平面磨床液压系统设计说明书Word格式.docx

平面磨床液压系统设计说明书Word格式.docx

《平面磨床液压系统设计说明书Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平面磨床液压系统设计说明书Word格式.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数控磨床行业独特需求，机床生产厂也积极开发机械部分，提出独特控制要求：

斜轴控制、主轴摆动、强化拱顶磨削方法。

同时液压元件也在将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套法向发展，向低能耗、低噪声、无污染法向发展。

21世纪是一个高度自动化的社会，随着科技的发展和人类的新需要，大型智能型行走机器人将应运而生。

资料表明，液压技术作为能量传递或做功环节是其中必不可少的一部分。

故无论现在还是将来，液压技术在国民经济中都占有重要的一席之地，发挥着无法替代的作用。

现代液压技术与微电子技术、计算机控制技术、传感技术等为代表的新技术紧密结合，形成一个完善高效的控制中枢，成为包括传动、控制、检测、显示乃至校正、预报在内的综合自动化技术。

它是中大功率机械设备实现自动化不可缺少的基础技术，应用面极其广泛。

1.5本课题的目的及研究范围

该课题从分析研究平面磨床液压系统的角度入手，深度剖析了当代液压系统的优缺点。

旨在有针对性的提出对当代液压系统进行逐步完善的方法。

要求通过对各种机床液压系统的分析，设计出初步的MK7120A平面磨床的动作循环，并根据动作循环图了解了磨床液压系统的原理特点，对当代液压系统有清楚明了的认识。

2液压系统分析与设计

平面磨床是磨床的一种。

主要用砂轮旋转研磨工件以使其可达到要求的平整度,根据工作台形状可分为矩形工作台和圆形工作台两种，矩形工作台平面磨床的主参数为工作台宽度及长度，圆台平面磨床的主参数为工作台面直径。

根据轴类的不同可分为卧轴及立轴磨床之分。

2.1MK7120A平面磨床主参数的确定

MK7120A型平面磨床设计为卧轴矩台平面磨床，加工工件最大尺寸630mm×

200mm×

320mm，砂轮主轴中心到工作台距离：

100～445mm。

工作台液动速度：

1～18m/min工作台纵向移动最大距离：

780mm。

2.2平面磨床动作循环分析

一般的立式卧轴平面磨床，轴的线性运动具有：

1、工作台的左右运动；

2、砂轮座的上下运动；

3、砂轮座得前后运动。

由于平面磨床的工作台左右移动一般要求高速运动以及平稳，因此大部分平面磨床此轴通常采用液压系统控制。

此处设计为MK7120A型平面磨床工作台采用液压系统传动，砂轮及砂轮座采用电动机带动丝杠传动，本设计中只研究平面磨床的液压系统，对后者不做研究。

因此，设计中只分析设计液压泵带动液压缸的左右运动。

MK7120A平面磨床工作台循环运动设计为：

快进-工进-快退。

其中快进与快退均设计为13m/min，加速时间为0.13秒。

2.3负载的分析计算

2.3.1导轨的选择与摩擦力的计算

主要性能参数与性能要求如下：

假设工件为45号钢：

ρ=7.85g/cm³

m=ρ×

v=7.85×

（630×

200×

320）=316.512kg

G=m·

g=3101.82N

设工作台及夹具质量为500kg

导轨摩擦系数为μs=0.2

动摩擦系数μd=0.1

静摩擦力：

Ffs=μs·

（m1+m2）=0.2×

（500+316.5）=1600N

动摩擦力：

Ffd=μd·

（m1+m2）=0.1×

（500+316.5）=800N

惯性负载：

Fi=（m1+m2）ΔV/Δt=（500+316.5）×

13/0.13×

60=1360.8N

Ft=500N

F′=T/（De/2）=P/n/（πDe·

n）=170.6N·

m

2.3.2循环阶段受力分析与计算

a快进阶段受力分析：

启动：

F=Ffs1600N推力：

1778N

加速：

F=Ffd+Fi2160.8N推力：

2400N

恒速：

F=Fd800N推力：

889N

b工进：

F=F′+Ffd970N推力：

1078N

c快退阶段：

根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-L如图1所示。

图1

根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图v-L如图2所示。

图2

2.4计算液压系统主要参数并编制工况图

2.4.1预选系统设计压力

平面磨床也归属精加工机床，所设计的工作台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=2MPa。

2.4.2计算液压缸主要结构尺寸

由于设计要求工作台快速进退速度相等，故选用单杆差动连接液压缸，使缸的无杆腔与有杆腔的有效面积A1与A2保持关系A1=2A2，即杆d和缸径D满足d=0.707D.按设计手册取背压0.8MPa。

