雙面銑削液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 雙面銑削液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一臺(tái)采用端面銑刀同時(shí)雙面銑削柴油機(jī)連桿大小頭平面液壓專用銑床的液壓系統(tǒng)。 該機(jī)床采用四個(gè)動(dòng)力頭，同時(shí)銑削連桿大、小頭四個(gè)側(cè)面。工件材料為42CrMo，硬度HB200，毛坯類型為模鍛件。選用CD型硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位銑刀，大銑刀盤直徑為360mm，刀齒數(shù)為20；小銑刀盤直徑為200mm，刀齒數(shù)為10。加工余量均為5mm，一次進(jìn)給，屬于粗加工；夾具和工件安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)由單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)，完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 機(jī)床示意圖見圖。 圖1.1 柴油機(jī)連桿加工銑床示意圖 1-工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸；2-夾緊液壓缸；3-工件；4-小銑削動(dòng)力頭和小刀盤（兩臺(tái)）；

2、 5-大銑削動(dòng)力頭和大刀盤（兩臺(tái)）；6-定位液壓缸 1 明確液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 專用銑床的工作循環(huán)為：手工上料→定位缸定位→夾緊缸夾緊→定位缸退回→工作臺(tái)快進(jìn)→工作臺(tái)工進(jìn)→工作臺(tái)快退→夾具松開→手工卸料。 （1）技術(shù)參數(shù) （a）工作行程：快進(jìn)行程S1 = 800mm，工作行程S2 = 750 mm。 （b）工作臺(tái)軸向切削力：工作行程I（0~400 mm范圍內(nèi)），F(xiàn)t1 = 8400N（大小銑刀盤同時(shí)銑削）；工作行程II（400~750 mm范圍內(nèi)），F(xiàn)t2 = 3600N（僅小銑刀盤銑削）。 （c）垂直于工作臺(tái)導(dǎo)軌的切削分力：工作行程I，F(xiàn)n1 = 19000N，工作行程II，F(xiàn)n

3、2 = 8000N （d）工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量：m = 1361kg （e）工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度：v1 = v3 =400 mm/min （f）工作臺(tái)工作速度：v2 = 40~80 mm/min可調(diào) （g）工作臺(tái)導(dǎo)軌型式及摩擦系數(shù)：平導(dǎo)軌：靜摩擦系數(shù)fs = 0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd （h）工作臺(tái)加速減速時(shí)間：?t ≤ （i）夾緊缸負(fù)載力：Fc = 4000N （j）夾緊時(shí)間：tc =（1~2）s （k）夾緊缸行程：Sc = 20 mm （l）定位缸負(fù)載力：Fs = 500N （m）定位缸行程：Ss = 100 mm（時(shí)間<5s） （n）上、卸料時(shí)間：ts = 30s （

4、2）設(shè)計(jì)要求 （a）由于切削時(shí)切削力有脈動(dòng)，要求進(jìn)給速度隨負(fù)載的變化小。 （b）只有在夾緊工件后才允許進(jìn)行銑削，銑削加工時(shí)必須確保一定的夾緊力，防止工件松動(dòng)。 （c）工作臺(tái)可在行程中途任意位置停止。 （d）該機(jī)床為專用設(shè)備，性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投產(chǎn)快。 2 分析液壓系統(tǒng)工況 根據(jù)加工要求需要下列執(zhí)行元件：工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸一個(gè)，夾緊液壓缸兩個(gè)及定位液壓缸兩個(gè)。 進(jìn)給液壓缸的負(fù)載力主要有：切削力、導(dǎo)軌摩擦力、慣性力、重力、密封圈摩擦力和背向壓力等。 （1）計(jì)算工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸負(fù)載力 （a）切削力Ft： 工作行程I：Ft1 = 8400N 工作行程II：Ft1 = 36

5、00N （b）導(dǎo)軌摩擦力 靜摩擦力：Ffs = mgfs = 1631×9.81×0.2 = 3200N 快進(jìn)行程動(dòng)摩擦力：Ffd = mgfd = 1631×9.81×0.1 = 1600N 工作行程I動(dòng)摩擦力：Ffd1 = （mg+Fn1）×fd = （1631×9.81+19000）×0.1 = 3500N 工作行程II動(dòng)摩擦力：Ffd2 = （mg+Fn2）×fd = （1631×9.81+8000）×0.1 = 2400N 式中 m——運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量； g——重力加速度； Fn1——工作行程I內(nèi)工作臺(tái)垂直方向的切削分力； Fn2——工作行程II內(nèi)工作臺(tái)垂直方向的切削

