9第五章 液压系统设计.

第五章 液压系统设计

- 28 - 第五章 液压系统设计

5.1 设计要求分析

组合镗床的主轴有两个，镗削Ø80和Ø106两孔，要求的工作循环是：快速接近工件，然后以工作速度镗孔，加工完毕后快速退回原始位置，最后自动停止。工件材料使用铸铁，硬度为240HB，假设运动部件重9800N，快进快退速度smv/1.01，动力滑台采用平导轨，静动摩擦系数1.0,2.0dsff；往复运动的加减速时间为0.2s，快进行程mmL3751，工进行程mmL952。

5.2 设计计算

5.2.1作F-t与v-t图

1.加工中最大切屑阻力：NFe4.10948.3643。

2.计算摩擦阻力：静摩擦阻力，NGfFss196098002.0

动摩擦阻力，NGfFdd98098001.0

3.惯性阻力： NtvgGmaFm5002.01.08.99800

4.工进速度： smmv/5.13.060300

根据以上分析计算各工况复负载，见表5-1。

表5-1 液压缸负载的计算

工况 计算公式 液压缸负载F/N 液压缸驱动力F0/N

启动 Fs=fsG 1960 2180

加速 Fd=fdG+Fm 1480 1650

快进 Fd=fdG 980 1090

工进 F=Fe+Fd 2074.4 2304.9

反向启动 Fs=fsG 1960 2180

加速 Fd=fdG+Fm 1480 1650

快退 Fd=fdG 980 1090

制动 Fd=fdG-Fm 480 532

5.计算快进、工进时间和快退时间 第五章 液压系统设计

- 29 - 快进：svLt75.31.0103753111

工进：svLt3.63105.1109533222

快退：svLLt7.41.010)95375(31213

6.绘制液压缸的F-t与v-t图，如图5.1所示。

图5.1 F-t与v-t图

5.2.2确定液压系统参数

1.粗选液压缸工作压力

由工况分析可知，工进阶段的负载力最大，液压缸的工作压力按此负载力计算。根据液压缸与负载的关系，选MpP511040。液压缸回油腔设有背压，设背压PaP52106，为使快进快退速度相等，选用212AA差动油缸，假定快进快退的回油压力损失为PaP5107。

2.计算液压缸尺寸：

由工进工况出发，计算油缸大腔面积，由公式FApApm2211得，

）（2211294.623409.04.20742/cmppFAm，

液压缸直径：cmAD08.8914.3294.62441，取标准值D=90mm。 第五章 液压系统设计

- 30 - 因为212AA，所以mmDd63.632/，取标准值d=63mm,

液压缸的有效面积为，2221585.63944cmDA

222222428.32)3.69(44)(cmdDA

3.计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率使用值

表5-2 液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率计算表

工况 计算公式 F/N p2/MP P1/MP q P/KW

快

进 启动

2121AAPAFp

121)(vAAq 2180 0 5102.14 0.31

310

加速 1650 7510 5106.12

快进 1090 5108.10 0.334

工进

1221APAFp

21vAq

3110qpP

2305

5106

40510

9.54

610

3104.6

快退 反向启动

2211ApAFp

12vAq 2180 0 5107.6

加速 1650

快退 1090 7510 5101.17 0.31

310 0.53

制动 532

5.2.3拟定液压系统图

1.选择液压回路：

1）调速方式，该液压系统的功率小，工作负载变化小，可选用进油路节流调速，为防止镗孔时前冲现象，在回油路上加背压阀。

2）液压泵形式的选择，系统工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，最大流量与最小流量之比约为3.25，其相应的时间比为30.65，根据该情况，选叶片泵较适宜，在本方案中选双联叶片泵。

3）速度换接形式：因镗孔对位置精度及工作平稳性要求高，选用电磁 第五章 液压系统设计

- 31 - 调速阀。

4）快速回路与工进转快退控制方式的选择，为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。

2.绘制液压系统图：在所选定基本回路的基础上，在考虑其他有关因素，可组成液压系统图，见图纸液压系统原理图。

原位停止：电磁铁1CT和2CT均断电。换向阀5和4处于中间位置。油缸无活塞杆腔通过液动换向阀4和单向阀15与油箱相通。此时高压泵排出的油经溢流阀1流回油箱，高压油控制顺序阀3使低压泵卸荷。单向阀14在高压油作用下封闭。

