臥式鉆床液壓系統(tǒng)設計課件

1、臥式鉆床液壓系統(tǒng)設計摘要液壓系統(tǒng)是以電機提供動力基礎，使用液壓泵將機械能轉化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作。完成各種設備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)已經在各個工業(yè)部門及農林牧漁等許多部門得到越來越廣泛的應用，而且越先進的設備，其應用液壓系統(tǒng)的部分就越多。本文根據(jù)實際情況進行負載分析，設計一套全自動專用鉆床的液壓回路，對所需液壓元件及電動機等進行分析、計算、選擇和校驗，詳細闡述了怎樣進行液壓系統(tǒng)的設計。關鍵詞：臥式鉆床；液壓系統(tǒng)；液壓元件；設計1 引言在機械制造中，對單件或小批量生產的工件，許多工廠采用通用機床加工。由于通用機床要適應

2、被加工零件形狀和尺寸的要求，故機床結構一般比較復雜。不僅如此，在實際加工中，由于只能單人單機操作，一道一道工序地完成，所以工人的勞動強度大、生產率低，工件的加工質量也不穩(wěn)定。針對以上的問題，組合機床便出現(xiàn)并逐步發(fā)展起來。組合機床是根據(jù)加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成一種高效組合機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。 組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉，有刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動來實現(xiàn)各種加工。組合機床的設計，目前基本上有兩種方式：第一，是根據(jù)具體加工對象的特征進

3、行專門設計，這是當前最普遍也是最實用的做法。第二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人和技術人員總結出生產和使用組合機床的經驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內的組合機床是極其相似的，有可能設計成通用部件，這種機床稱為“專用組合機床”。這種組合機床不需要每次按具體對象進行專門設計和生產，而是設計成通用品種，組織成批量生產，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具和刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。 為了使組合機床能在中小批量生產中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床

4、的利用率。近二十年來，許多工業(yè)部門和技術領域對高響應、高精度、高功率重量比和大功率的液壓控制系統(tǒng)的需要不斷擴大，促使液壓控制技術迅速發(fā)展。特別是反饋控制技術在液壓系統(tǒng)只中的應用，電子技術與液壓技術的結合，使這門技術不論在元件和系統(tǒng)方面、理論與應用方而都日趨完善和成熟，并形成為一門學科，成為液壓技術的重要發(fā)展方向之一。目前液壓控制技術已經企業(yè)和部門得到廣泛應用，諸如冶金、機械等工業(yè)部門，飛機、船舶交通部門，航空航天技術，海洋技術近代科學試驗等。 我國于五十年代開始液壓伺服元件和系統(tǒng)的研究工作，現(xiàn)在已生產幾種系列電液伺服閥產品，液壓控制系統(tǒng)也在越來越多的部門得到了成功的應用。隨著國民經濟的發(fā)展，液

5、壓控制技術會在我國機械制造行業(yè)的發(fā)展中起到更關鍵的作用。2 運動參數(shù)分析工作臺液壓缸負載力（KN）：FL2.0 夾緊液壓缸負載力（KN）：Fc 4.8 工作臺液壓缸移動件重力（KN）：G3.5 夾緊液壓缸負移動件重力（N）：Gc45 工作臺快進、快退速度（m/min）：V1=V36.5 夾緊液壓缸行程（mm）：Lc10 工作臺工進速度（mm/min）：V248 夾緊液壓缸運動時間（S）：tc1 工作臺液壓缸快進行程（mm）：L1 450 導軌面靜摩擦系數(shù)：s=0.2工作臺液壓缸工進行程（mm）：L2 80 導軌面動摩擦系數(shù)：d=0.1工作臺啟動時間（S）：Dt=0.5 根據(jù)主機要求畫出動作循環(huán)

