【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 執(zhí)行元件的選擇 5 22 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)速度循環(huán)圖 主要參數(shù)的確定 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 22778N，其它工況時(shí)的負(fù)載都相對(duì)較低，參考表 22和表 23按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力 p1=3MPa。 表 22 按負(fù)載選擇工作壓力 負(fù)載 / KN 5 5~10 10~20 20~30 30~50 50 工作壓力 /MPa ~1 ~2 ~3 3~4 4~5 ≥ 5 表 23 各種機(jī)械常用的系統(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 /MPa ~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 執(zhí)行元件的選擇 6 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 = 的關(guān)系。 工進(jìn)過程中，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 (通過設(shè)置背壓閥的方式 )， 執(zhí)行元件的背壓力如表 24，從表中 選取此背壓值為 p2=。 表 24 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) ~ 回油路帶調(diào)速 閥的系統(tǒng) ~ 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) ~ 用補(bǔ)油泵的閉式回路 ~ 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 ~3 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（即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接），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桿腔，估算時(shí)取 △ P≈ ?？焱藭r(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值2p =。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為 1 1 2 2 11 1 22AF A P A P A P P?? ? ?， 式中 ： F —— 負(fù)載力 A1——液壓缸無桿腔的有效作用面積 A2——液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1——液壓缸無桿腔壓力 p2——液壓有無桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 2211 2( ) 0. 00 75PA F P m? ? ? ? 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 執(zhí)行元件的選擇 7 液壓缸缸筒直徑為 614 4 0 . 0 0 7 5 1 0 98AD m m????? ? ? 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 = ，因此活塞桿直徑為 d= 98=，根據(jù) GB/T2348— 1993 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 25 和表 26 圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=100mm，活塞桿直徑為 d=70mm。 表 5 按工作壓力選取 d/D 工作壓力 /MPa ≤ ~ ≥ d/D ~ ~ 表 6 按速比要求確定 d/D 2/ 1 2 d/D 注： 1— 無桿腔進(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 ： 2 321 7 .9 1 04DAm? ?? ? ? 2 2 3 22 ( ) 4 4 10A D d m? ?? ? ? ? ? 計(jì)算最大流量需求 工作臺(tái)在快進(jìn)過程中，液壓缸采用差動(dòng)連接，此時(shí)系統(tǒng)所需要的流量為 =q L m in快 進(jìn) （ 1 2 ） 1=A A V 1 7 . 7 5 工作臺(tái)在快退過程中所需要的流量為 q 快退 =A2v2=工作臺(tái)在工進(jìn)過程中所需要的流量為 q 工進(jìn) =A1v1’=~ L/min 其中最大流量為快 退 流量 為 。 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。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 執(zhí)行元件的選擇 8 表 25 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/n1 輸入功率 P/Kw 計(jì)算公式 快進(jìn) 啟動(dòng) 4800 0 —— —— P1=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 q=(A1A2)v1 P=p1q p2=p1+Δ p 加速 6040 —— —— 恒速 2400 工進(jìn) 19400 ~ ~ P1=(F’ +p2A2)/A1 q=A1v2 P=p1q 快退 起動(dòng) 4800 0 —— —— P1=(F’ +p2A1)/A2 q=A2v3 P=p1q 加速 6040 —— —— 恒速 2400 把表 25 中計(jì)算結(jié)果繪制成工況圖，如圖 23 所示。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 執(zhí)行元件的選擇 9 ?min1 圖 23 組合機(jī)床 液壓缸工況圖 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 10 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。 速度控制回路的選擇 工況圖 23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)過程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問題并不突出，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，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過程中負(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，所以油路采用開式循環(huán)回路，以提高散 熱效率，防止油液溫升過高。 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 L/min 降為 ~ L/min，可選二位二通行程換向閥來進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊，如圖 31 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。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 11 圖 31 換向和速度切換回路的選擇 油源的選擇和能耗控制 表 25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。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 12 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量之比， m a xm in 1 8 .2 1140 .1 6q q ??而快進(jìn)和快退所需的時(shí)間 1t 與工進(jìn)所需的時(shí)間 2t分別為： 131 12 ( 6 0 2 3 3 ) ( 6 0 4 2 1 )( ) ( ) [ )( 4 . 5 5 1 0 0 0 ( 4 . 5 5 1 0 0 0 )llt vv ??? ? ? ???= 22 2 ( 6 0 1 8 8 ) ( 9 4 5 6 4 )( 2 0 1 2 0 )ltsv ?? ? ? 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 ，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)過程中所需要消耗的功率估算為 快進(jìn)時(shí) 1. 12 17 .7 5 0. 20P K w? ? ? 工進(jìn)時(shí) 2. 89 18 .2 0. 53P K w? ? ? 快退時(shí) P=?= 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)過程中所需要消耗的功率估算為 快進(jìn)時(shí) 1. 12 17 .7 5 0. 20P K w? ? ? 工進(jìn)時(shí)，大泵卸荷，大泵出口供油壓力幾近于零，因此 2. 89 18 .2 0. 53P K w? ? ? 快退時(shí) P=?= 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 32所示。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 13 圖 32 雙泵供油油源 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，最后畫出液壓系統(tǒng)原理圖如圖 33所示。 為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問題，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。 考慮到這臺(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，采用行行程開關(guān)控制即可。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）