快速前进：使电磁铁1CT通电，电磁换向阀5换向，压力油经过电磁换向阀5、单向阀6流入液动换向阀4的左控制腔，使换向阀4换向。此时油泵排出的油经换向阀4和行程阀19流入油缸无活塞杆腔。由于顺序阀3的开启压力高于快进时所需的压力，所以这时顺序阀3不打开。低压泵排出的油顶开单向阀14，与高压泵排出的油一起流入油缸无活塞杆腔，所以这时为差动链接。

工作进给：当动力部件快速前进到控制挡铁压下行程阀19的滑阀时，切断了快速油路，压力油只有通过调速阀18流入油缸的无活塞杆腔。此时进给速度由调速阀18调节。由于调速阀18的通过量小于高压泵12的排油量，因此加工过程中，溢流阀1溢流，并控制顺序阀3使低压泵卸荷。加工时油缸有活塞杆腔排出的油经背压阀2和顺序阀3回油箱。此时由于油缸无活塞杆腔的压力较高，有活塞杆腔的压力较低，所以单向阀16关闭。

快速退回：加工结束后，碰到终点开关，电磁铁1CT断电，电磁铁2CT通电，使换向阀5换向。压力油通过换向阀5和单向阀7流入换向阀4的右控制箱，使液动换向阀4换向。油泵排出的油经换向阀4流入油缸有活塞杆腔。由于快退时压力较高，顺序阀3关闭，低压泵排出的油也流入油缸的有活塞杆腔。此时，由油缸无活塞杆腔排出的油经单向阀17、换向阀4和单向阀15回油箱。

当快退至原位后，压下原位开关，电磁铁2CT断电 ，换向阀5和4的滑阀在弹簧的作用下回到中间位置，动力部件原位停止。

当机床液压系统长时间不工作时，由于管道处的密封不良，在“油柱”的压力作用下，管道内的油会流回油箱，形成局部真空，使空气渗入系统，影响系统 第五章 液压系统设计

- 32 - 工作的稳定性。因此，在本系统中设置了单向阀15和13以防止空气进入液压系统。单向阀13的另一个作用是防止油泵在电机停转时反转。

5.2.4选择液压元件

1.选择液压泵和电动机

1）确定液压泵的工作压力：前面已确定液压缸的最大工作压力为

Pa51040，选择进油管路压力损失PaP5105，其调整压力一般比系统最大工作压力大Pa5105，所以泵的工作压力为，

PaP5511050105540

这就是高压小流量泵的工作压力。

液压缸快退时的工作压力比快进时大，取其压力损失PaP5104，则快退时泵的工作压力为，

PaP55210087.21104087.17

这就是低压大流量泵的工作压力。

2）液压泵的流量:快进时流量最大，其值为18.6L/min,最小流量在工进时，其值为0.572L/min,取系统，泄露折算系数k=1.2,则液压泵的最大流量应为min/32.2286.12.1maxLqp，由于溢流阀稳定工作时最小溢流量为3L/min,故小泵流量为3.6L/min。

3）确定液压泵的规格型号：根据以上计算数据，查阅产品目录，选用YB-25/6型双联叶片泵。

4）选择电动机：液压缸最大输出功率出现在快退工况，其值为0.53kW，此时泵站的输出压力应为PaP52105.21，流量，

smLqp/10472.0min/32.28632.2233

取泵的总效率7.0p，则电动机所需功率为，

WqpPpp7.14497.010472.0105.21352

根据以上计算结果，查产品目录，选与上述功率和泵的转速相适应的电动机。

2.选择其它元件

油箱流量可按经验公式估算，取pqV)75(，LqVp18662566 第五章 液压系统设计

- 33 - 5.2.5液压系统的性能验算

1.液压系统的发热与温升验算

由前述的验算可知，在整个工作循环中工进时间为63.3s，快进时间为3.75s，快退时间为4.7s，工进所占比重约为88.22%，所以系统的发热和油液的温升可用工进时的情况来分析，工进时液压缸负载F=2074.4N，移动速度v=1.5mm/s,其有效输出功率为3.1116W,液压泵输出功率为

ppqpqpP2211

式中，21,pp分别为小流量泵和大流量泵的工作压力，其中Pap511050。

Pap521048.1，为大流量泵通过顺序阀的卸荷损失。21,qq，分别为小流量泵和大流量泵的输出流量，其中min/25min,/621LqLq，油泵总效率7.0p