6、圖，然后根據(jù)動作循環(huán)圖和速度要求畫出速度與路程的工況圖，如圖2.1所示。 夾緊 快進 工進 快退 松開圖2.1 速度與路程的工況圖2.1 負載與運動分析2.1.1工作負載(1）夾緊缸工作負載： 夾緊缸最大夾緊力夾緊缸最小夾緊力由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設計計算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運動，所以不考慮夾緊缸的慣性負載等一些其他的因素。(2)工作臺液壓缸工作負載極為切削阻力。2.1.2摩擦負載摩擦負載即為導軌的摩擦阻力：(1)靜摩擦阻力 =m(2)動摩擦阻力2.1.3慣性負載 2.1.4負載圖與速度圖的繪制快進 工進 快退 因為液壓缸的受力還有密

7、封阻力，所以假設液壓缸機械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表2.1所示。表2.1液壓缸在各工作階段的負載和推力工況負載組成液壓缸負載F/N液壓缸推力啟動700777.8加速427.38474.87快進350388.9工進23502611.1反向啟動700777.8加速427.38474.87快退350388.9表2.2 液壓缸負載與工作壓力之間的關系負載/ KN50工作壓力/MPa0.811.522.5334455表2.3 液壓缸內徑尺寸系列（mm）8101216202532405063809010011012514016018020022025032040050063

8、0表2.4 活塞桿直徑尺寸系列：（mm）456810121416182022252832364045505563708090100110125140160180200220250280320136400圖二 速度與路程的工況圖圖三 負載與路程的工況圖3 計算液壓缸尺寸和所需流量3.1 計算液壓缸尺寸3.1.1工作壓力的確定查表2.2，取工作壓力P=1MPa3.1.2計算液壓缸尺寸（1）液壓缸的有效工作面積A1 A1 = =2611.11000000=2611（mm2）液壓缸內徑： D=(4A1/)1/2=57.7(mm)查表2.3，取標準值D=63mm（2）活塞桿直徑： 要求快進與快退的速度相

9、等，故用差動連接方式，所以，取d=0.7D=44.1mm,查表四，取標準值d=45mm。（3）缸徑、桿徑取標準值后的有效工作面積：無桿腔有效工作面積： A1=D2=X632=3116（mm2）活塞桿面積：A3=d2=X452=1590（mm2）有桿腔有效工作面積： A2=A1-A3=3116-1590=1526（mm2）圖2.2 液壓缸尺寸示意圖3.2確定液壓缸所需的流量快進流量快退流量工進流量3.3夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量的確定（1）確定夾緊缸的工作壓力：查表2.2，取工作壓力（2）計算夾緊缸有效面積、缸徑、桿徑：夾緊缸有效面積夾緊缸直徑取標準值為則夾緊缸的有效面積為:活塞桿直徑夾緊

10、缸在最小夾緊力時的工作壓力為： （3）計算夾緊缸的流量4 確定液壓系統(tǒng)方案并擬定液壓系統(tǒng)圖4.1 確定執(zhí)行元件的類型（1）工作缸：根據(jù)本設計的特點要求，選用無桿腔面積等于兩倍有桿腔面積的差動液壓缸1。（2）夾緊缸：由于結構上的原因和為了有較大的有效工作面積，采用單桿液壓缸。4.2 換向方式確定為了便于工作臺在任意位置停止，使調整方便，所以采用三位換向閥。為了便于組成差動連接，應采用三位五通換向閥?？紤]本設計機器工作位置的調整方便性和采用液壓夾緊的具體情況，采用“Y”型機能的三位五通換向閥。圖4.1 “Y”型機能的三位五通換向閥4.3 調整方式的選擇在組合機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用

