铣床节能液压系统设计.pdf

2 0 1 3年 7月 第 4 1 卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS J u 1 ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ．1 4 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 4 ． 0 1 8 铣床节能液压系统设计 张昕 ，杨志 东 哈 尔滨工业大学机电．Y - 程 学院，黑龙江哈 尔滨 1 5 0 0 0 1 摘要设计了一种利用流量压力补偿式叶片泵实现单泵多工况、多执行机构的铣床节能液压系统。该系统由一台流量 压力补偿式叶片泵 负载敏感泵 ，串联三台节流阀，每台节流阀并联一台电磁阀，当任何一台节流阀调速时，其余节流 阀被其并联的电磁阀短路 ，从而实现由一台负载敏感泵实现多工况下的流量自适应 ，无流量损失。对于夹紧和对中等小容 积液压缸，则采用节流调速 ，蓄能器供油，简化了回路。该系统具有效率高、发热小、回路简单等优点 ，是一种高效节能 的液压系统。 关键词叶片泵；流量补偿；压力补偿；负载传感泵 ；多工况 ；多执行机构 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 40 5 1～ 3 M i l l i n g M a c h i n e En e r g y - s a v i n g Hy d r a ul i c S y s t e m De s i g n Z HANG Xi n．YANG Z h i d o n g S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ， H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， H a r b i n H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t An e n e r g y - s a v i n g h y d r a u l i c s y s t e m f o r mi l l i n g ma c h i n e w a s d e s i g n e d t o i mp l e me n t mu l t i w o r k i n g c o n d i t i o n a n d mu l t i a c t u a t o r c o n t r o l c i r c u i t w i t h a s i n g l e v a n e p u mp b y u s i n g a p r e s s u r e fl o w p r e s s u r e c o mp e n s a t o r ．T h e s y s t e m wa s c o n s i s t e d o f a fl o w p r e s s u r e c o m p e n s a t i o n t y p e v a n e p u mp 1 o a d s e n s i t i v e p u mp ， t h r e e t h r o t t l e v al v e c o n n e c t e d i n s e ri e s ， a n d e a c h o f t h e m w a s c o n n e c t - e d i n p a r a l l e l w i t h a s o l e n o i d v Mv e ．Wh e n a n y o n e t h r o t t l e w a s w o r k i n g a t s p e e d．t h e r e s t o f t h e t h r o t t l e v a l v e w a s i n s h o r t c i r c u i t b y p a r a l l e l c o n n e c t i o n o f t h e s o l e n o i d v Mv e， S O a s t o r e a l i z e fl o w s e l f - a d a p t i v e a n d n o fl o w l o s s e s i n t h e c a s e s o f mu l t i - wo r k i n g c o n d i t i o n b y o n e l o a d s e n s i t i v e p u mp ．As t o t h e s ma l l v o l u me h y d r a u l i c c y l i n d e r for c l a mp i n g a n d c e n t e rin g ，t h r o t t l e s p e e d r e g u l a t i o n b y a c c u mu l a t o r o i l s u p p l y w a s u s e d w h i c h s i mp l i f i e d t h e c i r c u i t ．