[畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄1、設(shè)計(jì)題目12、工況分析12.1 負(fù)載分析22.2 運(yùn)動(dòng)分析23、確定液壓缸參數(shù)33.1 初選液壓缸的工作壓力 33.2 確定液壓缸尺寸33.3 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率計(jì)算值 43.4 繪制液壓缸工況圖 44、擬定液壓系統(tǒng)圖 6 4.1 選擇液壓回路 6 4.1.1 調(diào)速回路 6 4.1.2 換向回路和卸荷回路 6 4.1.3 快速運(yùn)動(dòng)回路64.1.4 壓力控制回路7 4.2 液壓系統(tǒng)合成 85、選擇液壓元件 85.1 選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 85.2 選擇控制元件95.3 選用輔助元件 106、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算106.1 回路中壓力損失 106.1.1 工進(jìn)時(shí)壓力損失

2、106.1.2 快退時(shí)壓力損失116.2 確定液壓泵工作壓力126.3 液壓系統(tǒng)的效率 126.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗(yàn)算13 參考文獻(xiàn)14附錄 （液壓系統(tǒng)圖） （液壓油缸圖）1 設(shè)計(jì)題目1.1設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)專用銑床，銑頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為7.0千瓦，銑刀直徑為120mm，轉(zhuǎn)速350轉(zhuǎn)/分，如工作臺(tái)質(zhì)量為480公斤，工件和夾具的質(zhì)量為150公斤，工作臺(tái)的行程為400mm，工進(jìn)行程為100mm，快進(jìn)快退速度為4.5米/分，工進(jìn)速度為601000毫米/分，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速（減速）時(shí)間為0.05秒，工作臺(tái)用平導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)，動(dòng)摩擦系數(shù)，試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。2 工況分析2.1負(fù)載分析根據(jù)給定條件，

3、先計(jì)算工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)中慣性力，工作臺(tái)與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦阻力和靜摩擦阻力（n） (2-1)(n) (2-2)(n) (2-3)其中，(n)(n)(n)由銑頭的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率可以求得銑削最大負(fù)載阻力： (2-4)其中所以，同時(shí)考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力（取液壓缸的機(jī)械效率），工作臺(tái)的液壓缸在各工況階段的負(fù)載值列于表2-1中，負(fù)載循環(huán)圖如圖2-1所示。表2-1 各階段負(fù)載值工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載f(n)液壓缸推力（n）起動(dòng)12601400加速15931770快進(jìn)630700工進(jìn)38154239反向起動(dòng)12601400反向加速15931700快退630700 圖2-1負(fù)載循環(huán)圖2.2運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)給定條件

4、，快進(jìn)、快退速度為0.075m/s，其行程分別為300mm和400mm，工進(jìn)速度為601000m/s（即0.0010.0167m/s），工進(jìn)行程100mm，繪出速度循環(huán)圖如圖2-2所示。 圖2-2 速度循環(huán)圖3 確定液壓缸的參數(shù)3.1初選液壓缸的工作壓力根據(jù)液壓缸推力為4239n（表2-1）,按表11-2（書）的推薦值，初選工作壓力為pa.3.2 確定液壓缸尺寸由于銑床工作臺(tái)快進(jìn)和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使,快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，因管路中有壓力損失，快進(jìn)時(shí)回油路壓力損失取pa，快退時(shí)回油路壓力損失亦取pa。工進(jìn)時(shí)，為使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為pa,

5、選取背壓pa。根據(jù),可求出液壓缸大腔面積為 (3-1) (3-2)根據(jù)gb2348-80圓整成就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得d=90mm，液壓缸活塞桿直徑，根據(jù)gb2348-80就近圓整成標(biāo)準(zhǔn)值d=63mm，于是液壓缸實(shí)際有效工作面積為 (3-3) (3-4)3.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值（見表3-1）工況(n)液壓缸papan(w)快進(jìn)（差動(dòng)）起動(dòng)140009.70.225164.3加速1770510.9恒速70057.3工進(jìn)4239611.070.0060.16.6110.7快退起動(dòng)114000.225276.8加速1770515.9減速700512.33.4繪制液壓缸工況圖根據(jù)

