68N阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为F，则f

静摩擦阻力Ffs动摩擦阻力Ffd

0.2200004000N0.1200002000N因工作部件是卧式安置，故重力阻力为零密封阻力将密封阻力考虑在液压泵的机械效率中去，取液压泵机械效率w=0.9根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示。工况负载组成工况负载组成负载值F/N启动FF4000F/w4444.44fs加速FFF3585.683984.09fd m快进FF20002222.22fd工进FFF1470016333.33fd t快退FF20002222.22fd、运动分析快进速度v

1与快退速度v

3

v7m/min。行程分别为l

300mm、113 2 23l400mm；工进速度v20~，其中v113 2 23v 2max

为精加工，工进行程l100mm。2根据上述已知数据和表1中的数值绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-l）如图1(a),速度图（v-l）如图1（b)所示。2如图8.4 P246三、确定执行元件主要参数、确定液压缸工作压力2317000Np1=3MPa。表2按负载选择工作压力负载/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5机床机械类型磨床 机床机械类型磨床 组合 龙门拉床农业机械建筑机械液压机大中型挖掘机重型机械械机床刨床液压凿岩机工作压力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32、计算液压缸的结构尺寸A1A2φ=A1/A2=2，dDd=0.707D的关系。前冲。选取此背压值为p2=0.8MPap可避免地存在着压降 ，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，估算p时取 0.5MPa考虑。快退时回油腔中是有背压的，这时p2也可按0.6MPa估算。因此，根据已知参数，液压缸无杆腔A1的有效作用面积可计算为A 1

p

16333.330.8

0.006282m2p 2 3 106m1 2 液压缸缸筒直径为4A4A1

289.43mm活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系，因此活塞杆直径为d=0.707×89.43=63.23mm根据GB/T2348—2001对液压缸缸筒径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后成就近标准值得液压缸缸筒直径为D=10cm，活塞杆直径为d=7cm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为无杆腔面积：A1=πD2/4=78.50cm2,有杆腔面积：A2=π(D2-d2)/4=40.04cm2。A=A1-A2=78.50-40.04=38.46cm2查得调速阀Q-10～Q-100(或Q-10B～Q-100B)的最小稳定流量为vq 0.005L/min50cm3/minvA=78.50cm2

qv

50 cm225cm21 v 2min所以流量控制阀无论放在进油路上，还是回油路上，有效面积A1，A2都能满足工作部件的最低速度要求。根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4所示。~7.850.326起动444401.10————加速39840.62.17————恒速22220.61.7320.020.607表4 表4 各工况下的主要参数值工况推力F/N压力进油腔压P/MPa输入流量力P/MPa 输入功P/Kw计算公式12启动 444401.15————pF'Ap AA1快进加速 39842.061.56————2qAAv1 21 21Ppq恒速22221.601.1026.920.494ppp12 1pF'pAA工进163330.82.490.1570.007~1 22 1qAvPpq12PF'pAA1快退1qAv21 223Ppq1并据表4可绘制出液压缸的工况图，如图2所示如图8.5 P248四、设计液压系统方案和拟定系统原理图、液压系统方案成本低，节约能源，工作可靠。、调速回路及油源形式（<1KW），速度较低；钻镗加工为连续切削，切削力变化较小。故采用节流调速回路（开式回路）。为增加运动的平由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液。其最大流量与最小流量之比：qmax

qmin

26.920.157~7.85171.5~3.4而快进加快退所需的时间t1和工进所需的时间t2分别为tvv30010004006s1 1

3 3tl v2 2

~

6~300s亦即是t2/t1≈50~1。（3）4.1.2选择基本回路快速回路系统中采用节流调速回路后，不论采用何种油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，因要求快进、快退的速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍，快进时采用液压缸差动连接。换向回路Y4速度换接回路5页脚.为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。调压和卸荷回路油源中有溢流阀（图3），调定系统工作压力，因此调压问题已在油源中解决，无须另外再设置调压回路。而且，系统采用进油节流调速，故溢流阀常开，即使滑台被卡住，系统压力也不会超过溢流阀的调定值，所以又起安全作用。3本解决，就不需要再设置卸荷回路。3组成液压系统图把上面选出的各种液压回路组合画在一起，就可以得到一原始的液压系统原理图。将此图仔细检查一遍，可以发现，该图所示系统在工作中还存在问题。为了防止干扰、简化系统并使其功能更加完善，必须对图所示系统进行如下修整：6，将进、回油路隔断。为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问78关闭，便阻止了油液返回油箱。13。14。78的卸荷阀合并，从而省去一个阀。经过修改、整理后的液压系统原理图如图6所示。要实现系统的动作，即要现的动作顺序为：启动→加速→快进→减速→工进5号表示电磁铁通电或行程阀压下；“—”号表示电磁铁断电或行程阀复位。表5 电磁铁的动作顺序表页脚.页脚页脚.二lYA2YA3YA行程问快 进＋减 速＋＋工 进＋十＋死桂铁停留＋＋＋快 退＋＋原位停止15164g24g厂————1快进 启土丁 |18|8|工 进 |I1|| 快 遭 I7,.厂＿—_J图6液压系统图、系统图的原理1、快进快进如图所示，按下启动按钮，电磁铁1YA通电，由泵输出地压力油经2三位五通换向阀的左侧，这时的主油路为：10得电3缸左腔。得电63→液压缸左腔。由此形成液压缸两腔连通，实现差动快进，由于快进负载压力小，系统压力低，变量泵输出最大流量。2、减速3，切断了该通路，416进入液压缸768102（1YA得电）→416→液压缸左腔。2873、工进3YA4151515调节，其主油路为：102（1YA得电）→415→液压缸左腔。2874、死挡铁停留14发出信号给时间继电器，滑台停留时间由时间继电器调定。5、快退3YA通电，这时三位五通换向阀2降，变量泵输出流量又自动恢复到最大，滑快速退回，其主油路为：102（2YA得电）→52（右位）→油箱。6、原位停止2YA2直接回油箱，泵在低压下卸荷。系统图的动作顺序表如表5所示。五、液压元件的选择、确定液压泵的规格和电动机功率、液压泵的规格液压泵工作压力的计算确定小流量泵的的工作压力Pp1中的最大工作压力为2.49MPa，如取进油路上的压力损失为0.8MPa0.5MPa液压泵的最大工作压力应为：pp1=(2.49+0.8+0.5)MPa=3.79MPaPp2大流量液压泵只需在快进和快退阶段向液压缸供油，因此大流量泵工作压力较低，快退时液压缸的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa（因为此时进油不经调速阀故压力损失减小为：pp2=(1.73+0.5)MPa=2.23MPa液压泵流量的计算426.92L/minKL=1.2，则两个液压泵的实际流量应为：qp=1.2×26.92L/min=32.30L/min7.85L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为10.85L/min。液压泵规格的确定按式Ppmx=Pp1×[1+(25~60)%]=4.74~6.06MPa及qp=32.30L/minYB—12/2212mL/r22mL/r6.3MPa，当液压泵的转速np=960r/min32.64L/min，若取液压泵的容积效率ηv=0.9泵的实际输出流量为：qp=[(12+22)×960×0.9/1000]L/min=29.38L/min、电动机功率2.23MPa为29.38L/min。取液压泵的总效率ηp=0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为pqP ppp