T h e s y s t e m h a s t h e a d v a n t a g e s o f h i g h e ffic i e n c y， l o w f e v e r a n d s i mp l e c i r c u i t ，w h i c h i s a k i n d o f h i g h e ffic i e n c y a n d e n e r gy s a v i n g c o n t r o l c i r c u i t ． Ke y wo r d s Va n e p u mp； F l o w r a t e c o mp e n s a t i o n； P r e s s u r e c o mp e n s a t i o n； L o a d s e n s i n g p u mp；Mu l t i - w o r k i n g c o n d i t i o n； Mu l t i ． a c t u a t o r 随着发动机生产的批量化 ，其零部件的加工设备 也向专业化发展。其中发动机曲柄专用铣床，由于其 工作特点 ，目前多采用液压驱动和夹紧。但如何提高 液压系统的效率 ，将发热量减少到可以不用冷却器， 而只利用油箱自身散热的程度，一直是液压系统设计 人员寻求解决的课题。对于单缸、变负载工况 ，可直 接用负载敏感泵进行控制 ，而本设计中多执行机构、 夹紧I 松 开I 每执行机构多种速度负载工况条件下，给出了一种只 用一台具有流量压力补偿功能的叶片泵的简单高效设 计方案。其控制方法不仅适用于本案 ，也适用于其他 类似的机床液压系统。 1 设备组成及液压控制原理 1 ． 1 设备 组成 柴油机连杆加工铣床如图 1 所示。 压 缸 和小刀盘 两台 和大刀盘 两台 图 1 柴油机连杆加工铣床示意图 收稿 日期 2 0 1 3 0 31 2 作者简介张听 1 9 9 2 一 ，女 ，大学本科 ，现从事流体传动与控制方面的研究。E ma i l 5 4 1 4 8 4 5 1 8 q q ． e o m。 5 2 机床与液压 第 4 1卷 该机床采用4个动力头 ，同时铣削连杆大、小头 4个侧面。工件材料为4 2 C r Mo ，硬度 H B 2 0 0 ，毛坯类 型为模锻件。选用 C D型硬质合金可转位铣刀 ，大铣 刀盘直径为 1 5 0 m m；小铣刀盘直径为 1 0 0 m m。加工 余量均为 3 m m，一次进给，属于粗加工；夹具和工 件安装在工作台上，工作台由单活塞杆液压缸驱动， 完成进 给运动 。 1 ． 2 液压 系统基本参数 由机械受力分析及计算后，设计液压系统基本参 数如下。 工作台进给液压缸 5 o ／ 2 2 4 0 0 ，1台 快 进 速 度 4 0 0 0 m m ／ m i n ；快 退 速 度 4 0 0 0 r n m ／ m i n ；工进速度 5 0 0 r n m ／ m i n ；最大工作压力 4 MP a。 夹紧液压缸 3 2 ／ 6 1 8 2 0 ， 2台 夹紧速度 5 0 m m ／ s ；松 开速度 5 O m m ／ s ；夹 紧 工作压力 2～ 4 M P a 。 定位液压缸 6 3 2 ／ 1 8 2 0 ，2台 夹紧速度 5 0 m m ／ s ；松开速度 5 0 m m ／ s ；夹紧 工作压力 2～ 4 M P a 。 1 ． 3 液压系统工作原理及参数计算 1 ． 3 ． 1 流量计算 根据 1 ． 2 节 给出的三组液压缸 ，每种液压缸 具有 不同的工作速度和负载力工况。 工作台进给液压缸，各工况流量如下 快进 Q 5 0 4 0 0 01 0 7 ． 8 5 L ／ mi n 工进 Q 詈 5 0 5 0 0 1 0 0 ． 9 8 lY m in 快退 Q 詈 5 0 一 2 2 x 4 0 0 0 1 0 6 ． 3 3 L ／ m in 2个 夹 紧液 压 缸 ，各工 况 流 量及 每行 程 容 积 如 下 夹紧 Q “ IT3 2 5 06 01 0 24 ．8 2 l Mmi n， 詈 3 2 2 0 1 0 2 3 2 m L 松开 Q - a 2 一 1 8 5 0 6 0 1 0 2 3 ． 3 0 L ／ m i n , V 子 3 2 一 1 8 2 0 l 0 2 2 2 m L 2 个定位液压缸，各工况流量及每行程容积如 下 夹紧 Q I T 3 2 5 06 01 0 24 8 2 L ／ mi n ， 詈 3 2 2 0 1 0 。 2 3 2 m L 松开 9 3 2 一1 8 5 06 01 0 23 ． 3 0 4 L ,／ m i n V 詈 3 2 一 1 8 2 2 0 1 0 。 2 2 2 m L 1 ． 3 ． 2 泵 的选 型 工作台动作时，夹紧缸和定位缸不得动作。只有 在工作台退 回到极 限位置时 ，夹紧缸和定位缸方可动 作 。所有工况的最 大流量 为 7 ． 8 5 L／ m i n ，最小 流量 为 0 ． 9 8 L／ m i n 。按此流量和压力选泵 ，可选用 P a r k e r 叶片泵 P V K O 8 E H 1 4 0 C 2 Z ，带负载传感和压力补偿功 能。泵排量 8 ． 3 m lMr ，允许最大工作压力 1 4 M P a ， 实际使 用压力 4 M P a ，选 1 ． 