液体流动设计-组合机床动力滑台液压系统设计

1、流体传动课程设计说明书设计题目：组合机床动力滑台液压系统设计提交日期：2020.07.05目录1.组合机床动力滑台液压系统的设计要求41.1组合机床组成及工作原理41.1.1工作原理41.1.2液压系统的基本组成41.2组合机床动力滑台的工作要求51.3设计参数和技术要求52工况分析52.1确定执行元件52.2动力分析52.2.1工作负载计算62.2.2惯性负载计算62.2.3阻力负载计算62.3运动分析72.4负载循环图和速度循环图的绘制72.5确定主要技术参数82.5.1初选液压缸工作压力82.5.2确定液压缸主要尺寸82.5.3计算最大流量103拟定液压系统原理图113.1速度控制回路的选择113.2换向和速度换接回路的选择123.3油源的选择和能耗控制123.4压力控制回路的选择144液压元件的选择与装配154.1确定液压泵154.2确定电动机174.3阀类元件的选择184.4辅助元件的选择195验算液压系统的性能205.1压力损失计算及液压阀调整值的确定205.2油液温升验算236设计总结247参考文献241. 组合机床动力滑台液压系统的设计要求1.1 组合机床组成及工作原理

2、液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。驱动机床工作台的液压系统是由邮箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。1.1.1 工作原理电动机驱动液压泵经滤油器从邮箱中吸油，油液被加压后，从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回邮箱。工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是油量决定的。1.1.2 液压系统的基本组成（1）能源装置液压泵。它将动力部分所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。（2）执行装置液压机。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。（3）控制装置液压阀。通过它们的控制

3、调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力、速度和方向。（4）辅助装置邮箱、管路、储能器、滤油器、管接头、压力表开关等。通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。（5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量和信息。1.2 组合机床动力滑台的工作要求组合机床中定位缸、夹紧缸以及回转工作台的动作循环相对简单，由于动力滑台有时要完成二次或二次以上的进给动作，因此动力滑台的动作循环往往比较复杂。要完成的动作循环包括原位停止快进工进死挡铁停留快退原位停止。1.3 设计参数和技术要求参数数值主轴参数孔一直径/mm18个数12孔二直径/mm12个数10孔三直径/mm8个数6快进、快退速度/（m/min）4.5工进速度/（mm/min）20180最大行程/（mm）400工进行程/（mm）180材料硬度HB210工作部件重量/N12000动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为、 ，往复运动的加减速时间要求不大于0.2s。2 工况分析2.1 确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。2.2 动

4、力分析2.2.1 工作负载计算工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即FW=15000N2.2.2 惯性负载计算最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为0.1s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为4.5m/min，因此惯性负载可表示为Fm=Ggvt=120004.5/609.80.2=459N2.2.3 阻力负载计算阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力 Ffs = fsN=Ffs=0.212000=2400N动摩擦阻力 Ffd= fdN =Ffd=0.0812000=960N如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设定液压缸的机械效率 ，则液压缸在各个工作阶段的总接卸负载可以算出，见下表：运动阶段计算公式总接卸负载F/N起动2526加速1493快进1010工进F=(FW+Ffd)/16800快退10102.3 运动分析绘制动力滑台的工作循环图2.4 负载循环图和

5、速度循环图的绘制根据表2中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2所示。 图2 组合机床动力滑台液压系统负载循环图图2表明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为16800N，其他工况下负载力相对较小。根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图3所示。 图3 组合机床液压系统速度循环图2.5 确定主要技术参数2.5.1 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为16800N，其它工况时的负载都相对较低，初选液压缸的工作压力p1=2.5MPa。2.5.2 确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此

6、液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为，式中：F 负载力 hm液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为A1=Fmp1-p22=16800(2.5-0.82)106=0.008m2 液压缸缸筒直径为D=(4A1)/=(40.008106)/=100.9mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707107.6=76.1mm，根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=110mm，活塞杆直径为d=80mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为： m2 m2

7、2.5.3 计算最大流量工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q快进 =（A1-A2）v1=22.59L/min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退 =A2v2=20.16/min工作台在工进过程中所需要的流量为q工进 =A1v1=0.45L/min 其中最大流量为快进流量为22.59L/min。根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表3所示。表3 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动252600.95P1=q=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1+p加速14931.240.74恒速9601.130.6322.590.94工进168000.82.050.450.038P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退起动252601.83P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速14930.61.60恒速9600.61.4920.160.833 拟定液压系统原理图根据组合机床液压系统的设计任务

8、和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。3.1 速度控制回路的选择所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。3.2 换向和速度换接回路的选择所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用Y型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由22.5 L/min降为0.45L/min，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图5所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。 a.换向回路

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