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        臥式雙面銑削組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計

        2013-08-22 11:23:38胡萬強
        機床與液壓 2013年8期
        關(guān)鍵詞:滑臺油路液壓泵

        胡萬強

        (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床用于加工鑄鐵變速箱箱體的兩個端面,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工位的大主軸箱配置方案。門式夾緊機構(gòu)安裝在中間底座2上方,由液壓缸10驅(qū)動壓板12完成工件夾緊與放松。銑床左面的雙面銑削頭9由立置動力滑臺8驅(qū)動,完成銑削加工時的垂直進(jìn)給和復(fù)位動作?;_5用以驅(qū)動立柱與滑臺8完成銑削前后的空程快速進(jìn)退動作。橫向動力滑臺14驅(qū)動雙軸銑削頭13完成銑削加工時的橫向進(jìn)給和復(fù)位動作,縱向動力滑臺15兼作滑臺14的滑座,來驅(qū)動滑臺14完成銑削前后的空程快速進(jìn)退動作?;_5及滑臺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)切削動力由電機提供外,夾具及各動力滑臺的動力均由液壓系統(tǒng)提供。

        根據(jù)機床的工作原理,其動作循環(huán)為:夾緊缸夾緊→工作臺快速接近工件→工作臺進(jìn)給→工作臺后退→夾緊缸松開→原位停止。

        1 液壓系統(tǒng)設(shè)計

        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、減速時間0.2 s,工作臺為平導(dǎo)軌,靜、動摩擦因數(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,動摩擦力 Ffd=0.1 ×4 000=400 N。忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦力的影響,并設(shè)液壓缸的機械效率ηm=0.9,則液壓缸在各工作階段的總機械負(fù)載見表1。

        圖1 雙面銑削組合機床結(jié)構(gòu)示意圖

        表1 液壓缸各運動階段負(fù)載表

        根據(jù)系統(tǒng)工作特點,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)工作臺夾緊。按下啟動按鈕,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,使活塞向右運動。

        (3)工作缸工進(jìn)。工作缸4活塞運動到壓下行程開關(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)計算

        根據(jù)系統(tǒng)要求,采用單桿活塞液壓缸,并在快進(jìn)時差動連接,初選液壓缸的設(shè)計壓力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。

        差動連接快進(jìn)時,液壓缸有桿腔壓力與無桿腔壓力差值估取0.5 MPa,另外取快退時的回油壓力損失為0.5 MPa。根據(jù)假定條件經(jīng)計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 液壓泵及泵電機選擇計算

        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)實際設(shè)計需要,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為同時動作時各執(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)實際情況,取泵的總效率η為0.8,則所需電機功率為:P=pp×qp/η=16.53 kW。因此選用Y200L1-6型封閉式三相異步電動機,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)溫升驗算

        一般情況下,工進(jìn)時做功的功率損失大,因而引起發(fā)熱量較大,所以只考慮工進(jìn)時的發(fā)熱量。系統(tǒng)工進(jìn)時,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床的運行規(guī)律和特點,設(shè)計出該機床的液壓系統(tǒng),并選擇符合要求的液壓元件,例如液壓泵、液壓閥等;對于非標(biāo)準(zhǔn)件液壓缸,則計算出其主要尺寸。系統(tǒng)設(shè)計完成后,對系統(tǒng)油液溫升進(jìn)行了驗算,以確保系統(tǒng)符合實際要求。后經(jīng)實驗驗證,說明了該設(shè)計的科學(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,液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

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

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