胡萬強(qiáng)

(許昌學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，河南許昌461000)

某臥式雙面銑削組合機(jī)床用于加工鑄鐵變速箱箱體的兩個(gè)端面，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，它采用立、臥復(fù)合式雙面雙主軸銑削頭跨兩個(gè)工位的大主軸箱配置方案。門式夾緊機(jī)構(gòu)安裝在中間底座2上方，由液壓缸10驅(qū)動(dòng)壓板12完成工件夾緊與放松。銑床左面的雙面銑削頭9由立置動(dòng)力滑臺(tái)8驅(qū)動(dòng)，完成銑削加工時(shí)的垂直進(jìn)給和復(fù)位動(dòng)作。滑臺(tái)5用以驅(qū)動(dòng)立柱與滑臺(tái)8完成銑削前后的空程快速進(jìn)退動(dòng)作。橫向動(dòng)力滑臺(tái)14驅(qū)動(dòng)雙軸銑削頭13完成銑削加工時(shí)的橫向進(jìn)給和復(fù)位動(dòng)作，縱向動(dòng)力滑臺(tái)15兼作滑臺(tái)14的滑座，來驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)14完成銑削前后的空程快速進(jìn)退動(dòng)作。滑臺(tái)5及滑臺(tái)15快速前進(jìn)采用可調(diào)限位擋塊限位，以防止沖程。除銑削頭的旋轉(zhuǎn)切削動(dòng)力由電機(jī)提供外，夾具及各動(dòng)力滑臺(tái)的動(dòng)力均由液壓系統(tǒng)提供。

根據(jù)機(jī)床的工作原理，其動(dòng)作循環(huán)為:夾緊缸夾緊→工作臺(tái)快速接近工件→工作臺(tái)進(jìn)給→工作臺(tái)后退→夾緊缸松開→原位停止。

1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

已知系統(tǒng)主要參數(shù)如下:夾緊缸夾緊力800 N，快進(jìn)、快退速度400 mm/min;工作臺(tái)重力4 000 N，軸向最大工作負(fù)載12 000 N，快進(jìn)速度3 500 mm/min，工進(jìn)速度300 mm/min，快退速度6 000 mm/min，加、減速時(shí)間0．2 s，工作臺(tái)為平導(dǎo)軌，靜、動(dòng)摩擦因數(shù)分別為0．2、0．1。暫不考慮回油缸的背壓力，這樣需要考慮的有切削力、導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為Ffs，動(dòng)摩擦力為Ffd，則慣性負(fù)載Fm==106．7 N，靜摩擦力 F=fs0．2×4 000=800 N，動(dòng)摩擦力 Ffd=0．1 ×4 000=400 N。忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ηm=0．9，則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載見表1。

圖1 雙面銑削組合機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

表1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表

根據(jù)系統(tǒng)工作特點(diǎn)，擬定的系統(tǒng)液壓原理如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)主要工作流程如下:

(1)工作臺(tái)夾緊。按下啟動(dòng)按鈕，換向閥10左邊電磁閥1YA得電，進(jìn)油路:液壓泵12→換向閥10左路→調(diào)速閥9→夾緊缸1左腔。

(2)工作臺(tái)快進(jìn)。夾緊缸1活塞桿完全伸出，壓下行程開關(guān)SQ2，使電磁鐵3YA(換向閥11左邊)得電，推動(dòng)工作缸活塞桿前進(jìn)。進(jìn)油路:液壓泵12→換向閥11左路→調(diào)速閥3→工作缸4左腔，使活塞向右運(yùn)動(dòng)。

(3)工作缸工進(jìn)。工作缸4活塞運(yùn)動(dòng)到壓下行程開關(guān)SQ4，使電磁鐵5YA(換向閥6右邊)得電。進(jìn)油路:液壓泵12→換向閥11左路→調(diào)速閥3→工作缸4左腔;回油路:工作缸4右腔→換向閥6右路→調(diào)速閥8→換向閥11右路→油箱。

(4)工作缸快退。工作缸4活塞觸動(dòng)行程開關(guān)SQ5，使電磁鐵3YA(換向閥11左邊)斷電，4YA(換向閥11右邊)得電。進(jìn)油路:液壓泵12→換向閥11右路→調(diào)速閥8→換向閥6右路;回油路:工作缸4右腔→調(diào)速閥3→換向閥11左路→油箱。

