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)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到越來(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，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

2、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

3、門設(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)床稱為“專用組合機(jī)床”。這種組合機(jī)床不需要每次按具體對(duì)象進(jìn)行專門設(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

4、率。近二十年來(lái)，許多工業(yè)部門和技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω唔憫?yīng)、高精度、高功率一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)和部門得到廣泛應(yīng)用，諸如冶金、機(jī)械等工業(yè)部門，飛機(jī)、船舶交通部門，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

5、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）:Fl=2.0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）:G=3.5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）:V2=48夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（S）:tc=1工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（mm）:L1=450導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：ss=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)：pd=0.1工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（S）:4=0.5根據(jù)主機(jī)要求畫出動(dòng)作循環(huán)圖，然后根據(jù)動(dòng)

6、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(jìn)工進(jìn)快退M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=FCGcs=480045*0.2=4809NF2=FCGcd=480045*0.1=4804.5N夾緊缸最大夾緊力FmaxFax=弓/0.9=5343Nmaxi夾緊缸最小夾緊力FminFmin=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)算中把火緊缸的工作過(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。工作臺(tái)液壓缸工作負(fù)載極為切削阻力Fl=2.0K

7、N2.1.2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Ffs=s*G=0.23500700N(2)動(dòng)摩擦阻力Ffd=d*G=0.13500=350N2.1.3慣性負(fù)載lGAvGv1-035006.560Fi=1=77.38NgAtgAt9.80.52.1.4負(fù)載圖與速度圖的繪制快進(jìn)t3=Li2V345080650060=4.89s工進(jìn)t2L2V2804860=100s快退+LiL2t3=45080650060=4.89s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)載和推力負(fù)載組成

8、液壓缸負(fù)載液壓缸推力F/NF0=F/n(cm/N)啟動(dòng)F=Ffs700777.8加速F=Ffd+F427.38474.87快進(jìn)F=Ffd350388.9工進(jìn)F=Ffd+Fl23502611.1反向啟動(dòng)F=Ffs700777.8加速F=Ffd+F427.38474.87快退F=Ffd350388.9表2.2液壓缸負(fù)載與工作壓力之間的關(guān)系/KN<55-1010-2020-3030-50>50工作壓力/MPa<0.8-11.5-22.5-33-44-5>5表2.3液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（mn）81012162025324050638090100110125140160180200

9、220250320400500630表2.4活塞桿直徑尺寸系列：（mm456810121416182022252832364045505563708090100110125140160180200220250280320136400圖三負(fù)載與路程的工況圖3計(jì)算液壓缸尺寸和所需流量3.1 計(jì)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=1MP3.1.2 計(jì)算液壓缸尺寸(1)液壓缸的有效工作面積AA1=：=-=2611(m俞P一肺箱照液壓缸內(nèi)徑：D=(4A1/兀)1/2=57.7(mm)查表2.3,取標(biāo)準(zhǔn)值D=63mm(2)活塞桿直徑：要求快進(jìn)與快退的速度相等，故用差動(dòng)連接方式，

10、所以，取d=0.7D=44.1mm,查表四，取標(biāo)準(zhǔn)值d=45mm(3)缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積:無(wú)桿腔有效工作面積:A1=id2=tX632=3116(mm活塞桿面積:A3=-4d2=-4X452=1590(mr2)有桿腔有效工作面積:A2=AA=3116-1590=1526(m畬圖2.2液壓缸尺寸示意圖3.2 確定液壓缸所需的流量快進(jìn)流量qkj:qkj=A3Vl=8.7451039L/min快退流量qkt:qkt=A2V3=8.39107=8L/min工進(jìn)流量qgj：qgj=A1V2=3116X10*X0.048:0,15L/min3.3 夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量的確定(1

11、)確定夾緊缸的工作壓力：查表2.2,取工作壓力Pj=2MPa(2)計(jì)算夾緊缸有效面積、缸徑、桿徑：夾緊缸有效面積Aj:八F53432Aj=2671.5mmjP2夾緊缸直徑Dj：1/2Dj=(4Aj/二)=58.3mm取標(biāo)準(zhǔn)值為Dj=63mm則夾緊缸的有效面積為：:,二22Aj=Dj2=3115.67mm24活塞桿直徑可：dj=0.5Dj=32mm夾緊缸在最小夾緊力時(shí)的工作壓力為：Fj5338.6Pjmin=-1.7110=2MPajAj3115.671000000(3)計(jì)算夾緊缸的流量qj:qj=AM=3115.6710*10601.87L/min4確定液壓系統(tǒng)方案弁擬定液壓系統(tǒng)圖4.1 確定

