卧式单面多轴钻机组合机床滑台液压传动系统设计与计算

一、已知条件

1、工作循环：快进－工进－快退－停止

2、参数：

切削力；

移动部件总重力；

快进行程：；

工进行程：；

快退快进的速度为4m/min；

工进速度为0.05m/min；

加速、减速时间；

静摩擦力系数；

动摩擦力系数；

动力滑台采用水平放置的平导轨，可在任意位置停止。

二、负载分析

负载分析中，暂不考虑回油腔的压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在液压缸机械效率中考虑。这样考虑的力有：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，即；设导轨的静摩擦力为，动摩擦力为，惯性力为则有：

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，则液压缸在个工作阶段的总负载可以算出，如下表：

运动阶段	计算公式	总机械负载F／N
启动		2105
加速		1411
快速		1053
工进		22105
快退		1053

根据负载计算和已知的各阶段的速度，可绘出负载图和速度图。

三、执行元件主要参数的确定

1、初选系统工作压力

各类设备常用的工作压力（《机械设计手册》卷5表21-2-11）

设备类型	压力范围/MPa	压力等级	说明	设备类型	压力范围/MPa	压力等级	说明
机床、压铸机、汽车	<7	低压	低噪声，高可靠性	油压机、冶金机械、挖掘机、重型机械	21~31.5	高压	空间有限、响应速度高、大功率下降低成本
农业机械、工矿车辆、注塑机、船用机械、搬运机械、工程机械、冶金机械	7~21	中压	一般系统	金刚石压机、耐压测试机、飞机、液压机具	>31.5	超高压	追求大作用力，减轻重量

系统工作压力，选用过大过小都不好，应参考类似产品、推荐值，经验选定。系统工作压力高，省材料，机构紧凑，重量轻。参考同类型组合机床，初定系统工作压力为。

2、确定液压缸的的主要结构尺寸

方法Ⅰ：

要求动力滑台的快进、快退速度相等，县采用缸体固定的单杆式液压缸，快进时采用差动连接，并取无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍，即。为防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中有背压阀，初选背压。

已知最大负载为工进阶段的负载，则无杆腔面积为：

则液压缸内径：

由可知活塞杆直径

由（《机械设计手册》卷5表21－6－2），圆整为，此值不是第一系列数。。

所以，。

方法Ⅱ：

（《机械设计手册》卷5表21-6-8）

式中：—活塞杆上的作用力，；

—系统工作压力，；

—液压缸总效率，；其中，——机械效率，常取

——容积效率，当活塞密封为弹性材料时，活塞密封为金属环时，；——作用力效率，当有直接回油箱时。

则有：

由（《机械设计手册》卷5表21－6－2），圆整为，此值不是第一系列数。

（《机械设计手册》卷5表21-6-3）。

工作油压（MPa）
	1.33	1.46～2	2

—速比系数，主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成活塞杆太细。如无速比要求，也可取，根据手册选用标准值。

值确定后，则可算出。

由（《机械设计手册》卷5表21－6－2或表21-6-16），圆整为，此值不是第一系列数。

按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，工进速度为最小速度，则有，满足要求。

3、计算液压缸各工作阶段的压力、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，可以计算出液压缸工作时各阶段的压力、流量和功率，在计算时背压按代入，快退时背压按代入，计算公式和计算结果列于下表：

工作循环	计算公式	负载	进油压力	回油压力	所需流量	输入功率
		F/N				P/KW
差动快进		1053	0.86	1.36	12.5	0.180


工进		22105	3.88	0.8	0.32	0.021


快退		1053	1.31	0.5	13.0	0.281

注意：1、差动连接时，液压缸的回油路到进油路之间的压力损失为；

2、快退时，液压缸有杆腔进油，无杆腔回油。

四、拟定液压传动系统原理图

1、确定调速方式及供油形式

在液压缸的初步计算前已确定了采用调速阀的进口节流调速，因此相应采用开式循环系统，这种调速回路具有较好的低速稳定性和速度负载特性。

由表8－2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。如采用单个定量泵供油，功率损失太大，而选用双泵或限压式变量泵作为油源就比较合理，其中双泵油源的结构简单、噪声小、寿命长、成本低。经比较后，在此选用双泵供油形式。

2、快速运动回路和速度切换回路

根据本例的运动方式和要求，采用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，有大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。

这里采用二位二通电磁阀的速度换接回路，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，有工作台的行程开关控制，管路焦简单，行程大小也比较容易调整，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。

3、换向回路的选择

本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀，为提高换向的位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。

4、组成液压系统

在液压泵的进出口，背压阀和液压缸无杆腔口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表就能观测到各点的压力。

1双联叶片泵；2、7、11单向阀；3三位五通电磁阀；4二位二通电磁换向阀；5调速阀；6压力继电器；8液控顺序阀；9背压阀；10外控溢流阀；12溢流阀；13进油过滤器；14压力表

组合机床动力滑台液压系统原理图

五、选择液压元件

1、选择液压泵

工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失，压力继电器可靠动作需要压力差，则液压泵最高工作压力可以算出：

因此泵的额定压力取

工进时所需最小流量是0.32L/min，设溢流阀最小流量为2.5L/min，则小流量泵的流量应为，快进快退时液压缸所需的最大流量是12.9L/min，则泵的总流量为，即大泵流量为。

根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YB-4/12型的双联叶片泵，该泵额定压力为6.3MPa。额定转速为960rpm。

2、电机的选择

系统为双泵供油系统，其中小泵1的流量为。

大泵2的流量为。差动快进、快退时两个泵同时向系统供油，工进时小泵向系统供油，大泵卸荷。

（1）差动快进

差动快进时，大泵2的出口压力油经单向阀11后与小泵汇合，然后经单向阀2、三位五通阀3、二位二通阀4进入液压缸无杆腔，无杆腔的压力经查样本可知，小泵的出口压力损失，计算可得小泵的出口压力为（效率），大泵出口压力（效率）。

电动机功率为：

（2）工进

考虑调速阀所需最小压力差，压力继电器可靠动作需要压力差，因此工进时小泵的出口压力为（效率），大泵的卸荷压力为（效率）。

电动机功率为：

（3）快退

类似差动快进分析可知：小泵的出口压力（效率），大泵出口压力（效率）。

电动机功率为：

综合比较，工进时所需功率最大。据此样本选用Y90L-6异步电动机，电动机功率2.2KW。额定转速910rpm。

3、选择液压阀

过滤器按液压泵额定流量的2～3倍选取吸油用线隙式过滤器。

序号	元件名称	最大通过流量（L/min）	型号
1	双联叶片泵	16	YB-4/12
2	单向阀	16	I-25B
3	三位五通电磁阀	32	35D1-63BY
4	二位二通电磁阀	32	22－63BH
5	调速阀	0.32	Q-10B
6	压力继电器		DP163B
7	单向阀	16	I-25B
8	液控顺序阀	0.16	XY-25B
9	背压阀	0.16	B-10B
10	外控溢流阀	12	XY-25B
11	单向阀	12	I-25B
12	溢流阀	4	Y-10B
13	过滤器	32	XU-B32x100
14	压力开关		K-6B