双面铣削液压专用铣床液压系统设计

双面铣削液压专用铣床液压系统设计设计一台采用端面铣刀同时双面铣削柴油机连杆大小头平面液压专用铣床的液压系统。该机床采用四个动力头，同时铣削连杆大、小头四个侧面。工件材料为42CrMo，硬度HB200，毛坯类型为模锻件。选用CD型硬质合金可转位铣刀，大铣刀盘直径为360mm，刀齿数为20；小铣刀盘直径为200mm，刀齿数为10。加工余量均为5mm，一次进给，属于粗加工；夹具和工件安装在工作台上，工作台由单活塞杆液压缸驱动，完成进给运动。机床示意图见图。图1.1 柴油机连杆加工铣床示意图1-工作台进给液压缸；2-夹紧液压缸；3-工件；4-小铣削动力头和小刀盘（两台）；5-大铣削动力头和大刀盘（两台）；6-定位液压缸1 明确液压系统设计要求专用铣床的工作循环为：手工上料定位缸定位夹紧缸夹紧定位缸退回工作台快进工作台工进工作台快退夹具松开手工卸料。（1）技术参数（a）工作行程：快进行程S1 = 800mm，工作行程S2 = 750 mm。（b）工作台轴向切削力：工作行程I（0400 mm范围内），Ft1 = 8400N（大小铣刀盘同时铣削）；工作行程II（400750 mm范围内），Ft2 = 3600N（仅小铣刀盘铣削）。（c）垂直于工作台导轨的切削分力：工作行程I，Fn1 = 19000N，工作行程II，Fn2 = 8000N（d）工作台运动部件质量：m = 1361kg（e）工作台快进、快退速度：v1 = v3 =400 mm/min（f）工作台工作速度：v2 = 4080 mm/min可调（g）工作台导轨型式及摩擦系数：平导轨：静摩擦系数fs = 0.2，动摩擦系数fd（h）工作台加速减速时间：t （i）夹紧缸负载力：Fc = 4000N（j）夹紧时间：tc =（12）s（k）夹紧缸行程：Sc = 20 mm（l）定位缸负载力：Fs = 500N（m）定位缸行程：Ss = 100 mm（时间Pi2，按Pi1选择双联叶片泵的驱动电机的功率。（b）电机规格的选择 选择液压泵驱动电机时，除确保足够的功率外还要考虑电机与液压泵的转速匹配和换接方式等方面；可选用Y90L-6型三相异步电动机，其额定功率为1.1kW，额定转速为940r/min。（3）液压阀和其它液压元件的选择各液压阀在系统中的最大工作压力可作为选择各阀压力规格的依据本系统选定63105Pa，通过各阀的实际流量为选择阀流量规格的依据。其它元件也可根据通过该元件的最大流量和最高工作压力来选泽。元件规格型号如表所示。表1.5 液压元件规格明细表序号元件名称实际通过流量（L/min）选用规格型号1双联叶片泵YB1-16/42溢流阀4Y-10B3单向阀16I-25B4液控顺序阀16XY-B25B5液控顺序阀XY-B10B6单向阀8I-10B7三位五通电磁换向阀2035E1-25BY8单向行程调速阀16QCI-25B9二位四通电磁换向阀 124E-10B10单向节流阀 1LI-10B11单向节流阀 1LI-10B12单向阀I-10B13二位四通电磁换向阀24E-10B14单向节流阀LI-10B15压力继电器DP1-63B16滤油器20XU-40100J对于单向行程调速阀QCI-25B的规格，还需验算其最小稳定流量是否能使液压缸获得最低稳定速度。验算方法如下：由液压元件样本或设计手册中查得QCI-25B的最小稳定流量为qmin0.070L/min，则缸的最低稳定速度为：vmin = = 式中A2工作台液压缸有杆腔工作面积。此值小于机床技术参数所规定的工进速度0.04m/min的值，所以满足设计要求。 （4）选择辅助元件（a）油管的计算和选择油管的内径尺寸可以由管路允许流速计算确定，也可参考元件接口尺寸而定。例如工作台液压缸无杆腔端的进油管。