鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、緒 論隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門迫切需要各種各樣的質(zhì)量?jī)?yōu)、性能好、能耗低、價(jià)格廉的液壓機(jī)床產(chǎn)品。其中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)包括液壓系統(tǒng)的功能分析、工作原理方案設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)等。這些設(shè)計(jì)內(nèi)容可作為液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。很明顯，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身如果存在問(wèn)題，常常屬于根本性的問(wèn)題，可能造成液壓機(jī)床的災(zāi)難性的失誤。因此我們必須重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。作為一種高效率的專用機(jī)床，組合機(jī)床在大批、大量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本次課程設(shè)計(jì)將以組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2、方法和設(shè)計(jì)步驟，其中包括組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算等。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具而組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(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)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時(shí)加工的方式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

3、動(dòng)作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無(wú)級(jí)連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。1 鉆鏜液壓機(jī)床的設(shè)計(jì)1.1機(jī)床的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。鉆鏜系統(tǒng)的工作循環(huán)時(shí)快進(jìn)工進(jìn)快退停止。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求如下：最大切削力18000N，移動(dòng)部件總重量27000N；最大行程434mm（其中工進(jìn)行程184mm）；快進(jìn)、快退的速度為5.85m/min，工進(jìn)速度應(yīng)在（20120）mm/min范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速；啟動(dòng)換向時(shí)間t0.05s，采用水平放置的導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs0.2；動(dòng)摩擦系數(shù)fd0.1。機(jī)械效率取0.9。1.2 機(jī)床的設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，動(dòng)力滑臺(tái)采用平面導(dǎo)軌，其

4、靜、動(dòng)摩擦系數(shù)分別為fs = 0.2、fd = 0.1。l1=300mm，l2=184mm，l3=484mm其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1-1參 數(shù)數(shù) 值切削阻力（N）18000滑臺(tái)自重 (N) 27000快進(jìn)、快退速度(m/min)5.85工進(jìn)速度(mm/min)20120最大行程(mm)434工進(jìn)行程(mm)184啟動(dòng)換向時(shí)間（s）0.05液壓缸機(jī)械效率0.9表1-1 設(shè)計(jì)參數(shù) 2 執(zhí)行元件的選擇 2.1分析系統(tǒng)工況2.1.1工作負(fù)載鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，鉆鏜的軸向切削力為Ft。根據(jù)題意，最大切削力為18000N，則有2.1.2慣性負(fù)載慣性負(fù)載 2.1.3阻力負(fù)載靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力 由此

5、可得出液壓缸的在各工作階段的負(fù)載如表2-1表2-1工況負(fù)載組成負(fù)載值F推力啟動(dòng)5400N6000N加速7965N8850N快進(jìn)2700N3000N工進(jìn)20700N23000N快退2700N3000N注：1、此處未考慮滑臺(tái)上的顛覆力矩的影響。2、液壓缸的機(jī)械效率取2.2負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制根據(jù)表2-1中計(jì)算結(jié)果，繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的負(fù)載循環(huán)圖如圖2-1所示。圖2-1圖2-1表明，當(dāng)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)處于工作進(jìn)給狀態(tài)時(shí)，負(fù)載力最大為23000N，其他工況下負(fù)載力相對(duì)較小。所設(shè)計(jì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)已知的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行繪制，已知快進(jìn)和快退速度V1=V2=5.85m

6、/min、快進(jìn)行程L1=434-184=250mm、工進(jìn)行程L2=184mm、快退行程L3=434mm，工進(jìn)速度V2=100mm/min。根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖如圖2-2所示。2-2組合機(jī)床液壓系統(tǒng)速度循環(huán)圖2.3主要參數(shù)的確定2.3.1 初選液壓缸工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，其值為23000N，其它工況時(shí)的負(fù)載都相對(duì)較低，參考表2-2和表2-3按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力p1=3MPa。表2-2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN50工作壓力/MPa0.811.522.5334455表2-3 各種機(jī)械

7、常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.823528810101820322.3.2 確定液壓缸主要尺寸由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單桿雙作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。通常利用差動(dòng)液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的常用典型安裝形式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無(wú)桿腔工作面積A1是有桿腔工作面積A2兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D

8、的關(guān)系。工進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過(guò)設(shè)置背壓閥的方式)，執(zhí)行元件的背壓力如表2-4，從表中選取此背壓值為p2=0.8MPa。表2-4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無(wú)桿腔均與液壓泵的來(lái)油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降P，且有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，估算時(shí)取P0.

