钻镗两用组合机床液压系统设计

目录一.工况分析.......................................................................................................................二.绘制液压缸的负载图和速度图...................................................................................三.拟订液压系统原理图....................................................................................................四.确定执行元件主要参数...............................................................................................五.确定液压泵的规格和电动机功率及型号................................................................六..验算液压系统性能.......................................................................................................七. 参考书目....................................................................................................................设计一台钻镗两用组合机床的液压系统。

该系统的工作循环时快进→工进→快退→停止。

液压系统的主要参数与性能要求如下：最大切削力18000N，移动部件总重量25000N；最大行程400mm（其中工进行程180mm）；快进、快退的速度为4.5m/min，工进速度应在（20~120）mm/min范围内无级调速；启动换向时间△t＝0.05s，采用水平放置的导轨，静摩擦系数f s ＝0.2；动摩擦系数f d＝0.1。

机械效率取0.9。

一．工况分析液压缸负载主要包括：切削阻力，惯性阻力，重力等，即F= F W+F f+ F m式中：F W——工作负载，对于金属切削机床来说，即为活塞运动方向的切削力F W =18000NF f——导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨F f可由下式求得：）F f=f（G+Fn）G——运动部件重力Fn——垂直于导轨的工作负载，为零f ——导轨摩擦系数，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1Ffs= 25000×0.2=5000 NFfd =25000×0.1=2500 NFm——运动部件速度变化时的惯性负载；Fm= G·Δv/（g·Δt）式中，g——重力加速度；Δt——加速或减速时间，Δt=0.05s；Fm= G·Δv/（g·Δt）=25000×4.5/（9.8×0.05×60）=3826N根据以上分析，计算出液压缸各动作中的负载表1：（单位：N，取η=0.9）m Array表1液压缸负载表二．绘制液压缸的负载图和速度图根据上表数值，绘制出液压缸的负载循环图如图1所示：根据任务书技术参数和设计要求，绘制速度循环图如图2所示：三.拟订液压系统原理图1.确定供油方式：由设计要求可知，工进时负载大速度较低，而快进、快退时负载较小，速度较高。

为节约能源减少发热。

油源宜采用双泵供油或变量泵供油。

选用双泵供油方式，在快进、快退时，双泵同时向系统供油，当转为共进时，大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵单独向系统供油，小泵的供油压力由溢流阀来调定。

若采用限压变量泵叶片泵油源，此油源无溢流损失，一般可不装溢流阀，但有时为了保证液压安全，仍可在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。

现采用压力反馈的限压式变量叶片泵。

2.调速方式的确定在中小型专用机床的液压系统中，进给速度控制一般采用节流阀或调速阀。

根据钻镗类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流阀组成的容积节流调速。

这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点并且调速阀装在回路上，具有承受负切削力的能力。

3.速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳型较差。

若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。

4.换向回路的选择由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面又无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。

5.液压基本回路的组成将已选择的液压回路，组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。

此原理图除应用了回路原有的元件外，又增加了液压顺序阀和单向阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反应。

液压系统原理图如图3所示：图3 液压系统原理图1、滤油器2、双联叶片泵3、外控顺序阀4、单向阀5、溢流阀6、电液换向阀7、单向行程调速阀8、压力继电器9、主液压缸10、二位三通电磁换向阀11、背压阀 12、二位二通换向阀根据原理图中进行简要分析：A、快进过程中个工作元件的工作情况1YA通电，电液换向阀左位工作，大泵→单向阀5→→电液换向阀7→行程阀14→主液压缸无杆腔小泵2→单向阀5→→电液换向阀7→行程阀14→主液压缸无杆腔液压缸有杆腔→电磁阀11→电液换向阀7→单向行程调速阀8→油箱（差动换接）B、工进过程中个工作元件的工作情况3YA通电，切断差动油路，快进行程到位，挡铁压下行程阀8，切断快进油路，3YA通电，切断差动油路，快进转工进，液压系统工作压力升高到溢流阀5调定压力，进油路高压油切断单向阀5 供油路,打开外控顺序阀4，大泵卸荷，接通经背压阀12通油箱油路。