6、表3-1計(jì)算結(jié)果，分別繪制p-l、q-l和n-l圖，如圖3-1所示 p-l圖q-l圖n-l圖圖3-1 -l、q-l和n-l圖4 擬定液壓系統(tǒng)圖4.1選擇液壓系統(tǒng)圖4.1.1調(diào)速回路由工況圖3-1可知，該銑床液壓系統(tǒng)功率小，因此選用節(jié)流調(diào)速方式，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)?？紤]到銑削加工中有順銑和逆銑兩種工況，宜采用調(diào)速閥來保證速度穩(wěn)定，并將調(diào)速閥裝在液壓缸回油路上起阻力作用，使工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)時(shí)比較平穩(wěn)，如圖4-1(a)和4-1（a）所

7、示,由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化不大，為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，從節(jié)約成本考慮，選用如圖4-1(a)所示的調(diào)速回路。 (a) (a)圖4-1 調(diào)速回路4.1.2 換向回路和卸荷回路銑床工作臺(tái)采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。由工況圖可知，系統(tǒng)壓力和流量都不大，同時(shí)考慮工作臺(tái)工作一個(gè)循環(huán)后裝夾具時(shí)間比較長，為方便工作臺(tái)的手動(dòng)，選用三位四通u型電磁換向閥，并由電氣行程開關(guān)配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，如圖4-2b所示4.1.3 快速運(yùn)動(dòng)回路為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快速進(jìn)給，選用二位三通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動(dòng)連接。這種差動(dòng)連接的快速運(yùn)動(dòng)回路，結(jié)構(gòu)簡單，也比較經(jīng)濟(jì)，如圖4-2a所示。在圖4-2a-b中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控

8、制，所以選擇4-2a所示的回路，一起同4-2b組成的快速、換向回路，同樣可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。同時(shí)驗(yàn)算回路的壓力損失比較簡便，所以不選用圖4-2a-b所示的回路。 (a) (b) (a-b)圖4-2 快速和換向回路4.1.4 壓力控制回路由于液壓系統(tǒng)流量很小，銑床工作臺(tái)工作進(jìn)給時(shí)，采用回油路節(jié)流調(diào)速，故選用定量泵供油比較、經(jīng)濟(jì)，如圖4-1a所示.調(diào)壓回路采用先導(dǎo)式溢流閥維持液壓泵出口壓力恒定。當(dāng)換裝工件時(shí)，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓泵卸荷回路采用小型二位三通電磁閥控制先導(dǎo)型溢流閥，實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷。而從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用雙聯(lián)葉片泵油源顯然是不合理的，如圖4-3b所示，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制也

9、復(fù)雜，所以不適宜選用此方案。 (a) (b)圖4-3 壓力控制回路4.2 液壓系統(tǒng)合成根據(jù)以上選擇的液壓基本回路，合成為圖4-2所示的定量泵-回油路節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)圖。 圖4-2 液壓系統(tǒng)合成5 選擇液壓元件5.1 選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)k=1.1則液壓泵的最大流量，即=14.88l/min。根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)是采用回油路節(jié)流調(diào)速，進(jìn)油路壓力損失選取，故液壓泵工作壓力為： 。 (5-1)考慮到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為：. (5-2)根據(jù)、和已選定的單向定量泵型式，查手冊(cè)書（二）選用型定量葉片泵。該泵額定排量為16ml/r,額定轉(zhuǎn)速960r/min，其額定

10、流量為，由工況圖知，最大功率在快退階段，如果取液壓泵的效率為為0.75，驅(qū)動(dòng)液壓泵最大輸入功率為：（w） (5-3)查電工手冊(cè)選取750w的電動(dòng)機(jī)。5.2 選擇控制元件根據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力和通過控制元件的最大流量，選用各類閥的規(guī)格見表5-1.表5-1 選用各類閥的規(guī)序號(hào)控制元件名稱型號(hào)規(guī)格技術(shù)數(shù)據(jù)實(shí)際流量額定流量時(shí)壓力損失1溢流閥y1-25b卸荷壓力2三位四通電磁換向閥34d-25b23單向調(diào)速閥q1-25b反向時(shí)2最小壓差54二位三通電磁換向閥23d-25b15單向閥1-25b1.55.3 選用輔助元件濾油器：液壓泵吸油口需裝粗濾油器，選用xu-16100j線隙式100進(jìn)口濾油器，流量q=1

