臥式鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、臥式鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)， 使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力， 推動(dòng)液 壓油。通過(guò)控制各種閥門(mén)改變液壓油的流向， 從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、 不 同方向的動(dòng)作。 完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。 液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門(mén)及 農(nóng)林牧漁等許多部門(mén)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用， 而且越先進(jìn)的設(shè)備， 其應(yīng)用液壓系 統(tǒng)的部分就越多。 本文根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行負(fù)載分析， 設(shè)計(jì)一套全自動(dòng)專(zhuān)用鉆床的 液壓回路，對(duì)所需液壓元件及電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行分析、計(jì)算、選擇和校驗(yàn)，詳細(xì)闡述 了怎樣進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 臥式鉆床；液壓系統(tǒng)；液壓元件；設(shè)計(jì) 1 引言 在機(jī)械制造中，對(duì)單件或小批量生產(chǎn)的工件，

2、許多工廠采用通用機(jī)床加工。 由于通用機(jī)床要適應(yīng)被加工零件形狀和尺寸的要求，故機(jī)床結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜。 不僅如此，在實(shí)際加工中，由于只能單人單機(jī)操作，一道一道工序地完成，所以 工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低，工件的加工質(zhì)量也不穩(wěn)定。針對(duì)以上的問(wèn)題，組 合機(jī)床便出現(xiàn)并逐步發(fā)展起來(lái)。 組合機(jī)床是根據(jù)加工需要， 以大量通用部件為基 礎(chǔ)，配以少量專(zhuān)用部件組成一種高效組合機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、 多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。 組合機(jī)床一般用于加工箱體類(lèi)或特殊形式的零件。 加工時(shí)， 工件一般不旋轉(zhuǎn)， 有 刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種加工。組

3、合機(jī)床的設(shè) 計(jì)，目前基本上有兩種方式：第一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的特征進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)， 這是當(dāng)前最普遍也是最實(shí)用的做法。 第二，隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛 使用，廣大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不 僅在其組成部件方面有共性， 可設(shè)計(jì)成通用部件， 而且一些行業(yè)在完成一定工藝 范圍內(nèi)的組合機(jī)床是極其相似的， 有可能設(shè)計(jì)成通用部件， 這種機(jī)床稱(chēng)為 “專(zhuān)用 組合機(jī)床”。這種組合機(jī)床不需要每次按具體對(duì)象進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是設(shè) 計(jì)成通用品種， 組織成批量生產(chǎn)， 然后按被加工零件的具體需要， 配以簡(jiǎn)單的夾 具和刀具，即可組成加工一定對(duì)象的高效率設(shè)備。 為了使組合機(jī)床能在

4、中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用， 往往需要應(yīng)用成組技術(shù)， 把 結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工， 以提高機(jī)床的利用率。 近二 十年來(lái)，許多工業(yè)部門(mén)和技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω唔憫?yīng)、 高精度、 高功率重量比和大功率 的液壓控制系統(tǒng)的需要不斷擴(kuò)大， 促使液壓控制技術(shù)迅速發(fā)展。 特別是反饋控制 技術(shù)在液壓系統(tǒng)只中的應(yīng)用， 電子技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合， 使這門(mén)技術(shù)不論在元 件和系統(tǒng)方面、 理論與應(yīng)用方而都日趨完善和成熟， 并形成為一門(mén)學(xué)科， 成為液 壓技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。目前液壓控制技術(shù)已經(jīng)企業(yè)和部門(mén)得到廣泛應(yīng)用， 諸如冶金、機(jī)械等工業(yè)部門(mén)，飛機(jī)、船舶交通部門(mén)，航空航天技術(shù)，海洋技術(shù)近 代科學(xué)試驗(yàn)等。 我國(guó)于