6、分力； fs、fd——導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)。 （c）慣性力Fα Fα = m = 1631 = 544N 式中 ?v——在?t時(shí)間內(nèi)的速度變化值（m/min）； ?t——起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間（s）。 （d）重力Fg：運(yùn)動(dòng)部件是水平安置，重力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力為零。 （e）密封圈摩擦力Fs：Fs與液壓缸的密封結(jié)構(gòu)有關(guān)，較難直接計(jì)算，可用液壓缸的機(jī)械效率ηcm來計(jì)算 F = 式中 F——液壓缸的總負(fù)載力； FL——除密封圈摩擦力外的所有液壓缸負(fù)載之和； ηcm——液壓缸的機(jī)械效率，一般取ηcm 。 （f）背壓力FB：即液壓缸回油腔產(chǎn)生的阻力。初算時(shí)可先不考慮，在計(jì)算

7、液壓缸尺寸時(shí)按經(jīng)驗(yàn)取一個(gè)背壓值，系統(tǒng)確定好后再行修正。 （g）繪制工作臺(tái)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖：將上面計(jì)算所得到上午數(shù)值列在表1.1中。根據(jù)這些數(shù)值可以繪制出液壓缸的負(fù)載圖（F-S）圖和速度圖（v-S圖），其橫坐標(biāo)為行程S，也可用時(shí)間t。此圖直觀性強(qiáng)，有利于分析，如圖所示。 表1.1 工作臺(tái)液壓缸的負(fù)載力計(jì)算 工 況 計(jì) 算 公 式 負(fù)載力（N） 起 動(dòng) F = Ffs/ηcm 3556 加 速 F = （Ffd+Fα）/ηcm 2382 快 進(jìn) F = Ffd/ηcm 1778 工作行程I F =（Ffs-Ft1）/ηcm 1

8、3222 工作行程II F =（Ffs+Ft1）/ηcm 6667 反向起動(dòng) F = Ffs/ηcm 3556 加 速 F =（Ffd+Fα） /ηcm 2382 快 退 F = Ffd /ηcm 1778 制 動(dòng) F =（Ffd-Fα）/ηcm 1173 圖1.2 工作臺(tái)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖 （2）計(jì)算定位液壓缸負(fù)載力 已知最大負(fù)載力：Ft = 500N（摩擦力與慣性力可以忽略不計(jì)） （3）計(jì)算夾緊液壓缸負(fù)載力 已知最大負(fù)載力：Fc = 4000N（摩擦力與慣性力可以忽略不計(jì)） 3 確定液壓缸的主要參數(shù) （1）

9、 初選液壓缸的工作壓力 確定液壓系統(tǒng)的工作壓力：在各種液壓缸，以工作臺(tái)進(jìn)給缸的負(fù)載為最大，所以可按此缸來確定系統(tǒng)工作壓力。該機(jī)床屬銑床類組合機(jī)床，工作壓力可選（30~50）×105Pa；考慮到液壓缸的行程較長，缸的結(jié)構(gòu)剛性就較差，而且缸孔的長徑比也較大，帶來了深孔加工的困難，為了增大液壓缸的剛性和改善孔加工的工藝性，可適當(dāng)加大缸徑，因此將工作壓力選得較低，取p1 = 20×105Pa。 （2） 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 確定工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸的缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑 如圖知，工作臺(tái)液壓缸的結(jié)構(gòu)為單活塞桿式，且要求快進(jìn)與快退的速度相等，所以快進(jìn)時(shí)應(yīng)采用差動(dòng)連接，且無桿腔有效工作面積應(yīng)

10、是有桿腔有效工作面積的兩倍，即A1 = 2A2，見圖。為實(shí)現(xiàn)銑削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性要求，采用出口節(jié)流調(diào)速回路，因考慮到調(diào)速閥的最小壓差5×105Pa及其它閥的損失，取背壓ps = 6 ×105Pa 圖1.3 工作臺(tái)液壓缸的受力示意圖 由圖知p2 = pB p1A1-p2A2 = F 由于A1 = 2A2，可得 A1 = F/（p1-pn/2）= 13222/（20-6/2）×105 = 77.8×10-4m22= 7780mm2 缸筒內(nèi)徑為 D＝ = 按標(biāo)準(zhǔn)的缸經(jīng)尺寸系列，取D = 100mm。 由A1 = 2At，活塞直徑dD＝0.7×100＝70mm。 按

11、標(biāo)準(zhǔn)的活塞桿尺寸系列，取d = 70mm 根據(jù)計(jì)算所得的缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑，復(fù)算液壓缸實(shí)際工作面積。無桿腔面積A1，有桿腔面積A2和活塞桿面積A分別為： A1 = D2 = 1022= 7854mm2 A2=（D2-d2） = （102-722= 4010mm2 A=A1-A22= 3844mm2 確定定位缸的內(nèi)徑和活塞件的直徑 根據(jù)Fs = 500N，選ps = 20×105Pa，定位缸內(nèi)徑D為： D＝ = = 0.018m = 18mm 考慮到液壓缸制造的方便性，取D = 32mm。取活塞桿直徑dD = 16mm 確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑 根據(jù)Fc = 400