9、5MPa。快退時(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值=0.6MPa。工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為，式中：F 負(fù)載力 hm液壓缸機(jī)械效率 A1液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積 A2液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1液壓缸無(wú)桿腔壓力 p2液壓有無(wú)桿腔壓力因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為液壓缸缸筒直徑為由于有前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.707106=74.95mm，根據(jù)GB/T23481993對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，查表2-5和表2-6圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=110mm，活塞桿直徑為d=80mm。

10、表5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表6 按速比要求確定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注： 1無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度； 2有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 2.3.3 計(jì)算最大流量需求工作臺(tái)在快進(jìn)過(guò)程中，液壓缸采用差動(dòng)連接，此時(shí)系統(tǒng)所需要的流量為q快進(jìn) =（A1-A2）v1=29.367L/min工作臺(tái)在快退過(guò)程中所需要的流量為q快退 =A2v2=26.208L/min工作臺(tái)在工進(jìn)過(guò)程中所需要的流量為q工進(jìn) =A1v1

11、=0.191.14 L/min其中最大流量為快進(jìn)流量為29.367L/min。根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值，如表3所示。表2-5 各工況下的主要參數(shù)值工況推力F/N回油腔壓力P2/MPa進(jìn)油腔壓力P1/MPa輸入流量q/L.min-1輸入功率P/Kw計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)600001.55P1=q=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1+p加速88502.142.20恒速3002.141.0429.3670.305工進(jìn)230000.82.800.191.140.0880.528P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退起動(dòng)5556

12、01.34P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速69440.62.74恒速27780.61.4314.860.212把表2-5中計(jì)算結(jié)果繪制成工況圖，如圖2-3所示。圖2-3 組合機(jī)床液壓缸工況圖3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。3.1 速度控制回路的選擇工況圖2-3表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需

13、要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過(guò)程中切削力變化不大，因此鉆削過(guò)程中負(fù)載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過(guò)程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)

14、回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過(guò)高。3.2 換向和速度換接回路的選擇所設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用三位五通電磁換向閥。為了調(diào)整方便和便于增設(shè)液壓夾緊支路，應(yīng)考慮選用Y型中位機(jī)能。由前述計(jì)算可知，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由26.367L/min降為0.191.14 L/min，可選二位二通行程換向閥來(lái)進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過(guò)程中的液壓沖擊，如圖3-1所示。由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián)了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。為了

15、控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制。 a.換向回路b.速度換接回路圖3-1 換向和速度切換回路的選擇3.3 油源的選擇和能耗控制表2-5表明，本設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)的供油工況主要為快進(jìn)、快退時(shí)的低壓大流量供油和工進(jìn)時(shí)的高壓小流量供油兩種工況，若采用單個(gè)定量泵供油，顯然系統(tǒng)的功率損失大、效率低。在液壓系統(tǒng)的流量、方向和壓力等關(guān)鍵參數(shù)確定后，還要考慮能耗控制，用盡量少的能量來(lái)完成系統(tǒng)的動(dòng)作要求，以達(dá)到節(jié)能和降低生產(chǎn)成本的目的。在圖4工況圖的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸在快進(jìn)和快退行程中要求油源以低壓大流量供油，工進(jìn)行程中油源以高壓小流量供油。其中最大流量與最小流

16、量之比Qmax/Qmin=229.367/0.19=154.6，而快進(jìn)和快退所需的時(shí)間與工進(jìn)所需的時(shí)間分別為：T1=(L1/V1)+(L3/V3)=(60*3000)/(5.85*1000)+(60*484)/(5.85*100)=8.05S T2=(L2/V2)=(60*184)/(20120)=(92552)s上述數(shù)據(jù)表明，在一個(gè)工作循環(huán)中，液壓油源在大部分時(shí)間都處于高壓小流量供油狀態(tài)，只有小部分時(shí)間工作在低壓大流量供油狀態(tài)。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，如果選用單個(gè)定量泵作為整個(gè)系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計(jì)顯然是不合理的。如果采用