5、五十年代開(kāi)始液壓伺服元件和系統(tǒng)的研究工作， 現(xiàn)在已 生產(chǎn)幾種系列電液伺服閥產(chǎn)品， 液壓控制系統(tǒng)也在越來(lái)越多的部門(mén)得到了成功的 應(yīng)用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 液壓控制技術(shù)會(huì)在我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展中起到 更關(guān)鍵的作用 2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析 工作臺(tái)液壓缸負(fù)載力（ KN ）： FL2.0 夾緊液壓缸負(fù)載力（ KN ）：Fc 4.8 工作臺(tái)液壓缸移動(dòng)件重力（ KN ）：G3.5 夾緊液壓缸負(fù)移動(dòng)件重力（ N ）： Gc 45 工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度（ m/min）：V1=V3 6.5 夾緊液壓缸行程（ mm）：Lc 10 工作臺(tái)工進(jìn)速度（ mm/min ）： V248 夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（ S）：tc 1 工

6、作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（ mm）： L1 450 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)： s=0.2 工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程（ mm）： L2 80 導(dǎo)軌面動(dòng)摩擦系數(shù)： d=0.1 工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（ S）： t=0.5 根據(jù)主機(jī)要求畫(huà)出動(dòng)作循環(huán)圖， 然后根據(jù)動(dòng)作循環(huán)圖和速度要求畫(huà)出速度 與路程的工況圖，如圖 2.1 所示。 夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 松開(kāi) 圖 2.1 速度與路程的工況圖 2.1 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 2.1.1工作負(fù)載 (1)夾緊缸 工作負(fù)載： F1 Fc GC S =4800 45*0.2 4809N F2 =FCGC d 4800 45*0.1 4804.5N 夾緊缸最大夾緊力 Fmax Fmax F1 /

7、0.9 5343N 夾緊缸最小夾緊力 Fmin Fmin F2 /0.9 5338N 由于夾緊缸的工作對(duì)于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高， 所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中把夾緊缸的工作過(guò)程簡(jiǎn)化為全程的勻速直線運(yùn)動(dòng)， 所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù) 載等一些其他的因素。 (2)工作臺(tái)液壓缸 工作負(fù)載極為切削阻力 FL 2.0KN 。 2.1.2摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： (1) 靜摩擦阻力 Ff s s* G0. 2 3 500 70 0N (2) 動(dòng)摩擦阻力 Ffd d *G 0.1 3500 350N 2.1.3慣性負(fù)載 Fi= g G v Gv1-0 3500 6.5 60 t =77.38N

8、 t9.8 0.5 2.1.4負(fù)載圖與速度圖的繪制 快進(jìn) t3= L1 L2 V3 450 80=4.89s 6500 60 工進(jìn) t2 L2 80 =100s v2 48 60 快退 t3=L1 L2 = 450 80=4.89s 3V36500 60 因?yàn)橐簤焊椎氖芰€有密封阻力，所以假設(shè)液壓缸機(jī)械效率 cm=0.9， 得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表 2.1 所示。 表 2.1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力 工況 負(fù)載組成 液壓缸負(fù)載 液壓缸推力 5 F/N F0 F/ （cm/ N） 啟動(dòng) F Ffs 700 777.8 加速 F Ffd Fi 427.38 474.87 快

9、進(jìn) F Ffd 350 388.9 工進(jìn) F Ffd FL 2350 2611.1 反向啟 動(dòng) F Ffs 700 777.8 加速 F Ffd Fi 427.38 474.87 快退 F Ffd 350 388.9 表 2.2 液壓缸負(fù)載與工作壓力之間的關(guān)系 負(fù)載 / KN 50 工作壓力 qgjb 故所選泵符合系統(tǒng)要求。 3）驗(yàn)算快進(jìn)、快退的實(shí)際速度： 16 Vkj qmax /A3 10 10 3 /1590 10 6 6.3 m/ min Vkt =qmax /A2 10 10 3 /1526 10 6 6.6 m/ min 5.2 選擇閥類(lèi)元件 各類(lèi)閥可按通過(guò)該閥的最大流量和實(shí)際工作

