专用铣床液压系统设计

【摘 要】通过设计液压传动系统，巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统系统设计计算的一般步骤和方法；正确合理地确定执行液压机构，运用基本回路组成满足基本性能要求的、高效的液压系统；熟悉并运用有关国家标准、设计手册和产品样本等技术资料。

【关键词】液压系统；铣床；设计

1 液压系统使用要求负载分析

1.1 使用要求

完成快进――工进――快退――停止的工作循环

1.2 负载分析

在负载分析中，先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。因为工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样要考虑的力有：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，设导轨的静摩擦力为Fs，动摩擦力为Fd，则

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ηm=0.93，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，如下表：

表1 液压缸各运动阶段负载表

根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘出负载图（F-S）和速度图（V―L）.

图1 负载曲线图

图2 速度曲线图

图3 工作循环图

2 液压系统方案设计

2.1 确定液压泵类型及调速方式

参考同类组合机床，选用单作用叶片泵双泵供油，溢流阀作定压阀。为防止铣削完毕时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值Pb=0.7MPa。

2.2 选用执行元件

因为系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进，快退速度相等，所以选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍。

2.3 快速运动回路和速度换接回路

根据本设计的运动方式和要求，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，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。

本设计采用电磁阀的速度换接回路，控制工件的快进和工进。与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用二位二通电磁换向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。

2.4 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。

2.5 组成液压系统绘原理图（图4）

将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图4所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观察各点压力。

图4 液压系统图

表2 液压系统中各电磁铁的动作顺序表

3 系统的参数计算

3.1 压缸参数计算

3.1.1 初选液压缸的工作压力

参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为P=50×105Pa。

3.1.2 确定液压缸的主要结构尺寸

本设计要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆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A1=2A2。为了防止在铣削完毕时滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，初选背压Pb=0.7MPa。

由各阶段的负载数据表可知工进阶段的负载F=82896.3N。按此计算A1则

按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得

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qmin=0.05L/min，因工进速度v=0.1m3/min，则

本设计方案的A1=201.06cm2>5cm2，满足最低要求.

3.1.3 计算液压缸各工作阶段的工作压力、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，可计算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压按Pb=7×105Pa代入，快退时背压按Pb=5×105Pa代入计算公式和计算结果列于下表中。

表3

3.2 液压泵的参数计算

由上表可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失∑P=5×105Pa，压力继电器可靠动作需要压力差为5×105Pa，则液压泵最高工作压力Pp≥Pj+∑P=（44.9+5+5）×105Pa=54.9Pa。

因此泵的额定压力Pr≥1.25×54.9=68.6×105Pa。

由上表可知，工进时所需流量最小是2.01×6=12.06L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5L/min ，则小流量泵的流量应为Q小≥（1.1×12.06+2.5）=15.77L/min或（1.1×2.01+2.5）=4.7L/min ，快进快退时液压缸所需的最大流量为qmax=53.02L/min，则泵的总流量为Q总=1.1×53.02=58.3L/min .即大流量泵的流量Q大≥Q总-Q小=58.3-4.7=53.6L/min。

根据计算所得泵的最小工作压力为Pr=68.6×105Pa，最大流量Q总=58.3L/min ，查手册选双联叶片泵的型号为YB-D63/16。该泵的额定压力为10MPa，额定转速为1000r/min。

3.3 电动机的选择

系统为双泵供油系统，其中小泵的流量Q小= =0.27×10-3m3/s，大泵的流量Q大= =1.05×10-3m3/s。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，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率P。

3.3.1 差动快进

差动快进时，大泵2的出口压力油经单向阀2后与小泵汇合，然后经三位五通电磁换向阀3，二位二通电磁换向阀6进入液压缸大腔，大腔压力P1=7.05×105Pa，查手册可知，小泵的出口压力损失P小=4.5×105Pa，大泵出口到小泵出口的压力损失P2=1.5×105Pa。于是计算得小泵的出口压力P小=P1+P小=11.55×105Pa，（总效率η1=0.5）；大泵的出口压力P大=P小+P2=13.05×105Pa ，（总效率η2=0.5）。

电动机的功率

3.3.2 工进

考虑到调速阀所需最小压力差P1=5×105Pa。压力继电器可靠动作需要压力差为P2=5×105Pa。因此工进时小泵的出口压力P小=Pj+P1+P2=（44.9+5+5）×105Pa。而大泵的卸载压力取P大=2×105Pa。（小泵的总效率η小=0.565，大泵的总效率η大=0.3）。

电动机的功率

3.3.3 快退

快退的压力分析与快进相同，分析可知：小泵的出口压力P小=15.05×105Pa，（小泵的总效率η小=0.5）；大泵的出口压力P大=16.55×105Pa，（大泵的总效率η大=0.51）。

电动机的功率

综合比较，快退时所需功率最大。可以查JB/T8680.2-1998 选用Y2-132M2-6三相异步电机，电动机额定功率为5.5kW，额定转速960r/min。

4 液压元件的选择

4.1 液压阀及过滤器的选择

根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。本例中所有阀的额定压力都为63×105Pa，额定流量根据各阀通过的流量，确定为10L/min，25L/min，63L/min三种规格，所有元件的规格型号列于下列表中。过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用隙式过滤器，表中序号与系统原理图中的序号一致。

表4 液压元件明细表

4.2 油管的选择

根据选定的液压阀的连接口尺寸选择管道尺寸，液压缸的进、出油管按输入、输出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内流量最大，实际流量为泵的额定流量的两倍为116L/min，则液压缸的进、出油管直径d按产品样本，选用内径为28外径为34的10号冷拔钢管。

4.3 油箱容积的确定

中低压系统的油箱容积一般取液压泵的额定流量的5～7倍，本设计取7倍，故油箱容积为

V=（7×58.3）=410L

【参考文献】

[1]许福玲.夜压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2001，08.

[2]陈奎生.夜压与气压传动[M].武汉：武汉理工大学出版社，2001，08.

[3]蔡文彦.夜压传动系统[M].上海：上海交通大学出版社，1990，04.

[4]官忠范.夜压传动系统[M].北京：机械工业出版社，1997，07.

[5]张利平.液压气动系统设计手册[M].北京：机械工业出版社，1997，09.

[6]中央电大《液压传动辅导教材》编写小组.液压传动辅助教材[M].北京：中央广播电视大学出版社，1991，02.

[7]左键民，主编.夜压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2000，06.

[8]朱梅，朱光力，编著.夜压与气动技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004，06.

[9]液压传动系统及设计[M].北京：化学工业出版社，2005，08.