液压系统工况分析.doc

1、液压系统工况分析摘要：本文首先对液压系统进行工况分析，通过分析计算，绘制速度、负载循环图，初步选定液压缸工作压力，并计算加紧液压缸和工作缸尺寸以及各阶段流经液压缸的流量；其次根据液压系统供油方式、调速方式、速度换接方式以及加紧回路的选择拟定液压系统图，并且对系统工作状态分析；再次通过对流通各元件的的流量的计算，合理选择液压系统元件；最后通过对压力损失和系统升温的验算，对液压系统进行性能分析，达到要求。关键词：工况分析；液压系统原理图；液压泵；液压阀；压力损失Abstract：According to the requirements of the mission statement title

2、, the first condition of the hydraulic system analysis, through analysis and calculation, rendering speed, duty cycle graph, the initial selection of hydraulic cylinders working pressure, and calculated to intensify the work of hydraulic cylinders and cylinder size and flow of the various stages The

3、 hydraulic cylinder of the flow; second oil hydraulic system according to mode, speed mode, the speed-for-access approach and the choice of stepping up the development of hydraulic system circuit diagram and working status of the system; once again flow through various components of the flow Calcula

4、tion , a reasonable choice of hydraulic system components; last through the pressure loss and temperature of the checking system, hydraulic system performance analysis, meet the requirements.Key words: Engineering Analysis; hydraulic system diagram; hydraulic pump; hydraulic valve; pressure loss目 录1

5、 序 言2 设 计 的 技 术 要 求 和 设 计 参 数3 工 况 分 析3.1 确 定 执 行 元 件3.2 分 析 系 统 工 况3.3 负 载 循 环 图 和 速 度 循 环 图 的 绘 制3.4 确 定 系 统 的 主 要 参 数3.4.1 液 压 缸 的 设 计3.4.2 计 算 液 压 缸 工 作 循 环 各 阶 段 的 压 力 、 流 量 和 功 率3.5 拟 定 液 压 系 统 原 理 图3.5.1 确 定 液 压 传 动 系 统 的 类 型3.5.2 速 度 控 制 回 路 的 选 择3.5.3 换 向 和 速 度 换 接 回 路 的 选 择3.5.4 油 源 的 选 择

6、和 能 耗 控 制3.5.5 压 力 控 制 回 路 的 选 择3.6 液 压 元 件 的 选 择3.6.1 确 定 液 压 泵 和 电 机 规 格3.6.2 阀 类 元 件 和 辅 助 元 件 的 选 择3.6.3 油 管 的 选 择3.6.4 油 箱 的 设 计3.7 液 压 系 统 性 能 的 验 算3.7.1 估 算 系 统 的 效 率3.7.2 系 统 发 热 和 温 升 验 算3.8 液 压 元 件 的 清 洗3.9 常 见 故 障 及 排 除 方 法 1 序 言液 压 传 动 相 对 于 机 械 传 动 来 说 是 一 门 新 技 术 ， 液 压 传 动 系 统 由 液 压 泵

7、、 阀 、执 行 器 及 辅 助 件 等 液 压 元 件 组 成 。 液 压 传 动 原 理 是 把 液 压 泵 或 原 动 机 的 机 械 能转 变 为 液 压 能 ， 然 后 通 过 控 制 、 调 节 阀 和 液 压 执 行 器 ， 把 液 压 能 转 变 为 机 械 能 ，以 驱 动 工 作 机 构 完 成 所 需 求 的 各 种 动 作 。液 压 传 动 技 术 是 机 械 设 备 中 发 展 速 度 最 快 的 技 术 之 一 ， 其 发 展 速 度 仅 次 于 电子 技 术 ， 特 别 是 近 年 来 液 压 与 微 电 子 、 计 算 机 技 术 相 结 合 ， 使 液 压 技

8、 术 的 发 展进 入 了 一 个 新 的 阶 段 。 从 70 年 代 开 始 ， 电 子 学 和 计 算 机 进 入 了 液 压 技 术 领 域 ，并 获 得 了 重 大 的 效 益 。 例 如 在 产 品 设 计 、 制 造 和 测 试 方 面 ， 通 过 利 用 计 算 机 辅助 设 计 进 行 液 压 系 统 和 元 件 的 设 计 计 算 、 性 能 仿 真 、 自 动 绘 图 以 及 数 据 的 采 取和 处 理 ， 可 提 高 液 压 产 品 的 质 量 、 降 低 成 本 并 大 大 提 高 交 货 周 期 。 总 之 ， 液 压技 术 在 与 微 电 子 技 术 紧 密 结