12、0N，選pc = 20×105Pa，夾緊缸內(nèi)徑D為： D＝ = 按標(biāo)準(zhǔn)缸徑尺寸系列，取D = 50mm?；钊麠U受壓。選dD = 0.5×50 = 25mm，按標(biāo)準(zhǔn)活塞桿尺寸系列，取d＝25mm。 （3）計(jì)算液壓缸的工作壓力、流量和功率 計(jì)算工作臺(tái)液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的壓力、流量和功率，如果估計(jì)差動(dòng)快進(jìn)時(shí)的壓力損失?p = 5×105Pa，工進(jìn)時(shí)的背壓力p2 = 6×105Pa，快退時(shí)的背壓力p2 = 5×105Pa，則各階段的壓力、流量和功率值如表。 表1.2 工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸的壓力、流量和功率計(jì)算 工 況 計(jì)算公式 總負(fù)載力F（N） 回油腔壓力p2(105Pa)

13、 進(jìn)油腔壓力p1(105Pa) 輸入流量q(L/min) 輸入功率P(kW) 快進(jìn) 起動(dòng) 3556 — — — 加速 q=（A1-A2）v1 2382 p2 = p1+?p （?p=5） 變化值 變化值 快進(jìn) P=p1q 1778 p2 = p1+?p （?p=5） 工進(jìn) 工進(jìn)（Ⅰ） 工進(jìn)（Ⅱ） q=A1v2 P=p1q 13222 6667 p2 = pB=6 快退 反向起動(dòng) 加速 快退 制動(dòng) q=A2v3 P=p1q 355

14、6 2382 1778 1174 — p2=5 p2=5 p2=5 — 變化值 16 變化值 — 變化值 變化值 計(jì)算夾緊液壓缸的壓力和流量 進(jìn)油腔壓力p1為： p1 = = = 20×105Pa 夾緊缸運(yùn)動(dòng)速度vc為： vc = = 00mm/min q = vcA1 = 80××52 = 1570cm3 L/min 定位缸的負(fù)載力小、行程短，計(jì)算從略。 繪制工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸工況圖 根據(jù)表中的壓力、流量和功率值，可繪制出工況圖如圖所示。此圖可直觀地表示出液壓缸工況主要參數(shù)的變化情況。 圖

15、1.4 工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸工況圖 4 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 （1）液壓回路的選擇 機(jī)床液壓系統(tǒng)常以速度控制為核心所以應(yīng)該首先考慮調(diào)速和速度換接回路，然后再考慮其他回路。 （a）調(diào)速與速度換接回路 因工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸進(jìn)給速度低，傳動(dòng)功率不大，屬于小功率液壓系統(tǒng)宜采用節(jié)流調(diào)速回路。因銑削力有一定脈動(dòng)量，為了保證銑削時(shí)進(jìn)給速度穩(wěn)定，可采用調(diào)速閥出口節(jié)流調(diào)速回路，此回路平穩(wěn)性優(yōu)于進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。由液壓缸的流量-行程工況圖（q-S）知，工作臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，速度有較大突變，故選用行程閥進(jìn)行速度的換接可使換接平穩(wěn)，減小沖擊。繪出該部分液壓回路圖，如圖a所示。 （b）快速回路 由機(jī)床技

16、術(shù)參數(shù)和液壓缸快進(jìn)快退速度相等，此時(shí)液壓缸負(fù)載很小，為了盡量采用小規(guī)格的泵實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)．故可選擇單活塞桿液壓缸差動(dòng)連接的快速回路，如圖b所示 （c）換向回路 由表可知。液壓缸的最大流量不太大，運(yùn)動(dòng)部件的慣性力也不算大，對(duì)換向性能又沒有什么特殊要求。所以選擇電磁閥的換向回路。選用五通電磁閥實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接可以減少換向閥的壓力損失，換向回路如圖b所示。 圖1.5 液壓回路圖 （d）泵源和壓力控制回路 由圖的工況圖可知快進(jìn)（退）和工進(jìn)的流量相差很大（qmax/qmin = 16/0.31 = 51.6），工進(jìn)與快進(jìn)的時(shí)間之比為： 快進(jìn)時(shí)間 t1＝s1/v1 = 0.8×60/4

17、 = 12 工進(jìn)時(shí)間 t2＝s2/v2 = 0.75×60/0.04 = 1125 t2/t1 = 1125/12 ≈ 94 顯然，時(shí)間差值甚大，若選用單定量泵，在工進(jìn)時(shí)必有大量壓力油經(jīng)溢流閥回油箱。其溢流能量損失很大，使油液發(fā)熱．所以應(yīng)選擇雙聯(lián)泵，其調(diào)壓回路如圖1.5c所示，這樣在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙泵同時(shí)向工作臺(tái)液壓缸供油；換接為工進(jìn)速度后大流量泵經(jīng)液控順序閥卸荷由小流量泵單獨(dú)供油，其供油壓力由溢流閥調(diào)定。 當(dāng)然，為了減少能量損失，也可采用其它液壓泵如限壓式變量泵如圖d所示。由于限壓式變量泵無溢流損失，一般可不必裝置溢流閥但有時(shí)為了防止變量機(jī)構(gòu)失靈，保證液壓系統(tǒng)的安全起見，仍可并聯(lián)一個(gè)