11、6l/min=0.267.油箱容量：由下式計(jì)算有效容積v，取系數(shù)k=6，q=12l/min,則有 (5-4)根據(jù)書（二）標(biāo)準(zhǔn)，可取油箱的容積v=75l，油箱見附圖1，管道尺寸由選定的標(biāo)準(zhǔn)元件連接口尺寸確定。6 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算6.1 回路中壓力損失回路壓力損失計(jì)算應(yīng)在管道布置圖完成后進(jìn)行，必須知道管道的長度和直徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=12mm,長度在管道布置圖未完成前暫按進(jìn)油管、回油管均為l=2m估算。油液運(yùn)動(dòng)粘度取，在此設(shè)計(jì)中主要驗(yàn)算工進(jìn)和快退工況時(shí)的壓力損失。6.1.1 工進(jìn)時(shí)壓力損失進(jìn)油管路壓力損失：首先判別進(jìn)油管液流狀態(tài)，由于雷諾數(shù) (6-1)故為層流。管路沿層壓力

12、損失： (6-2)取管道局部損失油液流經(jīng)單向閥和三位四通換向閥的壓力損失按下面公式計(jì)算，有關(guān)數(shù)據(jù)見表5-1 （pa） (6-3)工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路總壓力損失：(pa) (6-4)工進(jìn)時(shí)回油路壓力損失：因回油管路流量為 (6-5) 液流狀態(tài)經(jīng)判斷為層流（，于是沿程壓力損失： (6-6)局部壓力損失： (6-7)回油路中油液流經(jīng)二位三通換向閥、調(diào)速閥和三位四通換向閥時(shí)的壓力損失計(jì)算方法同上，即 = (6-8)工進(jìn)時(shí)回油路總壓力損失 (6-9)將回油路中壓力損失折算到進(jìn)油路上，就可求出工進(jìn)時(shí)回路中整個(gè)壓力損失 (6-10)6.1.2 快退時(shí)壓力損失快退時(shí)進(jìn)油路和回油路中經(jīng)檢查都是層流，進(jìn)油路壓力損失為：

13、(6-11)進(jìn)油路中油液流經(jīng)單向閥、三位四通換向閥、單向調(diào)速閥（反向時(shí)）以及二位三通換向閥時(shí)壓力損失計(jì)算方法同前 (6-12)快退時(shí)進(jìn)油路總壓力損失： (6-13)快退時(shí)回油路中壓力損失：由于,則有 (6-14) 回油路總壓力損失： (6-15)將回油路中的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，可得到快推時(shí)回油路中的整個(gè)壓力損失： (6-16)這個(gè)數(shù)值比原來估計(jì)的數(shù)值大，因此系統(tǒng)中元件規(guī)格和管道直徑不宜再減小。6.2 確定液壓泵工作壓力 工進(jìn)時(shí)，負(fù)載壓力 (6-17) 液壓泵工作壓力 (6-18)快退時(shí)，負(fù)載壓力： (6-19)液壓泵的工作壓力： (6-20)根據(jù)，則溢流閥調(diào)整壓力取。6.3 液壓系統(tǒng)的效率由于在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)占用時(shí)間最長，因此，系統(tǒng)的效率可以用工進(jìn)時(shí)的情況來計(jì)算。工進(jìn)速度為，則液壓缸的輸出功率為 (6-21)液壓泵的輸出功率： (6-22)工進(jìn)時(shí)液壓回路效率： (6-23)液壓系統(tǒng)效率,取液壓泵效率，液壓缸效率取，于是(6-24)6.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗(yàn)算液壓系統(tǒng)總發(fā)熱功率計(jì)算液壓泵輸入功率： (6-25)液壓缸有效功率： (6-26)系統(tǒng)總發(fā)熱功率：或 (6-27)油箱散熱面積： (6-28)油液溫升：，取，則（） (6-29)溫升沒有超出允許范圍的