液压设计课程1陈雄杰

一台铣削专用机床液压系统，要求其完成的工作循环是：工件夹紧→工作台快进→工作台工进→工作台快退→工件松开。运动部件的重力为25000N，快进、快退速度为5m/min,工进速度为100～1200mm/min，最大行程为400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为18000N，采用平面导轨，其静摩擦系数f=0.2，动摩擦系数f=0.1。夹紧缸的行程为20mm，夹紧力为30000N，夹紧时间为1s。往复运动加、减速时间≤0.2S。1.工况1负载分析计算液压缸工作过程各阶段的负载。1切削负载F(已知)2摩擦负载F机床工作部件对动力滑台的法向力为 F=25000N静摩擦负载  F=F·f=25000×0.2=5000N动摩擦负载  F=F·f=25000×0.1=2500N③惯性负载   F=ma==1062N根据上述计算结果,可得各工作阶段的液压缸负载如9-5所示。表1-1 液压缸各工作阶的负载F工况负载组成负载值工况负载组成负载值启动F=F·f5000工进F=F·fF20500加速F=F·fm3562快退F=F·f2500快进F=F·f2500按表1-1数据可画出负载循环图1-1（a）。根据给定的快进、快退速度及工进时的速度范围可画出速度循环图1-1（b）。⑵确定液压缸主要参数参照同类机床选液压系统工作压力p=4MPa。动力滑台要求快进、快退速度相等，选用单杆液压缸，快进时采用差动联接。此时液压缸无杆腔面积A与有杆腔面积A之比为2，即活塞杆直径d与活塞直径D有d=0.707D的关系。为防止孔钻通后，滑台产生前冲现象，液压缸回油路应有背压p，暂取p=0.6MP。图1-1从负载循环图上可知，工进时有最大负载，按此负载求液压缸尺寸。根据液压缸活塞力平衡关系可知pA=  A式中：——液压缸效率，取。D=0.08619md=0.707D=0.08619×0.707=0.061m将D和d按GB2348-30圆整就近取值D=0.086m=90mm d=0.061m=60mm液压缸的实际有效面积A  A确定了液压缸结构尺寸，就可以计算在各工作阶段中的压力、流量和功率，列表于1-2。依据计算结果画工况如图1-2。表1-2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率工况负载F/N进油腔压力p回油腔压力p输入流量Q/（m输入功率P/kW计算公式快进（差动）启动50001．490————加速35621．30————恒速25000．985(△p=0.3)0．2940．29工进205003．660．60．06890．25快退启动50001．860————加速35622．680．6——恒速25002．280．23550．537⒉拟定基本回路从主机工况知，该液压系统应具有快速运动、换向、速度换接和调压、卸荷等回路。为尽可能提高系统效率，可以选择变量液压泵或双泵供油回路，此例选择双泵供油的油源。⑴选择各基本回路①双泵供油的油源回路双泵油源包括低压大流量泵和高压小流量泵。液压缸快速运动时，双泵供油，工进时，高压小流量泵供油，低压大流量泵卸荷，由溢流阀调定系统工作压力。如图1-3（a）。②快速运动和换向回路这一回路采用液压缸差动联接实现快速运动，用三位五通电液阀实现换向，并能实现快进时，液压缸的差动联接。如图1-3（b）③速度联接回路为提高换接的位置精度，减小液压冲击，应采用行程阀与调速阀并联的转换回路。同时，电液换向阀的换向时间可调，保证换向过程平稳。如图1-3（c）。④卸荷回路在双泵供油的油源回路中，可以利用卸荷阀（外控顺序阀）实现低压大流量泵在工图1-2进和停止时卸荷。⑵将各基本回路纵合成液压系统把上述各基本回路组合画在一起，如图1-4。图1-3图1-43．