在差动连接快进时流量q = 38.4L/min，允许流速按压油管路取v = 4m/s，则油管内经d为d = = 可选作内经为15mm的油管。又例如液压泵的吸油管，q19.24L/min。允许流速取v = 1m/s。仍按上式计算得d = 可选择内径为20mm的油管。定位夹紧油路的管径。可按元件接口尺寸选取。油管的壁厚可用管子材料的强度公式计算： 式中 p液压油的压力；油管材料的许用拉伸应力；d油管的内径；油管的壁厚。对压油管；d = 15mm，p = 25105Pa，选用紫铜管，250105 Pa，= 可取通径为15mm，壁厚为1.5mm的紫铜管（即1518），作为压油管使用。同样的方法可以算出其他油管的壁厚。（b）油箱容量的确定本系统为中压系统，按经验公式计算，油箱容量V为：V = （57）qp。计算得V = 6qp可选用YX-120型油箱（容量为120L）。（c）选择液压油正确选择液压油能保证液压系统的正常工作。本系统是一般金属切削机床液压系统，工作压力属中压泵列。运动部件的速度属中低速，环境温度在-535范围内，可选用中等粘度的油液。如果再要求工进时的低速稳定性，可选粘温特性较好的液压油。因此本例可选用32号或46号抗磨液压油，冷天用32号液压油，热天用46号液压油。6 液压系统性能的验算验算的内容主要是计算管路的压力损失，校核压力阀的调整值和液压泵驱动电机的功率值计算液压回路的效率，系统的热平衡计算等。（1）计算管路的压力损失若计算结果与原估算值相差甚大，则必须进行修正。管路压力损失算出后，可确定液压泵的输出压力及压力阀的调整压力。具体计算时可将液压系统划分为若干条管路，如由液压泵出口经液压阀进液压缸进口，或由液压缸出口经液压阀回油箱。任一条管路的压力损失均可由下式计算ppLprpv式中 p某管路的总的压力损失；pL等经直管的沿程压力损失之总和；pr除阀门之外的各种局部装置的压力损失之总和；pv各阀类元件的压力损失之总和。（a）计算沿程压力损失pL 计算方法是：先用雷诺数判别流态，然后运用相应的压力损失公式进行计算。当然，计算时需要事先知道管路的直径d和长度l，d的计算已经在前面章节中说明，而管长l要在液压的配管装置设计好后才能确定。因此，这里只能假设一个数值后进行粗略计算。（b）计算局部装置的压力损失pr 管路的局部装置是指弯管、变径接头、出入口等。局部装置的压力损失可按下式计算：pr = 式中 局部阻力系数（可由有关设计手册差得）；液体的密度；v液体的平均流速。此项计算也要在配管装置设计好后才能进行。（c）计算各液压阀的局部压力损失pv 阀类元件的局部压力损失可按下式计算：pv = pn（）2式中 pn阀类产品样本上列出的公称流量时的压力损失q液压阀的实际流量；qn液压阀的额定流量。工作台液压缸作快进运动时，油液的流程为 进油路：泵阀7（15.4L/min）液压缸无杆腔；回油路：液压缸有杆腔 阀8的行程阀（15.4L/min）阀7（15.4L/min）阀6液压缸无杆腔。进油路：pv7 = pn（）2 = 2105 （）2 = 21050.785 = 1.57105Pa（由产品样本pn = 2105 Pa）用同样方法可以计算回油路上各阀的压力损失。当分别求得进油路的总压力损失pi和回油路的总压力损失po后，快进时d的总压力损失为p快进pi +popo是回油路上的总压力损失折算成进油路的数值。在本题中po = po 式中 A1工作台液压缸无杆腔工作面积。A2工作台液压缸有杆腔工作面积。用相同的方法也可计算工进和快进阶段的管路总压力损失p。（2）确定压力阀的调整压力如图中的的溢流阀2：其功能是在工进时恒定系统的工作压力，该阀的调整压力值py可由以下方法确定：py = p1+p式中 p1工进（I）时进给液压缸进油腔的压力；p工进（I）时的管路的总压力损失。