9、 合 后 ， 在 微 计 算 机 或 微 处 理 器 的 控 制 下 ， 可 以 进 一步 拓 宽 它 的 应 用 领 域 ， 使 得 液 压 传 动 技 术 发 展 成 为 包 括 传 动 、 控 制 、 检 测 在 内的 一 门 完 整 的 自 动 化 技 术 ， 使 它 在 国 民 经 济 的 各 方 面 都 得 到 了 应 用 。作 为 一 种 高 效 率 的 专 用 机 床 ， 组 合 机 床 在 大 批 、 大 量 机 械 加 工 生 产 中 应 用 广泛 。 本 次 课 程 设 计 将 以 组 合 机 床 动 力 滑 台 液 压 系 统 设 计 为 例 ， 介 绍 该 组 合 机

10、 床液 压 系 统 的 设 计 方 法 和 设 计 步 骤 ， 其 中 包 括 组 合 机 床 动 力 滑 台 液 压 系 统 的 工 况分 析 、 主 要 参 数 确 定 、 液 压 系 统 原 理 图 的 拟 定 、 液 压 元 件 的 选 择 以 及 系 统 性 能验 算 等 。组 合 机 床 是 以 通 用 部 件 为 基 础 ， 配 以 按 工 件 特 定 外 形 和 加 工 工 艺 设 计 的 专 用部 件 和 夹 具 而 组 成 的 半 自 动 或 自 动 专 用 机 床 。 组 合 机 床 通 常 采 用 多 轴 、 多 刀 、多 面 、 多 工 位 同 时 加 工 的 方 式

11、 ， 能 完 成 钻 、 扩 、 铰 、 镗 孔 、 攻 丝 、 车 、 铣 、 磨削 及 其 他 精 加 工 工 序 ， 生 产 效 率 比 通 用 机 床 高 几 倍 至 几 十 倍 。 组 合 机 床 通常 采 用 多 轴 、 多 刀 、 多 面 、 多 工 位 同 时 加 工 的 方 式 ， 能 完 成 钻 、 扩 、 铰 、 镗 孔 、攻 丝 、 车 、 铣 、 磨 削 及 其 他 精 加 工 工 序 ， 生 产 效 率 比 通 用 机 床 高 几 倍 至 几 十倍 液 压 系 统 由 于 具 有 结 构 简 单 、 动 作 灵 活 、 操 作 方 便 、 调 速 范 围 大 、 可

12、 无 级 连读 调 节 等 优 点 ， 在 组 合 机 床 中 得 到 了 广 泛 应 用 。液 压 系 统 在 组 合 机 床 上 主 要 是 用 于 实 现 工 作 台 的 直 线 运 动 和 回 转 运 动 ，如 图 1所 示 ， 如 果 动 力 滑 台 要 实 现 二 次 进 给 ， 则 动 力 滑 台 要 完 成 的 动 作 循 环 通 常包 括 ： 原 位 停 止 快 进 I工 进 II工 进 死 挡 停 留 快 退 原 位 停 止 。2.设 计 的 技 术 要 求 和 设 计 参 数工 作 循 环 ： 快 进 工 进 快 退 停 止 ；系 统 设 计 参 数 如 表 1 所 示

13、， 动 力 滑 台 采 用 平 面 导 轨 ， 其 静 、 动 摩 擦 系 数 分别 为 fs = 0.2、 fd = 0.1。表 1 设 计 参 数参 数 数 值切 削 阻 力 （ N） 15000滑 台 自 重 (N) 22000快 进 、 快 退 速 度 (m/min) 5工 进 速 度 (mm/min) 100最 大 行 程 (mm) 350工 进 行 程 (mm) 200启 动 换 向 时 间 （ s） 0.1液 压 缸 机 械 效 率 0.93.工 况 分 析3.1 确 定 执 行 元 件金 属 切 削 机 床 的 工 作 特 点 要 求 液 压 系 统 完 成 的 主 要 是 直