选择液压元件⑴液压泵和驱动电机双泵供油的两个液压泵的最大工作压力不同，应分别计算。液压缸的最高工作压力为3.66MPa，取进油路压力损失为0.8MPa，压力继电器的动作压力比系统最大工作压力高0.5MPa，据此可知高压小流量泵的最大工作压力为p3.660.80.5=4.96MPa从工况图中，得液压缸快进、快退时的最大压力为2.28MPa。取进油路压力损失为0.5MPa，则低压大流量泵的最大压力为p2.280.5=2.78MPa从工况图可知，两泵同时供油的最大流量为17.64L/min，取泄漏系数k=1.05，则两泵合流时的实际流量为Q1.05×17.64=18.522L/min溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时液压缸的流量为4.1L/min，高压小流量泵的流量应为7.1L/min。根据以上压力和流量数值查产品样本，选定双联叶片泵型号PV2R12-6/26。该液压泵的排量分别为6ml/r和26ml/r，当液压泵转速n=940r/min时，液压泵理论流量为30.08L/min，取液压泵的容积效率，则液压泵的实际输出流量为Q=（626）×940×0.9/1000=5.122=27.1L/min查液压缸工况图可知，液压缸快退时，所需功率最大。液压泵工作压力为2.78MPa，流量为27.1L/min。则驱动电机功率为P=1.7kW式中：——液压泵总效率，取=0.75。查电机手册选Y100L-6型电动机。⑵阀类元件和辅助元件阀类元件和辅助元件按其在油路中的最大压力和该元件的实际流量，选出元件的规格型号见表1-3。表1-3 元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量（L·min）额定流量（L·min）额定压力MPa额定压降MPa型号规格1双联叶片泵—(5.122)17.5—PV2R12-6/26V=(626)ml/r2三位五通电磁阀608016＜0.535DYF3Y-E10B3行程阀506316＜0.3AXQF-E10B(单向行程调速阀)Q=100L/min4调速阀0.50.07~5016—5单向阀6063161.26单向阀256316＜0.2AF3-Ea10B7液控顺序阀256316＜0.3XF3-E10B8背压阀0.56316—YF3-E10B9溢流阀56316—YF3-E10B10单向阀256316＜0.2AF3-Ea10BQ=80L/min11滤油器306316＜0.02XU-J63X8012压力表开关——16—KF3-E3B13单向阀606316＜0.2AF3-Ea10BQ=80L/min-14压力继电器——14—PF-B8L8通径注：此为电动机额定转速n=940r/min时液压泵的实际流量。⑶油管元件之间的连接管道规格按液压元件接口尺寸决定。液压泵选定之后，需重新计算液压缸工作各阶段的进回油流量，见表1-4。表1-4 液压缸的进、出流量快进工进快退输入流量（L·min）Q=(63.5927.1）/(63.59-28.26)=48.81Q4.1Q27.1排出流量（L·min）Q=(28.2948.81)/63.59=21.71Q=(28.260.41)/63.59=0.18Q=(63.5927.1)/28.26=60.98运动速度（m·min）v=(27.110)/(63.59-28.26)=7.67v=(0.4110)/63.59=0.064V=(27.110)/28.26=9.59⑷油箱油箱容量按液压泵的流量计算，取=7。V=Q=7×27.1=189.7按GB2876-81规定，就近选取标准值，V=250L。4、液压油的选择：合理选择液压油，对于延长液压装置的使用寿命，提高工作效率，避免各类液压事故的发生都有重要意义。液压油的选择包括两方面的内容，即品种选择和粘度选择。