組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目錄目錄 1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況和應(yīng)用.7 1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況.7 1.2 液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用.7 2 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成液壓傳動(dòng)的工作原理和組成.9 2.1 工作原理.9 2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成.9 3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn).10 3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn).10 3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn).10 4 設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù).6 5 液壓系統(tǒng)工況分析液壓系統(tǒng)工況分析.12 4.1 運(yùn)動(dòng)分析.12 4.2 負(fù)載分析.12 4.

2、2.1 負(fù)載計(jì)算.12 4.2.2 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算：.12 4.2.3 繪制動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載循環(huán)圖，速度循環(huán)圖（見圖 1）.13 4.2.4 確定液壓缸的工作壓力.14 4.2.5 確定缸筒內(nèi)徑 d，活塞桿直徑 d.14 4.2.6 液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算.14 4.2.7 最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算。.14 4.2.7 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率列于表 （1）.14 5 擬定液壓系統(tǒng)圖擬定液壓系統(tǒng)圖.16 5.1 液壓泵型式的選擇 .16 5.2 選擇液壓回路.16 5.3 組成液壓系統(tǒng) .17 6 液壓元件選擇液壓元件選擇.19 6.1 選擇液壓泵和電機(jī).19 6.1.

3、1 確定液壓泵的工作壓力.19 6.1.2 液壓泵的流量.19 6.1.3 選擇電機(jī).19 6.2 輔件元件的選擇 .22 6.3 確定管道尺寸.23 7 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算.24 7.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 .24 7.1.1 判斷油流類型.24 7.1.2 沿程壓力損失p1.24 7.1.3 局部壓力損失p2.24 7.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算.27 7.2.1 液壓泵的輸入功率.27 7.2.2 有效功率.27 7.2.3 系統(tǒng)發(fā)熱功率 ph.27 7.2.4 散熱面積.27 7.2.5 油液溫升t.27 8 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng).31 結(jié)束語 .32 謝辭 .33

4、文 獻(xiàn).34 1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況概況和應(yīng)用和應(yīng)用 1.11.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況概況 液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù) 1650 年帕斯卡提出的液體靜 壓力傳動(dòng)規(guī)律-帕斯卡原理，18 世紀(jì)建立的兩個(gè)原理-連續(xù)方程和伯努力方程 奠定基礎(chǔ)，而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。 如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 第一個(gè)使用液壓原理的是 1795 年英國(guó)約瑟夫布拉曼(joseph braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工 業(yè)上,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。190

5、5 年他又將工作介質(zhì)水改為油,進(jìn)一步得 到改善。 我國(guó)的液壓工業(yè)開始于 20 世紀(jì) 50 年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè) 備。60 年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、 農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。 當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長(zhǎng)壽命、 高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī) 仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。 目前，我國(guó)的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件， 如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國(guó)機(jī)械工業(yè) 在

6、認(rèn)真消化、推廣國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓 件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合 理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些性能差而且不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步 淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā) 展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。 1.21.2 液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 機(jī)床工業(yè)磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機(jī)、自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、 數(shù)控機(jī)床、加工中心等 工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等 汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等 農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)的控制系統(tǒng)、拖拉機(jī)的懸掛裝置等 .2

7、.2 液壓傳動(dòng)的工作原理和組成液壓傳動(dòng)的工作原理和組成 液壓傳動(dòng)是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。液壓 系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變 化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(缸或馬達(dá))把 液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié) 流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。 2.12.1 工作原理工作原理 1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后,從泵的輸出口 輸入管路。油液經(jīng)開停閥、節(jié)流閥

8、、換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái) 左右移動(dòng)。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 2)工作臺(tái)的移動(dòng)速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓 缸的油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量 減少，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減少。由此可見，速度是由油量決定的。 2.22.2 液壓系統(tǒng)的基本組成液壓系統(tǒng)的基本組成 1）能源裝置液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的 機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。 2）執(zhí)行裝置液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)） 。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī) 械能，推動(dòng)負(fù)載做功。 3）控制裝置液壓閥。通過它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和