14、 线 运 动 ， 因 此 液 压 系统 的 执 行 元 件 确 定 为 液 压 缸 。3.2 分 析 系 统 工 况在 对 液 压 系 统 进 行 工 况 分 析 时 ， 本 设 计 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 以 忽 略 。（ 1） 工 作 负 载 Fw工 作 负 载 是 在 工 作 过 程 中 由 于 机 器 特 定 的 工 作 情 况 而 产 生 的 负 载 ， 即 沿 液 压缸 轴 线 方 向 的 力 为 工 作 负 载 ， 即=15000N（ 2） 惯 性

15、 负 载 Fm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 减 速 时 间 为 0.1s， 工 作台 最 大 移 动 速 度 ， 即 快 进 、 快 退 速 度 为 5m/min， 因 此 惯 性 负 载 可 以 表 示 为201879.86.mvFNt（ 3） 阻 力 负 载阻 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 。静 摩 擦 阻

16、 力 Ffj = fjN= N0.240fs动 摩 擦 阻 力 Ffd= fdN = N1d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 2 所 示 。表 2 液 压 缸 在 各 工 作 阶 段 的 负 载 （ 单 位 ： N）工 况 负 载 组 成 负 载 值 F液 压 缸 推 力注 ： 此 处未 考 虑 滑台 上 的 颠覆 力 矩 的影 响 。3.3 负 载循 环 图 和速 度 循 环图 的 绘 制根 据 表 2 中 计 算 结 果 ， 绘 制 组 合 机 床 动

17、 力 滑 台 液 压 系 统 的 负 载 循 环 图 如 图 2所 示 。图 2 组 合 机 床 动 力 滑 台 液 压 系 统 负 载 循 环 图图 2 表 明 ， 当 组 合 机 床 动 力 滑 台 处 于 工 作 进 给 状 态 时 ， 负 载 力 最 大 为19111N， 其 他 工 况 下 负 载 力 相 对 较 小 。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 m/min、 快 进 行 程135mm、 工 进 行 程 mm、 快 退 行 程 mm，

18、工 进 速135021l20l 350l度 mm/min。 根 据 上 述 已 知 数 据 绘 制 组 合 机 床 动 力 滑 台 液 压 系 统 的 速 度循 环 图 如 图 3 所 示 。=F/m起 动 =Ffs4400 N 4889 N加 速 = +fdm4071 N 4523 N快 进 = f 2200 N 2444 N工 进 = +Ffdt17200 N 19111 N反 向 起动= fs4400 N 4889 N加 速 = +fdm4071 N 4523 N快 退 =Ff 2200 N 2444 N图 3 组 合 机 床 液 压 系 统 速 度 循 环 图3.4 确定系统的主要参数

19、3.4.1 液压缸的设计液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。液压缸在液压系统中的作用是将液压能转变成机械能，使机械实现直线往复运动或小于 360o的往复摆动运动。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。1.液 压 缸 常 用 类 型随 着 液 压 技 术 的 飞 速 发 展 和 普 遍 应 用 ， 液 压 缸 的 类 型 也 逐 渐 繁 多 。 液 压 缸 可分 为 推 力 液 压 缸 和 摆 动 液 压 缸 ， 推 力 液 压 缸 又 可 以 分 为 活 塞 缸 、 柱 塞 缸 两 类 ，活 塞 缸 和 柱 塞 缸 的 输 入 为

20、压 力 和 流 量 ， 输 出 为 推 力 和 速 度 。 本 设 计 课 题 为 组 合机 床 液 压 机 ， 专 门 传 递 推 力 ， 属 于 中 压 缸 。 柱 塞 缸 只 能 实 现 一 个 方 向 的 运 动 ，反 向 运 动 要 靠 外 力 。 通 常 成 对 反 向 布 置 使 用 ， 这 种 液 压 缸 中 的 柱 塞 和 缸 筒 不 接触 ， 运 动 时 由 缸 盖 上 的 导 向 套 来 导 向 ， 不 但 结 构 复 杂 ， 而 且 动 作 不 够 灵 敏 ， 不能 满 足 本 设 计 的 要 求 ； 双 作 用 单 活 塞 杆 液 压 缸 结 构 简 单 ， 制 造

