液压传动系统设计与计算 说明书

1明确液压系统的设计要求

设计卧式双面铣削组合机床的液压系统。机床的加工对象为铸铁变速箱箱体，动作顺序为夹紧缸夹紧——工作台快速趋近工件——工作台进给——工作台快退——夹紧缸松开——原位停止。工作台移动部件的总质量为400kg ，工作台快进行程为 100mm ，快进、快退速度为 3.5m ／min ，工进行程为 200mm ，工进速度为 80～300mm ／min ，轴向工作负载为14000N ，加、减速时间为0.2s 。采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，夹紧缸行程为30mm ，夹紧力为 800N ，夹紧时间为1s 。要求工作台运动平稳，夹紧力可调并保压。

2 负载与运动分析

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：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。

在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。 （1）工作负载F W

Fw=14000

（2）阻力负载f F

阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为f F ，则 静摩擦阻力N G fs F 800fs =⨯=(G=1000N)

动摩擦阻力 N N G fd F 400040001.0fd =⨯=⨯=

（3）惯性负载

最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知加速减速时间为0.2s ，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为3.5m/min ，因此惯性负载可表示为

N

a F 67.116m m =⨯=

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w η=0.9，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示。

表1 液压缸总运动阶段负载表（单位：N ）

3 负载图和速度图的绘制

根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1（a ）所示，所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度==31v v 3.5快进行程L1=100mm 、工进行程L2=200mm 、快退行程L3=300mm ，工进速度=2v 80-300mm/min

快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。

快进 s

s

v L t 7.1605.3101003

1

11=⨯==-

工进 s v L t 150~4060

300

~80200222===

快退 s

s v l t 1.5605.3103003

3

31=⨯==-

根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t ）b 图,速度循环图c 图.

a

b c

在此处键入公式。

4 确定液压系统主要参数

4.1确定液压缸工作压力

由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为16000时宜取3MPa。

表2按负载选择工作压力

表3 各种机械常用的系统工作压力

4.2计算液压缸主要结构参数

根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为

A1=Fmas/P1-0.5P2=16000/3X10^6

则活塞直径为

4.8241==πA D mm

根据经验公式D d 2=，因此活塞杆直径为d=58.3mm ，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D =80mm ，活塞杆直径为d =56mm 。

此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：

242211024.506^10804

m D A -⨯=-⨯⨯=

=π

π

()

242221062.254m d D A -⨯=-=π

根据计算出的液压缸的尺寸，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4所示。

表4 各工况下的主要参数值

5 液压系统方案设计

根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠

5.1确定调速方式及供油形式

由表4可知，该组合机床工作时，要求低速运动平稳行性好，速度负载特性好。由工况图可知，液压缸快进和工进时功率都较小，负载变化也较小，故宜采用调速阀的进油节流调速方式及开式循环系统。为解决钻孔通时滑台突然前冲的问题，回油路上要设置背压阀。

由表4可知，液压系统的工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，采用单个定量液压泵作为油源显然是合适的，因此可采用单泵来供油。单泵泵因结构简单、噪声小、寿命长、成本低、故被采用。如图2

图2

5.2 组成液压系统原理图

3

图3

1双联叶片泵2二位二通电磁阀3背压阀4溢流阀

5调速阀6单向阀8压力继电器9三位五通电液换向阀10滤油器

表5

5.3系统图的原理

1．快进

快进如图3所示，按下启动按钮，电磁铁1YA通电，3YA接通。这时的主油路为：

进油路：泵→→三位五通换向阀（1YA得电）→经过行程阀→液压缸左腔。

回油路：液压缸右腔→三位五通换向阀（1YA得电→油箱2．工进

快进终了时，二位二通电磁阀通电（3YA得电），这时的主油路为：

进油路：泵1 →三位五通换向阀（1YA得电）→调速阀→液压缸左腔。