18、溢流閥起安全閥的作用，如圖d中雙點(diǎn)劃線所示。 （e）定位夾緊回路 由機(jī)床工作循環(huán)可知，要先完成定位缸定位-夾緊缸夾緊-定位缸退回的順序動(dòng)作，然后進(jìn)行加工，加工結(jié)束后，夾緊缸再退回。因此用單向順序閥的順序動(dòng)作難以達(dá)到要求。為此采用兩個(gè)電磁閥分別控制定位缸和夾緊缸并用行程控制和壓力控制實(shí)現(xiàn)其順序動(dòng)作，如圖e所示。由圖可知，定位缸定位結(jié)束后，由電氣行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，使電磁閥6失電，夾緊缸進(jìn)行夾緊，夾緊以后由電氣行程開關(guān)和壓力繼電器同時(shí)發(fā)信號(hào)，使定位缸退回。定位缸1、2接入節(jié)流閥的目的是為了避免定位元件撞擊工件，又盡量使兩定位缸同時(shí)進(jìn)行定位。（因定位行程較長，可能產(chǎn)生不同步。）夾緊缸3、4接入節(jié)流

19、閥的目的是可以調(diào)節(jié)夾緊時(shí)間．單向閥7起隔離作用，當(dāng)工作臺(tái)液壓缸進(jìn)給時(shí)若壓力瞬時(shí)下降，仍使夾緊回路保持規(guī)定的壓力，實(shí)際上起保壓作用。電磁閥6設(shè)計(jì)成失電夾緊方式，可不受電源突然停電影響，提高了該機(jī)床的工作可靠性（也可采用帶定位裝置的雙電磁鐵的二位電磁閥）。 （f）動(dòng)作的聯(lián)鎖裝置和轉(zhuǎn)換方式 為了保證唯有工件夾緊后才能進(jìn)行工進(jìn)銑削，夾緊與工進(jìn)的順序動(dòng)作與聯(lián)鎖采用行程控制與壓力控制的雙重控制。只有當(dāng)夾緊元件到達(dá)指定位置碰到行程開關(guān)發(fā)信號(hào)，且真正夾緊工件后壓力升高使壓力繼電器發(fā)信號(hào)，才允許進(jìn)行工進(jìn)，兩者缺一不可，是一個(gè)“與”門控制。工進(jìn)與快退的動(dòng)作轉(zhuǎn)換，因銑刀銑出工件后的位置精度要求不高。用電氣行程開

20、關(guān)進(jìn)行一般的行程控制即可。 （2）液壓回路的組合 液壓回路的組合是指將上述液壓回路組合成符合設(shè)計(jì)要求的液壓系統(tǒng)并繪制成液壓系統(tǒng)原理圖。在組合時(shí)要考慮用什么樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，如何防止各回路間的干擾，減少液壓沖擊以及如何提高工作可靠性等問題；還要盡可能減少液壓元件和提高系統(tǒng)效率。 組合后的液壓系統(tǒng)原理圖見圖，圖中增加了液控順序閥5和單向閥6，其作用 如下：快進(jìn)時(shí)換向閥7左位工作，由于這時(shí)空載系統(tǒng)壓力低；液控順序閥5關(guān)閉，工作臺(tái)液 壓缸18的有桿腔回油，經(jīng)單向行程調(diào)速閥8、換向閥7、單向閥6與泵輸出的流量合并，一起進(jìn)入缸18的無桿腔而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。工進(jìn)肘，因缸18受到負(fù)載力而使系統(tǒng)

21、壓力升高，液控順序閥5被打開，回油經(jīng)此閥入油箱，此時(shí)單向閥6關(guān)閉，將高低壓油路隔開，實(shí)現(xiàn)液壓缸的工進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 圖1.6 連桿加工銑床液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作見表1.3。 表1.3 液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作循環(huán)表 元件 動(dòng)作 1YA 2YA 3YA 4YA YJ 行程閥 定 位 - - + + - - 夾 緊 - - + - + - 定位退回 - - - - + - 快 進(jìn) + - - - + - 工 進(jìn) + - - - + 快 退 - + - - + - 松