21、便 宜 ， 容 易 操 作 ，安 装 面 积 小 ， 可 以 满 足 力 和 运 动 的 要 求 。 综 上 所 述 ， 液 压 缸 选 用 单 作 用 活 塞 缸 。双 作 用 单 活 塞 杆 液 压 缸 的 活 塞 、 活 塞 杆 和 导 向 套 上 都 装 有 密 封 圈 ， 因 而 液 压 缸被 分 隔 为 两 个 互 不 相 通 的 油 管 ， 当 活 塞 腔 通 入 高 压 油 而 活 塞 杆 腔 回 油 时 可 实 现工 作 进 程 ， 当 从 反 方 向 进 油 和 回 油 时 可 实 现 快 速 回 程 。2. 初 选 液 压 缸 的 工 作 压 力所 设 计 的 动 力 滑

22、 台 在 工 进 时 负 载 最 大 ， 其 值 为 19111N， 其 它 工 况 时 的负 载 都 相 对 较 低 ， 参 考 第 2 章 表 3 和 表 4 按 照 负 载 大 小 或 按 照 液 压 系 统 应 用场 合 来 选 择 工 作 压 力 的 方 法 ， 初 选 液 压 缸 的 工 作 压 力 p1=3MPa。3. 确 定 液 压 缸 的 主 要 尺 寸由 于 工 作 进 给 速 度 与 快 速 运 动 速 度 差 别 较 大 ， 且 快 进 、 快 退 速 度 要 求 相 等 ，从 降 低 总 流 量 需 求 考 虑 ， 应 确 定 采 用 单 杆 双 作 用 液 压 缸

23、的 差 动 连 接 方 式 。 通常 利 用 差 动 液 压 缸 活 塞 杆 较 粗 、 可 以 在 活 塞 杆 中 设 置 通 油 孔 的 有 利 条 件 ， 最 好采 用 活 塞 杆 固 定 ， 而 液 压 缸 缸 体 随 滑 台 运 动 的 常 用 典 型 安 装 形 式 。 这 种 情 况 下 ，应 把 液 压 缸 设 计 成 无 杆 腔 工 作 面 积 是 有 杆 腔 工 作 面 积 两 倍 的 形 式 ， 即1A2A活 塞 杆 直 径 d 与 缸 筒 直 径 D 呈 d = 0.707D 的 关 系 。工 进 过 程 中 ， 当 孔 被 钻 通 时 ， 由 于 负 载 突 然 消

24、失 ， 液 压 缸 有 可 能 会 发 生 前 冲的 现 象 ， 因 此 液 压 缸 的 回 油 腔 应 设 置 一 定 的 背 压 (通 过 设 置 背 压 阀 的 方 式 )，选 取 此 背 压 值 为 p2=0.8MPa。工 进 时 液 压 缸 的 推 力 计 算 公 式 为，1212/ (/)mFApAp式 中 ： F 负 载 力m液 压 缸 机 械 效 率A1液 压 缸 无 杆 腔 的 有 效 作 用 面 积A2液 压 缸 有 杆 腔 的 有 效 作 用 面 积p1液 压 缸 无 杆 腔 压 力p2液 压 有 无 杆 腔 压 力因 此 ， 根 据 已 知 参 数 ， 液 压 缸 无

25、杆 腔 的 有 效 作 用 面 积 可 计 算 为26211 5.7310)8.3(9)() cmpFAm液 压 缸 缸 筒 直 径 为 cD.95741根 据 无 杆 腔 面 积 和 有 杆 腔 面 积 的 关 系 式 ， 即 缸 筒 和 活 塞 杆 直 径 之21A间 的 关 系 d = 0.707D， 可 求 得 液 压 缸 活 塞 杆 直 径 为 d=0.707 9.68=6.84cm,根 据 GB/T2348-1993， 将 液 压 缸 的 内 径 和 活 塞 杆 直 径 分 别 圆 整 到 相 近 的 标 准 值为 ： D=100mm， d=80mm。根 据 圆 整 后 的 液 压

26、 缸 内 径 和 活 塞 杆 直 径 ， 可 得 液 压 缸 无 杆 腔 面 积 和 有 杆 腔 的实 际 有 效 工 作 面 积 分 别 为 2221 5.78410cmDA2 3.)()(d3.4.2 计 算 液 压 缸 工 作 循 环 各 阶 段 的 压 力 、 流 量 和 功 率根 据 液 压 缸 的 负 载 循 环 图 和 速 度 循 环 图 及 液 压 缸 的 有 效 工 作 面 积 ， 可 以 计算 出 液 压 缸 在 工 作 循 环 各 个 阶 段 的 压 力 、 流 量 和 功 率 。 当 液 压 缸 做 差 动 连 接 快进 时 ， 由 于 管 路 中 有 压 力 损 失