表1

负载/KN

<

5

5~10

10~20

20~30

30~50

>

50

工作压力/MPa

0.8~1

1.5~2

2.5~3

3~4

4~5

≥5

表2各种机械常用的系统工作压力

机械类型

机床

农业机械

小型工程机械

建筑机械

液压凿岩机

液压机

大中型挖掘机

重型机械

起重运输机械

磨床

组合机床

龙门刨床

拉床

0.8~2

3~5

2~8

8~10

10~18

20~32

表3执行元件背压力

系统类型

背压力/MPa

简单系统或轻载节流调速系统

0.2~0.5

回油路带调速阀的系统

0.4~0.6

回油路设置有背压阀的系统

0.5~1.5

用补油泵的闭式回路

0.8~1.5

回油路较复杂的工程机械

1.2~3

回油路较短且直接回油

可忽略不计

从满足最大推力出发，可算得液压缸无杆腔的有效面积

A1=F/（p1-p2/2）=2400/（2-0.8/2）=17cm³

液压缸内径：

圆整后取标准数值得D=50mm=5cm

按表4表5确定d

表4按工作压力选取d/D

≤5.0

5.0~7.0

≥7.0

d/D

0.5~0.55

0.62~0.70

0.7

表5按速比要求确定d/D

v1/v21

1.15

1.25

1.33

1.46

1.61

2

0.3

0.4

0.5

0.55

0.62

0.71

注：

v1—无杆腔进油时活塞运动速度；

v2—有杆腔进油时活塞运动速度。

由表4、表5得：

d=0.71D=36mm=3.6cm

由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：

A1=πD²

/4=3.14×

50²

÷

4=1963mm²

A2=π（D²

-d²

）/4=3.14×

﹙50²

﹣36²

）=946mm²

根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率：

a快进阶段的液压缸压力：

启动时，p1=（F+A2ΔP）/A=1778÷

1017=1.1MPa

加速时，p1=（F+A2ΔP）/A=（2400+946×

0.5）／1017=2.8MPa

恒速时，p1=（F+A2ΔP）/A=（889+946×

0.5）／1017=1.33MPa

工进阶段的液压缸压力：

工进时，p1=（F+A2ΔP）/A1=（1078+946×

0.8）／1963=0.8MPa

快退阶段的液压缸压力：

启动时，p1=（F+A1ΔP）/A2=1778÷

946=1.8MPa

加速时，p1=（F+A1ΔP）/A2=（2400+1963×

0.5）／946=3.6Pa

恒速时，p1=（F+A1ΔP）/A2=（889+1963×

0.5）／946=1.9MPa

b快进阶段的液压缸流量：

快进时，q=A·

vk=1017×

13／10³

=13.2（L／min）

工进阶段的液压缸流量：

工进时，qmax=A1·

vg=1963×

6／10³

=11.8（L／min）

qmin=A1·

1／10³

=1.9（L／min）

快退阶段的液压缸流量：

快退时，q=A2·

vk=946×

=12.3（L／min）

c快进阶段液压缸功率：

快进时，P=P1·

q=1.33×

13.2×

10³

／60=292W

工进阶段液压缸功率：

工进时，P=P1·

q=0.8×

11.8×

／60=157W

快退阶段的液压缸功率：

快退时，P=P1·

q=1.9×

4.7×

／60=148W

由上述结果编制出的液压缸工况图：

液压缸的p-L图

液压缸的q-L图

液压缸的P-L图

3制定液压回路方案，拟定液压系统原理图

3.1制定液压回路方案

3.1.1油源形式及压力控制

工况图表明，系统压力和流量均小，故可采用电动机驱动的单定量泵供油油源

