实例二液压专用铣床液压专业系统设计.docx

1、实例二液压专用铣床液压专业系统设计实例二 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。工件上料、卸料由手工完成，工件夹紧及工作台进给由液压系统完成。机床工作循环为：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开启时间t=0.5s夹紧力Fj=30000N行程lj=15mm夹紧时间tj=1s工作台采取平导

2、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.确定实施元件类型夹紧工件，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、缸筒固定单活塞杆液压缸。其动作为：工作台要完成单向进给运动，先采取固定单活塞杆液压缸。其动作为：2.确定实施元件负载、速度改变范围(1)夹紧缸惯性力和摩擦力能够忽略不计，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=0.225000N=5000N 导轨动摩擦阻力Ffd=fdG=0.125000N=2500N依

3、据已知条件计算出实施元件各工作阶段负载及速度要求，列入下表：表2工作循环各阶段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工作台开启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.初定系统压力依据机器类型和负载大小，参考，初定系统压力p1=3MPa。2.计算液压缸关键尺寸(1)夹紧缸按工作要求，夹紧力由两并联液压缸提供，则依据国家标准，取夹紧缸内径D=80mm，活塞杆直径d=0.6D=5

4、0mm。(2)工作缸由表2可知,工作缸最大负载F=20500N,取液压缸回油背压p2=0.5MPa,机械效率cm=0.95,则依据国家标准，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工作压力、流量和功率依据液压缸负载和速度要求和液压缸有效作用面积，能够算出液压缸工作过程中各阶段压力、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压力损失取p=0.5MPa,见表3。表3 液压缸所需实际流量、压力和功率工作循环负载F(N)进油压力pj(Pa)回油压力pm

5、(Pa) 所需流量q(L/min) 输入功率P(kW) 夹紧30000pj=F/2A夹1=29.861050q=2A夹1L/t=90.448工作台差动快进2500pj=(F+pA2)/(A1A2)=11.6810516.68105q=(A1A2)v1=19.20.374工进20500pj=(F+pbA2)/A1 =30.191058105q=A1v2=4.710.237快退2500pj=(F+pbA2)/A2=16.061055105q=A2v3=200.535三.拟订液压系统方案1.确定油源及调速方法铣床液压系统功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采取定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值

6、负载，故采取回油路调速阀节流调速方法。2.选择换向回路及速度换接方法为实现工件夹紧后工作台自动开启，采取夹紧回路上压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台自动开启和换向。要求工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必需选择O型机能三位四通阀。因为要求工作台快进和快退速度相等，故快进时采取差动连接，且液压缸活塞杆直径d0.7D。快进和工进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。为了避免工作时因忽然失电而工件被松开，此处应采取失电夹紧方法，以增加安全可靠性。为了能够调整夹紧力大小，保持夹紧力稳定且不受主油路压力影响，该回路上应该装上减压阀和单向阀。考虑到

7、泵供油量会超出夹紧速度需要，故在回路中需串接一个固定节流器(装在换向阀P口)。最终，将所选择回路组合起来，即组成图1所表示液压系统原理图。电磁铁动作次序表见表4。表4液压专用铣床电磁铁动作次序表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-外控次序阀；13-过滤器；14-压力表开关 想一想：为何油源选择双泵供油？ 因为工进和快退过程中，所需流量差异较大。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

8、择变量泵成本较高。所以综合考虑选择双泵。四.选择元件 1.选择液压泵泵最大工作压力 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 为使泵有一定压力贮备，取泵额定压力ps1.25pp4.4MPa。泵最大流量 qpmax=K(q)max式中： (q)max同时动作实施元件所需流量之和最大值。这里夹紧缸和工作缸不一样时动作，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=1.220（L/m

9、in）=24（L/min）。表3 液压缸所需实际流量、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=29.861050q=2A夹1L/t=90.448工作台差动快进2500pj=(FpA2)/(A1A2)=11.6810516.68105q=(A1A2)v1=19.20.374工进20500pj=(FpbA2)/A1 =30.191058105q=A1v2=4.710.237快退2500pj=(FpbA2)/A2=16.061055105q=A2v3=200.535由表3可知，工进时所需流量