27、， 液 压 缸 有 杆 腔 中 的 压 力 必 须 大 于 无 杆 腔 中 的压 力 ， 此 处 选 管 路 压 力 损 失 ， 则 有 杆 腔 压 力 为aMPp5.0。 液 压 缸 工 进 时 回 油 腔 中 的 背 压 ,快 退 时 回 油5.0112pp aMPp8.02腔 中 的 背 压 。aP 液 压 缸 差 动 连 接 快 进 时 ， 其 无 杆 腔 进 油 压 力 、 输 入 流 量 、 输 入 功 率 和 有 杆 腔压 力 分 别 为 aPApF64.01)45.78(3221 min/08.25 /8.60)( 3L smVqaaMp14.)5.04.(12 工 进 阶 段

28、 液 压 缸 的 进 油 压 力 、 输 入 流 量 、 输 入 功 率 和 有 杆 腔 压 力 分 别 为aa aPPAFp72.1072. .803.296 46min/85.0/8.313634Lssvq KWWqpP 036.58.3108.372. 661 aMPp2 液 压 缸 快 退 时 无 杆 腔 压 力 、 输 入 流 量 、 输 入 功 率 和 有 杆 腔 压 力 分 别 为aaAFp25.1025. 103.8.7464min/16./6/38343421 Lssmvq KWpP50106aMPp5根 据 上 述 液 压 缸 各 个 工 作 阶 段 的 压 力 、 流 量

29、 和 功 率 的 计 算 结 果 ， 可 绘 制 出 液 压缸 的 工 况 图 ， 如 图 4 所 示 。图 4 液 压 系 统 工 况 图3.5 拟 定 液 压 系 统 原 理 图液 压 传 动 系 统 的 草 图 是 从 液 压 系 统 的 工 作 原 理 和 结 构 组 成 上 来 具 体 体 现 设 计任 务 所 提 出 的 各 项 要 求 ， 它 包 括 三 项 内 容 ： 确 定 液 压 传 动 系 统 的 类 型 、 选 择 液压 回 路 和 组 成 液 压 系 统 。 确 定 液 压 传 动 系 统 的 类 型 就 是 在 根 据 课 题 提 供 的 要 求下 ， 参 照 立

30、式 组 合 机 床 液 压 系 统 的 具 体 特 点 ， 选 择 适 合 的 系 统 类 型 。 选 择 液 压回 路 就 是 在 根 据 课 题 提 供 的 要 求 和 液 压 传 动 系 统 具 体 运 动 特 点 ， 选 择 适 合 本 课题 的 液 压 回 路 。 组 成 液 压 系 统 就 是 在 确 定 各 个 液 压 回 路 的 基 础 上 ， 将 各 个 液 压回 路 综 合 在 一 起 ， 根 据 课 题 的 实 际 要 求 ， 对 液 压 系 统 草 图 进 行 适 当 的 调 整 和 改进 ， 最 终 形 成 一 个 合 理 有 效 、 符 合 课 题 设 计 要 求

31、的 液 压 传 动 系 统 原 理 图 。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 。3.5.1 确

32、定 液 压 传 动 系 统 的 类 型液 压 传 动 系 统 的 类 型 究 竟 采 用 开 式 还 是 采 用 闭 式 ， 主 要 取 决 于 它 的 调 速 方 式和 散 热 要 求 。 一 般 的 设 计 ， 凡 具 备 较 大 空 间 可 以 存 放 油 箱 且 不 另 设 置 散 热 装 置的 系 统 ， 要 求 尽 可 能 简 单 的 系 统 ， 或 采 用 节 流 调 速 或 容 积 -节 流 调 速 的 系统 ， 都 宜 采 用 开 式 。 在 开 式 回 路 中 ， 液 压 泵 从 油 箱 吸 油 ， 把 压 力 油 输 送 给 执 行元 件 ， 执 行 元 件 排 出 的