22、 開 - - - + - - 液壓系統(tǒng)元件見表1.4。 表1.4 液壓系統(tǒng)元件表 序 號(hào) 名 稱 型 號(hào) 1 雙聯(lián)葉片泵 YB1-16/4 2 溢流閥 Y-10B 3 單向閥 I-25B 4 液控順序閥 XY-B25B 5 液控順序閥 XY-B10B 6 單向閥 I-10B 7 三位五通電磁換向閥 35E-25BY 8 單向行程調(diào)速閥 QCI1-25B 9 二位四通電磁換向閥 24E-10B 10 單向節(jié)流閥 LI-10B 11 單向節(jié)流閥 LI-10B 12 單向閥 I-10B 13

23、二位四通電磁換向閥 24E-10B 14 單向節(jié)流閥 LI-10B 15 壓力繼電器 DP1-63B 16 濾油器 XU-40×100J 17 壓力表開關(guān) K-3B 18 工作臺(tái)液壓缸 19 定位液壓缸 20 定位液壓缸 21 夾緊液壓缸 22 夾緊液壓缸 5 選擇液壓元件 （1） 液壓泵的計(jì)算與選擇 （a）計(jì)算液壓泵的工作壓力 液壓泵的工作壓力應(yīng)是液壓缸的最大工作壓力與進(jìn)回油路的壓力損失之和。由表知，液壓缸的最大工作壓力為p1＝19.9×105Pa，本系統(tǒng)采用調(diào)速閥出口節(jié)流調(diào)速，調(diào)速閥最低工作壓差不小于5×10

24、5Pa，現(xiàn)取7×105Pa，由圖知液壓缸兩腔的面積比為A2/A1 = 1/2.故折算到進(jìn)油路的壓力損失為1/2×7×105Pa = 3.5×105Pa，再計(jì)入電磁換向閥7的壓力損失，估算時(shí)可取油路壓力損失∑?p = 5×105Pa。這樣液壓系統(tǒng)的工作壓力pp為： pp = p1+∑?p =（19.9+5）×105Pa ≈ 25×105Pa （b）計(jì)算液壓泵的流量 液壓泵的流量至少應(yīng)等于同時(shí)工作的各液壓缸的最大流量之和另加回路的泄漏流量。由表知，工作臺(tái)液壓缸的最大流量為16L/min，兩夾緊液壓缸雖同時(shí)動(dòng)作，但流量較小，且與工作臺(tái)缸為先后動(dòng)作，故夾緊缸所需流量不作為選泵的依據(jù)?；芈返男孤┝?/p>

25、量可用其泄漏系數(shù)K（K ≈ 1.1～1.3）作近似計(jì)算，依回路的復(fù)雜程度取值，這里取K = 1.2，故液壓泵的最大流量為。 qp = K（∑q）max 由表可知。工進(jìn)時(shí)流量值為（0.31~0.63）L/min，但溢流閥的最小溢流量為2.5~3L/min，故泵的最小流量不應(yīng)小于3.63L/min． 工況分析表明，液壓泵作大流量供油時(shí)為低壓，而作小流量供油時(shí)為高壓。這點(diǎn)對(duì)于選擇泵的規(guī)格是一個(gè)重要依據(jù)。 （c）液壓泵規(guī)格的選擇 選用YB1-16/4型雙聯(lián)葉片泵，該泵每轉(zhuǎn)排量V＝16/4（mL/r）公稱轉(zhuǎn)速n = 960r/min，公稱壓力p = 63×105Pa。 如果不考慮泵的容積效率

26、ηpv，可算出； 大泵流量 q1 = V1N＝16×960×10-3 小泵流量 q2 = V2N＝4×960×10-3 泵作大流量供油時(shí)qp = q1＋q2 = 15.36＋3.84 = 19.20L/min，泵作小流量供油時(shí)qp = q2/min；根據(jù)以上計(jì)算，該雙聯(lián)泵的壓力流量均符合要求。 （2）液壓泵的輸入功率計(jì)算和電動(dòng)機(jī)規(guī)格選擇 （a）計(jì)算液壓泵的輸入功率（即驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)功率）泵的輸入功率為； Pi = = 式中 Pi、Po——泵的輸入、輸出功率； pp ——泵的工作壓力 qp——泵的實(shí)際輸出流量； ηp——泵的總效率。 由表知，液壓缸快退時(shí)所需功

27、率最大，設(shè)快退時(shí)管路壓力損失?p = 3×105Pa，則泵的工作壓力pp = pl＋?p＝（14.3＋3）×105Pa。而qp = qp1 + qp2 = 19.20L/min。取 ηp = 0.75，代入上式計(jì)算得： Pi1 = = = 另外再計(jì)算工進(jìn)I時(shí)的液壓泵輸入功率，此階段小泵的工作壓力應(yīng)為pp2 = 25×105Pa，小泵的流量一部分進(jìn)入液壓缸，另一部分經(jīng)溢流閥進(jìn)入油箱；大泵處于卸荷狀態(tài)，油液經(jīng)順序閥回油箱．取大泵卸荷壓力為p0 = 5×105Pa。則雙聯(lián)葉片泵的輸入功率為： Pi2 = = kW Pi1與Pi2相比校，Pi1>Pi2，按Pi1選擇雙聯(lián)葉片泵的驅(qū)動(dòng)

