液压仿真大作业

设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。 1）工作循环：快进—工进—快退—停止。

2）工作参数轴向切削力32000N t F =，移动部件总重10000N G =，快进行程

1280mm l =，快进与快退速度4m/min ，工进行程250mm l =，工进速度

0.05m/min ，加、减速时间为0.2s t ∆=，静摩擦系数0.2s f =，动摩擦系数0.1d f =，

动力滑台可在中途停止。 一、负载分析

负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为fs F ，动摩擦力为fd F ，则

0.210000200

0.110000

1000N

f s s N f d d N F f F F f F ==⨯===⨯=

而惯性力

10003/60225N 9.80.2

m u G v F m

t g t ∆∆⨯====∆∆⨯ 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率95.0=m η，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表1。

表1 液压缸各运动阶段负载表

运动阶段 计算公式

总机械负载N F /

启动 m fs F F η/=

2105 加速 m m fd F F F η/)(+= 1321 快进 m fd F F η/=

1053 工进 m fd t F F F η/)(+= 34736 快退

m fd F F η/=

1053

根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（l F -）和速度图（l v -），见图1a 、b 。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液

压活塞退回时的曲线。

a) b)

图1 负载速度图 a ）负载图 b ）速度图

二、液压系统方案设计

1. 确定液压泵类型及调速方式

参考同类组合机床,同时根据本题要求。选用双作用叶片泵双泵供油，同时这是调速阀进油调速的开式回路来满足快进、快退和工进的功能。快进或快退时双泵进行供油，工进时，小泵单独供油，同时利用节流阀调速保证工进速度。整个回路采用溢流阀作定压阀，起安全阀作用。为防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值为MPa p b 8.0 。

2. 选用执行元件

因系统循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等。实现快进快退速度相等,因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积1A 等于有杆腔面积2A 的两倍。

3. 快速运动回路和速度换接回路

根据题目运动方式和要求，采用方案一的快速回路系统，差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。

采用二位二通电磁阀的速度回路，控制由快进转为工进。 与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。 4. 换向回路的选择

本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以采用电磁换向阀的换向回路，采用三位五通阀。

5.组成液压系统绘原理图

将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成

如图2所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点,并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。

图2 组合机床动力滑台液压系统原理图

液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2所示。

表2 电磁铁动作顺序表

1Y 2Y 3Y 快进 + - - 工进 + - + 快退 - + - 停止

-

-

-

三、液压系统的参数计算

（一）液压缸参数计算

1. 初选同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为5

14010Pa p =⨯。

2. 确定液压缸的主要结构尺寸

要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进差动时，并取无杆腔有效面积1A 等于有杆腔有效面积2A 的两倍，即212A A = 。为了防止钻孔钻通时滑台突然失去负载向前冲，在油路上设置背压阀，按表8-2，初,选背压值5810Pa b p =⨯。

由表1可知最大负载为工进阶段的负载34736N F =，按此计算1A 则

322155134736

9.6510m 96.5cm 11401081022

b

F A P P -=

==⨯=-⨯-⨯⨯ 液压缸直径

1

4496.5

11cm A D π

π

⨯=

=

=

由212A A =可知活塞杆直径

0.7070.707117.7cm d D ==⨯=

按GB/T2348——1993将所计算得D 与d 值分别圆整打动相近的标准直径，以便

采用标准的密封装置。圆整后得

12cm D = 8cm d = 按标准直径算出

221212113cm 44A D ππ

==⨯=

222222()(128)62.8cm 44

A D d ππ

=-=⨯-=

按最低工进速度演算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量

min 0.05L/min q =，因工进速度0.05m/min v =为最小速度，则由[1]式（8-11）

3

2min 12

min 0.051010cm 0.0510

q A v ⨯≥==⨯ 上述计算中22

111310cm A cm =≥，满足最低速度的要求。

3. 计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率

根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程中各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时按5810Pa b p =⨯代入，快退时背压按5510Pa b p =⨯代入计算公式和计算结果列于表3中。