3实例二液压专用铣床液压系统设计.docx
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3实例二液压专用铣床液压系统设计
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=100~600mm/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
3000N
v=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=20500N
v=0.1~0.6m/min
工作台快退
Ffd=2500N
v=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ηcm=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
30000
pj=F/2A夹1=29.86×105
0
q=2A夹1L/△t=9
0.448
工
作
台
差动快进
2500
pj=(F+△pA2)/(A1-A2)
=11.68×105
16.68×105
q=(A1-A2)v1
=19.2
0.374
工进
20500
pj=(F+pb·A2)/A1
=30.19×105
8×105
q=A1v2=4.71
0.237
快退
2500
pj=(F+pb·A2)/A2
=16.06×105
5×105
q=A2v3=20
0.535
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d≈0.7D。
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
1Y
2Y
3Y
4Y
1K
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+∑Δp
式中p1—液压缸最高工作压力,此处为3.019MPa;
∑Δp—液压缸进油路压力损失。
因系统较简单,取∑Δp=0.5MPa。
则 pp=p1+∑Δp=(3.019+0.5)MPa=3.519MPa
为使泵有一定压力储备,取泵的额定压力ps≥1.25pp≈4.4MPa。
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(∑Δp)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(∑Δp)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
30000
pj=F/2A夹1=29.86×105
0
q=2A夹1L/△t=9
0.448
工
作
台
差动快进
2500
pj=(F+△pA2)/(A1-A2)
=11.68×105
16.68×105
q=(A1-A2)v1
=19.2
0.374
工进
20500
pj=(F+pb·A2)/A1
=30.19×105
8×105
q=A1v2=4.71
0.237
快退
2500
pj=(F+pb·A2)/A2
=16.06×105
5×105
q=A2v3=20
0.535
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qp1≥8.652L/min选择,大泵流量按qp2≥qmax-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η1=0.5),大泵出口压力pp2=15.18×105Pa(大泵的总效率η2=0.5)。
故电机功率为
P1=pp1q1/η1+pp2q2/η2
=(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η1=0.5,大泵的总效率η2=0.3)。
故电机功率为
P2=pp1q1/η1+pp2q2/η2
=(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η1=0.5),大泵出口压力pp2=23.06×105Pa(大泵的总效率η2=0.5)。
故电机功率为
P3=pp1q1/η1+pp2q2/η2
=(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,可选出这些元件的型号及规格。
选定的元件列于表5中。
表5
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