9、方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩） 、速度和方向，根據(jù)控制功能 的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又 分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流 閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換 向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例 控制閥。 4）輔助裝置油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關(guān)等. 通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。 5）工作介質(zhì)液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能 量或信息。 3 3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 3

10、.13.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 1）在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力。在同 等功率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體 積重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的 12%左右。 2）液壓執(zhí)行裝置的工作比較平穩(wěn)。由于液壓執(zhí)行裝置重量輕、慣性小、反 應(yīng)快，所以易于實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁地?fù)Q向。液壓裝置的換向頻率，在 實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)到每分鐘 500 次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)每分鐘 1000 次。 3）液壓傳動(dòng)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速（調(diào)速比可達(dá) 1：2000） ，并可在 液壓裝置運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4）液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因?yàn)樗菍?duì)液體

11、的壓力、流量和流動(dòng)方向 進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當(dāng)液壓控制和電氣控制或氣動(dòng)控制結(jié)合使用時(shí)， 能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。 5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)且液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。 6）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)、制造和使用都比較方便。 3.23.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1)液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免地要有泄漏， 同時(shí)，液體又不是絕對(duì)不可壓縮的，因此不宜在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合采用， 例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的內(nèi)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)。 2）液壓傳動(dòng)在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等， 故不宜于遠(yuǎn)距離傳

12、動(dòng)。 3）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，油溫變化會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。因此， 在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動(dòng)有一定的困難。 4）為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成 本高，而且對(duì)油液的污染比較敏感。 5）液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對(duì)維修人員提出了更高的要求， 既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動(dòng)的理論知識(shí)，又要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 6）隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增 大，這也是要解決的問題。 總而言之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)的 缺點(diǎn)將得到克服，液壓傳動(dòng)將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動(dòng)方式 的結(jié)合更是前途無量。

13、4 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) 工作循環(huán)：快進(jìn)工進(jìn)快退停止； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表所示，動(dòng)力滑臺(tái)采用水平放置的平導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù) fs0.2；動(dòng)摩擦系數(shù) fd0.1。 表 1 設(shè)計(jì)參數(shù) 參數(shù)數(shù)值 切削阻力（n） 30000 滑臺(tái)自重(n) 3000 快進(jìn)，快退速度（m/min） 4 工進(jìn)速度（mm/min） 50-1000 最大行程（mm） 400 工進(jìn)行程（mm） 200 啟動(dòng)換向時(shí)間（s） 0.5 5 5 液壓系統(tǒng)工況分析液壓系統(tǒng)工況分析 5 5. .1 1 運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)分析 繪制動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖 5.25.2 負(fù)載分析負(fù)載分析 5.2.15.2.1 負(fù)載計(jì)算負(fù)載計(jì)算 （1）工

14、作負(fù)載 切削阻力為已知 fl=30000n （2）摩擦阻力負(fù)載 已知采用平導(dǎo)軌，且靜摩擦因數(shù) fs=0.2,動(dòng)摩擦因數(shù) fd=0.1,則： 靜摩擦阻力 fs=0.13000n=300n 動(dòng)摩擦阻力 fd=0.23000n=600n （3）慣性負(fù)載 動(dòng)力滑臺(tái)起動(dòng)加速，反向起動(dòng)加速和快退減速制動(dòng)的加速度的絕對(duì) 值相等，既u=0.067m/s，t=0.5s，故慣性阻力為 =ma=gu/gt=3000/9.80.5/0.067=41naf （4）由于動(dòng)力滑臺(tái)為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。 （5）關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力 fm 的影響，計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率 中。 （6）背壓負(fù)載 初算時(shí)暫不考慮

15、5.2.25.2.2 液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算：液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算： （1）啟動(dòng)時(shí) f1=/cm=300/0.9=333nujf （2）加速時(shí) f2=（+）/cm=（600+41）/0.9=712nudfaf （3）快進(jìn)時(shí) f3=/cm=600/0.9n=666nudf （4）工進(jìn)時(shí) f4=(+)/cm=(30000+600)/0.9n=34000nqfudf （5）快退時(shí) f5=/cm=600/0.9n=666nudf 5.2.35.2.3 繪制動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載循環(huán)圖，速度循環(huán)圖（見圖繪制動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載循環(huán)圖，速度循環(huán)圖（見圖 1 1） 圖 1 5.2.4、計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的