33、油 则 直 接 流 回 油 箱 。 开 式 回 路 结 构 简 单 ， 油 液 能 得 到 较好 的 冷 却 ， 但 油 箱 的 尺 寸 大 ， 空 气 和 赃 物 易 进 入 回 路 ； 凡 容 许 采 用 辅 助 泵 进 行补 油 并 通 过 换 油 来 达 到 冷 却 目 的 的 系 统 ， 对 工 作 稳 定 和 效 率 有 较 高 要 求 的 系 统 ，或 采 用 容 积 调 速 的 系 统 都 宜 采 用 闭 式 。 在 闭 式 回 路 中 ， 液 压 泵 的 排 油 管 直 接 与执 行 元 件 的 进 油 管 相 连 ， 执 行 元 件 的 回 油 管 直 接 与 液 压 泵

34、的 吸 油 管 相 连 ， 两 者形 成 封 闭 的 环 状 回 路 。 闭 式 回 路 的 特 点 是 双 向 液 压 泵 直 接 控 制 液 压 缸 的 换 向 ，不 需 要 换 向 阀 及 其 控 制 回 路 ， 液 压 元 件 显 著 减 少 ， 液 压 系 统 简 单 ， 用 油 不 多 而且 动 作 迅 速 ， 但 闭 式 回 路 也 有 其 缺 点 ， 就 是 回 路 的 散 热 条 件 较 差 ， 并 且 所 用 的双 向 液 压 泵 比 较 复 杂 而 且 系 统 要 增 设 补 、 排 油 装 置 ， 成 本 较 高 ， 故 应 用 还 不 普遍 。本 课 题 设 计 的

35、液 压 传 动 系 统 类 型 采 用 开 式 液 压 系 统 ， 系 统 的 结 构 简 单 。3.5.2 速 度 控 制 回 路 的 选 择工 况 图 4 表 明 ， 所 设 计 组 合 机 床 液 压 系 统 在 整 个 工 作 循 环 过 程 中 所需 要 的 功 率 较 小 ， 系 统 的 效 率 和 发 热 问 题 并 不 突 出 ， 因 此 考 虑 采 用 节 流 调 速 回路 即 可 。 虽 然 节 流 调 速 回 路 效 率 低 ， 但 适 合 于 小 功 率 场 合 ， 而 且 结 构 简 单 、 成本 低 。 该 机 床 的 进 给 运 动 要 求 有 较 好 的 低 速

36、 稳 定 性 和 速 度 -负 载 特 性 ， 因 此有 三 种 速 度 控 制 方 案 可 以 选 择 ， 即 进 口 节 流 调 速 、 出 口 节 流 调 速 、 限 压 式 变 量泵 加 调 速 阀 的 容 积 节 流 调 速 。 钻 镗 加 工 属 于 连 续 切 削 加 工 ， 加 工 过 程 中 切 削 力变 化 不 大 ， 因 此 钻 削 过 程 中 负 载 变 化 不 大 ， 采 用 节 流 阀 的 节 流 调 速 回 路 即 可 。但 由 于 在 钻 头 钻 入 铸 件 表 面 及 孔 被 钻 通 时 的 瞬 间 ， 存 在 负 载 突 变 的 可 能 ， 因 此考 虑 在

37、 工 作 进 给 过 程 中 采 用 具 有 压 差 补 偿 的 进 口 调 速 阀 的 调 速 方 式 ， 且 在 回 油路 上 设 置 背 压 阀 。 由 于 选 定 了 节 流 调 速 方 案 ， 所 以 油 路 采 用 开 式 循 环 回 路 ， 以提 高 散 热 效 率 ， 防 止 油 液 温 升 过 高 。3.5.3 换 向 回 路 和 速 度 换 接 回 路 的 选 择所 设 计 多 轴 钻 床 液 压 系 统 对 换 向 平 稳 性 的 要 求 不 高 ， 流 量 不 大 ， 压 力 不 高 ，所 以 选 用 价 格 较 低 的 电 磁 换 向 阀 控 制 换 向 回 路 即

38、可 。 为 便 于 实 现 差 动 连 接 ， 选用 三 位 五 通 电 液 动 换 向 阀 。 由 前 述 计 算 可 知 ， 当 工 作 台 从 快 进 转 为 工 进 时 ， 进入 液 压 缸 的 流 量 由 25.08L/min 降 为 0.785 L/min， 可 选 二 位 二 通 行 程 换 向 阀来 进 行 速 度 换 接 ， 以 减 少 速 度 换 接 过 程 中 的 液 压 冲 击 。 由 于 工 作 压 力 较 低 ， 控制 阀 均 用 普 通 滑 阀 式 结 构 即 可 。 由 工 进 转 为 快 退 时 ， 在 回 路 上 并 联 了 一 个 单 向阀 以 实 现 速