28、電機(jī)的功率。 （b）電機(jī)規(guī)格的選擇 選擇液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，除確保足夠的功率外還要考慮電機(jī)與液壓泵的轉(zhuǎn)速匹配和換接方式等方面；可選用Y90L-6型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1kW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。 （3）液壓閥和其它液壓元件的選擇 各液壓閥在系統(tǒng)中的最大工作壓力可作為選擇各閥壓力規(guī)格的依據(jù)本系統(tǒng)選定63×105Pa，通過各閥的實(shí)際流量為選擇閥流量規(guī)格的依據(jù)。其它元件也可根據(jù)通過該元件的最大流量和最高工作壓力來選澤。元件規(guī)格型號(hào)如表所示。 表1.5 液壓元件規(guī)格明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱 實(shí)際通過流量（L/min） 選用規(guī)格型號(hào) 1 雙聯(lián)葉片泵 YB1-

29、16/4 2 溢流閥 4 Y-10B 3 單向閥 16 I-25B 4 液控順序閥 16 XY-B25B 5 液控順序閥 XY-B10B 6 單向閥 8 I-10B 7 三位五通電磁換向閥 20 35E1-25BY 8 單向行程調(diào)速閥 16 QCI-25B 9 二位四通電磁換向閥 ≈ 1 24E-10B 10 單向節(jié)流閥 ≈ 1 LI-10B 11 單向節(jié)流閥 ≈ 1 LI-10B 12 單向閥 I-10B 13 二位四通電磁換向閥 24E-10B 14 單向節(jié)流閥 LI-10B

30、15 壓力繼電器 DP1-63B 16 濾油器 20 XU-40×100J 對(duì)于單向行程調(diào)速閥QCI-25B的規(guī)格，還需驗(yàn)算其最小穩(wěn)定流量是否能使液壓缸獲得最低穩(wěn)定速度。驗(yàn)算方法如下：由液壓元件樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得QCI-25B的最小穩(wěn)定流量為qmin＝0.070L/min，則缸的最低穩(wěn)定速度為： vmin = = 式中A2——工作臺(tái)液壓缸有桿腔工作面積。 此值小于機(jī)床技術(shù)參數(shù)所規(guī)定的工進(jìn)速度0.04m/min的值，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 （4）選擇輔助元件 （a）油管的計(jì)算和選擇 油管的內(nèi)徑尺寸可以由管路允許流速計(jì)算確定，也可參考元件接口尺寸而定。例如工作

31、臺(tái)液壓缸無桿腔端的進(jìn)油管。在差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)流量q = 38.4L/min，允許流速按壓油管路取v = 4m/s，則油管內(nèi)經(jīng)d為 d = = 可選作內(nèi)經(jīng)為15mm的油管。 又例如液壓泵的吸油管，q＝19.24L/min。允許流速取v = 1m/s。仍按上式計(jì)算得 d = 可選擇內(nèi)徑為20mm的油管。 定位夾緊油路的管徑?？砂丛涌诔叽邕x取。 油管的壁厚可用管子材料的強(qiáng)度公式計(jì)算： δ ≥ 式中 p——液壓油的壓力； 〔σ〕——油管材料的許用拉伸應(yīng)力； d——油管的內(nèi)徑； δ——油管的壁厚。 對(duì)壓油管；d = 15mm，p = 25×105Pa，選用紫銅管，〔

32、σ〕＝250×105 Pa， δ= 可取通徑為15mm，壁厚為1.5mm的紫銅管（即Φ15×Φ18），作為壓油管使用。同樣的方法可以算出其他油管的壁厚。 （b）油箱容量的確定 本系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，油箱容量V為：V = （5~7）qp。 計(jì)算得V = 6qp 可選用YX-120型油箱（容量為120L）。 （c）選擇液壓油 正確選擇液壓油能保證液壓系統(tǒng)的正常工作。本系統(tǒng)是一般金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)，工作壓力屬中壓泵列。運(yùn)動(dòng)部件的速度屬中低速，環(huán)境溫度在-5～35℃范圍內(nèi)，可選用中等粘度的油液。如果再要求工進(jìn)時(shí)的低速穩(wěn)定性，可選粘溫特性較好的液壓油。因此本例可選用32號(hào)