和溢流阀调压方案，如图3-1所示。

图3-1液压油泵

3.1.2调速回路

磨床加工零件时，可以精加工和粗加工两种状态，故选用单向调速阀的回油节

流调速回路。

由于已选用节流调速回路，故系统必然为开式循环。

如图3-2

如图3-2

3.1.3换向回路与快速运动回路及换接方式

换向回路选用三位四通电磁换向阀实现液压缸的进退和停止，采用二位三通电

磁换向阀实现液压缸快进时的差动连接。

如图3-3、3-4

如图3-3

如图3-4

由于本机床工作部件终点的定位精度无特殊要求，故采用行程控制方式即活

动挡块压下电气行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电以及死挡铁即可实现自动换

向和素的换接。

3.1.4辅助回路

在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁；

出口设一单向阀以

保护液压泵，在该单向阀与液压泵之间设一压力表及开关，以便溢流阀调压和观测。

如图3-5。

如图3-5

3.2拟定液压系统图

工况

电磁铁状态

1YA

2YA

3YA

快进

+

工进

快退

停止

在制定各液压回路方案的基础上，经整理所组成的液压系统原理图如图3-6所示。

由电磁铁动作顺序表容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线。

系统的电磁铁动作顺序表

图3-6MK7210A平面磨床液压系统原理图

1-过滤器；

2-单向定量泵；

3-电动机；

4-溢流阀；

5-压力表开关；

6-单向阀；

7-三位四通电磁换向阀；

8-单向调速阀；

9-二位三通电磁换向阀；

10-液压缸；

4计算与选择液压元件

4.1液压泵及其驱动电机计算与选定

4.1.1液压泵最高工作压力计算

由工况图可以看出液压缸最高工作压力出现在快退阶段，即p1=3.6MPa由于进油路元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失估取为Δp=0.3MPa。

则液压泵的最高工作压力为：

Pp=3.6+0.3=3.9MPa

4.1.2液压泵流量计算

泵的供油流量qp按液压缸的快进阶段的流量q=13.2L/min进行估算。

由于系统流量较小，故取泄露系数K=1.3，则液压泵供油流量qp应为：

qp≥qv=Kq1max=1.3×

13.2=17.16L/min

4.1.3确定液压泵规格

根据系统所需流量，拟初选液压泵的转速为n1=1450r/min，泵的容积效率

ηv=0.8，则可算得泵的排量参考值为：

Vg=1000qv/（n1·

ηv）=1000×

17.16÷

﹙1450×

0.8﹚=14.8L/min

根据以上计算结果查阅产品样本，选用规格相近的YB1-16型叶片泵，泵的额定压力为pn=6.3MPa，泵排量为V=16L/min，泵的额定转速为n=1450r/min，容积效率ηp=0.8，倒推算得泵的额定流量为：

qp=Vnηv=16×

1450×

0.8=18.56L/min

比系统所需的流量稍大。

4.1.4确定液压泵驱动功率及电机的规格、型号

由功率计算结果得，最大功率出现在快退阶段，已知泵的总效率为ηp=0.8，则泵的快退所需的驱动功率为：

Pp=pp·

qp/ηp=（p1+Δp1）qp/ηp=0.78KW

查表得，选用规格最相近的YB90S-4卧式三相异步电动机，其额定功率为1.1KW，转速为1400r/min。

用此转速驱动液压泵时，泵的实际输出流量为18L/min，仍能满足系统各工况对流量的要求。

4.2其他辅助元件的确定

4.2.1确定阀类元件及辅件

首先根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，算出液压缸在各阶段的实际进出流量，以便为其他液压控制阀，及辅件的选择及系统的性能计算奠定基础。

