激光切割机升降工作台液压系统的设计.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 01 2 1 2 0 1 2 0 3 0 0 5 4 0 2 激 光切 割机 升 降工作 台液 压 系统 的设 计 潘 殿 生 。厉荣 。 季鹏 ，严伟 1 ． 江苏 扬力数 控机床 有 限公 司 ， 江 苏 扬 州 2 2 5 1 2 7； 2 ． 南 京航天 航 空大学 ， 江苏南京 2 1 0 0 1 6 摘要 设 计 了一种用 于激 光切 割机 升 降工作 台的液压 系统 。 该 系统 采用双 联泵 、 串联 液压缸 、 调速 阀等实 现 了四个 液压 缸 动作 同步。 关键 词 机械设 计 ； 液压 系统 ； 设 计 ； 升 降工 作 台 ； 激光 切 割机 中 图 分 类 号 T G6 6 5 文 献 标 识 码 A 1激 光 切 割 机 升 I r 4 “ g 台 的 工 作 原 理 激 光切 割机升 降工 作 台共 有上 下两 层 ，每层 都 可 以放 置待 加工板 料 。 当激 光切 割机工 作 时 ， 通过 升 降工作 台 的升降来 选取 其 中一 层 中的板 料进 行切 割 加 工 ， 而另一 层 可 同时 进行上 料操 作 。 这样 就省去 了 上 料 时间 ，提高 了工作 效率 。升 降工作 台升降要 平 稳 ， 不 能倾斜 ， 要 求驱 动升 降工作 台 的四个油 缸动 作 同 步 。 2液 压 系 统 的 设 计 及 工 作 原 理 四缸 同步 是液压 系统设 计 中 的难 点 。 目前 大 多 数激 光切 割机 升降工 作 台的液 压系统 都是 采用 一进 四出 的同步马 达来 实现 四个油 缸动作 同步 。这 种液 压 系统 同步精 度 较高 ， 但 也 有 不少 缺 点 效 率低 ， 温 升快 ； 油 路复 杂 ， 成 本高 等 。在 这里 介绍 一种新 的激 光 切割 机升 降工作 台液 压系统 ， 如 图 1所 示 ， 该 液 压 系统 由i N个相 互独 立 的且完全 相 同的 串联缸 同步 回 路 组合 而成 。 2 ． 1 升 降工作 台上 升 当升 降工作 台需要 上 升时 ， 启 动 电机 ， 双联泵 转 动 ， 将 油箱 里 的液压油 排入 系统 中 。 液压油 通过单 向 阀 进 入 主 油 缸 下 腔 ， 推 动 两 个 主 油 缸 上 升 ； 主 油 缸 上 腔液 压油 被压 入副油 缸下 腔 ， 推 动副油 缸 同时上 升 ； 器流 回油 箱 。主油 Q 双联 泵 一 个 。要 使两 个 主油缸 ，从事数控金属板 材加 工 主油缸副油缸 主油缸 副油缸 图 1 系统液压原理图 上升速 度相 同 ， 只要选用 排量 相 同的双联 泵 即可 ， 即 Q Q 。主油 缸上 腔受力 面积 s l ,-／ T JD } 一 d } 式 中 一 d 。 活 塞 杆 外 径 ； 副 油 缸 下 腔 受 力 面 积 5 Q ／ “I T ‘ 式 中 D厂副 油缸 内径 。因此要 使主副 油缸 速 度相 同 ， 只要 满足 S Js ， 即 D2 D2 d I 。例如令 D 5 0， D 4 0， d 3 0， 即可满 足 S ．s 。 因此在 升降工 作 台 上 升 时 ， 该 液 压 系统 只 要 满 足 Q Q 及 S 。 S ， 即 可 实 现 四缸 同步 。 该 液压 系统 上升速 度不 可调 ， 因此 要 根 据 要求 合 理选 择 双联 泵 的排 量 和 主油 缸 的 内径 。 四个油 缸 的行程等 于升 降工作 台上 下两层 的间距 。 2 ． 2升 降工作 台保持 当升 降工作 台到达 上死 点时 ， 关 闭 电机 电源 ， 双 联泵停 止 向系统供 油 。单 向阀和 电磁 阀封住 主 油缸 下腔 液压油 ， 使 升降工作 台保 持在 上死 点位置 。 这时 要求 升降工 作 台不能 在重力 的作 用下 缓慢下 降 。 因 此在 设计 时 ，选 用 了密封 性能 良好 的单 向阀和插 装 式 电磁 阀 。 2 ． 3升降工作 台下降 当升 降工 作 台需要 下降 时 ，给 电磁 阀电磁 线 圈 通 电 ， 电磁 阀换 向打 开油路 。 主油 缸下 腔液 压油 通过 电磁 阀及 调速 阀流 到副 油缸上 腔 ，多余 的液 压 油则 通过 回油 过滤 器流 回油箱 。升降工 作 台下 降速 度 由 调速 阀调 节 。 因为主副 油缸 已经 实现 了 同步 ， 所 以在 升 降工作 台下 降时 ， 只要保 证 两个 主油缸 同步 ， 即可 实 现 四缸 同 步 。 通 过 调 速 阀 的 液 压 油 流 量 q C ， r ■ 一 、 ／ p - p 。 式中 一流量系数，近似视为常 V P 数 ； A， 一调 速 阀 过 流 断 面 面 积 ； p 一液 压 油 密 度 ； P。 调 速 阀进 口压 力 ； p 调 速 阀 出 口压 力 ， 因 为调 速 阀出 口接油 箱 ， p 0 0 。通 过该公 式 可 以看 出 ， 流 过 调 速 阀 的液 压 油 流 量 q取 决 于 调 速 阀 过 流 断 面 面 积 A 及 调速 阀进 口压 力 P 。 当负 载 增 大导 致 P 增 大 时 ， 调 速 阀 阀 芯 受 力 平 衡 破 坏 ， 阀 芯 向 阀 口减 小 的 方 向移 动 ， 减 小 ， 从 而保 证 口不 变 ； 反之 ， 当负 载减 小导 致 P。 