16、壓力、流量、功率列于表（、計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率列于表（1） 表（表（1）液壓缸壓力、流量、功率計(jì)算）液壓缸壓力、流量、功率計(jì)算 pa 5.2.55.2.5 確確 定定 缸缸 筒筒 內(nèi)內(nèi) 徑徑 d d， 活活 塞塞 桿桿 直直 徑徑 d d a=fmaxp=7276 d= 6 44 7276 10 96 3.14 a mmmm 差 動(dòng) 快 進(jìn)快 退 工 況 啟 動(dòng) 加 速 恒 速 工 進(jìn) 啟 動(dòng) 加 速 恒 速 計(jì) 算 公 式p= f/a3 q= u3a3 p=pq p=(f + p2a2) / a1 q= u1 a1 p=pq p=(f + p2a1) / a2

17、q= u2 a2 p=pq 速 度 m/s u2=0.1 u1=310-4510-3 u3=0.1 有 效 面 積 m2 a1=785010-6a2=400410-6a3=384610-6 負(fù) 載 n 32663000163332744326630001633 壓 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 壓 力 p2=0.4mp 取 背 壓 力 p2=0.3mp 按 gb/t23481993，取 d=100mm d=0.71d=71mm 按 gb/t23481993，取 d=70

18、mm 5.2.65.2.6 液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算 無桿腔面積 a1=d2/4=3.141002/4 mm2=7850mm2 有桿腔面積 a2=（d2d2）/4=3.14（1002702）/4 mm2=4004 mm2 活塞桿面積 a3=d2/4=3.14702/4 mm2=3846 mm2 5.2.75.2.7 最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算 最低穩(wěn)定速度為工進(jìn)時(shí) u=50mm/min，工進(jìn)采用無桿腔進(jìn)油，單向行程 調(diào)速閥調(diào)速，查得最小穩(wěn)定流量 qmin=0.1l/min a1qmin/umin=0.1/50=0.002 m2=2000 mm2 滿足最低穩(wěn)定速度要求。

19、 6 6 擬定液壓系統(tǒng)圖擬定液壓系統(tǒng)圖 6.16.1 液壓泵型式的選擇液壓泵型式的選擇 由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段組成， 而且是順序進(jìn)行的。從提高系統(tǒng)效率考慮，選用限壓式變量葉片或雙聯(lián)葉片泵 教適宜。將兩者進(jìn)行比較（見表 2）故采用雙聯(lián)葉片泵較好。 表 2 雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵 1流量突變時(shí)，液壓沖擊取決于 溢流閥的性能，一般沖擊較小 1流量突變時(shí)，定子反應(yīng)滯后，液 壓沖擊大 2 內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪 聲小，工作性能較好。 2內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大， 壓力波動(dòng)及噪聲較大，工作平衡性 差 3須配有溢流閥、卸載閥組，系 統(tǒng)較復(fù)雜 3系統(tǒng)較簡(jiǎn)單 4有

20、溢流損失，系統(tǒng)效率較低， 溫升較高 4無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫 升較低 6.26.2 選擇液壓回路選擇液壓回路 (1) 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油 源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流 量與最小流量之比qmax/qmin=0.5/(0.8410-2)60；其相應(yīng)的時(shí)間之比(t1+t3) /t2=(1+1.5)/56.8=0.044。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓 小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是 不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。考慮到前者流量 突變時(shí)液

21、壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快 速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖 2a 所示。 (2) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油 兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故 選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液 壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖 2b 所示。 (3) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大（ 1/2=0.1/(0.8810-3)114） ，為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥 控制的換接回路，如圖 2c 所示。 (4) 選擇調(diào)

22、壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題 都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào) 定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過液控順序閥 卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè) 卸荷回路。 圖 2 選擇的基本回路 6.36.3組成液壓系統(tǒng)組成液壓系統(tǒng) 將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整 的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖 3 所示。在圖 3 中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回 油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥 6。為了避免機(jī)床停止工 作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)