10、最小是4.71L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5L/min，则需泵最小供油量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，液压系统工作循环关键由低压大流量和高压小流量两个阶段组成。显然，采取单个定量泵供油，功率损失大，系统效率低。故选择双泵供油形式比较合理。这么，小泵流量可按qp18.652L/min选择，大泵流量按 qp2qmax-q1=15.35L/min选择。依据上面计算压力和流量，查产品样本，选择YB10/16型双联叶片泵。该泵额定压力ps=6.3MPa，额定转速ns=960r/min。2.选择液压泵驱动

11、电机系统为双泵供油系统，其中小泵流量qp1=1010-3/60m3/s=0.16710-3m3/s，大泵流量qp2=1610-3/60m3/s=0.26710-3m3/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电机功率P。(1)差动快进时，大泵出口压力油经单向阀11后和小泵汇合，然后经三位四通阀2进入工作缸大腔，工作缸大腔压力p1=11.68105Pa。查阀产品样本可知，小泵出口到工作缸大腔之间压力损失p1=2105Pa，大泵出口到小泵出口压力失p2=1.5105Pa。于是由计算可得小泵出口压力为pp1=13.68105Pa(小

12、泵总效率1=0.5)，大泵出口压力pp2=15.18105Pa(大泵总效率2=0.5)。故电机功率为 P1=pp1q1/1+pp2q2/2 =(13.681050.16710-3/0.5+15.181050.26710-3/0.5)W=1267.5W(2)工进时，小泵出口压力pp1=p1+p1=32.19105Pa，大泵卸载，卸载压力取pp2=2105Pa(小泵总效率1=0.5，大泵总效率2=0.3)。故电机功率为 P2=pp1q1/1+pp2q2/2 =(32.191050.16710-3/0.5+21050.26710-3/0.3)W=1253.15W(3)快退时，大、小泵出口油液要往二位

13、三通阀4进入工作缸小腔，即从泵出口到小腔之间压力损失p=5.5105Pa，于是小泵出口压力pp1=21.56105Pa(小泵总效率1=0.5)，大泵出口压力pp2=23.06105Pa(大泵总效率2=0.5)。故电机功率为 P3=pp1q1/1+pp2q2/2 =(21.561050.16710-3/0.5+23.061050.26710-3/0.5)W=1951.5W综合比较，快退时所需功率最大。据此查产品样本选择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 依据液压阀在系统中最高工作压力和经过该阀最大流量，可选出这些元件型号及规格。选定元件列于

14、表5中。表5 液压元件明细表序号元件名称经过最大流量(L/min)型号1双联叶片泵26YB10/162三位四通电磁换向阀5234E-63BO3单向调速阀26QI-63B4二位三通电磁换向阀2623EF3O-E6B5减压阀10JF-B10G6单向阀10AF3-Ea10B7固定节流器108二位四通电磁换向阀1024EF3I3-E6B9压力继电器DP1-63B10溢流阀10YF-B10B11单向阀16AF3-Ea10B12外控次序阀（卸载用）16X4F-B10E13过滤器52XU-J6310014压力表开关K-6B说明：(1)工作缸换向阀3，在快进时经过双泵供油量之和为26L/min，在快退时经过工

15、作缸大腔排出流量为A1/A2(q1+q2)52L/min，所以选择阀3额定流量为60L/min。(2)夹紧缸在动作过程中，因为固定节流器8阻尼作用，大泵2卸载，仅由小泵1供油，故选择夹紧回路中液压阀额定流量为25L/min。(3)过滤器按液压泵额定流量两倍选择吸油用线隙式过滤器。(4)固定节流器尺寸计算。取固定节流器长径比l/d=4。由短孔流量公式得。这里q为泵1额定流量L/min；p为夹紧缸开启时节流器前后压力差,此时应为泵2卸载压力，初定为20105Pa；Cd为短孔流量系数，取0.82。计算得A=d2/4=310-6m2，d=1.9510-3m。4.选择油管 依据选定液压阀连接油口尺寸确定

