3实例二 液压专用铣床液压系统设计
实例二 液压专用铣床液压系统设计设计要求：设计一台成型加工的液压专用铣床，要求机床工作台上一次可安装两只工件，并能同时加工。工件的上料、卸料由手工完成，工件的夹紧及工作台进给由液压系统完成。机床的工作循环为：手工上料 工件自动夹紧 工作台快进 铣削进给(工进) 工作台快退 夹具松开 手动卸料。参数要求：运动部件总重力G=25000N切削力Fw=18000N快进行程l1=300mm工进行程l2=80mm快进、快退速度v1=v3=5m/min工进速度v2=100600mm/min启动时间t=0.5s夹紧力Fj=30000N行程lj=15mm夹紧时间tj=1s工作台采用平导轨，导轨间静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1，要求工作台能在任意位置上停留一.分析工况及主机工作要求，拟订液压系统方案 1.确定执行元件类型 夹紧工件，由液压缸完成。因要求同时安装、加工两只工件，故设置两个并联的、缸筒固定的单活塞杆液压缸。其动作为： 工作台要完成单向进给运动，先采用固定的单活塞杆液压缸。其动作为： 2. 确定执行元件的负载、速度变化范围 (1)夹紧缸 惯性力和摩擦力可以忽略不计，夹紧力F=300000N。 (2)工作缸 工作负载Fw=18000N 运动部件惯性负载 导轨静摩擦阻力Ffs=fsG=0.2×25000N=5000N 导轨动摩擦阻力Ffd=fdG=0.1×25000N=2500N 根据已知条件计算出执行元件各工作阶段的负载及速度要求，列入下表：表2 工作循环各阶段的负载及速度要求工作循环外负载速度要求夹紧3000Nv=l/t=0.015m/s工作台启动Fa+Ffs=5425.2N加速v/t=1.6m/s2工作台快进Ffd=2500N v=5m/min工作台工进Fw+Ffd=20500Nv=0.10.6m/min工作台快退Ffd=2500Nv=5m/min二. 参数设计 1.初定系统压力 根据机器类型和负载大小，参考，初定系统压力p1=3MPa。 2.计算液压缸的主要尺寸(1)夹紧缸 按工作要求，夹紧力由两并联的液压缸提供，则 根据国标，取夹紧缸内径D=80mm，活塞杆直径d=0.6D=50mm。(2)工作缸 由表2可知,工作缸的最大负载F=20500N,取液压缸的回油背压p2=0.5MPa,机械效率cm=0.95,则 根据国标，取工作缸内径D=100mm，活塞杆直径d按杆径比d/D=0.7得d=70mm。 3.计算液压缸各个工作阶段的工作压力、流量和功率 根据液压缸的负载和速度要求以及液压缸的有效作用面积，可以算出液压缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率。在计算过程中,工进时因回油节流调速,背压取pb=0.8MPa,快退时背压取pb=0.5MPa，液压缸回油口到进油口之间的压力损失取p=0.5MPa,见表3。表3 液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环负载F(N)进油压力pj(Pa)回油压力pm(Pa) 所需流量q(L/min) 输入功率P(kW) 夹紧30000pj=F/2A夹1=29.86×1050q=2A夹1L/t=90.448工作台差动快进2500pj=(F+pA2)/(A1A2) =11.68×10516.68×105q=(A1A2)v1=19.20.374工进20500pj=(F+pb·A2)/A1 =30.19×1058×105q=A1v2=4.710.237快退2500pj=(F+pb·A2)/A2 =16.06×1055×105q=A2v3=200.535 三. 拟订液压系统方案 1.确定油源及调速方式 铣床液压系统的功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用回油路调速阀节流调速方式。 2.选择换向回路及速度换接方式 为实现工件夹紧后工作台自动启动，采用夹紧回路上的压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向。要求工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必须选择O型机能的三位四通阀。 由于要求工作台快进与快退速度相等，故快进时采用差动连接，且液压缸活塞杆直径d0.7D。快进和工进的速度换接用二位三通电磁阀来实现。 3.选择夹紧回路 用二位四通电磁阀来控制夹紧换向动作。为了避免工作时因突然失电而工件被松开，此处应采用失电夹紧方式，以增加安全可靠性。为了能够调节夹紧力的大小，保持夹紧力的稳定且不受主油路压力的影响，该回路上应该装上减压阀和单向阀。考虑到泵的供油量会超过夹紧速度的需要，故在回路中需串接一个固定节流器(装在换向阀的P口)。 最后，将所选择的回路组合起来，即组成图1所示的液压系统原理图。电磁铁动作顺序表见表4。