组合机床动力滑台液压系统的设计

1/28目录前言..............................错误!未定义书签。目录..............................................1一、液压传动的发展概况............错误!未定义书签。二、液压传动的工作原理和组成......错误!未定义书签。三、液压传动的优缺点..............错误!未定义书签。1、优点........................错误!未定义书签。2、液压传动的缺点：............错误!未定义书签。四、液压系统的应用领域............错误!未定义书签。1、液压传动在机械行业中的应用：.错误!未定义书签。2、静液压传动装置的应用.........错误!未定义书签。五、液压系统工况分析..............................41、运动分析....................................4七、拟定液压系统图................................91、调速方式的选择.............................92、快速回路和速度换接方式的选择................10液压工作原理：................................11八、液压元件选择.................................141、选择液压泵和电机...........................142、元、辅件的选择............................19九、液压系统验算.................................221．管路系统压力损失验算........................222、液压系统的发热与温升验算....................26十、液压系统最新发展状况..........错误!未定义书签。1、国外液压系统的发展...........错误!未定义书签。2、远程液压传动系统的发展.......错误!未定义书签。十一、注意事项....................错误!未定义书签。2/28十二、总结........................错误!未定义书签。致谢.............................................28参考文献.........................................283/28项目6：设计一组合机的液压系统。组合机床切削过程要求实现：快进→工进→快退→停止，由动力滑台驱动工作台。最大切削力F=30000N，移动部件总重量G＝3000N；行程长度400mm（工进和快进行程均为200mm），快进、快退的速度均为4m/min，工作台的工进速度可调（50~1000）mm/min；启动、减速、制动时间△t=0.5s;该动力滑台采用水平放置的平导轨。静摩擦系数fs＝0.2；动摩擦系数fd＝0.1。组合机床动力滑台液压系统的设计毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：一、要求1工作循环为“快进→工进→死挡铁停留→快退→原位停止”2采用平导轨二、原始数据：1加工时最大切削力为28000N2快进、快退速度相等，V=0.1m/s3往复运动加速、减速时间为0.05s4静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.14/285滑台快进行程长度为100mm，工进行程为50mm6滑台工进速度50mm/min7运动部件总重G=14700N五、液压系统工况分析1、运动分析绘制动力滑台的工作循环图2、负载分析（1）阻力计算1）切削阻力切削阻力为已知Fq=28000`N2）摩擦阻力取静摩擦系数ju=0.2,动摩擦系数ud=0.1,则：静摩擦阻力ujF=0.2×14700N=2940N动摩擦阻力udF=0.1×14700N=1470N5/283）惯性阻力动力滑台起动加速，反向起动加速和快退减速制动的加速度的绝对值相等，既△u=0.1m/s，△t=0.05s，故惯性阻力为：aF=G△u/g△t=14700×0.1÷9.8×0.05=3000N4）由于动力滑台为卧式放置，所以不考虑重力负载。5）关于液压缸内部密封装置摩擦阻力Fm的影响，计入液压缸的机械效率中。6）背压力初算时暂不考虑。（2）液压缸各阶段工作负载计算：1）启动F1=ujF/ηcm=2940/0.9=3267N2）加速F2=（udF+aF）/ηcm=（1470+3000）/0.9=4470N3）快进F3=udF/ηcm=1740/0.9N=1633N4）工进F4=(qF+udF)/ηcm=(28000+1470)/0.9N=32744N5）快退F5=udF/ηcm=1470/0.9N=1633N（3）绘制动力滑台负载——位移曲线图，速度——位移曲线图（见图1）图16/287/28（3）、确定缸筒内径D，活塞杆直径dD=644727610963.14Ammmm按GB/T2348——1993，取D=100mmd=0.71D=71mm按GB/T2348——1993，取d=70mm（4）、液压缸实际有效面积计算8/28无杆腔面积A1=πD2/4=3.14×1002/4mm2=7850mm2有杆腔面积A2=π（D2－d2）/4=3.14×（1002－702）/4mm2=4004mm2活塞杆面积A3=πD2/4=3.14×702/4mm2=3846mm2（5）、最低稳定速度验算。最低速度为工进时u=50mm/min，工进采用无杆腔进油，单向行程调速阀调速，查得最小稳定流量qmin=0.1L/minA1≥qmin/umin=0.1/50=0.002m2=2000mm2满足最低速度要求。