减 小时 ，调 速 阀 阀芯 受力 平衡 破 坏 ， 阀芯 向 阀 口增 大 的方 向移动 ， A 增 大 ，从 而保 证 q 不变 。因此通 过调 节调速 阀开 口使 升 降工作 台下 降 平稳 后 ， 不 论 负载如 何变 化 ， 都能保 证 四缸 同步 精度 和 下降速 度 。 2 ． 4主 油 缸 自动 补 偿 在 升降工 作 台上升 过程 中 ，如果 两对 主副 油缸 不 同步 其 中一 对 主副油 缸到 达上 死点 时 ， 另一 对 主 副 油 缸 还 未 到 达 上 死 点 。 到 达 上 死 点 的 回路 中 的 液 压 油 自动 打 开 溢 流 阀 流 回油 箱 ；未 到 达 上 死 点 的 回 路 中 的液 压 油 通 过 单 向 阀 进 入 主 油 缸 下 腔 ，推 动 主 副油 缸继 续 向上移 动 。 当四个 油 缸都 到达上 死点 时 ， 关 闭 电 机 。该 液 压 系 统 中 的 溢 流 阀 不 仅 具 有 限 制 系 统压 力 ， 保 护液 压元 件 的作 用 ， 还有 主油 缸 自动 补偿 作 用 。 2 ． 5副 油 缸 手 动 补 偿 当升 降工作 台到 达上 死点 时 ，系统 中的 四个油 缸 未全 部 到达上 死点 可 以通过 感应 开关 检测 。说 明在长 期 的工作 中 ，主油缸 上腔 和 副油缸 下腔 之 间 的 液 压 油 由 于 油 缸 的 内 泄 而 减 少 ，造 成 主 油 缸 到 达 上 死点 时 ， 副油缸 未能 到达 上死点 。 这 时需 要对 副油 缸 进行 手动 补偿 保持 电机在 开启状 态 ，打 开截止 阀 ， 液 压 油 通 过 截 止 阀进 入 副 油 缸 下 腔 ， 推 动 副 油 缸 向上移 动 ，副油缸 上腔 液压 油通过 回油过 滤器 流 回 油 箱 。当 四个 油 缸都 到达上 死点 时 ， 关 闭截 止 阀 ， 关 闭 电 机 。 3小 结 该 液压 系统 采用 双联泵 、 串联 液 压缸 、 调速 阀等 实 现 四缸 同步 ， 油 路简 单 ， 成 本低 ， 易 于实现 ； 在 升 降 工 作 台上升过 程 中才开启 电机 ，其 余 时 间电机 都是 关 闭 的 ， 温 升慢 ， 节 能 环保 ； 在 升 降工 作 台上 升 和下 降过程 中 ，油缸 的速度 和 同步精度 不 受负 载变 化 的 影 响 ， 抗 偏 载能力 强 ， 同步精 度高 。该 液压 系统 不仅 可 以用 于激光 切 割机升 降工 作 台 ，还 可 以用 于其他 升 降平 台 ， 具有 广 阔 的应用前 景 。 【 参考 文献 】 [ 1 】 李壮云， 葛宜远．液压元件与系统． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 9 ． 【 2 ] 徐灏． 机械设计手册 第 5卷 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 高殿荣， 吴晓明．工程流体力学． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 9 ． [4 】 权晋花． 基于蓄能器 的旧式水压机改造【 J 1 ．锻压装备与制造技术 ， 2 0 0 9 ， 4 4 2 2 6 2 8 ． [ 5 ] 段俊勇． 金属薄板 冲压 机液压系统 的设计 [ J J ． 锻压装备 与制造技 术， 2 0 1 0 ， 3 ． De s i g n o f hy dr a ul i c s y s t e m f o r up-d o wn wo r kt a b l e i n l a s e r c u t t i n g ma c hi ne PAN Di a ns he ng ， LI Ro n g ， J I Pe n g ， YAN W e i 。 1 ． J i a n g s u Ya n g l i CNC Ma c hi ne To o l Co ． ， Lt d． ， Ya n g z h o u 22 5 1 2 7， J i a n g s u Ch i n a； 2 ． N a n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s ， Na n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， J i a n g s u Ch i n a Abs t r a c t Th e h y d r a ul i c s y s t e m h a s be e n d e s i g n e d f o r u p md o wn wo r k t a b l e o f l a s e r c ut t i n g ma c h i n e ．Fo u r d r a u l i c c y l i n d e r s o f t h e s y s t e m c a n mo v e s y n c hr o n 0 u s l y b y us e o f d u a l pu mp， s e r i a l h y d r a u l i c c y l i n d e r a n d flu x e t r ol Va l v e． K e ywo r ds Dua l p u mp； S e r i a l hy d r a u l i c c y l i nd e r ； Fl u x c o n t r o l v a l v e