17、單個(gè)定量泵供油方式，液壓泵所輸出的流量假設(shè)為液壓缸所需要的最大流量29.367L/min，假設(shè)忽略油路中的所有壓力和流量損失，液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要消耗的功率估算為快進(jìn)時(shí) P=1.0429.367=0.305Kw工進(jìn)時(shí)P=pqmax=2.8029.367=0.822Kw快退時(shí) P=1.4329.367=0.42Kw如果采用一個(gè)大流量定量泵和一個(gè)小流量定量泵雙泵串聯(lián)的供油方式，由雙聯(lián)泵組成的油源在工進(jìn)和快進(jìn)過(guò)程中所輸出的流量是不同的，此時(shí)液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要消耗的功率估算為快進(jìn)時(shí)P=1.0429.367=0.305Kw工進(jìn)時(shí)，大泵卸荷，大泵出口供油壓力幾近于零，因此P=

18、pqmax=2.8029.367=0.822Kw快退時(shí)P=1.4329.367=0.42Kw除采用雙聯(lián)泵作為油源外，也可選用限壓式變量泵作油源。但限壓式變量泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，最后確定選用雙聯(lián)液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖3-2所示。圖3-2 雙泵供油油源3.4 壓力控制回路的選擇由于采用雙泵供油回路，故采用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)測(cè)壓點(diǎn)。將上述所選定的液壓回路進(jìn)行整理歸并，并根據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整，最后畫(huà)出液壓系統(tǒng)原理圖

19、如圖3-3所示。為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問(wèn)題，必須在回油路上串接一個(gè)液控順序閥7，以阻止油液在快進(jìn)階段返回油箱。同時(shí)閥8起背壓閥的作用。 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)，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?？紤]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，壓力繼電器發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。在進(jìn)油路上設(shè)有壓力表開(kāi)關(guān)和壓力表，鉆孔行程終點(diǎn)定位精度不高，采用行行程開(kāi)關(guān)控制即可。圖3-3(a)電磁鐵和閥的動(dòng)作圖3-3(b) 液壓系統(tǒng)原理

20、圖1雙聯(lián)葉片泵 2三位五通電液閥 3行程閥4調(diào)速閥 5、6、10、13.15單向閥 7順序閥8背壓閥 9溢流閥 11過(guò)濾器12壓力開(kāi)關(guān) 14壓力繼電器4 液壓元件的選擇本設(shè)計(jì)所使用液壓元件均為標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進(jìn)行選擇即可。4.1 確定液壓泵和電機(jī)規(guī)格4.1.1計(jì)算液壓泵的最大工作壓力由于本設(shè)計(jì)采用雙泵供油方式，根據(jù)圖2-3液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進(jìn)和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運(yùn)動(dòng)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，而液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，因此對(duì)大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別

21、進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，同時(shí)考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓力繼電器動(dòng)作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力可估算為Pp1=Pmax+P損+P繼電器=（2.74+0.8+0.5）MPa=4.04MPa大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，圖2-3表明，快退時(shí)液壓缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為： Pp2=(P1+P損)=（1.43+0.5）MPa=1.93M

22、Pa4.1.2計(jì)算總流量表2-5表明，在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進(jìn)工作階段，為29.367L/min，若整個(gè)回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計(jì)算，則液壓油源所需提供的總流量為： Qp=1.1*29.367L/min=32.30L/min工作進(jìn)給時(shí)，液壓缸所需流量約為2.20L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少應(yīng)為5.20L/min。據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計(jì)算數(shù)值，查閱液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定PV2R型雙聯(lián)葉片泵能夠滿足上述設(shè)計(jì)要求，因此選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為6