11、節(jié)流閥或調速閥。根據(jù)鉆、鏜類專機工作時對對低速性能和速度負載都有一定要求的特點，采用調速閥進行調速。為了便于實現(xiàn)壓力控制，采用進油節(jié)流調速。同時為了考慮低速進給時的平穩(wěn)性，以及避免鉆通孔終了時出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，在回油路上設有背壓閥。4.4快進轉工進的控制方式的選擇為了保證轉換平穩(wěn)、可靠、精度高，采用行程控制閥。4.5終點轉換控制方式的選擇根據(jù)鏜削時停留和控制軸向尺寸的工藝要求，本機采用行程開關和壓力繼電器加死擋鐵控制。4.6實現(xiàn)快速運動的供油部分設計因為快進、快退和工進的速度相差很大，為了減少功率損耗，采用雙聯(lián)泵驅動（也可采用變量泵）。工進時中壓小流量泵供油，并控制液壓卸荷閥，使低壓大流量泵卸荷；

12、快進時兩泵同時供油。4.7夾緊回路的確定 由于夾緊回路所需壓力低于進給系統(tǒng)壓力，所以在供油路上串接一個尖壓閥。此外為了防止主系統(tǒng)壓力下降時（如快進和快退）影響夾緊系統(tǒng)的壓力，所以在減壓閥后串接一個單向閥。夾緊缸只有兩種工作狀態(tài)，故采用二位閥控制。這里采用二位五通帶鋼球定位的電磁換向閥。為了實現(xiàn)夾緊后才能讓滑臺開始快進的順序動作，并保證進給系統(tǒng)工作時夾緊系統(tǒng)的壓力始終不低于所需要的最小夾緊力，故在夾緊回路上安裝一個壓力繼電器。當壓力繼電器工作時，滑臺進給；當夾緊力降到壓力繼電器復位時，換向閥回到中位，進給停止。根據(jù)以上分析，繪出液壓系統(tǒng)圖如下圖所示圖4.2 液壓系統(tǒng)圖（詳見圖紙）1-油箱 2-過

13、濾器 3,6,16-單向閥 4-葉片泵(大) 5-液控順序閥 7-順序閥 8-二位五通電磁換向閥 9,12,19-溢流閥 10,18-單桿活塞液壓缸 11,15-壓力繼電器 13-三位四通電磁換向閥14-二位三通電磁換向閥 17-調速閥表6-1液壓機工作循環(huán)表及電磁鐵動作循環(huán)動作名信號來源電磁鐵動作狀態(tài)1DT2DT3DT4DT5DT液壓缸夾緊4DT通電+快進2DT通電+工進壓力繼電器動作，行程閥15動作+快退壓力繼電器動作，1DT,5DT得電2DT斷電+-+松開1DT斷電，3DT得電。+注：“+”表示電磁鐵得電和行程閥壓下，“-”表示電磁鐵失電和行程閥原位。4.8液壓系統(tǒng)原理圖工作原理分析夾緊

14、：4DT得電，電磁換向閥右位工作，夾緊缸左移，夾緊工件。進油路：泵4單向閥6順序閥7電磁換向閥閥8（右位）液壓缸無桿腔?；赜吐罚阂簤焊子袟U腔電磁換向閥8(左位）油箱?？爝M：2DT得電，電磁換向閥右位工作，差動連接。進油路：泵4單向閥3電磁換向閥13（右位）行程閥15（右位）液壓缸18無桿腔 。 回油路：液壓缸18有桿腔電磁換向閥14(左位）行程閥15（右位）液壓缸18無桿腔。工進：快進行程到位，擋鐵壓下，行程閥15左位工作，切斷差動回路，液壓系統(tǒng)工作壓力升高，液控順序閥12打開，大泵卸荷，只有小泵向系統(tǒng)供油，回油路上接背壓閥防止。進油路：小泵4電磁換向閥13（右位）調速閥17液壓缸18無桿腔。