表4 液压专用铣床电磁铁动作顺序表 1Y2Y3Y4Y1K夹紧工件 +工作缸快进+ + +工作缸工进+ +工作缸快退 + +松开工件 +- 图1 专用铣床液压系统原理图1-双联叶片泵；2、4、8-换向阀；3-单向调速阀；5-减压阀；6、11-单向阀；7-节流器；9-压力继电器；10-溢流阀；12-外控顺序阀；13-过滤器；14-压力表开关 想一想： 为什么油源选择双泵供油？ 因为工进和快退的过程中，所需流量差别较大。若按较大流量选择单泵，则在工进时流量损失过大不可取。选用变量泵成本较高。因此综合考虑选取双泵。四. 选择元件 1.选择液压泵 泵的最大工作压力 pp=p1+p式中 p1液压缸最高工作压力，此处为3.019MPa； p液压缸进油路压力损失。因系统较简单，取p=0.5MPa。则 pp=p1+p=(3.019+0.5)MPa=3.519MPa 为使泵有一定压力储备，取泵的额定压力ps1.25pp4.4MPa。 泵的最大流量 qpmax=K(q)max式中： (q)max同时动作的执行元件所需流量之和的最大值。这里夹紧缸和工作缸不同时动作，故取(p)max为工作缸所需最大流量20（L/min）。K泄露系数，取K=1.2。则 qmax=K(p)max=1.2×20（L/min）=24（L/min）。表3 液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环负载F(N)进油压力pj(Pa)回油压力pm(Pa) 所需流量q(L/min)输入功率P(kW) 夹紧30000pj=F/2A夹1=29.86×1050q=2A夹1L/t=90.448工作台差动快进2500pj=(FpA2)/(A1A2) =11.68×10516.68×105q=(A1A2)v1=19.20.374工进20500pj=(Fpb·A2)/A1 =30.19×1058×105q=A1v2=4.710.237快退2500pj=(Fpb·A2)/A2 =16.06×1055×105q=A2v3=200.535由表3可知，工进时所需流量最小是4.71L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5L/min，则需泵的最小供油量qmin=K(q+q溢）=1.2×(4.71+2.5)L/min=8.652L/min。比较工作缸工进和快进、快退工况可看出，液压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。显然，采用单个定量泵供油，功率损失大，系统效率低。故选用双泵供油形式比较合理。这样，小泵流量可按qp18.652L/min选择，大泵流量按 qp2qmax-q1=15.35L/min选择。 根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YB10/16型双联叶片泵。该泵的额定压力ps=6.3MPa，额定转速ns=960r/min。2. 选择液压泵的驱动电机 系统为双泵供油系统，其中小泵的流量qp1=10×10-3/60m3/s=0.167×10-3m3/s，大泵的流量qp2=16×10-3/60m3/s=0.267×10-3m3/s。工作缸差动快进、快退时两个泵同时向系统供油，工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需要的电机功率P。 (1)差动快进时，大泵的出口压力油经单向阀11后与小泵汇合，然后经三位四通阀2进入工作缸大腔，工作缸大腔的压力p1=11.68×105Pa。查阀产品样本可知，小泵的出口到工作缸大腔之间的压力损失p1=2×105Pa，大泵出口到小泵出口的压力失p2=1.5×105Pa。于是由计算可得小泵出口压力为pp1=13.68×105Pa(小泵的总效率1=0.5)，大泵出口压力pp2=15.18×105Pa(大泵的总效率2=0.5)。故电机功率为 P1=pp1q1/1+pp2q2/2 =(13.68×105×0.167×10-3/0.5+15.18×105×0.267×10-3/0.5)W=1267.5W (2)工进时，小泵的出口压力pp1=p1+p1=32.19×105Pa，大泵卸载，卸载压力取pp2=2×105Pa(小泵的总效率1=0.5，大泵的总效率2=0.3)。故电机功率为 P2=pp1q1/1+pp2q2/2 =(32.19×105×0.167×10-3/0.5+2×105×0.267×10-3/0.3)W=1253.15W (3)快退时，大、小泵出口油液要往二位三通阀4进入工作缸的小腔，即从泵的出口到小腔之间的压力损失p=5.5×105Pa，于是小泵出口压力pp1=21.56×105Pa(小泵的总效率1=0.5)，大泵出口压力pp2=23.06×105Pa(大泵的总效率2=0.5)。故电机功率为 P3=pp1q1/1+pp2q2/2 =(21.56×105×0.167×10-3/0.5+23.06×105×0.267×10-3/0.5)W=1951.5W 综合比较，快退时所需功率最大。据此查产品样本选用Y112M-6型异步电机。电机功率为2.2KW，额定转速为940r/min。3.选择液压阀 根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量