16、管道尺寸。液压缸进、出油管按输入、输出、排出最大流量来计算。因为本系统工作缸差动快进和快退时，油管内通油量大，其实际流量为泵额定流量两倍52(L/min)，则工作缸进、出油管按设计手册选择内径为15mm、外径为19mm10号冷拔钢管。夹紧缸进、出油管则选择内径为8mm、外径为10mm10号冷拔钢管。5.确定油箱容积中压系统油箱容积通常取液压泵额定流量57倍。本例取6倍，选择容量为312L油箱。五.液压系统性能验算已知：工作缸进、回油管长度均为l=18m,油管直径d=1510-3m,选择L-HL32型液压油，油最低工作温度为15，由设计手册查出此时油运动粘度=1.5cm2/s，油密度=900kg

17、/m3，液压系统元件采取集成块式配置形成。1.压力损失验算(1)工进时压力损失工进时管路中流量较小，流速较低，沿程压力损失和局部压力损失能够忽略不计。小流量泵压力应按工作缸工进时工作压力p1调整：pp130.19105Pa。(2)快退时压力损失快退时，缸无杆腔回油量是进油量两倍，其压力损失比快进时要大，所以必需计算快退时进油路和回油路压力损失，方便确定大流量泵卸载压力。快退时工作缸进，回油量为q1=52L/min=0.86710-3m3/s,油量为q2=26L/min=0.43310-3m3/s。1)确定油液流动状态：雷诺数Re=vd/104=1.2732q/d104式中： v平均流速(m/s

18、)； d油管内径(m)； 油运动粘度(cm2/s)； q经过流量(m3/s)。 则工作缸回油路中液流雷诺数为Re1=1.27320.86710-3104/1510-31.54902320工作缸进油路中液流雷诺数为Re2=1.27320.43310-3104/1510-31.52452320所以，工作缸进、回油路中流动全部是层流。2)计算沿程压力损失p：回油路上流速 v1=4q1/d2=40.86710-3/3.14(1510-3)2m/s4.91m/s则 p1=64lv12/2Re1d=641.89004.912/24901510-31.7105Pa进油路上流速 v22.45m/s则 p2=6

19、4lv22/2Re2d=641.89002.452/22451510-30.35105Pa (3)计算局部压力损失p： 因为采取集成块式液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路压力损失。经过各阀局部压力损失按p=ps(q/qs)2计算，结果列于表6中。表6阀类元件局部压力损失元件名称额定流量(L/min)实际经过流量(L/min)额定压力损失(Pa)实际压力损失(Pa)三位四通换向阀25026/5241050.75105/3105单向调速阀3402621050.85105二位三通换向阀4402641051.69105单向阀1140161.81050.3105若集成块回油路压力损失pj1=0.

20、5105Pa，进油路压力损失pj2=0.3105Pa，则回油路和进油路总压力损失为 p1=p1+p+pj1=(1.7+3+0.5)105Pa=5.2105Pa p2=p2+p+pj2=(0.35+0.75+0.85+1.69+0.3)105Pa=3.94105Pa计算工作缸快退时工作压力： p1=(F+p2A1)/A2=(2500+5.21057.8510-3)/410-3Pa=16.45105Pa这么，快退时泵工作压力为 pp=p1+p1=(16.45+3.94)105Pa=20.39105Pa所以大流量泵卸载阀13卸载，压力应大于20.39105Pa(和固定节流器尺寸计算时初定值基础相符)

21、。从以上验算结果能够看出，多种工况下实际压力损失全部小于初选压力损失值，而且比较靠近，这说明液压系统油路结构、元件参数是合理，满足要求。 2.液压系统发烧和温升验算 在整个工作循环中，工作阶段工进阶段所占用时间最长，所以系统发烧关键是工进阶段造成，故按工进工况验算系统温升。工进时液压泵输入功率如前面计算P1=1253.15W工进时液压缸输出功率P2=Fv=205000.6/60W=205W系统总发烧功率=P1-P2=(1253.15-205)W=1048.15W已知油箱容积V=312L，油箱散热面积按 (m2)(假设油箱三个边长百分比在111到123范围内，且油面高度为油箱高度80%)计算。假定通风良好，取油箱散热系数CT=1510-3kW/(m2)，则油液温升T=/CTA=1048.1510-3/1510-32.9923.37设环境温度T2=25，则热平衡温度为T1=T2+T=(25+23.37)=48.37所以油箱散热效果达成要求。