23、，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖 中添置了一個(gè)單向閥 13。考慮到這臺(tái)機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對(duì) 位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器 14。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后， 系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。 圖 3 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖 7 7 液壓元件選擇液壓元件選擇 7.17.1 選擇液壓泵和電機(jī)選擇液壓泵和電機(jī) 7.1.17.1.1 確定液壓泵的工作壓力確定液壓泵的工作壓力 由前面可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為 4.4mpa，本系統(tǒng) 采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管道壓力損失為 0.6mpa。 由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓

24、力大 0.5mpa，故泵的最高壓力為 pp1=（4.4+0.6+0.5）mpa=5.5mpa 這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)） ，即溢流閥的調(diào)整工作壓力。 液壓泵的公稱工作壓力 pr 為 pr=1.25 pp1 =1.255.5mpa=6.7mpa 大流量泵只在快速時(shí)向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時(shí)的工作 壓力比快進(jìn)時(shí)大，這時(shí)壓力油不通過調(diào)速閥，進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，但流經(jīng)管道和 閥的油流量較大。取進(jìn)油路壓力損失為 0.5mpa，故快退時(shí)泵的工作壓力為 pp2=（0.99+0.5）mpa=1.49mpa 這是大流量泵的最高工作壓力，此值是液控順序閥 7 和 8 調(diào)整的參考數(shù)據(jù)。 7.1.2

25、7.1.2 液壓泵的流量液壓泵的流量 由流量圖 4（b）可知，在快進(jìn)時(shí)，最大流量值為 23lmin, 取 k=1.1，則可計(jì)算泵的最大流量 k()max vp q v q =1.123lmin=25.3lmin vp q 在工進(jìn)時(shí)，最小流量值為 0.39 lmin.為保證工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應(yīng) 考慮溢流閥有一定的最小溢流量，取最小溢流量為 1 lmin（約 0.01710- 3m3s）故 小流量泵應(yīng)取 1.39lmin 根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，選用公稱流量分別為 18lmin、12lmin；公稱壓力 為 70mpa 壓力的雙聯(lián)葉片泵。 7.1.37.1.3 選擇電機(jī)選擇電機(jī) 由功率圖 4（c）可知

26、，最大功率出現(xiàn)在快退階段，其數(shù)值按下式計(jì)算 pp= pp2（qv1+ qv2）p=1.35106（0.2+0.3）10-30.75=993w 式中 qv1大泵流量，qv1=18 lmin（約 0.310-3m3s） qv2小泵流量，qv2=12lmin（約 0.210-3m3s） p液壓泵總效率，取 p =0.75。 圖 4 (a) （b） (c) 根據(jù)快退階段所需功率 993w 及雙聯(lián)葉片泵要求的轉(zhuǎn)速，選用功率為 1.1kwj526 型的異步電機(jī)。 7.27.2 輔件元件的選擇輔件元件的選擇 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實(shí)際流量，選擇各種液壓元件和輔助元 件的規(guī)格。 表 2 液壓元件及型號(hào)

27、 規(guī)格 序號(hào)元件名稱 通過的最 大流量 q/l/min 型號(hào)額定流量 qn/l/min 額定壓力 pn/mpa 額定壓降 pn/mpa 1雙聯(lián)葉片 泵 pv2r12- 6/33 5.1/27.9*16 2三位五通 電液換向 閥 70 35dy 100by 1006.30.3 3行程閥62.3 22c 100bh 1006.30.3 4調(diào)速閥1 q6b 66.3 5單向閥70 i100b 1006.30.2 6單向閥29.3 i100b 1006.30.2 7液控順序 閥 28.1xy 63b 636.30.3 8背壓閥1 b10b 106.3 9溢流閥5.1 y10b 106.3 10單向閥2

28、7.9 i100b 1006.30.2 11濾油器36.6 xu 80200 806.30.02 12壓力表開 關(guān) k6b 13單向閥70 i100b 1006.30.2 14壓力繼電 器 pfb8l 14 注：以上元件除液壓泵、濾油器外，均為板式連接。 7.37.3 確定管道尺寸確定管道尺寸 由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，油管內(nèi)通油量較大，其實(shí)際流量 qv 24 lmin(0.510-3m3s),取允許流速 u=0.5ms,則主壓力油管 d 用下式計(jì)算 d= 3 3 40.5 10 1.131.1311.3 10 5 vv qq mm vv 圓整化，取 d=12mm。 油管壁厚一般不需計(jì)算，根