（6）、计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力、流量、功率列于表（1）表（1）液压缸压力、流量、功率计算工况差动快进工进快退启动加速恒速启动加速恒速计算公式p=F/A3q=u3A3P=pqp=(F+p2A2)/A1q=u1A1P=pqp=(F+p2A1)/A2q=u2A2P=pq速度m/su2=0.1u1=3×10-4~5×10-3u3=0.19/28工况差动快进工进快退启动加速恒速启动加速恒速有效面积m2A1=7850×10-6A2=4004×10-6A3=3846×10-6负载N32663000163332744326630001633压力MPa0.850.780.424.41.41.10.99流量L/min230.3924.0功率KW0.161.7550.40取背压力p2=0.4MP取背压力p2=0.3MP七、拟定液压系统图拟定的液压系统原理图1、调速方式的选择10/28该机床负载变化小，功率中等，且要求低速运动平稳性好速度负载特性好，因此采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路上加背油阀。2、快速回路和速度换接方式的选择本题已选用差动型液压缸实现“快、慢、快”的回路。由于快进转工进时有平稳性要求，故采用行程阀或电磁阀皆可来实现（比较表如下表2），工进转快退则利用压力继电器来实现。表2快进工进的控制方法比较项目采用行程阀采用电磁阀转换性能1．液压冲击小2．转换精度高3．可靠性好4．控制灵活性小1．液压冲击较大2．转换精度较低3．可靠性较差4．控制灵活性大安装特1．行程阀装在滑座上2．管路较复杂3．须设置液压撞块机构（撞块长度大于1．电磁阀可装在液压站（或控制板）上，安装灵活性大2．管路较简单11/28点工进行程）3．须设置电气撞块机构综上所述，本系统为进油节流调速回路与差动回路的组合，为此可以列出不同的方案进行综合比较后，画出回路图，见图0号图纵纸。液压工作原理：1.快速前进按下起动按钮，电磁经铁1YA通电，电磁换向阀A的左拉接入回路，液动换向阀B在制油液的作用下其左位接入系统工作，这时系统中油液的通路为：进油路：过滤器1→变量泵1→换向阀A→单向阀C→换向阀B左端回油路：换向阀右端→节流阀F→换向阀A→油箱。于是，换向阀B的阀芯右移，使其左位接入系统。主油路进油路：过滤器1→变量泵1→单向阀3→换向阀B→行程阀11→液压缸左腔。回油路：液压缸右腔→换向阀B→单向阀6→行程阀11→液压缸左腔，形成差动连接。此时由于负载较小，液压系统的工作压力较低，所以液控顺序阀5关闭，液压缸形成差动连接，又因变量泵2在低压下输出流量为最大，所以动力滑台完成快速前进。2.工作进给12/28当滑台运动到预定位置时，控制挡铁压下行程阀11。切断了快进油路，电液动换向阀7的工作状态不变(阀B和阀A的左位仍接入系统工作)，压力油须经调速阀8、二位二通电磁12才能进入液压缸的左腔，由于油液流经调速阀而使系统压力升高，于是液控顺序阀5打开，单向阀6关闭，使液压缸右腔的油液经阀5、背压阀4流回油箱，使滑台转换为工作进给运动。其主要油路：进油路：过滤器1→变量泵2→单向阀3→换向阀B→调速阀8→电磁阀12→液压缸左腔。回油路：液压缸右腔→换向阀B→顺序阀5→背压阀4→油箱。因为工作进给时系统压力升高，所以变量泵2的输出流量便自动减小，以适应工作进给的城要，进给速率的大小由调速阀8来调节。3.死挡铁停留当滑台第二次工作进给完毕，碰上死挡铁后停止前进，停留在死挡铁处，这时液压缸左腔油液的压力升高，当升高到压力继电器13的调整值时，压力继电器动作，发出信号给时间继电器，其停留时间由时间继电器控制，经过时间继电器的延时，再发出信号使滑台返回。4.快速退回时间继电器延时发出信号，使电磁铁YA停电，2YA通电，这时换向阀A的右位接入回路，控制油液换向阀B的右位拉入系统工作，此时，由于滑台返回的负载小，系统压力较低，变量泵2的流量自动增大至最大，所以动力滑台快速退回。这时系统油液的通路为：控制油路进油路：过滤器1→变量泵2→换向阀A→单向阀D→换向阀B右13/28端。回油路：换向阀B左端→节流阀E→换向阀A→油箱。主油路进油路：过滤器1→变量泵2→单向阀3→换向阀B→液压缸右腔。回油路：液压缸左腔→单向阀10→换向阀B→油箱。动力滑台快速后退，当其快退到一定位置(即工进的起始位置)时，行程阀11复位，使回油路更为畅通，但不影响快速退回动作。5.原位停止当滑台退回到原位时，挡铁压下行程开关而发出信号，使2YA断电，换向阀A、B都处于中位，液压缸失去动力源，滑台停止运动。变量泵2输出的油液经单向阀3、换向阀B流回油箱，液压泵卸荷。单向阀3使泵卸荷时，控制油路中仍保持一定的压力。这样，当电磁换向阀A通电时，可保证液动换向阀B能正常工作。3、油源的选择由液压缸工况图（图2）清楚的看出，其系统特点是快速时低压、大流量、时间短，工进时高压、小流量、时间长，故采用双联叶片泵或限压式变量泵。将两者进行比较（见表3）考虑本机床要求系统平稳、工作可靠。因而采用双联叶片泵。表3双联叶片泵限压式变量叶片泵14/28双联叶片泵限压式变量叶片泵1．流量突变时，液压冲击取决于溢流阀的性能，一般冲击较小1．流量突变时，定子反应滞后，液压冲击大2内部径向力平衡，压力平衡，噪声小，工作性能较好。2．内部径向力不平衡，轴承较大，压力波动及噪声较大，工作平衡性差3．须配有溢流阀、卸载阀组，系统较复杂3．系统较简单4．有溢流损失，系统效率较低，温升较高4．无溢流损失，系统效率较高，温升较低系统工作循环表4元件名称动作循环电磁铁行程阀压力继电器1Y2Y快进＋－／－工进＋－压下＋（工进终了）快退－＋／－停止（或中途停止）－－／－八、液压元件选择1、选择液压泵和电机（1）确定液压泵的工作压力由前面可知，液压缸在整15/28个工作循环中的最大工作压力为4.4MPa，本系统采用调速阀进油节流调速，选取进油管道压力损失为0.6MPa。由于采用压力继电器，溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大0.5MPa，故泵的最高压力为Pp1=（4.4+0.6+0.5）MPa=5.5MPa这是小流量泵的最高工作压力（稳态），即溢流阀的调整工作压力。液压泵的公