题目：液压动力滑台液压传动系统设计
学院：机电工程学院
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液压动力滑台液压传动系统设计
一、设计要求
1.要求的工作循环：快进接近工件、工进加工、快退返回、原位停止。
2.给定的设计参数：快进、快退速度v1＝0.1m/s；工进速度v2＝0.1×10 -3m/s；静摩擦力Fs＝1960N；动摩擦力Fd＝980N；启动和制动惯性负载Fi＝500N；工作负载Fe＝32000N；启动、制动时间t＝0.2s；快进行程L1＝100mm；工进行程：L2＝50mm。
二、工况分析
1．由给定的设计参数，计算各工况负载见表1，其中，取液压缸机械效率ηcm＝0.9。
表1液压缸负载的计算
工
况
计算公式
液压缸负载F/N
液压缸驱动力F0/N
启
动
加
速
快
进
工
进
反向启动
加
速
快
退
F＝Fs
F＝Fd＋Fi
F＝Fd
F＝Fe＋Fd
F＝Fs
F＝Fd＋Fi
F＝Fd
1960
1480
980
32000
1960
1480
980
2178
1645
1089
35556
2178
1645
1089
2．计算快进、工进时间和快退时间。
快进
t1＝L1/v1＝100×10 -3/0.1＝1s
工进
t2＝L2/v2＝50×10 -3/(0.1×10 -3)
＝500s
快退
t3＝(L1＋L2)/v1＝(100＋50)×10-3/0.1＝1.5s
3．根据以上数据绘制液压缸F-t与v-t图，如图1所示。
图1
F-t与v-t图
三、确定液压缸参数
1．初选液压缸工作压力。由工况分析可知，工进阶段的负载最大，所以液压缸的工作压力按此负载计算。查找资料[1]表7-2，选p1=4MPa。为防止工进时突然发生前冲现象，液压缸回油箱应有背压，查找资料[1]表7-3，选背压p2=0.8MPa。为使快进快退速度相等，选用A1=2A2差动油缸。液压缸快进和快退时油管中压力损失设为Δp=0.5MPa。
2．计算液压缸尺寸。
则液压缸缸筒直径
查找[2]表42.4-2，取标准直径
D=110mm
因为A1=A2，所以
则液压缸有效面积为
3．液压缸工况计算。液压缸在工作循环中各阶段压力、流量和功率的计算结果见表2。绘制液压缸工况图，如图2所示。
表2
各工况下的主要参数值
工况
液压缸推力F0/N
回油腔压力p2/MPa
进油腔压力p1/MPa
输入流量q/L·s-1
输入功率P/kW
计算公式
快快进
启动
2178
——
0.88
——
——
p1＝
q＝Av1
P＝p1q
加速
1645
1.27
0.77
——
——
恒速
1089
1.16
0.66
0.5
0.33
工进
35556
0.8
4.12
9.5×10－4
3.9×10－3
p1＝
q＝A1v2
P＝p1q的快退
起动
2178
——
0.88
——
——
p1＝
q＝A2v1
P＝p1q
加速
1645
0.5
1.43
——
——
恒速
1089
0.5
1.30
0.45
0.59
图2
液压缸工况图
四、拟定液压系统图
1.调速方式。该液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止负载突变，在回油路上加背压阀。
2．液压泵的选择。从液压缸工况图可以看出工作循环主要由快进、快退行程低压大流量和工进行程的高压小流量两个阶段组成，qmax/qmin=0.5/(9.5×10-4)=526.3；其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(1+1.5)/500=0.005。因此在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者系统较简单，经济性好，且无溢流损失，系统效率高，温升较小，故选择限压式变量泵。
3．速度换接方式。采用二位二通电磁换向阀，控制由快进转为工进。与行程阀相比，管路较简单，行程大小容易调整。当滑台由工进转为快退时，回路流量较大，为保证换向平稳，可采用电液换向阀。