23、mL/r，大泵的排量為26mL/r，若取液壓泵的容積效率=0.9，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速=940r/min時(shí)，小泵的輸出流量為qp小=69400.9/1000=5.425 L/min該流量能夠滿足液壓缸工進(jìn)速度的需要。大泵的輸出流量為qp大=26*940*0.9/1000=22.00L/min雙泵供油的實(shí)際輸出流量為該流量能夠滿足液壓缸快速動(dòng)作的需要。液壓泵參數(shù)如表4-1所示。表4-1 液壓泵參數(shù)元件名稱估計(jì)流量規(guī)格額定流量額定壓力MPa型號(hào)雙聯(lián)葉片泵(5.1+22)最高工作壓力為21 MPaPV2R12-6/264.1.3電機(jī)的選擇由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為2.39MPa，流

24、量為27.1L/min。取泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為： 根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，按JB/T9616-1999，此系統(tǒng)選取Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。4.2 閥類元件和輔助元件的選擇圖3-3液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項(xiàng)閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。4.2.1閥類元件的選擇根據(jù)上述流量及壓力計(jì)算結(jié)果，對(duì)圖3-3初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖中各種閥類元件及輔助元件進(jìn)行選擇。其中調(diào)速閥的選擇應(yīng)考慮使調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)小于液壓缸工進(jìn)所需流量。通過(guò)圖3-3中4個(gè)單向閥的額定流量是各不相同的，因此最好選用不同規(guī)格的單向閥。圖3-3中溢流閥9、背壓閥

25、8和順序閥7的選擇可根據(jù)調(diào)定壓力和流經(jīng)閥的額定流量來(lái)選擇閥的型式和規(guī)格，其中溢流閥2的作用是調(diào)定工作進(jìn)給過(guò)程中小流量液壓泵的供油壓力，因此該閥應(yīng)選擇先導(dǎo)式溢流閥，連接在大流量液壓泵出口處的順序閥7用于使大流量液壓泵卸荷，因此應(yīng)選擇外控式。背壓閥8的作用是實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)和工進(jìn)的切換，同時(shí)在工進(jìn)過(guò)程中做背壓閥，因此采用內(nèi)控式順序閥。最后本設(shè)計(jì)所選擇方案如表4-2所示，表中給出了各種液壓閥的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)。表4-2 閥類元件的選擇序號(hào)元件名稱通過(guò)的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/265.1/22*162三位五

26、通電液換向閥5035DYE10B80160.53行程閥60AXQF-E10B63160.34調(diào)速閥1AXQF-E10B0.0750165單向閥60AXQF-E10B63160.26單向閥25AF3-Ea10B63160.27液控順序閥22YF3E10B63160.38背壓閥 0.3YF3E10B63169溢流閥 5.1YF3E10B631610單向閥 26AF3-Ea10B63160.211濾油器 30XU6380-J36160.0212壓力表開(kāi)關(guān)KF3-E3B13單向閥60AF3-Ea10B63160.214壓力繼電器HED1KA/10104.2.2過(guò)濾器的選擇按照過(guò)濾器的流量至少是液壓泵總

27、流量的兩倍的原則，取過(guò)濾器的流量為泵流量的2.5倍。由于所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)為普通的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)油液的過(guò)濾精度要求不高，故有 因此系統(tǒng)選取通用型WU系列網(wǎng)式吸油過(guò)濾器，參數(shù)如表4-3所示。表4-3 通用型WU系列網(wǎng)式吸油中過(guò)濾器參數(shù)型號(hào)通徑mm公稱流量過(guò)濾精度尺寸M（d）HDWU6580-J3263631204.2.3空氣濾清器的選擇 按照空氣濾清器的流量至少為液壓泵額定流量2倍的原則，即有選用EF系列液壓空氣濾清器，其主要參數(shù)如表4-4所示。表4-4 液壓空氣濾清器參數(shù)型號(hào)過(guò)濾注油口徑mm注油流量L/min空氣流量L/min油過(guò)濾面積L/minAmmBmmammbmmcmm四只螺釘均布

