卧式钻、镗组合机床液压系统计算与优化

计算卧式钻、镗组合机床动力滑台液压系统参数。

1.选择执行元件

对执行元件初步采用差动型液压缸，其前、后腔有效工作面积之比为2∶1。

2.负载计算

①切削阻力：Ft＝12 000 N。

②导轨静摩擦阻力Ff＝fsFg＝0.2×20 000＝4 000（N）；导轨动摩擦阻力Fd＝fdFg＝0.1×20 000＝2 000（N）。

③动力滑台快进时的惯性阻力Fm为

动力滑台由工进到减速停止的惯性阻力Fm1为

液压缸各动作阶段的负载如表4－2所示。

表4－2　液压缸各动作阶段的负载

3.运动分析

①快进时间：

②工进时间：

工进最长时间：

工进最短时间：

③快退时间：

4.绘制液压系统负载图和速度图

根据上述计算数据，可绘出液压缸负载图（见图4－3（a））和液压缸速度图（见图4－3（b））。

图4－3　液压缸负载图和速度图

5.确定液压系统参数

①初选液压缸工作压力。组合机床液压系统的工作压力一般为（30～50）×105 Pa，初选液压缸的工作压力p1＝44×105 Pa。为防止钻孔时动力滑台发生前冲，取液压缸回油腔背压p2＝6×105 Pa，取快进、快退回油压力损失Δp2＝5×105 Pa。

②计算液压缸尺寸。由于设定液压缸前、后腔有效面积之比为2∶1，得出液压缸无杆腔有效面积A1为

液压缸内径D为

活塞杆直径d为

重算液压缸有效工作面积，无杆腔面积为

有杆腔面积为

活塞杆面积为

③计算液压缸在各段中的压力、流量和功率，如表4－3所示。

表4－3　液压缸在各阶段的压力、流量、功率

注：取工进时最大速度v2＝20×10－3 m／s

④绘制液压缸工况图。根据表4－4绘制液压缸工况图：图4－4（a）所示为流量图，图4－4（b）所示为压力图，图4－4（c）所示为功率图。

图4－4　液压缸参数图

（a）流量图；（b）压力图；（c）功率图

6.液压系统主要性能验算

（1）压力损失验算(www.xing528.com)

有同类型液压系统作参考时可不作验算，下面只作工进时的压力损失验算。设进油管、回油管长L＝1.5 m，内径d＝12×10－3 m，流量q＝0.077×10－3 m3／s，设所选用的液压油15℃时的黏度ν＝1.5 cm2／s。

①用雷诺数判断流态。

所以流态为层流。

②计算沿程压力损失。

进油路沿程压力损失Δp1为

式中：ρ＝900 kg／m3。将这三项代入上式得

取ν＝1.5×10－4 m2／s，q＝0.077×10－3 m3／s，L＝1.5 m，d＝12×10－3 m，得Δp1＝0.36×105 Pa，取Δp1＝0.4×105 Pa。

回油路沿程压力损失Δp2可按上述同样的方法计算，得

沿程压力总损失∑Δp1为

③计算局部压力损失Δpv。

根据表4－3和图4－3得

上式中注意：调速阀、溢流阀压力损失可认为不变；由于是差动液压缸（A1≈A2），故回油路压力损失折合到进油路取半值。

图4－2中液压系统局部压力损失见表4－4。

表4－4　局部压力损失

④估算集成连接压力损失：假定液压元件采用集成安装，则集成连接压力损失为

⑤计算工进总压力损失∑p。

将该数值加上液压缸负载和压力继电器要求的压力（取5×105 Pa），可得溢流阀调整压力参考值p，即

该压力值比估算值pH1＝56.4×105 Pa小，因此主油路上的元件和油管直径均不变。但应当注意，快退时由于流量大，系统总的压力损失要比工进时大，若此时工进负载小，则溢流阀压力要按快退时所需的压力调定。

（2）系统发热与温升验算

由于机床工作时间主要是工进时间，因此只需要验算工进时的温升。

①小流量泵的输入功率PN1。

工进时小流量泵的压力pB1＝pH1＝56.4×105 Pa，流量q1＝0.1×10－3 m3／s，查双联泵效率ηp＝0.75，则

②大流量泵功率PN2。

工进时大流量泵卸荷。顺序阀的压力损失Δps＝1.5×105 Pa，大流量泵的压力pB2＝Δps＝1.5×105 Pa，流量q2＝0.15×10－3 m3／s，共进时的沿程压力总损失为∑Δp1，由于A1≈2A2，所以回油压力损失Δp2折算到大流量泵的功率PN2为

③双联泵的功率PN。

④有效功率PN0。

工进时液压缸负载F＝14 000 N，取工进时的速度v＝1.67×10－3 m／s，则有效功率为

⑤系统发热功率PNh。

⑥散热面积A。

油箱容积V＝105 L，油箱近似散热面积A为

⑦油液温升ΔT。

设采用风冷，油箱传热系数kt＝23 W／（m2·℃），可得油液温升为

设夏天室温为30℃，则油温为30＋22.9＝52.9（℃），没有超过允许油温（50℃～60℃），说明上述设计是可行的。