2.2329.38kW1.46kW600.75根据此数值查阅电动机产品样本选取 Y100L-6型电动机，其额定功率Pn=1.5kW，额定转速nn=960r/min。、确定其它元件及辅件、阀类元件及辅件在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表6所列。表6各工况实际运动速度和流量流量、速度流量、速度快进工进快退输入流量q Aq1p1AA1 2/(L/min）78.5029.3878.5040.040.157~7.85qq29.381 p60.0排出流量qAq21qAq212A2q 11Aq1/(L/min）30.6A21A240.0478.500.157~7.8540.04 78.5029.3878.50 40.040.08~4.00 57.60运动速度v qp1AAv2q1vq11 2A31A2/(m/min）78.5040.0410-47.6429.3810-30.157~7.8510 78.5029.3810 40.040.02~17.34由表可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表7所列。序号元件名称通过流量q/L/min规格表序号元件名称通过流量q/L/min规格型号额定流量额定压力额定压降qn/L/minPn/MPaPn/MPa1双联叶片泵—YB—12/22(10.37+19.01)6.3—2三位五通电液换向阀6035DYF3Y—E10B806.3<0.53行程阀60AXQF—E10B636.3<0.34调速阀120Q—25B256.3—5单向阀57.6I—63B636.30.26单向阀30.6I—63B636.30.27液控顺序阀19.01XY—63B636.30.38背压阀<1B—10B106.3—9溢流阀9.87Y—10B106.3—10单向阀19.01I-63B636.3<0.0211过滤器29.38XU—50×20050—<0.0212压力表开关—K—6B—6.3—13单向阀57.6I-63B636.30.214压力继电器—DP1—63B—6.3—15调速阀2<4Q-6B66.3—16电磁换向阀2020D—25B256.30.3*注：此为电动机额定转速为960r/min时的流量。、油管q q d2 2取标准值20mm；

60.0106 310360mm20.6mmd2q2取标准值15mm。

29.38106 310360mm14.42mm 这两根油管都按GB/T2351——1993 、油箱油箱的主要用途是贮存油液，同时也起到散热的作用，参考相关文献及设计资料，油箱的设计可先根据液压泵的额定流量按照经验计算方法计算油箱的体积，然后再根据散热要求对油箱的容积进行校核。油箱中能够容纳的油液容积按JB/T7938—1999标准估算，取7时，求得其容积为Vqp

729.38L205.66L按JB/T7938—1999规定，取标准值V=250L。六、液压系统性能验算6.1、验算系统压力损失并确定压力阀的调整快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表6710260.0L/min3 19.012 29.382 602p0.2 0.5 0.3 MPav

63

80 630.0180.0670.2720.357MPa此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。2630.6L/min3p2p1 30.62 30.62 602ppp0.5 0.2 0.3 MPa2 1

80

63 630.0730.0470.2720.392MPa此值小于原估计值0.5MPa（见表4），所以是偏安全的。工进240.5MPa；24L/min80.5MPa，729.38L/minp2 42 29.382p0.5 0.50.3 MPa0.566MPa2

80

630.8MPa2p1，即F'pAp 21 A1

16333.330.56610640.04104MPa2.37MPa78.50104106此值与表4中数值2.49MPa相近。考虑到压力继电器可靠动作需要压差Δpe=0.5MPa9应为 42 P

pp2.370.5 0.5MPa2.87MPap1 1

1 e

80 快退1019.01L/min，229.38L/min；5257.60L/min。因此进油路上总压降为 19.012 29.382p 0.2 0.5 MPa0.086MPav1

63

80 此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为 57.602 57.602 57.602p0.2 0.5 0.2 MPa0.593MPa2 63 80 634ppppp 0.0861.816MPap 1 v1因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于1.816MPa。6.2、验算油液温升件变形等，影响正常工作。为此，必须控制温升~30℃；数控机床≤25℃；粗加工机械、工程机械和机车车辆=35～40℃。

v7m/min、快进行程L1=400-100=300mm、工