1.品种选择根据工作环境和工况条件选择液压油的品种在选用液压设备所使用的液压油时，应从工作压力、温度、工作环境、液压系统及元件结构和材质、经济性等几个方面综合考虑和判断。环境因素有：地上、地下、室内、野外、沿海、寒区、高温、明火。使用工况：泵的类型、压力、温度、材质、密封材料、运行时间。油品性质：理化性能特点。经济性：使用时间、换油期、价格。①工作压力主要对液压油的润滑性即抗磨性提出要求。高压系统的液压元件特别是液压泵中处于边界润滑状态的摩擦副，由于正压力加大，速度高而使摩擦磨损条件较为苛刻，必须选择润滑性即抗磨性、极压性优良的HM油。按液压系统和油泵工作压力选用液压油，压力16MPa用L—HM、L—HV液压油。液压系统的工作压力一般以其主油泵额定或最大压力为标志。②工作温度系指液压系统液压油在工作时的温度，其主要对液压油的粘温性和热安定性提出要求，工作温度-10-90℃用L－HH、L－HL、L－HM液压油、低于-10℃用L－HV、L－HS，工作温度>90℃选用优质的L－HM、L－HV、L－HS。环境温度和操作温度一般关系为：液压设备在车间厂房，正常工作温度比环境温度高15－25℃；液压设备在温带室外，高25－38℃；在热带室外日照下，高40－50℃。③工作环境一方面要考虑液压设备工作的环境是室内还是室外，地下或水上，以及是否处于冬夏温差大的寒区、内陆沙漠区等工作环境；另一方面若液压系统靠近300℃以上高温的表面热源或有明火场所，就要选用难燃液压油。按使用温度及压力选择难燃液压油：高温热源或明火附近，压力在7MPa以下、温度14MPa、温度80－100℃用L－HFDR。2.根据设备的类型选择①根据摩擦副的形式及其材料根据摩擦副的形式及其材料。叶片泵的叶片与定子面与油接触在运动中极易磨损，其钢－钢的摩擦副材料，适用于以ZDDP（二烷基二硫代磷酸锌）为抗磨剂的L－HM抗磨液压油；柱塞泵的缸体、配油盘、活塞的摩擦形式与运动形式也适于使用HM抗磨液压油但柱塞泵中有青铜部件，由于此材质部件与ZDDP作用产生腐蚀磨损，故有青铜件的柱塞泵不能使用以ZDDP为添加剂的HM抗磨液压油。同时，选用液压油还要考虑其与液压系统中密封材料相适应。一般叶片泵可选用含锌型抗磨液压油，柱塞泵最好选用无灰型油。叶片泵压力高于15MPa、柱塞泵压力高于30MPa、两种型号泵同时存在的液压系统，应选用符合DenisonHF－0规格的油品。②齿轮泵、叶片泵和柱塞泵是液压系统中主要的泵类型。液压油的润滑性对三大泵类减磨效果的顺序是叶片泵>柱塞泵>齿轮泵。故凡是叶片泵为主油泵的液压系统不管其压力大小选用HM油为好。液压系统的精度越高，要求所选用的液压油清洁度也越高，如对有电液伺服阀的闭环液压系统要求用数控机床液压油，此两种油可分别用高级HM和HV液压油代替。试验表明：三类泵对液压油清洁度要求的顺序是柱塞泵高于齿轮泵与叶片泵，而在对极压性能的要求顺序是齿轮泵高于柱塞泵与叶片泵。根据泵阀类型及液压系统特点选择液压油参照下表。设备类型系统压力系统温度润滑油类型粘度等级叶片泵<7MPa5-40℃HM型液压油32、46>7MPa40－80℃HM型液压油46、68<7MPa5-40℃HM型液压油46、68>7MPa40－80℃HM型液压油68、100螺杆泵－5-40℃HL型液压油32、46－40－80℃HL型液压油46、68齿轮泵－5-40℃HL型液压油，中高压以上时用HM型液压油32、46、68－40－80℃HL型液压油，中高压以上时用HM型液压油100、150径向柱塞泵－5-40℃HL型液压油，中高压以上时用HM型液压油32、46－40－80℃HL型液压油，中高压以上时用HM型液压油68、100、150轴向柱塞泵－5-40℃HL型液压油，中高压以上时用HM型液压油32、46－40－80℃HL型液压油，中高压以上时用HM型液压油68、100、150