5 k W 1 4 0 0 r ／ m i n电机 ， 最大流量 1 1 ． 6 2 L／ m i n 。 1 ． 3 ． 3 液压系统工作原理 液压系统原理如图 2所示。由 1 ． 3 ． 1节计算结 果可见 ，夹紧缸和定位缸每次动作所需的压力油体 积很小 ，其压力损失发 热很小 ，可设计成 节流调 速 ，其压力油 由蓄能器 l 3供 给，蓄能器在工作 台 快退到位后，泵 2压力升高到蓄能器内压力时开始 向蓄能器充油 ，当蓄能器压力达到叶片泵限定压力 4 MP a 时 ，泵排量 逐 渐减 小到 系 统泄 漏 量后 达 到流 量平衡 ，充油停止。在工作台运动时夹紧缸和定位 缸由蓄能器保压。夹紧缸和定位缸只允许在工作 台 快退到位后 ，方可动作 。定位缸 由电磁换 向阀 1 0 控制 夹 紧 、松 开 动 作 ，由叠 加 式 双 单 向节 流 阀 1 6 调节加 紧 、松 开 速 度 。夹 紧缸 由 电磁 换 向 阀 l 1控 制夹紧、松开动作 ，由叠加式双单 向节流阀 1 7调 节夹紧、松开速度。工作台移动缸的速度控制采用 串联三组节流阀 3 、4 、5并联电磁换 向阀 6 、7 、8 的方式。当工作台停止不动 时，电磁换 向阀 6 、7 、 8均不得 电，泵流量通过换向阀 6 、7、8 ，压差小 于负载流量设定压差 此处可设定 0 ． 5 M P a ，泵 排量到最大 ，此时泵流量通过三位 四通换 向阀 9中 位无压力卸荷。当工作台快进 、工进和快退时 ，对 应的并联电磁阀得电关闭，泵流量由对应的节流阀 调定，调定值见 1 ． 3 ． 1节的计算结果 。其系统图和 电磁铁动作表如图2所示。 第 l 4期 张昕 等铣床节能液压系统设计 5 3 1 0 、l l 一 三位四通换向阀1 2 一单 向阀1 } _蓄能器 1 4 --阀 1 5 _ ． 压力表1 6 、1 卜 叠加式双单向节流阀 图2 液压系统原理图 2 结束语 中，将具有限压功能的负载传感叶片泵和辅助传动液 在应用液压驱动的机床中，往往将一些夹紧、对 压回路有机结合在一起 ，简化了系统 ，取消了冷却装 中等辅助动作也采用液压传动。如何在多执行机构、 置，提高了效率，是一种节能型的液压系统。 行 苎 篓 出 窦 要 盖 ．新 编 液 舡程 手 北 京 舡大 学 出 回 路 ，是液压系统设计应重点考虑的问题。在该设计 一一 、 一 上接第 5 6页 瞬时刹车力增大对向下跳变产生的瞬时刹车力减小有 一 定 的抵制作用 ，在这么短暂的时 间内产生 的刹车力 变化 是可以接受的 。 4结论 1 针对现有液压盘刹长期存在的问题 ，作者 提出的自动换挡调压技术 ，在保留盘刹刹车力矩大、 制动稳定、控制操作方便的传统优势情况下 ，实现 了工作钳缸的实时合理分配 ，规避了比例阀盲区，对 盘刹设计具有指导意义 ； 2 自动换挡调压联合仿真模拟了 自动换挡调 压过程，仿真结果从理论上肯定了自动换挡调压方案 的可行性； 3 盘刹实物系统综合测试效果 良好 ，实现了 盘刹 自动换挡调压功能，解决 了传统液压盘刹效率 低、低载荷下刹车不灵敏等问题。 参考文献 【 1 】陈宏亮， 李华聪． A M E S i m与 M a t l a b ／ S i m u l i n k 联合仿真 接 口技术应用研究 [ J ] ． 流体传动与控制， 2 0 0 6 ， 1 4 1 1 4 1 6． 【 2 】K I M S ， P A R K K， S O N G H J ． D e v e l o p m e n t o f C o n t r o l L o g i c f o r H y d r a u l i c A c t i v e R o l l C o n t r o l S y s t e m[ J ] ． I n t e rna t i o n a l J o u r n al of A u t o m o t i v e T e c h n o l o g y ， 2 0 1 2 ， 1 3 1 8 7 9 5 ． 【 3 】HWA N G H S ， Y A N G D H， C HO I H K ． T o r q u e C o n t r o l o f E n g i n e C l u t c h t o I m p r o v e t h e D r i v i n g Q u a l i t y o f H y b ri d E - l e c t r i c V e h i c l e s 『 J ] ． I n t e rna t i o n a l J o u rna l of A u t o m o t i v e T e c h n o l o g y ， 2 0 1 1 ， 1 2 5 7 6 3 7 6 8 ． 【 4 】姜玲玲， 张俊俊． 基于 A M E S i m与 M a t l a b ／ S i m u l i n k 联合 仿真技术的接口与应用研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 1 1 4 81 4 9 ． 【 5 】高向前． 盘式刹车的发展及在石油钻采机械上的推广前 景[ J ] ． 石油机械， 1 9 9 4 ， 2 2 5 5 2 5 5 ．