液压泵的公称压力应该高于溢流阀的调整压力，使液压泵有一定的压力储备，有利于延长的寿命。液压顺序阀5：此阀在快进时关闭，在工进时打开。因此其调整压力应该高于快进时的系统压力而低于工进时的系统压力。本例中顺序阀的调整压力可调在（1719）105Pa之间，也可在现场机床调试时再精确确定压力继电器15：压力继电器的作用是在夹紧缸达到夹紧力设定值时发出信号，由其它发信号时的压力可以调整在系统工作压力的附近，但必须比工作压力小一些。在本例中压力继电器的发信号压力可调在（2022）105Pa之间。（3）验算电机的驱动功率在估算中根据表中所列的数值确定快退时的功率最大值并算出Pi1 = 0.78kW，在估算中管路的压力损失p和液压缸的背压pB。均是取的估算值，现用估算时已用过的公式重新计算电机功率就可得出功率精确值，如数位变化不大，原来选择的电机容量足够，就不必在另行选择。（4）计算回路效率回路效率是液压系统在某一运动阶段液压缸的负载功率与液压泵发出的液压功率比值。本例的工作循环中工进所占的时间最长。按工进（I）计算回路效率：r = = = 0.0301 = 3.01%式中 pL1负载压力，pL1 = = = 16.8105Pa；qL1负载流量，取工进（I）时的最小流量q1 = 0.31L/min。由计算可知，工进时的回路效率很低。如选用变量叶片泵组成容积-节流调速回路。此时由于无溢流损失和节流损失回路效率就能提高。（5）系统热平衡计算与油箱容积的验算系统的发热率；由于液压系统在各运动阶段的液压泵功率和系统总效率不相同，因此要用各阶段的发热量之和除以循环时间才能求出一个工作循环时间内的平均发热率。本例中因为定位缸和夹紧缸消耗的功率很小，可以略去不计；将工作台进给液压缸每一工作阶段的输出功率和工作阶段时间列表如表所示。表1.6 工作台进给液压缸的输入功率和工作阶段时间工作阶段时间 功率 名称 快进工进（I）工进（II）快退上、卸料时间12（s）600（s）525（s）23（s）30（s）液压缸输入功率0.25（kW）0.01（kW）0.006（kW）0.38（kW）0液压缸输出功率0.411（kW）0.288（kW）0.288（kW）0.554（kW）88（kW）回路总效率0注：快进快退时泵的工作压力取pp = （p1+3105）Pa；工进时取pp2（p1+5105）Pa，pp2 = pU 回路总效率 = pzc本例中取泵的效率P = 0.75，缸的效率c = 0.9，回路的效率r近似计算为：r = 式中 Pci缸的输入功率； PPo泵的输出功率。工作循环时间：T = t快进十t工进I+t进工+t快退+t上卸料= 126005252330 = 1190s发热率H = = 式中 T工作循环时间；ti工作循环中各工作阶段的时间；Pi工作循环中各工作阶段的功率i工作循环中各工作阶段的回路总效率系统的散热率：油箱散热率的计算式为：H0CTAT式中 CT油箱散热系数，本例取1610-8（kW/m2.）；A油箱的散热面积（m2）；散热面积近似地用下式计算：A = 0.0652（V为油箱的有效容积（L），取120L）；T允许的系统温升，本例取35；H01610-8由于H0H，所以油箱容量符合要求。（6）绘制正式液压系统原理图通过上述验算表明；所拟定的液压系统原理图是可行的，可以以此原理图为基础经修改完善后，绘制出正式的液压系统原理图。绘制时注意下列几点：（a）液压元件职能符号按国家标准（GB/T786.1-93）；（b）各元件按常态位置绘制；（c）执行元件旁画出工作循环图；（d）绘出测压点的位置并绘出压力表开关；（e）绘出行程开关的位置；（f）绘出电磁铁动作循环表；（g）绘出标题栏，填清各元件的名称、图号、规格及必要的调整值等。绘制的液压系统原理图如图所示。