4.快速回路与工进转快退控制方式的选择。为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路，换向阀选用三位五通阀。
5.综上所述，拟定液压系统图，如图3所示。
图3
液压系统图
1-限压式变量叶片泵；2-三位五通电液换向阀；3-二位二通电磁阀；4-调速阀；5、7、10-单向阀；6-压力继电器；8-液控顺序阀；9-背压阀；11-溢流阀；12-过滤器
其中，部分元件的作用如下：
压力继电器6：便于系统自动发出快速退回信号。
单向阀7：将工进时的进油路、回油路隔断，防止其相互接通，无法建立压力；
液控顺序阀8：防止滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接，阻止液压油在快进阶段返回油箱；
单向阀10：防止机床停止工作时系统中的液压油流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动平稳性；
液压系统工作原理：三位五通电液换向阀处于左位，二位二通电磁阀处于右位时，液压缸实现快进；当二位二通电磁阀处于左位时，油液从调速阀4通过，液压缸实现工进；到达终点时，三位五通电液换向阀处于右位，二位二通电磁阀处于右位，液压缸快退。三位五通电液换向阀处于中位时，液压缸停止运动。
五、选择液压元、辅件
1．选择液压泵
由表2可知，工进阶段液压缸压力最大，取进油路总压力损失为0.8MPa，则液压泵最高工作压力
故泵的额定压力
由表2可知，工进时所需流量最小，为9.5×10－4L/s，则变量泵的最小流量为
快进时所需流量最大，为0.5L/s，则变量泵的最大流量为
根据以上计算，查资料[2]表42.3-68，选用YBX-25型限压式变量叶片泵，该泵技术规格如下：
表3
液压泵参数
型号
排量调节范围
mL/r
额定压力
MPa
压力调节范围MPa
额定转速
r/min
YBX-25
0～25
6.3
2.0～6.3
600～1500
2．选择电动机
由表2可知，最大功率出现在快退工况。快退时，取进油路压力损失为0.4MPa,则
取泵的最大流量为q＝35L/min＝5.8×10－4m3/s，查找资料[2]表42.3-68取泵的总效率ηP＝0.72，则
根据以上计算结果，查找资料[3]表16-2，选用与上述功率和液压泵转速相适应的Y90L－4三相异步电动机，额定功率为1.5kW，满载转速为1400r/min。
3．选择其他元、辅件
根据系统的工作压力以及通过阀的实际流量，查找液压技术手册[2]和[4]，选择其他液压元件和辅件，其型号和参数见下表：
表4
其他元、辅件的选择
序号
元件名称
通过阀的最大流量
规格
额定流量
额定压力
MPa
型号
三位五通电液换向阀
6.3
35D-100B
二位二通电磁阀
610
6.3
22D-100BH
调速阀
<1
6.3
Q-6B
单向阀
6.3
I-100B
压力继电器
——
——
0.6~6.3
DP-63B
单向阀
6.3
I-63B
液控顺序阀
<1
6.3
XY-25B
背压阀
<1
6.3
B-10B
单向阀
6.3
I-63B
溢流阀
YF3-E10B
过滤器
6.3
XU-100×100
4．选择油管
管道尺寸根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定。液压缸的进出油管按输入、排出的最大流量计算。快进时流量最大，其实际流量为泵的最大供应量的两倍，达到66L/min，则进出油管可选用内径为15mm，外径为18mm的无缝钢管。
5．确定油箱容量
按经验公式计算油箱容量
V＝(5~7)qp＝6×1500r/min×25mL/r＝225L
参考资料
[1]官忠范主编.液压传动系统.北京:机械工业出版社，2004
[2]中国机械工程协会主编.中国机械设计大典.南昌:江西科学技术出版社，2002
[3]程志红，唐大方编著.机械设计课程上机与设计.南京:东南大学出版社，2006
[4]魏喜新主编.液压技术手册.上海:上海科学技术出版社,2013
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