液壓滑臺液壓系統動能設計

朱亞明

【摘要】組合機床動力滑臺液壓系統，能實現的工作循環是：快速前進→工作進給→快速退回→原位停止，液壓技術是機械設備中發展速度最快的技術之一。特別是近年可與微電子、計算機技術相結合、使液壓技術進入了一個新的發展階段。目前，已廣泛應用在工業各領域。由于近年來微電子、計算機技術的發展，液壓元器件制造技術的進一步提高，使液壓技術不僅在作為一種基本的傳統形式上占有重要地位而且以優良的靜態、動態性能成為一種重要的控制手段。

【關鍵詞】液壓系統液壓缸

一、液壓系統的基本組成

液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式。液壓系統利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執行元件（組成馬達）把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構。實現直線往復運動和創轉運動。驅動機床工作臺的液壓系統是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、節流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。

液壓系統主要由以下五大組成部分組成：

1）動力裝置——液壓泵。它將動力部分（電動機或其它遠動機）所輸出的機械能轉換成液壓能，給系統提供壓力油。

2）執行裝置——液壓缸、液壓馬達。通過它將液壓能轉換成機械能，推動負載做功。

3）控制調節裝置——液壓閥。通過它們的控制和調節，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節流閥、調整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單問間、液挖單向閥、校閥、換向間等。根據控制方式不同，液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。

4）輔助裝置——油箱、管路、器能器、濾油器、管接頭、壓力表開關等，通過這些元件把系統聯按起來，以實現各種工作循環。

5）工作介質——液壓油。絕大彩數液壓油采用礦物油，系統用它來傳遞能量或信息。

組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定外形和加工工藝設計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床兼有低成本和高效率的優點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。組合機床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。液壓系統由于具有結構簡單、動作靈活、操作方便、調速范圍大、可無級連讀調節等優點，在組合機床中得到了廣泛應用。

2、確定液壓控制方案

液壓系統方案設計是根據主機的工作情況、主機對液壓系統的技術要求、液壓系統的工作條件和環境條件以及成本，經濟性、供貨情況等諸多因素，進行全面、綜合的設計，從而擬定出一個各方面比較合理的、可實現的液壓系統的方案來。其內容包括：油路循環方式的分析與選擇，油源形式的分析與選擇，液壓回路的分析、選擇與合成，液壓系統原理圖的擬定、設計與分析。

1）速度控制回路的選擇

a、選擇油源形式從工況圖可以清楚看出，在工作循環內，液壓缸要求油源提供快進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=14.4/1.98；其相應工進的時間遠比快進和快退的時間長，這表明在一個工作循環中的大部分時間都處于高壓小流量工作。從提高系統效率、節省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用變量葉片泵或雙聯葉片泵作為油源。考慮到變量葉片泵能隨著系統壓力的變化匹配相應的輸出流量，相比雙聯葉片泵在經濟性和減少能量損失方面更加適合。最后確定選用變量葉片泵方案。

b、選擇快速運動和換向回路本系統已選定液壓缸差動連接和變量葉片泵供油兩種快速運動回路實現快速運動。考慮到從工進轉快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥。

c、選擇速度換接回路由于本系統滑臺由快進轉為工進時，速度變化大，為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路。

d、選擇調壓和卸荷回路在變量葉片泵供油的油源形式確定后，調壓和卸荷基本解決。即滑臺工進時，變量葉片泵自動匹配所需要的工作流量，從而控制其壓力。無需另設調壓回路。在滑臺工進和停止時，變量葉片泵流量基本上很小。故可不需再設卸荷回路。

二、液壓系統的發展

工程機械主要配套件有動力元件、傳動元件、液壓元件及電氣元件等。目前工程機械動力元件基本上都用內燃式柴油發動機（簡稱柴油機）；傳動分機械傳動、液力機械傳動、靜液壓傳動、電傳動等。但目前工程機械用得最多、最普遍的為液力機械傳動及靜液壓傳動。整個傳動系統還包括傳動軸、驅動橋等。靜液壓傳動有多種結構形式，有的有傳動軸、驅動橋，有的沒有，視情況而定；液壓元件主要有缸、泵、閥、密封件及液壓附件等。靜液壓元件的泵（主要是變量泵）、馬達（變量與定量），以及相應的減速機等；電氣元件以前對工程機械的影響還并不大，最早的工程機械電氣系統，主要是起動電路及照明電路，系統及元件都非常簡單，起動可以用拖起動，白天干活不用照明，因此，這兩個電路系統出了故障也能勉強維持工作。但工程機械發展到今天，電氣系統及電氣元件已經成了工程機械一個非常關鍵的部分，可以說今天的絕大多數工程機械，電氣系統出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步難行，等于一堆廢鋼鐵。因此電氣系統、電器元件目前也是工程機械最關鍵最主要的配套件之一。主要電器元件除傳統的元件外，還有各種傳感器，各種控制元件及微處理機等等。下面就國際上這些工程機械主要配套件的基本情況及發展趨勢談談看法。

目前國外工程機械主要配套件大多數都生產歷史悠久，技術成熟、供應充足，生產集中度高，品牌效應突出。配套件的發展隨主機的發展而發展，同時配套件自身的發展反過來又促進主機的發展。目前國外工程機械配套件的發展形勢好過主機的發展形勢。目前國外工程機械配套件的發展形勢比較好。