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液压系统设计计算实例 本节以一台卧式单面多轴钻孔组合机床为例，要求设计出驱动它的动力滑台的液压系统，以实现“快进→工进→快退→停止”的工作循环。已知：机床上有主轴16个，加工φ13．9 mm的孔14个，加工φ8．5 mm的孔2个；刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240 HB；机床工作部件总重量为G＝9810N；快进、快退速度为υ1＝υ3＝7m/min，快进行程长度为l1＝100 mm，工进行程长度为l2＝50 mm，往复运动的加速、减速时间不希望超过0．2s；动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1；液压系统中的执行元件使用液压缸。 分析系统工况 一、负载分析 工作负载：由切削原理课程可知，高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力F，与钻头直径D（以mm计）、每转进给量s（以mm/r计）和铸件硬度HB之间的经验算式为： Ft＝25.5Ds0.8（HB）0.6 根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速和每转进给量s可选用下列数值： 对φ13．9 mm的孔来说：n1＝360r／min，sl＝0.147 mm/r 对φ8．5 mm的孔来说：n2＝550r／min，s2＝0.096 mm/r 代人经验算式得： Ft＝（14×25.5×13.9×0.1470.8×2400.6＋2×25.5×8.5×0.0960.8N＝30468N 惯性负载 阻力负载：静摩擦阻力Ffs＝0.2×9810N＝1962N 动摩擦阻力Ffd＝0.1×9810N＝981N 液压缸的机械效率取ηm＝0.9，由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表9．2．1所示。 表9．2．1 液压缸在各工作阶段的负载值 工况 负载组成 负载值F/N 推力F·ηm-1/N 启动 F＝Ffm 1962 2180 加速 F＝Ffs＋Fm 1564 1738 快进 F＝Ffs 981 1090 工进 F＝Ffd＋Ft 31449 34943 快退 F＝Ffd 981 1090 二、负载图和速度图的绘制 负载图按上面数值绘制，如图9．2．1（a）所示。速度图按已知数值υ1＝υ3＝7m/min、l1＝100 mm、l2＝50 mm、快退行程l3＝ll＋l2＝150 mm和工进速度υ2等绘制。如图9．2．1（b）所示。其中υ2由主轴转速及每转进给量求出，即υ2＝nl S1＝n2 S2≈53 mm/min。 液压缸工作负载/N1000010000～2000020000～3000030000～50000＞50000液压缸工作压力/MPa0.8～11.5～22.5～33～44～67～10设备类型系统压力/MPa设备类型系统压力/MPa精加工机床0.8～2农业机械、小型工程机械、冶金机械、工程机械辅助机构10～16半精加工机床3～5粗加工或重型机床5～10液压机、重型机械、冶金机械、大、中型挖掘机、起重运输机20～32 液压缸主要参数的确定由表9.1.1和9.1.2可知，组合机床液压系统在最大负载约为35000N时宜取p1＝4 MPa。 鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1取为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D成d＝0．707D的关系。 在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，取p2＝0.8 MPa，以防孔被钻通时滑台突然前冲。快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降△p存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取△p≈0.5 MPa。快退时回油腔中是有背压的，这时p2亦可按0.5 MPa估算。 由工进时的推力计算液压缸面积： F/ηm＝A1p1—A2p2＝A1p1-（A1/2）p2 故有 D= ＝11.12cm；d＝0.707D＝7.86 cm 当按GB2348－80将这些直径圆整成就近标准值时得：D＝11 cm，d＝8 cm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1＝πD2/4＝95.03 cm2，A2＝π（D2－d2）/4＝44.77 cm2。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。 根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如表9．2．2所示，并据此绘出工况图如图9.2.2所示。 表9．2．2 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值 工况 负载F/N 回油腔压力p2/Mpa 进油腔压力p1/Mpa 输入流量Q/(L/min) 输入功率P/kw 计算式 快进(差动) 启动 2180 p2＝0 0.434 － － p1=(F＋A2Δp)/(A1-A2)q=(A1－A2)υlP＝p1q1 加速 l738 p2=pl+△p (△p=0.5MPa) 0.79l － － 恒速 1090 0.662 35.