10、壓力選取， 閥的調(diào)整壓力值， 必 須在確定了管路的壓力損失和閥的壓力損失后才能確定。 5.3 確定油管尺寸 (1) 油管內(nèi)徑的確定： 可按下式計(jì)算： d2 泵的最大流量為 10L/min, 但在系統(tǒng)快進(jìn)時(shí)，部分油管流量可達(dá) 20L/min 。按 20L/min 計(jì)算，取 V 為 4m/s, 則 1/2 (2) d 4 0.020 / 3.14 4 60 10 mm (3) 按標(biāo)準(zhǔn)選取油管： 可按標(biāo)準(zhǔn)選取內(nèi)徑 d=10mm，壁厚為 1mm的紫銅管，安裝方便處可選用內(nèi)徑 d=10mm， 外徑 D=16mm的無(wú)縫鋼管。 5.4 確定油箱容量 本設(shè)計(jì)為中壓系統(tǒng)，油箱有效容量可按泵每分鐘內(nèi)公稱(chēng)流量的 5

11、-7 倍來(lái)確定 V 5 qb 5 10 50 L 5.5 工進(jìn)時(shí)所需的功率 17 根據(jù) p1A1 F A2p2 ，工進(jìn)時(shí)油路的流量?jī)H為 0.15L/min ，因此流速很小，所 以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小， 可以忽略不計(jì)。 這時(shí)進(jìn)油路上只考慮 調(diào)速閥的損失 0.6MPa，回油路上只有被壓閥損失，還有夾緊缸的壓力 2MPa，小 流量泵的調(diào)整壓力 p=p1+2+0.6+0.8=4.3MPa 工進(jìn)時(shí)泵 1 的調(diào)整壓力為 4.3MPa流量為 4L/min. 泵 2 卸荷時(shí)，其卸荷壓力可視 為零取其效率 =0.75 所以工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為 p pb1qb1 0.18KW Pb1 液壓泵的最大公

12、最壓力（ Pa） qb1 液壓泵的輸出流量（） 5.6 快進(jìn)快退時(shí)所需的功率 p pbqb 0.3KW 表 5.1 液壓元件規(guī)格表 序號(hào) 名稱(chēng) 通過(guò)流量 （ L/min ） 型號(hào)及規(guī)格 1.2 雙聯(lián)葉片泵 10 YB-4/6 3 三位五通電磁 閥 9.9 34EF3Y-E10B 4 減壓閥 1.87 Y-10B 18 5. 安全閥 3.375 YF3-10B 6 背壓閥 1 B-10B 7 順序閥 11.57 AXF3-10B 8.9.10.12.15 單向閥 11.57 YAF3-Ea10B 11 行程閥 - k-6B 13 調(diào)速閥 1 QF3-E6aB 14 二位五通電磁 換向閥 1.87

13、 23D-10B 16.17 壓力繼電器 - PF-D8L 6 確定電機(jī)功率 由于快速運(yùn)動(dòng)所需電機(jī)功率大于工作進(jìn)給所需電機(jī)功率， 故可按快速所需的 功率來(lái)選取電機(jī)，現(xiàn)按標(biāo)準(zhǔn)選取電機(jī)功率為 1.1KW。具體型號(hào)可參考相關(guān)手冊(cè)。 7 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 7.1 油液溫升驗(yàn)算 工作在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所占的時(shí)間比例達(dá) 92%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液升溫可 按工進(jìn)時(shí)的工況來(lái)計(jì)算。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為 P=p q =Fv =2611.1 0.048 60=2.1W 19 這時(shí)大流量液壓泵經(jīng)過(guò)溢流閥卸荷， 小流量泵在高壓下供油， 所以?xún)蓚€(gè)泵的總輸 出功率為 P1= (4.3 0.00 317)/(0.7

14、5 60)=302.9 W 由此求得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 Hi P1 Pe302.9 2.1 W 300.8W , 當(dāng)油箱的高、寬、長(zhǎng)比例在 1：1：1到 1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度 的 80時(shí)，油箱散熱面積近似為： A 6.663 V 2 式中 V 為油箱有效容積（ m3 ）；A為散熱面積 m2 。取油箱有效容積 V 0.25m3 ， 散熱系數(shù) K 15W / m2 C ，按 T KHAi 計(jì)算，所以油液的溫升為： 7.6 C T Hi300.8 KA 15 6.663 0.252 查得液壓與氣壓傳動(dòng) 章宏甲主編 P338 表 8-19 可知，此溫升值沒(méi)有超過(guò)允許 范圍3 ，所以該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。 7.2 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)的具體管道布置尚未具體確定 , 整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無(wú)法全面估 算