大泵→外控顺序阀4（卸荷阀）→油箱（大泵卸荷）小泵2→→电液换向阀7→单向行程调速阀8→主液压缸无杆腔主液压缸有杆腔→电磁阀11→电液换向阀7→背压阀12→油箱C、快退过程中个工作元件的工作情况1YA断电，2Y A、3Y A、4Y A通电工进结束，液压缸碰上死挡铁，压力升高到压力继电器调定压力，压力继电器发出信息，1YA断电，2Y A、3Y A、4Y A通电大泵→单向阀5→电液换向阀7→电磁阀11→主液压缸有杆腔小泵2→单向阀5→电液换向阀7→电磁阀11→主液压缸有杆腔主液压缸无杆腔→单向行程调速阀8→电液换向阀7→电磁阀13→油箱小泵2→单向行程调速阀8→电液换向阀7→电磁阀13→油箱主液压缸无杆腔快退到位碰行程开关，行程开关发信，6YA通电。

电磁铁动作顺序表如表2所示：表2 电磁铁动作顺序表四．确定执行元件主要参数1．工作压力的确定工作压力可根据负载大小及设备类型来初步确定，见表1，根据工进负载F I=20500N,选P I=4MPa。

为防止加工结束动力头突然前冲, 设回油有背压阀或调速阀，取背压P2=0.8 MPa。

2．确定液压缸的内径D和活塞杆直径d取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍=P1A1- P2A2= A1（P1- P2 A2/ A1）F/m快进速度V=4500mm/min，工进速度V=100mm/min,相差很大,需进行差动换接,取k= A2/ A=0.5,则：1根据液压缸尺寸系列表，取液压缸筒标准值：D=104mm根据液压缸快进快退速度相近，取d/D=0.7，则活塞杆直径d=0.7×104mm=72.8mm，按活塞杆系列表取d=73mm 。

根据已取缸径和活塞竿内径，计算出液压缸实际有效工作面积，无竿腔面积A1和有竿腔面积A2分别为22156.849041mm D A ==π2222745.3812)(41mm d D A =-=π液压缸的实际计算工作压力为：MPa D F P 4.2104.014.3205004422=⨯⨯==π 则实际选取的工作压力P=4MP 满足要求 按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度23min min 1.260104.0100005.0cm v Q =⨯⨯⨯=-由于A>min min v Q ,所以能满足最小稳定速度的要求 3. 计算在各工作阶段液压缸所需的流量min)/(82.184/5.4073.014.34/d 22L v Q =⨯⨯==快进快进πmin)/(084.04/1.0*104.0*104.0*14.34/min 2min L v D Q ===工进工进π min)/(58.74/max 2max L v D Q ==工进工进πmin)/(38.194/5.4*)073.0*073.0104.0*104.0(14.34/)d D 22L v Q =-=-=快退快退（π4. 计算液压缸各运动阶段的压力，流量和功率根据上述所确定的液压缸的内径D 和活塞杆直径d ，以及差动快进时的压力损失时 ΔP=0.5MPa ，工进时的背压力ΔP=0.8MPa 快退时ΔP=0.5MPa ，则可以计算出液压缸各工作阶段的压力，流量和功率。

如表3所示：表3各工况下的主要参数值液压工况图如4所示：五. 确定液压泵的规格和电动机功率及型号1 计算液压泵的压力由于本设计采用双泵供油方式，根据液压系统的工况图，大流量液压泵只需在快进和快退阶段向液压缸供油，因此大流量泵工作压力较低。

小流量液压泵在快速运动和工进时都向液压缸供油，而液压缸在工进时工作压力最大，因此对大流量液压泵和小流量液压泵的工作压力分别进行计算。

根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。

对于调速阀进口节流调速回路，选取进油路上的总压力损失p 0.8MPa ∑∆=，同时考虑到压力继电器的可靠动作要求压力继电器动作压力与最大工作压力的压差为0.5MPa ，则小流量泵的最高工作压力可估算为()P P P P a M p 7.3M 5.08.04.2P P a max 1=++=++=继电器损大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa ，则大流量泵的最高工作压力为：()P P P P P a a M M p 76.15.026.112=+=+=损2．计算液压泵的流量 液压泵的最大流量q 泵应为： Qp ≥K L (∑Q)max式中：Qp----液压泵的最大流量；(∑Q)max----同时动作各液压缸所需流量之和的最大值。