33、或46號(hào)抗磨液壓油，冷天用32號(hào)液壓油，熱天用46號(hào)液壓油。 6 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 驗(yàn)算的內(nèi)容主要是計(jì)算管路的壓力損失，校核壓力閥的調(diào)整值和液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率值計(jì)算液壓回路的效率，系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算等。 （1）計(jì)算管路的壓力損失 若計(jì)算結(jié)果與原估算值相差甚大，則必須進(jìn)行修正。管路壓力損失算出后，可確定液壓泵的輸出壓力及壓力閥的調(diào)整壓力。具體計(jì)算時(shí)可將液壓系統(tǒng)劃分為若干條管路，如由液壓泵出口經(jīng)液壓閥進(jìn)液壓缸進(jìn)口，或由液壓缸出口經(jīng)液壓閥回油箱。任一條管路的壓力損失均可由下式計(jì)算 ∑?p＝∑?pL＋∑?pr＋∑?pv 式中 ∑?p——某管路的總的壓力損失； ∑?pL——等經(jīng)直管的沿

34、程壓力損失之總和； ∑?pr——除閥門之外的各種局部裝置的壓力損失之總和； ∑?pv——各閥類元件的壓力損失之總和。 （a）計(jì)算沿程壓力損失∑?pL 計(jì)算方法是：先用雷諾數(shù)判別流態(tài)，然后運(yùn)用相應(yīng)的壓力損失公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)然，計(jì)算時(shí)需要事先知道管路的直徑d和長度l，d的計(jì)算已經(jīng)在前面章節(jié)中說明，而管長l要在液壓的配管裝置設(shè)計(jì)好后才能確定。因此，這里只能假設(shè)一個(gè)數(shù)值后進(jìn)行粗略計(jì)算。 （b）計(jì)算局部裝置的壓力損失∑?pr 管路的局部裝置是指彎管、變徑接頭、出入口等。局部裝置的壓力損失可按下式計(jì)算： ∑?pr = ζ 式中 ζ——局部阻力系數(shù)（可由有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)差得）； ρ——液體

35、的密度； v——液體的平均流速。 此項(xiàng)計(jì)算也要在配管裝置設(shè)計(jì)好后才能進(jìn)行。 （c）計(jì)算各液壓閥的局部壓力損失∑?pv 閥類元件的局部壓力損失可按下式計(jì)算： ?pv = ?pn（）2 式中 ?pn——閥類產(chǎn)品樣本上列出的公稱流量時(shí)的壓力損失 q——液壓閥的實(shí)際流量； qn——液壓閥的額定流量。 工作臺(tái)液壓缸作快進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，油液的流程為 進(jìn)油路：泵→閥7（15.4L/min）→液壓缸無桿腔；回油路：液壓缸有桿腔→ 閥8的行程閥（15.4×L/min）→閥7（15.4×L/min）→閥6→液壓缸無桿腔。 進(jìn)油路：?pv7 = ?pn（）2 = 2×105× （）2 = 2×10

36、5×0.785 = 1.57×105Pa （由產(chǎn)品樣本?pn = 2×105 Pa） 用同樣方法可以計(jì)算回油路上各閥的壓力損失。當(dāng)分別求得進(jìn)油路的總壓力損失∑?pi和回油路的總壓力損失∑?po后，快進(jìn)時(shí)d的總壓力損失為 ∑?p快進(jìn)＝∑?pi +∑?po’ ∑?po’是回油路上的總壓力損失折算成進(jìn)油路的數(shù)值。在本題中 ∑?po’ = ∑?po 式中 A1——工作臺(tái)液壓缸無桿腔工作面積。 A2——工作臺(tái)液壓缸有桿腔工作面積。 用相同的方法也可計(jì)算工進(jìn)和快進(jìn)階段的管路總壓力損失∑?p。 （2）確定壓力閥的調(diào)整壓力 如圖中的的溢流閥2：其功能是在工進(jìn)時(shí)恒定系統(tǒng)的工作壓力，該閥的

37、調(diào)整壓力值py可由以下方法確定： py = p1+∑?p 式中 p1——工進(jìn)（I）時(shí)進(jìn)給液壓缸進(jìn)油腔的壓力； ∑?p——工進(jìn)（I）時(shí)的管路的總壓力損失。 液壓泵的公稱壓力應(yīng)該高于溢流閥的調(diào)整壓力，使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，有利于延長的壽命。 液壓順序閥5：此閥在快進(jìn)時(shí)關(guān)閉，在工進(jìn)時(shí)打開。因此其調(diào)整壓力應(yīng)該高于快進(jìn)時(shí)的系統(tǒng)壓力而低于工進(jìn)時(shí)的系統(tǒng)壓力。本例中順序閥的調(diào)整壓力可調(diào)在（17~19）×105Pa之間，也可在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床調(diào)試時(shí)再精確確定 壓力繼電器15：壓力繼電器的作用是在夾緊缸達(dá)到夾緊力設(shè)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)，由其它發(fā)信號(hào)時(shí)的壓力可以調(diào)整在系統(tǒng)工作壓力的附近，但必須比工作壓力小一些。