29、據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動(dòng)手冊(cè)的有關(guān) 表格得管的壁厚 。 選用 14mm12mm 冷拔無縫鋼管。 其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸，測(cè)壓管選用 4mm3mm 紫銅管或鋁 管。管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按油管通徑選取。 4、確定油箱容量 中壓系統(tǒng)油箱的容量，一般取液壓泵公稱流量的vq 57 倍 v=7 =730l=210lvq 8 8 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 8.18.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算管路系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗(yàn)算壓力損失 值。下面以工進(jìn)時(shí)的管路壓力損失為例計(jì)算如下： 已知：進(jìn)油管、回油管長(zhǎng)約為 l=1.5m，油管內(nèi)徑

30、 d=1.210-3m，通過流量 =0.39 lmin（0.006510-3m3s） ，選用 lhm32 全損耗系統(tǒng)用油，考慮最vq 低溫度為 15，v=1.52s。 8.1.18.1.1 判斷油流類型判斷油流類型 利用下式計(jì)算出雷諾數(shù) re=1.273104=1.2730.006510-31041.210-3/1.5662000vqdv 為層流。 8.1.28.1.2 沿程壓力損失沿程壓力損失pp1 1 利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。 進(jìn)油路上 p1=4.41012v.l.qvd4=4.310121.51.50.006510-3124pa =0.0313105

31、pa 回油路上，其流量 qv=0.75 lmin（0.012510-3m3s） （差動(dòng)液壓缸 a12a2）, 壓力損失為 p1=4.31012v.l.qvd4=4.310121.51.50.0032510-3124pa =0.01532105pa 由于是差動(dòng)液壓缸，且 a12a2，故回油路的損失只有一半折合到進(jìn)油腔， 所以 工進(jìn)時(shí)總的沿程損失為 p1=（0.03103+0.50.01532）105pa=0.039105pa 8.1.38.1.3 局部壓力損失局部壓力損失pp2 2 在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失p常按下式作經(jīng)驗(yàn) 計(jì)算 l 1 . 0pp 各工況下的閥類元件的局部

32、壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算 2 n nv q q pp 其中的pn由產(chǎn)品樣本查出，qn和q數(shù)值查表可列出?；_(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退 工況下的壓力損失計(jì)算如下： 1快進(jìn) 滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過單 向閥 10、電液換向閥 2，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥 3 進(jìn)入無 桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為 mpa05688 . 0 mpa10 60 103 .62 105478 . 0 105478. 0 6 3 88 li qp mpa005688 . 0 mpa05688 . 0 1 . 01 . 0 lii pp mpa1647 . 0 mpa 100

33、3 . 62 3 . 0 100 33 3 . 0 100 9 . 27 2 . 0 222 vi p mpa2273. 0mpa1647. 0005688 . 0 05688. 0 viili i pppp 在回油路上，壓力損失分別為 mpa02675 . 0 mpa10 60 10 3 . 29 105478. 0105478 . 0 6 3 88 lo qp mpa002675 . 0 mpa02675. 01 . 01 . 0 loo pp mpa1594 . 0 mpa 100 3 . 62 3 . 0 100 3 . 29 2 . 0 100 3 . 29 3 . 0 222 vo

34、 p mpa1888 . 0 mpa1594 . 0 002675 . 0 02675 . 0 voolo o pppp 將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的 壓力損失 mpa316 . 0 mpa 95 7 . 44 1888 . 0 2273 . 0 p 2工進(jìn) 滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥 2、調(diào)速閥 4 進(jìn)入液壓缸 無桿腔，在調(diào)速閥 4 處的壓力損失為 0.5mpa。在回油路上，油液通過電液換向 閥 2、背壓閥 8 和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥 7 返回油箱，在背壓 閥 8 處的壓力損失為 0.6mpa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓

