【文章內(nèi)容簡介】 應用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力=3MPa。⑨確定液壓缸的主要尺寸由于工作進給速度與快速運動速度差別較大，且快進、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應確定采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式。通常利用差動液壓缸活塞桿較粗、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運動的常用典型安裝形式。這種情況下，應把液壓缸設(shè)計成無桿腔工作面積是有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 。工進過程中，當孔被鉆通時，由于負載突然消失，液壓缸有可能會發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應設(shè)置一定的背壓(通過設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為MPa。工進時液壓缸的推力計算公式為 ()式中：—負載力—液壓缸機械效率 —液壓缸無桿腔的有效作用面積 —液壓缸有桿腔的有效作用面積 —液壓缸無桿腔壓力 —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算為cm178。液壓缸缸筒直徑為cm ()根據(jù)無桿腔面積和有桿腔面積的關(guān)系式，即缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系d = ，可求得液壓缸活塞桿直徑為d==,根據(jù)GB/T23481993，將液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑分別圓整到相近的標準值為：D=100mm，d=80mm。根據(jù)圓整后的液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑，可得液壓缸無桿腔面積和有桿腔的實際有效工作面積分別為cm178。 ()cm178。 計算液壓缸工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率根據(jù)液壓缸的負載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖及液壓缸的有效工作面積，可以計算出液壓缸在工作循環(huán)各個階段的壓力、流量和功率。當液壓缸做差動連接快進時，由于管路中有壓力損失，液壓缸有桿腔中的壓力必須大于無桿腔中的壓力，此處選管路壓力損失MPa，則有桿腔壓力為。液壓缸工進時回油腔中的背壓MPa，快退時回油腔中的背壓MPa。(1) 液壓缸差動連接快進時，其無桿腔進油壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力分別為MPa () ()KW ()MPa(2) 工進階段液壓缸進油壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力分別為KWMPa液壓缸快退時無桿腔壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力分別為L/minKWMPa根據(jù)上述液壓缸各個工作階段的壓力、流量和功率的計算結(jié)果，可繪制出液壓缸的工況圖。 液壓系統(tǒng)工況圖3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓傳動系統(tǒng)的草圖是從液壓系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)組成上來具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)所提出的各項要求，它包括三項內(nèi)容：確定液壓傳動系統(tǒng)的類型、選擇液壓回路和組成液壓系統(tǒng)。確定液壓傳動系統(tǒng)的類型就是在根據(jù)課題提供的要求下，參照立式組合機床液壓系統(tǒng)的具體特點，選擇適合的系統(tǒng)類型。選擇液壓回路就是在根據(jù)課題提供的要求和液壓傳動系統(tǒng)具體運動特點，選擇適合本課題的液壓回路。組成液壓系統(tǒng)就是在確定各個液壓回路的基礎(chǔ)上，將各個液壓回路綜合在一起，根據(jù)課題的實際要求，對液壓系統(tǒng)草圖進行適當?shù)恼{(diào)整和改進，最終形成一個合理有效、符合課題設(shè)計要求的液壓傳動系統(tǒng)原理圖。根據(jù)組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)和工況分析，所設(shè)計機床對調(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)是該機床液壓系統(tǒng)設(shè)計的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求一樣，該組合機床液壓系統(tǒng)應盡可能結(jié)構(gòu)簡單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。 快進工進的控制方法比較項目采用行程閥采用電磁閥轉(zhuǎn)換性能安裝特點(撞塊長度大于工進行程)(或控制板)上，安裝靈活性大 液壓傳動系統(tǒng)的類型液壓傳動系統(tǒng)的類型究竟采用開式還是采用閉式，主要取決于它的調(diào)速方式和散熱要求。一般的設(shè)計，凡具備較大空間可以存放油箱且不另設(shè)置散熱裝置的系統(tǒng)，要求盡可能簡單的系統(tǒng)，或采用節(jié)流調(diào)速或容積節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，都宜采用開式。在開式回路中，液壓泵從油箱吸油，把壓力油輸送給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件排出的油則直接流回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，油液能得到較好的冷卻，但油箱的尺寸大，空氣和贓物易進入回路；凡容許采用輔助泵進行補油并通過換油來達到冷卻目的的系統(tǒng)，對工作穩(wěn)定和效率有較高要求的系統(tǒng)，或采用容積調(diào)速的系統(tǒng)都宜采用閉式。在閉式回路中，液壓泵的排油管直接與執(zhí)行元件的進油管相連，執(zhí)行元件的回油管直接與液壓泵的吸油管相連，兩者形成封閉的環(huán)狀回路。閉式回路的特點是雙向液壓泵直接控制液壓缸的換向，不需要換向閥及其控制回路，液壓元件顯著減少，液壓系統(tǒng)簡單，用油不多而且動作迅速，但閉式回路也有其缺點，就是回路的散熱條件較差，并且所用的雙向液壓泵比較復雜而且系統(tǒng)要增設(shè)補、排油裝置，成本較高，故應用還不普遍。本課題設(shè)計的液壓傳動系統(tǒng)類型采用開式液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單。 速度控制回路的選擇，所設(shè)計組合機床液壓系統(tǒng)在整個工作循環(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，但適合于小功率場合，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。該機床的進給運動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進口節(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的瞬間，存在負載突變的可能，因此考慮在工作進給過程中采用具有壓差補償?shù)倪M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。 