15、回油路：液壓缸18有桿腔電磁換向閥14（右位）電磁換向閥13（右位）背壓閥12油箱?？焱耍簤毫^電器發(fā)出信號，2DT斷電，1DT,5DT得電。進油路：泵4單向閥3電磁換向閥13（左位）電磁換向閥14（右位）液壓缸18有桿腔。回油路：液壓缸18無桿腔單向閥16電磁換向閥13（左位）背壓閥12油箱。松開：快退結束后，擋塊壓下行程開關，1DT斷電，電磁換向閥13處于中位，液壓缸失去動力源，停止運動，同時3DT得電，夾緊缸松開。進油路：泵4單向閥6電磁換向閥8（左位）液壓缸10有桿腔；回油路：液壓缸10無桿腔電磁換向閥8（左位）油箱。5 選擇液壓元件和確定輔助裝置5.1選擇液壓泵（1）泵的工作壓力的確

16、定：初算時可取P=0.5MPa-1.2MPa,考慮背壓，現(xiàn)取P=1MPa。它的工作壓力初定為。式中P為液壓缸的工作壓力；P為系統(tǒng)的壓力損失。表5.1 執(zhí)行元件背壓力估計值 系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)0-8MPa簡單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調速閥的系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.5采用帶補液泵的閉式回路0.81.5（2）泵的流量的確定：1.快速進退時泵的流量：由于液壓缸采用差動連接方式，而有桿腔有效面積A2小于活塞桿面積A3，故在速度相等的情況下，快退所需的流量小于快進的流量2，故按快進考慮?？爝M時缸所需的流量為：快進時泵應供油量為：式中K為系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一

17、般K=1.1-1.3，此處取K=1.1。2.工進時泵的流量：工進時缸所需的流量為：工進時泵應供流量為：考慮到節(jié)流調速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點，需加上溢流閥的最小溢流量（一般取3L/min）,所以根據(jù)組合機床的具體情況從產品樣本中選用YB-4/6型雙聯(lián)葉片泵，此泵在快速進退時（低壓狀態(tài)下雙泵供油）提供流量為：在工進時（高壓狀態(tài)下小流量的泵供油）提供的流量為故所選泵符合系統(tǒng)要求。（3）驗算快進、快退的實際速度：5.2選擇閥類元件各類閥可按通過該閥的最大流量和實際工作壓力選取，閥的調整壓力值，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） 油管內徑的確定：可按下式計算：泵

18、的最大流量為10L/min,但在系統(tǒng)快進時，部分油管流量可達20L/min。按20L/min計算，取V為 4m/s,則(2) (3)按標準選取油管：可按標準選取內徑d=10mm，壁厚為1mm的紫銅管，安裝方便處可選用內徑d=10mm，外徑D=16mm的無縫鋼管。5.4 確定油箱容量本設計為中壓系統(tǒng)，油箱有效容量可按泵每分鐘內公稱流量的5-7倍來確定。5.5工進時所需的功率根據(jù)，工進時油路的流量僅為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。這時進油路上只考慮調速閥的損失0.6MPa，回油路上只有被壓閥損失，還有夾緊缸的壓力2MPa，小流量泵的調整壓力

19、p=p1+2+0.6+0.8=4.3MPa工進時泵1的調整壓力為4.3MPa流量為4L/min.泵2卸荷時，其卸荷壓力可視為零取其效率=0.75 所以工進時所需電機功率為液壓泵的最大公最壓力（Pa）液壓泵的輸出流量（m3/s）5.6 快進快退時所需的功率表5.1液壓元件規(guī)格表序號名稱通過流量（L/min）型號及規(guī)格1.2雙聯(lián)葉片泵10YB-4/63三位五通電磁閥9.934EF3Y-E10B4減壓閥1.87Y-10B5.安全閥3.375YF3-10B6背壓閥1B-10B7順序閥11.57AXF3-10B8.9.10.12.15單向閥11.57YAF3-Ea10B11行程閥-k-6B13調速閥1QF3-E6aB14二位五通電磁換向閥1.8723D-10B16.17壓力繼電器-PF-D8L6 確定電機功率由于快速運動所需電機功率大于工作進給所需電機功率