38、在本例中壓力 繼電器的發(fā)信號(hào)壓力可調(diào)在（20~22）×105Pa之間。 （3）驗(yàn)算電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率 在估算中根據(jù)表中所列的數(shù)值確定快退時(shí)的功率最大值并算出Pi1 = 0.78kW，在估算中管路的壓力損失?p和液壓缸的背壓pB。均是取的估算值，現(xiàn)用估算時(shí)已用過的公式重新計(jì)算電機(jī)功率就可得出功率精確值，如數(shù)位變化不大，原來選擇的電機(jī)容量足夠，就不必在另行選擇。 （4）計(jì)算回路效率 回路效率是液壓系統(tǒng)在某一運(yùn)動(dòng)階段液壓缸的負(fù)載功率與液壓泵發(fā)出的液壓功率比值。 本例的工作循環(huán)中工進(jìn)所占的時(shí)間最長。按工進(jìn)（I）計(jì)算回路效率： Ηr = = = 0.0301 = 3.01% 式中 pL

39、1——負(fù)載壓力，pL1 = = = 16.8×105Pa； qL1——負(fù)載流量，取工進(jìn)（I）時(shí)的最小流量q1 = 0.31L/min。 由計(jì)算可知，工進(jìn)時(shí)的回路效率很低。如選用變量葉片泵組成容積-節(jié)流調(diào)速回路。此時(shí)由于無溢流損失和節(jié)流損失回路效率就能提高。 （5）系統(tǒng)熱平衡計(jì)算與油箱容積的驗(yàn)算 系統(tǒng)的發(fā)熱率；由于液壓系統(tǒng)在各運(yùn)動(dòng)階段的液壓泵功率和系統(tǒng)總效率不相同，因此要用 各階段的發(fā)熱量之和除以循環(huán)時(shí)間才能求出一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間內(nèi)的平均發(fā)熱率。本例中因?yàn)槎ㄎ桓缀蛫A緊缸消耗的功率很小，可以略去不計(jì)；將工作臺(tái)進(jìn)給液壓缸每一工作階段的輸出功率和工作階段時(shí)間列表如表所示。 表1.6 工

40、作臺(tái)進(jìn)給液壓缸的輸入功率和工作階段時(shí)間 工作階段 時(shí)間 功率 名稱 快進(jìn) 工進(jìn)（I） 工進(jìn)（II） 快退 上、卸料時(shí)間 12（s） 600（s） 525（s） 23（s） 30（s） 液壓缸輸入功率 0.25（kW） 0.01（kW） 0.006（kW） 0.38（kW） 0 液壓缸輸出功率 0.411（kW） 0.288（kW） 0.288（kW） 0.554（kW） 88（kW） 回路總效率 0 注：快進(jìn)快退時(shí)泵的工作壓力取pp = （p1+3×105）Pa； 工進(jìn)時(shí)取pp2

41、（p1+5×105）Pa，pp2 = pU 回路總效率η = ηpηzηc 本例中取泵的效率ηP = 0.75，缸的效率ηc = 0.9，回路的效率ηr近似計(jì)算為： ηr = 式中 Pci——缸的輸入功率； PPo——泵的輸出功率。 工作循環(huán)時(shí)間： T' = t快進(jìn)十t工進(jìn)I+t進(jìn)工Ⅱ+t快退+t上卸料 = 12＋600＋525＋23＋30 = 1190s 發(fā)熱率H = = 式中 T’——工作循環(huán)時(shí)間； ti——工作循環(huán)中各工作階段的時(shí)間； Pi——工作循環(huán)中各工作階段的功率 ηi——工作循環(huán)中各工作階段的回路總效率 系統(tǒng)的散熱率：油箱散熱率的

42、計(jì)算式為： H0＝CTA?T 式中 CT——油箱散熱系數(shù)，本例取16×10-8（kW/m2.℃）； A——油箱的散熱面積（m2）；散熱面積近似地用下式計(jì)算： A = 0.065×2 （V為油箱的有效容積（L），取120L）； ?T——允許的系統(tǒng)溫升，本例取35℃； H0＝16×10-8 由于H0>H，所以油箱容量符合要求。 （6）繪制正式液壓系統(tǒng)原理圖 通過上述驗(yàn)算表明；所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖是可行的，可以以此原理圖為基礎(chǔ)經(jīng)修改完善后，繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。繪制時(shí)注意下列幾點(diǎn)： （a）液壓元件職能符號(hào)按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T786.1-93）； （b）各元件按常態(tài)位置繪制； （c）執(zhí)行元件旁畫出工作循環(huán)圖； （d）繪出測(cè)壓點(diǎn)的位置并繪出壓力表開關(guān)； （e）繪出行程開關(guān)的位置； （f）繪出電磁鐵動(dòng)作循環(huán)表； （g）繪出標(biāo)題欄，填清各元件的名稱、圖號(hào)、規(guī)格及必要的調(diào)整值等。 繪制的液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示。