28、mm空氣過(guò)濾精度mm油過(guò)濾精度mE-28281410512010050475964M580.279125注：液壓油過(guò)濾精度可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。4.3油管的選擇圖3-3中各元件間連接管道的規(guī)格可根據(jù)元件接口處尺寸來(lái)決定，液壓缸進(jìn)、出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量進(jìn)行計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以應(yīng)對(duì)液壓缸進(jìn)油和出油連接管路重新進(jìn)行計(jì)算，如表4-5所示。根據(jù)表4-5中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，可算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： ， 因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T2351-2005選用公稱

29、通徑為和的無(wú)縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。表4-5 液壓缸的進(jìn)、出油流量和運(yùn)動(dòng)速度流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量排出流量運(yùn)動(dòng)速度4.4 油箱的設(shè)計(jì)4.4.1油箱長(zhǎng)寬高的確定油箱的主要用途是貯存油液，同時(shí)也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對(duì)油箱的容積進(jìn)行校核。油箱中能夠容納的油液容積按JB/T79381999標(biāo)準(zhǔn)估算，取時(shí)，求得其

30、容積為按JB/T79381999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。 依據(jù) 如果取油箱內(nèi)長(zhǎng)l1、寬w1、高h(yuǎn)1比例為3：2：1，可得長(zhǎng)為：=1107mm，寬=738mm，高為=369mm。對(duì)于分離式油箱采用普通鋼板焊接即可，鋼板的厚度分別為：油箱箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，因?yàn)橄渖w上需要安裝其他液壓元件，因此箱蓋厚度取為10mm。為了易于散熱和便于對(duì)油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為160mm。因此，油箱基體的總長(zhǎng)總寬總高為：長(zhǎng)為：寬為：高為：為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜角度為。4.4.2隔板尺寸的確定為起到消除氣泡和使油液中雜質(zhì)有效沉淀的作用，油箱中應(yīng)采用隔板把油箱分成兩部分。根據(jù)經(jīng)

31、驗(yàn)，隔板高度取為箱內(nèi)油面高度的3/4，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，隔板的高度應(yīng)為：隔板的厚度與箱壁厚度相同，取為3mm。4.4.3各種油管的尺寸油箱上回油管直徑可根據(jù)前述液壓缸進(jìn)、出油管直徑進(jìn)行選取，上述油管的最大內(nèi)徑為20mm，外徑取為28mm。泄漏油管的尺寸遠(yuǎn)小于回油管尺寸，可按照各順序閥或液壓泵等元件上泄漏油口的尺寸進(jìn)行選取。油箱上吸油管的尺寸可根據(jù)液壓泵流量和管中允許的最大流速進(jìn)行計(jì)算。取吸油管中油液的流速為1m/s。可得：液壓泵的吸油管徑應(yīng)盡可能選擇較大的尺寸，以防止液壓泵內(nèi)氣穴的發(fā)生。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)取公稱直徑為d=28mm，外徑為35mm。5 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能5.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損

32、失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取 =110-4m2/s，油液的密度取r=0.9174103kg/m3。5.1.1判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過(guò)的流量以快進(jìn)時(shí)回油流量q1=29.367L/min為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大。因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。5.1.2計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公

33、式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得可見(jiàn)，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。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)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算其中的Dpn由產(chǎn)品樣本查出，qn和q數(shù)值由表4-2和表4-5列出。滑臺(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(guò)電液換向閥差動(dòng)連接。由表8和表9可知，進(jìn)油路上油液通過(guò)單向閥10的流量是22L/min，通過(guò)電液換向閥2的流量是27.1L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量51.24L/min通過(guò)行程閥3并進(jìn)入無(wú)桿腔。由此進(jìn)油路上的總壓降為：此值不大，不會(huì)使壓力

34、閥開(kāi)啟，幫能確保兩個(gè)泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。在回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過(guò)電液換向閥2和單向閥6的流量都是24.14L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無(wú)桿腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力與無(wú)桿腔壓力之差。 此值小于原估計(jì)值0.5MPa(見(jiàn)表2-5)，所以是安全的。2工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無(wú)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(guò)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0.5MPa。通過(guò)順序閥7的流量為（0.25+22）=22.25L/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力為： 可見(jiàn)，此值略小于原估計(jì)值0.8MPa。故可按表2-5中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力，即 此