如表4-1。

表4-1液压缸在各阶段的实际进出流量

工作阶段

流量

无杆腔

有杆腔

q进=A1qp/A

=35.8

q出=q进A2/A1

=17.25

q进=13.2

=6.4

q出=q进A1/A2

=38.5

q进=qp=18.56

根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表4-2所列。

其中，溢流阀9按最小流量泵的额定流量选取，调速阀4选用AQF3—6aB型，其最小稳定流量为6.3L/min，小于本系统工进时的流量13.2L/min。

表4-2MK7120A平面磨床液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格

序号

名称

通过流量

额定流量

额定压力

型号

1

过滤器

18

20

6.3

XU-B20×

100

定量叶片泵

YB1-16

3

交流异步电动机

YB90S-4

4

溢流阀

63

YF3-10B

压力表开关

AF6EP30/Y63

6

单向阀

40

16

YAF3

7

三位四通电磁换向阀

13.2

73

34DF3-E4B

8

单向调速阀

QF3-E10B

9

二位三通电磁换向阀

23D-20B

10

液压缸

自行设计

4.2.2确定油箱

油箱容量计算：

本系统属于中低压系统，取经验系数α=5，得油箱容量为：

V=αqp=5×

9.6L=48L

4.2.3确定油管

在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表4-3所列

表4-3各工况实际运动速度、时间和流量

q1=A1qp/（A1-A2）=35.8

q1=13.2

q1=q2A1/A2=38.5

q出=q进A2/A1=17.25

q1=q1A2/A1=6.4

q2=qp=18.56

v1=qp/（A1-A2）=0.003

v2=q1/A2=0.0023

v3=q1/A2=0.0067

表4-4允许流速推荐值

管道

推荐流速/（m/s）

吸油管道

0.5～1.5，一般取1以下

压油管道

3～6，压力高，管道短，粘度小取大值

回油管道

1.5～3

由表4-4可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。

根据表9数值，按表10推荐的管道内允许速度取1m/s。

内径：

d≧

6验算液压系统性能

6.1验算系统压力损失

按选定的液压元件接口尺寸确定管道直径为d=10mm，进、回油管道长度均取为

l=2m；

取油液运动粘度v=0.0001m²

/s，油液密度ρ=0.9174×

kg/m³

。

查得工作

循环中的进回油管道中通过的最大流量q=12.3L/min发生在快退阶段，由此计算得

液流雷诺数：

Re=vd/v=4q/πdv=4×

12.3×

×

10/﹙60×

π×

10）=261.14

由于小于临界雷诺数2300，故可推论出，各工况下的进回油路中的液流均

为层流。

将适用于层流的沿程阻力系数λ=75/Re和管道中液体流苏v=4q/（πd²

）带

入沿程压力损失计算公式得：

Δpλ=4×

75ρνlq/（2πd³

·

d）=1.503×

q

在管道具体结构尚未确定情况下，管道局部压力损失Δpn按一下经验公式计算得：

Δpζ=0.1Δpλ

各工况下的阀类元件的局部压力损失按下式计算得：

Δpv=Δpn（q/qn）²

根据以上三式计算出的各工况下的进回油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失，如表

6-1所列。

将回油路上的压力损失折算到进油路上，可求得总的压力损失，例如快进工况下的总的压

力损失为：

∑Δp=（3.241×

10²

＋1.197×

44.7/95﹚Pa'

=0.3804MPa

压力损失

/MPa

进油管道

Δpλ

0.1029

0.00069

0.0545

Δpζ

0.0111

0.000069

Δpv

0.2101

0.0460

Δp

0.3241

0.1059

表6-1各工况下进油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失

0.0484

0.000348

0.1158

0.00484

0.01158

0.0665

0.6

0.485

0.1197

0.61242

表6-2各工况下回油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失

6.2液压泵工作压力的估算

液压泵在系统快退时的工作压力等于液压缸工作腔压力p1加上进油路上的

压力损失Δp1及回油路上的压力损失Δp2

Pp1=0.8+0.1059+0.61242=1.5MPa

6.3估算系统发热、效率和温升

由平面磨床的工作循环可以看出，本液压系统的进给缸在其工作循环中快速进

退相对工进来说所占时间比例很小，所以系统效率、发热和温升可概略用工进时的

数值来代表。

6.3.1计算系统效率

根据下式可算得工进阶段的回路效率

ηc=p1q1/（pp1qp1+pp2qp2）

=0.067

其中前面已取液压泵的总效率ηp=0.8，现取液压缸的总效率ηcm=0.95，这

可算得本系统的总液压系统效率;

Η=0.067×

0.8×

0.95=0.051

足见工进时液压系统效率极低，这主要是由于溢流损失造成的。

工进工况液压泵的输入功率为

Ppi=pp1qp1/η=﹙0.8×

／60﹚/0.8=196.7W

6.3.2计算系统发热功率

根据系统发热功率公式可算得工进阶段的发热功率：

Ph=Ppi（1-η）=