10项目十数控车床的液压系统文档格式.docx
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阅读和分析液(气)压传动系统图的步骤如下:
1、了解设备的功用及对液压系统动作和性能的要求,如工作循环、顺序动作等;
2、初步分析液压系统图,按执行元件个数将其分解为若干个子系统;
3、对每个子系统进行分析,分析组成子系统的基本回路及各液压元件的作用,按执行元件的工作循环分析实现每步动作的进油和回油路线;
4、根据设备对系统中的各子系统之间的顺序、同步、互锁、防干扰等要求,分析各子系统之间的联系,读懂整个液压系统的工作原理;
5、归纳出设备液压系统的特点和使设备正常工作的要领,加深对整个液压系统的理解。
在任务引入中,我们已经了解了数控车床的功用及对液压系统动作的要求。
根据执行元件的数量,我们可以将整个液压系统划分为卡盘夹紧-松开子系统,刀架刀盘转位子系统、刀架刀盘松开-夹紧子系统和套筒伸出-退回子系统。
为了便于分析,我们将油箱、过滤器、液压泵、单向阀及压力表归纳为数控车床的液压源部分。
【任务一液压源部分】
任务描述:
如图10-1-1所示,数控车床液压系统的液压源部分由油箱1、过滤器2、液压泵3、单向阀4、和压力表5组成,主要用来向整个油路提供具有一定压力、流量的洁净的液压油。
其中液压泵3为动力元件,油箱1、过滤器2、压力表5及将各元件连接在一起的油管和管接头为辅助元件,单向阀4为控制调制调节元件。
任务目标:
1、掌握液压泵的类型、工作原理及符号;
2、掌握辅助元件的类型、工作原理及符号;
3、掌握液压油的主要性质;
4、掌握单向阀的类型、工作原理及符号。
任务实施:
一、液压泵
液压泵是液压传动系统的能量转换装置,它将原动机输入的机械能转换为液体的压力能,在液压传动系统中属于动力元件,是液压传动系统的重要组成部分。
1、液压泵符号
液压泵按输出流量是否可以调节分为定量泵和变量泵两类。
液压泵的图形符号如图10-1-2所示。
2、泵的工作原理
液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。
如图10-1-3所示为液压泵的工作原理图。
柱塞2在弹簧4的作用下紧压在偏心轮1上,当偏心轮1由原动机带动旋转时,柱塞2便在偏心轮1和弹簧4的作用下在缸体3内往复运动。
柱塞右移时,缸体中密封工作腔a的容积变大,产生真空,油箱中的油液便在大气压力作用下,通过吸油单向阀6吸入缸体内,实现吸油;
柱塞左移时,缸体中密封工作腔a的容积变小,油液受挤压,便通过压油单向阀5输送到系统中去,实现压油。
如果偏心轮不断地旋转,液压泵就会不断地完成吸油和压油动作,因此就会连续不断地向液压系统供油。
由此可以看出,液压泵正常工作必备的条件是:
(1)具有密封容积,密封容积可以周期性变化。
液压泵理论上输出的流量与密封容积的变化量和单位时间内的变化次数成正比,与其它因素无关。
(2)油箱内液体的压力必须大于或等于大气压力,这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。
因此,为保证液压泵正常吸油,油箱必须与大气相通,或采用封闭的充压油箱。
(3)具有相应的配油装置将吸油腔和排油腔隔开,保证液压泵有规律地连续吸、排液体。
液压泵的结构原理不同,其配油装置也不相同。
2、液压泵的主要工作参数
1、压力
(1)工作压力
工作压力是指液压泵实际工作时输出油液的压力。
工作压力值取决于液压泵输出到系统中的液体在流动过程中所受的阻力。
(2)额定压力
额定压力是指液压泵在连续工作过程中允许达到的最高压力。
额定压力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来决定。
(3)最高允许压力
最高允许压力是指在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高压力值。
2、排量和流量
液压泵的排量指在无泄漏的情况下,泵每转一转所能排出的油液体积。
排量的大小可根据液压泵的密封油腔几何尺寸变化计算得出。
常用单位为。