12、執(zhí)行元件的類型(1)工作缸：根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)要求，選用無(wú)桿腔面積等于兩倍有桿腔面積的差動(dòng)液壓缸1。(2)夾緊缸：由于結(jié)構(gòu)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(tái)在任意位置停止，使調(diào)整方便，所以采用三位換向閥。為了便于組成差動(dòng)連接，應(yīng)采用三位五通換向閥。考慮本設(shè)計(jì)機(jī)器工作位置的調(diào)整方便性和采用液壓夾緊的具體情況，采用“Y”型機(jī)能的三位五通換向閥。圖4.1“Y”型機(jī)能的三位五通換向閥4.3 調(diào)整方式的選擇在組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)鉆、鏈類專機(jī)工作時(shí)對(duì)對(duì)低速性能和速度負(fù)載都有一定要求的特點(diǎn)，采用調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)速。為了

13、便于實(shí)現(xiàn)壓力控制，采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速。同時(shí)為了考慮低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性，以及避免鉆通孔終了時(shí)出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，在回油路上設(shè)有背壓閥。4.4 快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的控制方式的選擇為了保證轉(zhuǎn)換平穩(wěn)、可靠、精度高，采用行程控制閥。4.5 終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制方式的選擇根據(jù)鏈削時(shí)停留和控制軸向尺寸的工藝要求，本機(jī)采用行程開(kāi)關(guān)和壓力繼電器加死擋鐵控制。4.6 實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的供油部分設(shè)計(jì)因?yàn)榭爝M(jìn)、快退和工進(jìn)的速度相差很大，為了減少功率損耗，采用雙聯(lián)泵驅(qū)動(dòng)（也可采用變量泵）。工進(jìn)時(shí)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；快進(jìn)時(shí)兩泵同時(shí)供油。4.7 夾緊回路的確定由于夾緊回路所需壓力低于進(jìn)給系統(tǒng)壓力，所以在供油路上用接

14、一個(gè)尖壓閥。此外為了防止主系統(tǒng)壓力下降時(shí)（如快進(jìn)和快退）影響夾緊系統(tǒng)的壓力，所以在減壓閥后用接一個(gè)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(shí)現(xiàn)夾緊后才能讓滑臺(tái)開(kāi)始快進(jìn)的順序動(dòng)作，并保證進(jìn)給系統(tǒng)工作時(shí)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(gè)壓力繼電器。當(dāng)壓力繼電器工作時(shí)，滑臺(tái)進(jìn)給；當(dāng)火緊力降到壓力繼電器復(fù)位時(shí)，換向閥回到中位，進(jìn)給停止。根據(jù)以上分析，繪出液壓系統(tǒng)圖如下圖所示141810bn15圖4.2液壓系統(tǒng)圖（詳見(jiàn)圖紙）1-油箱2-過(guò)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

15、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(diào)速閥表6-1液壓機(jī)工作循環(huán)表及電磁鐵動(dòng)作循環(huán)動(dòng)作名信號(hào)來(lái)源電磁鐵動(dòng)作狀態(tài)1DT2DT3DT4DT5DT液壓缸夾緊4DT通電+快進(jìn)2DT通電+工進(jìn)壓力繼電器動(dòng)作，行程K115動(dòng)作+快退壓力繼電器動(dòng)作，1DT,5DT得電2DT斷電+-+松開(kāi)1DT斷電，3DT得電。一一+一一注：“+”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：4DT得電，電磁換向閥右位工作，夾緊缸左移，夾緊工件。進(jìn)油路：泵4一單向閥6一順序閥7一

16、電磁換向閥閥8（右位）一液壓缸無(wú)桿腔?；赜吐罚阂簤焊子袟U腔一電磁換向閥8（左位）一油箱?？爝M(jìn)：2DT得電，電磁換向閥右位工作，差動(dòng)連接。進(jìn)油路：泵4一單向閥3一電磁換向閥13（右位）一行程閥15（右位）一液壓缸18無(wú)桿腔?；赜吐罚阂簤焊?8有桿腔一電磁換向閥14（左位）一行程閥15（右位）一液壓缸18無(wú)桿腔。工進(jìn)：快進(jìn)行程到位，擋鐵壓下，行程閥15左位工作，切斷差動(dòng)回路，液壓系統(tǒng)工作壓力升高，液控順序閥12打開(kāi)，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(jìn)油路：小泵4一電磁換向閥13（右位）一調(diào)速閥17一液壓缸18無(wú)桿腔?；赜吐罚阂簤焊?8有桿腔一電磁換向閥14（右位）一電磁換向閥1