(5)夾緊缸放松。當(dāng)工作缸活塞回到缸底，壓下行程開關(guān)SQ3，使電磁鐵4YA斷電 (換向閥11回到中位)，同時(shí)使2YA得電。進(jìn)油路:液壓泵12→換向閥10右路→夾緊缸1右腔;回油路:夾緊缸1→溢流節(jié)流閥7→調(diào)速閥9→換向閥10→油箱。

2 系統(tǒng)部分重要元件選擇

2．1 液壓缸主要參數(shù)計(jì)算

根據(jù)系統(tǒng)要求，采用單桿活塞液壓缸，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力p1=3 MPa，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，暫取背壓p2=0．5 MPa，并取液壓缸機(jī)械效率 η=0．9，則液壓缸的平衡方程為p1A1=p2A2+F，故液壓缸無桿腔的有效面積A1=5 010 mm2，D==79．9 mm，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，液壓缸內(nèi)徑取值為D=80 mm，活塞桿直徑d=0．707D=56 mm。故液壓缸有效面積A1=D2=5 027 mm2，A2=(D2-d2)=2 562 mm2。

差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力與無桿腔壓力差值估取0．5 MPa，另外取快退時(shí)的回油壓力損失為0．5 MPa。根據(jù)假定條件經(jīng)計(jì)算得出液壓缸在各階段的壓力、流量值如表2所示。

表2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量值

2．2 液壓泵及泵電機(jī)選擇計(jì)算

首先確定液壓泵的最高壓力，前已經(jīng)算出步移缸的工作壓力p1=4．52 MPa，考慮到該系統(tǒng)油路較為簡(jiǎn)單，故取泵至缸間壓力損失Δp=0．4 MPa，則液壓泵的最高工作壓力pp=p1+Δp=4．92 MPa，pp為系統(tǒng)靜態(tài)壓力。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，泵正常工作壓力為其額定壓力的80%左右，因此選泵的額定壓力pn=pp/0．8=4．92/0．8=6．15 MPa。

液壓泵的最大流量應(yīng)為:qp≥KL(∑q)max

式中:qp為液壓泵的最大流量;KL為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 KL=1．1 ～1．3，現(xiàn)取 KL=1．1;(∑q)max為同時(shí)動(dòng)作時(shí)各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。另外加上溢流閥的最小溢流量2～3 L/min，故:

根據(jù)以上計(jì)算，選用YB-C171B型葉片泵，其額定壓力為7 MPa，排量為171．9 mL/r，額定轉(zhuǎn)速為1 000 r/min。

根據(jù)實(shí)際情況，取泵的總效率η為0．8，則所需電機(jī)功率為:P=pp×qp/η=16．53 kW。因此選用Y200L1-6型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為18．5 kW，轉(zhuǎn)速為970 r/min。

3 閥類元件及輔助元件

閥類元件及其他輔助元件見表3。

表3 閥類元件及其他輔助元件表

4 液壓系統(tǒng)溫升驗(yàn)算

一般情況下，工進(jìn)時(shí)做功的功率損失大，因而引起發(fā)熱量較大，所以只考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)，v=300 mm/min，q=D2v=×0．082× 0．3 m/min=1．5 ×10-3m/min，即 q=1．5 L/min，此時(shí)泵的效率η為0．8，出口壓力為4．92 MPa，那么輸入功率kW=9．225 kW，輸出功率 P0=Fv=40 000×0．25=10 kW，此時(shí)功率損失為 ΔP=P入-P出=(10-9．225)=0．775 kW，假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取散熱系數(shù) K=20×10-3kW/(cm2·℃)，油箱的散熱面積A=0．065×m2=3．53 m2。系統(tǒng)的溫升℃ =10．98℃。溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不必設(shè)置冷卻器。

5 結(jié)束語

根據(jù)臥式雙面銑削組合機(jī)床的運(yùn)行規(guī)律和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出該機(jī)床的液壓系統(tǒng)，并選擇符合要求的液壓元件，例如液壓泵、液壓閥等;對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)件液壓缸，則計(jì)算出其主要尺寸。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)系統(tǒng)油液溫升進(jìn)行了驗(yàn)算，以確保系統(tǒng)符合實(shí)際要求。后經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，說明了該設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。

【1】王守城．液壓元件及選用［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

【2】張利平．現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用220例［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

【3】張利平，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

【4】王曄，楊明堂．150 t液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．液壓與氣動(dòng)，2010(8):57-60．