液压泵的理论流量指在无泄漏的情况下,液压泵单位时间内输出的油液体积。
其值等于泵的排量和泵轴转速的乘积。
=(2-1)
液压泵的实际流量指单位时间内液压泵实际输出的油液体积。
由于在工作过程中,泵的出口压力不等于零,因而存在内部泄漏量,使得泵的实际流量小于泵的理论流量。
=-(2-2)
液压泵的额定流量指泵在额定转速和额定压力下输出的实际流量。
流量的单位为或。
3、功率和效率
液压泵由电动机驱动,输入量是转矩和转速,输出量是液体的压力和流量。
如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失,则输出功率等于输入功率,也就是等于它们的理论功率,即
======(2-3)
实际上,液压泵在能量转换过程中是有能量损失的。
(1)液压泵功率损失
液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分。
容积损失主要是因为液压泵内部泄漏造成的流量上的损失。
液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量。
容积损失的大小用容积效率表征,即
(2-4)
式中取泄漏量,即泄漏量和泵的工作压力成正比,是液压泵的泄漏系数。
机械损失主要是因为液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩上的损失。
驱动泵的实际转矩总是大于其理论上需要的转矩。
机械损失的大小用机械效率表征,即
(2-5)
(2)液压泵的功率
液压泵的实际输出功率等于实际输出流量与工作压力的乘积,即
(2-6)
液压泵的实际输入功率由电动机或柴油机提供,即
(2-7)
(3)液压泵的总效率
液压泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比,即
(2-8)
3、常见液压泵类型
液压泵按照结构形式可以分为齿轮式、叶片式及柱塞式三大类。
(1)齿轮泵
齿轮泵是一种常用的液压泵,其主要特点是抗油液污染能力强,体积小,价格低廉,但内部泄漏比较大,噪声大,流量脉动大,排量不能调节。
因此齿轮泵通常被用于工作环境比较恶劣的各种低、中压系统中。
齿轮泵中齿轮的齿形以渐开线为多,在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,其中外啮合齿轮泵应用广泛。
如图10-1-4所示为外啮合齿轮泵的工作原理图。
由于齿轮端面与壳体端盖之间的缝隙很小,齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小,因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。
当齿轮按图示方向旋转时,右侧的齿轮逐渐脱离啮合,因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大,形成局部真空,油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体,因此这个容腔称为吸油腔。
随着齿轮的转动,每个齿间中的油液从右侧被带到了左侧。
在左侧的密封容腔中,轮齿逐渐进入啮合,使左侧密封容腔的体积逐渐减小,把齿间的油液从压油口挤压输出,因此这个容腔称为压油腔。
当齿轮泵不断地旋转时,齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油,实现了向液压系统输送油液的过程。
在齿轮泵中,吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来,因此没有单独的配油机构。
齿轮泵工作时,压油腔的压力高,吸油腔的压力很低,这样对齿轮产生不平衡径向力,使轴弯曲变形,轴承磨损加快。
为了减小径向力对泵带来的不良影响,可采取缩小压油口的办法。
(2)叶片泵
叶片泵具有结构紧凑、流量均匀、噪声小、运转平稳等优点,因而被广泛用于中、低压液压系统中。
但它也存在着结构复杂,吸油能力差,对油液污染比较敏感等缺点。
叶片泵按其输出流量是否可调,分为定量叶片泵和变量叶片泵。