39、 度 换 接 。 为 了 控 制 轴 向 加 工 尺 寸 ， 提 高 换 向 位 置 精 度 ， 采 用 死 挡 块加 压 力 继 电 器 的 行 程 终 点 转 换 控 制 。3.5.4 油 源 的 选 择 和 能 耗 控 制本 设 计 多 轴 钻 床 液 压 系 统 的 供 油 工 况 主 要 为 快 进 、 快 退 时 的 低 压 大 流量 供 油 和 工 进 时 的 高 压 小 流 量 供 油 两 种 工 况 ， 若 采 用 单 个 定 量 泵 供 油 ， 显 然 系统 的 功 率 损 失 大 、 效 率 低 。 在 液 压 系 统 的 流 量 、 方 向 和 压 力 等 关 键 参

40、数 确 定 后 ，还 要 考 虑 能 耗 控 制 ， 用 尽 量 少 的 能 量 来 完 成 系 统 的 动 作 要 求 ， 以 达 到 节 能 和 降低 生 产 成 本 的 目 的 。在 图 4 工 况 图 的 一 个 工 作 循 环 内 ， 液 压 缸 在 快 进 和 快 退 行 程 中 要 求 油 源 以低 压 大 流 量 供 油 ， 工 进 行 程 中 油 源 以 高 压 小 流 量 供 油 。 其 中 最 大 流 量 与 最 小 流量 之 比 32， 而 快 进 和 快 退 所 需 的 时 间 与 工 进 所 需785.0/2/minaxq 1t的 时 间 分 别 为 ：2t13(/

41、)/(610)/(5)(6035)/(0)lls6s22(/)()/(.1)2tl上 述 数 据 表 明 ， 在 一 个 工 作 循 环 中 ， 液 压 油 源 在 大 部 分 时 间 都 处 于 高 压 小 流量 供 油 状 态 ， 只 有 小 部 分 时 间 工 作 在 低 压 大 流 量 供 油 状 态 。 从 提 高 系 统 效 率 、节 省 能 量 角 度 来 看 ， 如 果 选 用 单 个 定 量 泵 作 为 整 个 系 统 的 油 源 ， 液 压 系 统 会 长时 间 处 于 大 流 量 溢 流 状 态 ， 从 而 造 成 能 量 的 大 量 损 失 ， 这 样 的 设 计 显

42、然 是 不 合理 的 。如 果 采 用 一 个 大 流 量 定 量 泵 和 一 个 小 流 量 定 量 泵 双 泵 串 联 的 供 油 方 式 ， 由 双联 泵 组 成 的 油 源 在 工 进 和 快 进 过 程 中 所 输 出 的 流 量 是 不 同 的 ， 工 进 时 ， 大 泵 卸荷 ， 大 泵 出 口 供 油 压 力 几 近 于 零 。除 采 用 双 联 泵 作 为 油 源 外 ， 也 可 选 用 限 压 式 变 量 泵 作 油 源 。 但 限 压 式 变量 泵 结 构 复 杂 、 成 本 高 ， 且 流 量 突 变 时 液 压 冲 击 较 大 ， 工 作 平 稳 性 差 ， 最 后

43、确定 选 用 双 联 液 压 泵 供 油 方 案 ， 有 利 于 降 低 能 耗 和 生 产 成 本 ， 如 图 6 所 示 。图 5 双 泵 供 油 油 源3.5.5 压 力 控 制 回 路 的 选 择由 于 采 用 双 泵 供 油 回 路 ， 故 采 用 液 控 顺 序 阀 实 现 低 压 大 流 量 泵 卸 荷 ， 用 溢 流阀 调 整 高 压 小 流 量 泵 的 供 油 压 力 。 为 了 便 于 观 察 和 调 整 压 力 ， 在 液 压 泵 的 出 口处 、 背 压 阀 和 液 压 缸 无 杆 腔 进 口 处 设 测 压 点 。将 上 述 所 选 定 的 液 压 回 路 进 行 整