35、力損失，則 在進(jìn)油路上總的壓力損失為 mpa5 . 0mpa5 . 0 100 5 . 0 3 . 0 2 vi i pp 此值略小于估計(jì)值。 在回油路上總的壓力損失為 mpa66 . 0 mpa 63 9 . 2724 . 0 3 . 06 . 0 100 24 . 0 3 . 0 22 vo o pp 該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.66mpa，可見此值與初算時(shí)參考表 4 選取的 背壓值基本相符。 按表 7 的公式重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為 mpa99 . 3 mpa 101095 10 7 . 441066. 034942 64 46 1 220 1 a apf p 此略高于表 7

36、數(shù)值。 考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差pe=0.5mpa，則小流量泵的工作壓 力為 mpa99 . 4 5 . 05 . 099 . 3 ei11p pppp 此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥 10 的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。 3快退 滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥 10、電液換向閥 2 進(jìn)入液壓缸 有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥 5、電液換向閥 2 和單向閥 13 返回油箱。 在進(jìn)油路上總的壓力損失為 mpa048 . 0 mpa 100 33 3 . 0 100 9 . 27 2 . 0 22 vi i pp 此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。 在回

37、油路上總的壓力損失為 mpa343 . 0 mpa 100 70 2 . 0 100 70 3 . 0 100 70 2 . 0 222 vo o pp 此值與表 7 的數(shù)值基本相符，故不必重算。 大流量泵的工作壓力為 mpa48 . 1 048 . 0 43 . 1 12p i ppp 此值是調(diào)整液控順序閥 7 的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。 8.28.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 本機(jī)床的工作時(shí)間主要是工進(jìn)工況，為簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱， 故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。 8.2.18.2.1 液壓泵的輸入功率液壓泵的輸入功率 工進(jìn)時(shí)小流量泵的壓力 pp1=54105

38、pa，流量 qvp1=12lmin (0.210-3m3s)小流量泵的功率為 p1= pp1qvp1p=540.21020.75w=1440w 式中 p液壓泵的總效率。 工進(jìn)時(shí)大流量泵卸荷，順序閥的壓力損失p=1.5105pa，即大流量泵的 工作壓力 pp2=1.5105pa，流量 qvp2=18lmin (0.310-3m3s)大流量泵的功率 p2為 p2= pp2qvp2p=1.50.31020.75w=60w 故雙聯(lián)泵的合計(jì)輸出功率 pi為 pi= p1+ p2=1440+60w=2040w 8.2.28.2.2 有效功率有效功率 工進(jìn)時(shí)，液壓缸的負(fù)載 f=32744n，取工進(jìn)速度 v=

39、0.0008310-3ms 輸出功率 p0為 p0=fv=327440.00083w=27w 8.2.38.2.3 系統(tǒng)發(fā)熱功率系統(tǒng)發(fā)熱功率 p ph h 系統(tǒng)總的發(fā)熱功率 ph 為 ph= p ip0=2013w 8.2.48.2.4 散熱面積散熱面積 油箱容積 v=210l，油箱近似散熱面積 a 為 a=0.065 332222 0.0651052.296vmm 8.2.58.2.5 油液溫升油液溫升tt 假定采用風(fēng)冷，取油箱的傳熱系數(shù) k t =23w(.),可得 油液溫升為 t= phk t a=1198（232.296）=22.7 設(shè)夏天的室溫為 30，則油溫為（30+22.7）=52.7，沒有超過最高 允許油溫（5065） 。 9 9 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 1）使用者應(yīng)明白液壓系統(tǒng)的工作原理，熟悉各種操作和調(diào)整手柄的位置及 旋向等。 2）開車前應(yīng)檢查系統(tǒng)上各調(diào)整手柄、手輪是否被無關(guān)人員動(dòng)過，電氣開關(guān) 和行程開關(guān)的位置是否正常，主機(jī)上工具的安裝是否正確和牢固等，再對(duì)導(dǎo)軌 和活塞桿的外露部分進(jìn)行擦拭，而后才可開車。 3）開車時(shí)，首先啟動(dòng)控制油路的液壓泵，無專用的控制油路液壓泵時(shí)，可 直接啟動(dòng)主液壓泵。 4）液壓油要定期檢查更換，對(duì)于新投入使用的液壓設(shè)備，使用 3 個(gè)月左 右即應(yīng)清洗油箱，更換新油。以后每隔半