換向回路和速度換接回路的選擇所設(shè)計組合機床液壓系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實現(xiàn)差動連接，選用三位五通電液動換向閥。由前述計算可知，當工作臺從快進轉(zhuǎn)為工進時，可選二位二通行程換向閥來進行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊。由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進轉(zhuǎn)為快退時，在回路上并聯(lián)了一個單向閥以實現(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轉(zhuǎn)換控制。 油源的選擇和能耗控制本設(shè)計組合機床液壓系統(tǒng)的供油工況主要為快進、快退時的低壓大流量供油和工進時的高壓小流量供油兩種工況，若采用單個定量泵供油，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)的動作要求，以達到節(jié)能和降低生產(chǎn)成本的目的。，液壓缸在快進和快退行程中要求油源以低壓大流量供油，工進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≈32，而快進和快退所需的時間與工進所需的時間分別為： ()=6ss上述數(shù)據(jù)表明，在一個工作循環(huán)中，液壓油源在大部分時間都處于高壓小流量供油狀態(tài)，只有小部分時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，如果選用單個定量泵作為整個系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會長時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)計顯然是不合理的。如果采用一個大流量定量泵和一個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和快進過程中所輸出的流量是不同的，工進時，大泵卸荷，大泵出口供油壓力幾近于零。 雙泵供油油源除采用雙聯(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)復雜、成本高，且流量突變時液壓沖擊較大，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。 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口處設(shè)測壓點。將上述所選定的液壓回路進行整理歸并，并根據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整。為了解決滑臺快進時回油路接通油箱，無法實現(xiàn)液壓缸差動連接的問題，必須在回油路上串接一個液控順序閥8，以阻止油液在快進階段返回油箱。同時閥7起背壓閥的作用?？紤]到本設(shè)計組合機床對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個壓力繼電器16。當滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。在進油路上設(shè)有壓力表開關(guān)和壓力表，行程終點定位精度不高，采用行行程開關(guān)控制即可。 擬定液壓系統(tǒng)原理圖一個液壓傳動系統(tǒng)都是由許多的回路組合而成，所以將上面的幾個液壓回路組合在一起，并對液壓系統(tǒng)傳動原理圖進行必要的修改和整理，擬定出完整的符合要求的液壓系統(tǒng)原理圖。經(jīng)過修改、它在各方面都比較合理、完善了，能夠基本達到本課題的設(shè)計要求。1 快進進油路：濾油器1→雙聯(lián)葉片泵2→單向閥3→管路5→電液動換向閥6的P口到A口→管路112→行程閥18→管路19→液壓缸20左腔回油路：液壓缸20右腔→管路21→電液動換向閥6的B口到T口→油路9→單向閥10→油路12→行程閥18→管路19→液壓缸20左腔2 第一次工進進油路：濾油器1→雙聯(lián)葉片泵2→單向閥3→電液動換向閥6的P口到A口→油路11→調(diào)速閥13→電磁換向閥15→油路19→液壓缸20左腔回油路：液壓缸20右腔→油路21→電液動換向閥6的B口到T口→管路9→順序閥8→背壓閥7→油箱 液壓系統(tǒng)原理圖3 第二次工進進油路：濾油器1→雙聯(lián)葉片泵2→單向閥3→電液動換向閥6的P口到A口→油路11→調(diào)速閥13→調(diào)速閥14→油路19→液壓缸20左腔回油路：液壓缸20右腔→油路21→電液動換向閥6的B口到T口→管路9→順序閥8→背壓閥7→油箱4 快退進油路：濾油器1→雙聯(lián)葉片泵2→單向閥3→油路5→電液動換向閥6的P口到B口→油路21→液壓缸20右腔回油路：缸20左腔→油路19→單向閥17→油路12→電液動換向閥6的A口到T口→油箱4 液壓元件的選擇本設(shè)計所使用液壓元件均為標準液壓元件，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)品進行選擇即可。 確定液壓泵和電機規(guī)格。 雙聯(lián)葉片泵與限壓式葉片泵的比較雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1．流量突變時，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1．流量突變時，定子反應滯后，液壓沖擊大2內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。2．內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動及噪聲較大，工作平衡性差3．須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復雜3．系統(tǒng)較簡單4．有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高4．無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低1 計算液壓泵的最大工作壓力由于本設(shè)計采用雙泵供油方式，大流量液壓泵只需在快進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動和工進時都向液壓缸供油，而液壓缸在工進時工作壓力最大MPa。此時缸的輸入流量較小，故泵至液壓缸間的進油路壓力損失估取為MPa。根據(jù)式，算得小流量泵的最高工作壓力為 =+= ()大流量泵僅在快進和快退時向液壓缸供油，由工況圖可知快退時液壓缸的工作壓力比快進時大，取進油路壓力損失為MPa,則大流量泵的最高工作壓力為=+=2 確定液壓泵的流量在整個工作循環(huán)過程中，液壓油源應向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進工作階段， L/min，若整個回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計算，則液壓油源所需提供的總流量為： ()工作進給時， L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量3 L/min， L/min。3 確定液壓泵的規(guī)格根據(jù)上述計算的液壓泵的最高工作壓力和流量，確定型雙聯(lián)葉片泵能夠滿足上述設(shè)計要求，因此選用型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為mL/r，大泵的排量為mL/r，若取液壓泵的容積效率=，則當泵的轉(zhuǎn)速=960r/min時，小泵的輸出流量為 ()該流量能夠滿足液壓缸工進速度的需要。大泵的輸出流量為L/min雙泵供油的實際輸出流量為L/min該流量能夠滿足液壓缸快速動作的需求。 液壓泵參數(shù)元件名稱估計流量規(guī)格額定流量額定壓力MPa型號雙聯(lián)葉片泵—(+)最高工作壓力為21 MPa 4 電機的選擇由于液壓缸在快退時輸入功率最大。取泵的總效率，則液