44、 理 归 并 ， 并 根 据 需 要 作 必 要 的 修 改 和 调 整 ，最 后 画 出 液 压 系 统 原 理 图 如 图 7 所 示 。为 了 解 决 滑 台 快 进 时 回 油 路 接 通 油 箱 ， 无 法 实 现 液 压 缸 差 动 连 接 的 问 题 ， 必须 在 回 油 路 上 串 接 一 个 液 控 顺 序 阀 8， 以 阻 止 油 液 在 快 进 阶 段 返 回 油 箱 。 同时 阀 7 起 背 压 阀 的 作 用 。考 虑 到 这 台 机 床 用 于 钻 孔 （ 通 孔 与 不 通 孔 ） 加 工 ， 对 位 置 定 位 精 度 要 求 较 高 ，图 中 增 设 了 一

45、个 压 力 继 电 器 16。 当 滑 台 碰 上 死 挡 块 后 ， 系 统 压 力 升 高 ， 压 力继 电 器 发 出 快 退 信 号 ， 操 纵 电 液 换 向 阀 换 向 。在 进 油 路 上 设 有 压 力 表 开 关 和 压 力 表 ， 钻 孔 行 程 终 点 定 位 精 度 不 高 ， 采 用行 行 程 开 关 控 制 即 可 。图 6 液 压 系 统 原 理 图（ 1） 快 进进 油 路 ： 滤 油 器 1 双 联 叶 片 泵 2 单 向 阀 3 管 路 5 电 液 动 换 向 阀 6 的P 口 到 A 口 管 路 11、 12 行 程 阀 18 管 路 19 液 压 缸 2

46、0 左 腔回 油 路 ： 液 压 缸 20 右 腔 管 路 21 电 液 动 换 向 阀 6 的 B 口 到 T 口 油 路9 单 向 阀 10 油 路 12 行 程 阀 18 管 路 19 液 压 缸 20 左 腔（ 2） 第 一 次 工 进进 油 路 ： 滤 油 器 1 双 联 叶 片 泵 2 单 向 阀 3 电 液 动 换 向 阀 6 的 P 口 到 A口 油 路 11 调 速 阀 13 电 磁 换 向 阀 15 油 路 19 液 压 缸 20 左 腔回 油 路 ： 液 压 缸 20 右 腔 油 路 21 电 液 动 换 向 阀 6 的 B 口 到 T 口 管 路9 顺 序 阀 8 背

47、压 阀 7 油 箱（ 3） 第 二 次 工 进进 油 路 ： 滤 油 器 1 双 联 叶 片 泵 2 单 向 阀 3 电 液 动 换 向 阀 6 的 P 口 到 A口 油 路 11 调 速 阀 13 调 速 阀 14 油 路 19 液 压 缸 20 左 腔回 油 路 ： 液 压 缸 20 右 腔 油 路 21 电 液 动 换 向 阀 6 的 B 口 到 T 口 管 路9 顺 序 阀 8 背 压 阀 7 油 箱（ 4） 快 退进 油 路 ： 滤 油 器 1 双 联 叶 片 泵 2 单 向 阀 3 油 路 5 电 液 动 换 向 阀 6 的P 口 到 B 口 油 路 21 液 压 缸 20 右 腔

48、回 油 路 ： 缸 20 左 腔 油 路 19 单 向 阀 17 油 路 12 电 液 动 换 向 阀 6 的 A口 到 T 口 油 箱3.6 液 压 元 件 的 选 择本 设 计 所 使 用 液 压 元 件 均 为 标 准 液 压 元 件 ， 因 此 只 需 确 定 各 液 压 元 件 的 主 要 参数 和 规 格 ， 然 后 根 据 现 有 的 液 压 元 件 产 品 进 行 选 择 即 可 。3.6.1 确 定 液 压 泵 和 电 机 规 格（ 1） 计 算 液 压 泵 的 最 大 工 作 压 力由 于 本 设 计 采 用 双 泵 供 油 方 式 ， 根 据 图 4 液 压 系 统 的

49、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 。 此 时 缸 的 输 入 流 量 较 小 ， 故 泵 至 液 压 缸 间 的 进 油 路 压 力 损 失 估aMPp72.1取 为 。 根 据 式 ， 算 得 小 流 量 泵 的 最 高 工 作 压 力80pp1为 1p=2.72+0.8=3.521p aMP大 流 量 泵 仅 在 快 进 和 快 退 时 向 液 压 缸 供 油 ， 由 工 况 图 可 知 快 退 时 液 压 缸 的工 作 压 力 比 快 进 时 大