按结构可分为单作用式(转子每转一周,完成一次吸、排油液)和双作用式(转子每转一周,完成两次吸、排油液)两大类。
单作用叶片泵多用于变量泵,双作用叶片泵均为定量泵。
如图10-1-5所示为变量叶片泵工作原理图。
变量叶片泵主要由转子1、定子2、叶片3和配油盘(图中未画出)等零件组成。
其中定子的内表面是圆形的,转子与定子之间有一偏心量e,配油盘只开一个吸油窗口和一个压油窗口。
当转子转动时,由于离心力作用,叶片顶部始终压在定子内圆表面上。
这样,两相邻叶片间就形成了密封容腔。
当转子按图示方向旋转时,泵内右侧的容腔体积逐渐增大,为吸油腔,左侧的容腔体积逐渐减小,为压油腔,它们容积的变化分别对应着吸油和压油过程。
由于在转子每转一周的过程中,泵完成吸油、压油各一次,因此也称为单作用式叶片泵。
单作用式叶片泵的转子受不平衡液压力的作用,故又被称为非平衡式叶片泵。
在结构上转子与定子的偏心量是可调节的,所以单作用叶片泵也是变量泵。
如图10-1-6所示为定量叶片泵的工作原理图。
定子内表面近似为椭圆柱形,该椭圆柱形由八段曲面拼合而成,两段半径为R的大圆弧面、两段半径为r的小圆弧面以及连接圆弧面的四段过渡曲面组成。
转子1和定子2是同心的,当转子沿图示方向转动时,叶片3在离心力和通往叶片底部压力油的作用下紧贴在定子的内表面上,在相邻叶片之间形成密封腔。
由图可以看出,右上角和左下角(B腔及D腔)的密封容腔容积逐渐变小,所在的油腔为压油腔;
左上角和右下角(A腔及C腔)的密封容腔容积逐渐变大,所在的油腔为压油腔。
在吸油腔和压油腔上,配油盘提供了相应的吸油窗口和压油窗口,并将吸油腔和压油腔隔开。
可以看出,当转子转一转时,泵完成吸油、压油动作各两次,所以称为双作用叶片泵。
这种叶片泵的两个吸、压油腔是径向对称分布的,所以作用在转子上的液压力是径向平衡的,因此双作用叶片泵又称为平衡式叶片泵,这种泵的排量是不可调的,为定量泵。
(3)柱塞泵
柱塞泵是靠柱塞在泵体内作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油和压油。
与齿轮泵和叶片泵相比,该泵能以最小的尺寸和最小的重量供给最大的动力,为一种高效率的泵,但制造成本相对较高,该泵用于高压、大流量、大功率的场合。
柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同,可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类。
其中柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵,柱塞沿轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。
为了连续吸油和压油,柱塞数必须大于等于3。
如图10-1-7所示为径向柱塞泵的工作原理图。
这种泵主要由配油轴1、柱塞2、转子3、定子4组成。
其中配油轴1是固定不动的,柱塞2在转子3的径向孔内运动,形成泵的密封工作容腔。
转子3和定子4之间有一个偏心e,显然,当转子按图示方向转动时,位于下半周的工作容腔处于吸油状态,位于上半周的工作容腔则处于压油状态。
改变定子与转子偏心距e的大小和方向,就可以改变泵的输出流量和泵的吸、压油方向。
因此径向柱塞泵可以做成单向或双向变量泵。
由于径向柱塞泵的径向尺寸大,自吸能力差,配油轴受径向不平衡液压力作用,易于磨损。
这些原因限制了转速和工作压力的提高。
轴向柱塞泵中的柱塞是轴向排列的。
当泵体轴线和传动轴轴线重合时,称为斜盘式轴向柱塞泵。
如图10-1-8所示为斜盘式轴向柱塞泵工作原理图,泵体3上均匀分布了若干个轴向柱塞孔,孔内装有柱塞2,柱塞2紧压在斜盘1上。
传动轴5带动泵体3、柱塞2一起转动,由于斜盘的作用,迫使柱塞在柱塞孔内作往复运动,柱塞在自下而上回转的半周内逐渐向外伸出,使缸体内密封工作腔容积不断增大,产生局部真空,为吸油腔。
柱塞在自上而下回转的半周内,又逐渐向里推入,使密封工作腔容积不断减小,为
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