液压系统设计举例

---

现设计用于立式组合机床的液压系统。该系统需完成的动作要求是：工件的定位、夹紧；钻削φ13．9mm孔14个、Φ8．5mm孔2个，且要求全自动工作循环。

根据动作要求，先将其具体化。即：工件的定位→工件的夹紧→钻削加工→拔出定位销，松开工件(可同时进行)→工件从工位移开，构成的一个动作循环。对于钻头，应完成快速前进→工作进给→快速退回→原位停止，构成的一个动作循环。其快进行程为200mm；工作进给行程为50mm；快进速度应小于7m／min；钻削力为30000N；工作进给速度50mm／min；钻头部件装有配重，整个部件上下移动时受到的动摩擦力为1000N；快退速度允许略高或略低于快进速度。

然后，根据以上条件确定主要参数。由于该系统的定位夹紧时间很短，故只需分析“钻削头”的工况。因其有配重，等速运动时不承受弹性、惯性和重力负载，因而在快速运动时只需考虑摩擦负载，在工作进给时只需考虑切削负载和摩擦负载。绘制的负载工况和速度工况分别如图7．9－1和7．9－2所示。又因“钻削头”的行程较短，为使其快进速度和快退速度相等，故采用单活塞杆液压缸，快进时缸的进出油路用差动连接，快退时油进入有杆腔，从无杆腔排出，且取D=(D、d分别为活塞和活塞杆的直径)。根据类似液压钻床的压力，该系统“钻削头”液压缸的工作压力可取4MPa。为了防止孔被钻通时钻头会突然前冲，在系统的回油路需保持一定的背压。参照表7．9－4，该系统取背压为0．8MPa。

表7．9－4 中低压调速系统的背压

a)快进 b)工进 c)快退

p₁A₁=p₂A₂+F／η_m (7．9－3)

式中 p₁为进油压力；A₁为无杆腔的活塞面积；p2为出油口压力；A₂为有杆腔活塞的差径面积；F为负载力；η_m为缸的机械效率。将p₂=p₁+0．5代入，并整理得进口压力

a)压力－时间(p－t) b)流量－时间(Q－t) c)功率－时间(P－t)

根据以上设计要求和工况图中压力、流量和功率的变化情况，初拟系统的整体方案如下：

该系统宜采用开式油路。系统中钻削、定位和夹紧三大部分所选用的回路和组成元件见表7．9－6．表中确定了系统的基本结构，由这些回路组合的系统已基本能满足要求，只是还需增补辅助件。完善的系统如图7．9－5所示。对照表7．9－6和图7．9－5可见，在变量泵进口处增加粗滤油器1；在调速阀7的进口增加精滤油器6；在夹紧油路增加压力继电器15，在拔销油路增加压力继电器16，以便在完成夹紧和拔销动作后，压力继电器发出信号，使系统继续完成快进、卸荷等动作。此外，还增加了压力表转换开关19和压力表18。该系统的动作循环见表7．9－7。

表7．9－6 立式钻孔组合机床液压系统的组成部分和特点

表7．9－7 立式钻孔组合机床液压系统动作循环表

系统中油管的直径，可根据阀的油口确定。63L／min换向阀的油口尺寸为20mm。外径取24mm，油管可承压8．0MPa，许用流量为100L／min。一般不必进行油管的强度和流速验算。系统中的油箱可选大些，其有效容积可选为(3～4)倍泵每分钟的排油体积。这里取油箱有效容积V=145L。

最后，应对系统进行有关的技术性能验算，其中主要是算压力损失和温升的核算。该系统的进油路，由阀类元件形成的总压力损失为0．52MPa。工进和快退时，由阀类元件形成的总压力损失为0．24MPa和1．4MPa。管路的损失，则需在管路安装后补算。一般的简单系统，不必计算压力损失。若出现执行机构进口处压力偏低，可将溢流阀略调高些即可。对于温升，一般的简单系统也不必计算。若温升偏高，可考虑加设冷却器。