17、3（右位）一背壓閥12一油箱?？焱耍簤毫^電器發(fā)出信號(hào)，2DT斷電，1DT,5DT得電進(jìn)油路：泵4一單向閥3一電磁換向閥13（左位）一電磁換向閥14（右位）一液壓缸18有桿腔?；赜吐罚阂簤焊?8無(wú)桿腔一單向閥16一電磁換向閥13（左位）一背壓閥12一油箱。松開(kāi)：快退結(jié)束后，擋塊壓下行程開(kāi)關(guān)，1DT斷電，電磁換向閥13處于中位，液壓缸失去動(dòng)力源，停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)3DT得電，夾緊缸松開(kāi)。進(jìn)油路：泵4一單向閥6一電磁換向閥8(左位)一液壓缸10有桿腔；回油路：液壓缸10無(wú)桿腔一電磁換向閥8(左位)一油箱。5選擇液壓元件和確定輔助裝置5.1 選擇液壓泵(1)泵的工作壓力的確定：初算時(shí)可取三P=0.5M及

18、1.2MPa,考慮背壓，現(xiàn)取P=1MPa它的工彳壓力Pb初定為Pb=p+e1p=1+1=2(MPa)。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(jì)值系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)0-8MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.5采用帶補(bǔ)液泵的閉式回路0.81.5(2)泵的流量的確定：1 .快速進(jìn)退時(shí)泵的流量:由于液壓缸采用差動(dòng)連接方式，而有桿腔有效面積A小于活塞桿面積A,故在速度相等的情況下，快退所需的流量小于快進(jìn)的流量，故按快進(jìn)考慮。快進(jìn)時(shí)缸所需的流量為：qkt=A2Vk=8.74510*=9L/

19、min快進(jìn)時(shí)泵應(yīng)供油量為：qktb=Kqkt=1.19=9.9L/min式中K為系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般K=1.1-1.3,此處取K=1.102 .工進(jìn)時(shí)泵的流量：工進(jìn)時(shí)缸所需的流量為：qgj=A1Vg=3116X10£X0.048=0.15(L/min)工進(jìn)時(shí)泵應(yīng)供流量為：qgjb=Kqgj=1.10.15=0.165L/min考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點(diǎn)，需加上溢流閥的最小溢流量(一般取3L/min),所以qgjb=0.173=3.17L/min根據(jù)組合機(jī)床的具體情況從產(chǎn)品樣本中選用YB-4/6型雙聯(lián)葉片泵，此泵在快速進(jìn)退時(shí)(低壓狀態(tài)下雙泵供油)提供流量為：qmax=46=1

20、0L/min;q加在工進(jìn)時(shí)(高壓狀態(tài)下小流量的泵供油)提供的流量為qmin=4(L/min)>qgb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:Vkj=qmax/A3=1010-/159010-=6.3m/minVkt=qmax/A2=1010,/152610'=6.6m/min5.2 選擇閥類元件各類閥可按通過(guò)該閥的最大流量和實(shí)際工作壓力選取，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：二Md=q4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/mi

21、n計(jì)算，取V為4m/s,則1/2(2) d=40.020/3.14460=10mm(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勺紫銅管，安裝方便處可選用內(nèi)徑d=10mm外徑D=16mrmj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)公稱流量的5-7倍來(lái)確定。V=5qb=510=50L5.5 工進(jìn)時(shí)所需的功率根據(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2MP2小流量泵的調(diào)整壓

22、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4=0.75所以工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為P=Bbiqbi=0.18KW刀Pb1液壓泵的最大公最壓力（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=£bqb=0.3KW表5.1液壓元件規(guī)格表序號(hào)名稱通過(guò)流量（L/min）型號(hào)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V1B-10B7順序閥11.57AXF3-10B8.9.10.12.15單向閥11.57YAF3-Ea10B11行程閥-k-6B13調(diào)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(jī)功率由