铣床节能液压系统设计

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Milling M achine Energy-saving Hydraulic System DesignZHANG Xin.YANG Zhidong(School of Mechatronics Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin Heilongjiang 150001，China)Abstract：An energy-saving hydraulic system for miling machine was designed to implement multi-working condition and multi-actuator control circuit with a single vane pump by using a pressure flow-pressure compensator.The system was consisted of a flowpressure compensation type vane pump(1oad sensitive pump)，three throtle valve connected in series，and each of them was connect-ed in parallel with a solenoid vMve.When any one throtle was working at speed.the rest of the throtle valve was in short circuit byparalel connection of the solenoid vMve，SO as to realize flow self-adaptive and no flow losses in the cases of multi-working condition byone load sensitive pump.As to the smal volume hydraulic cylinder for clamping and centering，throttle speed regulation by accumulatoroil supply was used which simplified the circuit.The system has the advantages of high eficiency，low fever and simple circuit，whichis a kind of hi gh eficiency and energy-saving control circuit。

Keywords： Vane pump； Flow rate compensation； Pressure compensation； Load sensing pump；Multi-working condition；Multi.actuator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，-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-种只用-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：2013-03-12作者简介：张听 (1992-)，女，大学本科，现从事流体传动与控制方面的研究。E-mail：541484518###qq.eom。

· 52· 机床与液压 第41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42CrMo，硬度HB200，毛坯类型为模锻件。选用CD型硬质合金可转位铣刀，大铣刀盘直径为 150 mm；小铣刀盘直径为 100 mm。加工余量均为 3 mm，-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：5o/22×400，1台快进 速度 ：4 000 mm/min；快 退 速 度：4 000rnm/min；工进速度：500 rnm/min；最大工作压力：4MPa。

夹紧液压缸：32/618×20，2台夹紧速度：50 mm/s；松开速度：5O mm/s；夹紧工作压力：2～4 MPa。

定位液压缸：632/18×20，2台夹紧速度：50 mm/s；松开速度：50 mm/s；夹紧工作压力：2～4 MPa。

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 ×50 ×4 000÷10 7.85 L/min工进：Q詈×50 ×500÷10 0.98 lYmin快退：Q詈×(50 -22 )x4 000÷10 6.33 L/min2个夹紧液压缸，各工况流量及每行程容积如下 ：夹紧：Q "IT×32 ×50×60÷10 ×24. 82 lMmin， 詈×32 ×20÷10 ×2：32 mL松开 ：Q-(a2 -18 )×50×60÷10 ×23.30L/min，V子(32 -18 )×20÷l0 ×222 mL2个定位液压缸，各工况流量及每行程容积如下：夹紧：Q 'IT×32 ×50×60÷10 ×24·82 L/min， 詈×32 ×20÷10。×232 mL松开：9 ： ×(32 -18 )×50×60÷10 ×2：3.304 L，/min V詈×(32 -182)×20÷10。×22 mL1.3.2 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 7.85 L/min，最小流量为0.98 L/min。按此流量和压力选泵 ，可选用 Parker叶片泵 PVKO8EH140C2Z，带负载传感和压力补偿功能。泵排量 8.3 mlMr，允许最大工作压力 14 MPa，实际使用压力 4 MPa，选 1.5 kW 1 400 r/min电机 ，最大流量 11.62 L/min。

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 l3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 MPa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 10控制夹紧、松开动作 ，由叠加式双单 向节流阀 16调节加 紧、松开速度。夹紧缸 由电磁换向阀 l1控制夹紧、松开动作，由叠加式双单向节流阀 17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 MPa)，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 l4期 张昕 等：铣床节能液压系统设计 ·53·10、ll- 三位四通换向阀 12-单 向阀 1蓄能器 14- 阀 15.压力表 16、1 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-些夹紧、对 压回路有机结合在-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-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 -- 、 -(上接第56页)瞬时刹车力增大对向下跳变产生的瞬时刹车力减小有- 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。