銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、1、設(shè)計題目 12、工況分析 12.1 負(fù)載分析 22.2 運動分析 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、流量和功率計算值 43.4 繪制液壓缸工況圖 44、擬定液壓系統(tǒng)圖 64.1 選擇液壓回路 64.1.1 調(diào)速回路 64.1.2 換向回路和卸荷回路 64.1.3 快速運動回路 64.1.4 壓力控制回路 74.2 液壓系統(tǒng)合成 85、選擇液壓元件 85.1 選擇液壓泵和驅(qū)動電機 85.2 選擇控制元件 95.3 選用輔助元件 106、液壓系統(tǒng)性能驗算 106.1 回路中壓力損失 106.1.1 工進時壓力損

2、失 106.1.2 快退時壓力損失 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)熱溫升驗算13參考文獻 14附錄（液壓系統(tǒng)圖）（液壓油缸圖）1設(shè)計題目1.1設(shè)計題目設(shè)計一臺專用銃床，銃頭驅(qū)動電機的功率為7.0千瓦，銃刀直徑為120mm轉(zhuǎn)速350轉(zhuǎn)/分，如工作臺質(zhì)量為480公斤，工件和夾具的質(zhì)量為150公斤，工 作臺的行程為400mm工進彳T程為100mm快進快退速度為4.5米/分，工進速 度為601000毫米/分，其往復(fù)運動的加速（減速）時間為 0.05秒，工作臺用 平導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)fs=0.2,動摩擦系數(shù)fd=0.1,試設(shè)計該機床的液壓系統(tǒng)。2工況分析2

3、.1負(fù)載分析根據(jù)給定條件，先計算工作臺運動中慣性力Fm,工作臺與導(dǎo)軌的動摩擦阻力Ffd和靜摩擦阻力FfsFmFg vg ：t6300 0.075 二 963 (N)9.81 0.05(2-1)Ffdu fd(FG1Fg2)-0.1(48001500) -6300 (N)(2-2)FfS= fs(FG1Fg2)=0.2(48001500) =1260 (N)(2-3)其中，F(xiàn)G1 =m1g =480 10 =4800(N)FG2=m2g =150 10 =1500(N)FG = FG1 FG2 = 4800 1500 =6300 (N)由銃頭的驅(qū)動電機功率可以求得銃削最大負(fù)載阻力Ft：Ft =

4、Pv(2-4)其中 v =n= 350 3.14 0.12 ;2.198m6060s所以,Ft P-70002.198= 3185同時考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力（取液壓缸的機械效率”m = 0.9）,工作臺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)裁計算公式液壓缸負(fù)裁F(N)液壓缸推力F0 (NJ)起動12601400加速15931770快進630700工進38154239反向起動12601400反向加速15931700快退630700根據(jù)給定條件，快進、快退速度為0.075m/s ,其行程分別為300mnf口 400mm 工進速度為6

5、01000m/s (即0.0010.0167m/s ),工進行程100mm繪出速度循 環(huán)圖如圖2-2所示。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10 105Pa.3.2 確定液壓缸尺寸由于銃床工作臺快進和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使A =24,快進時采用差動連接，因管路中有壓力損失，快進時回油路壓力損失 取.甲二5 105Pa,快退時回油路壓力損失亦取p -5 105 Pa。工進時，為使運動平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為（5110）10 5 Pa,選取背 壓 P2

6、=6 105 Pa。根據(jù)P1A1 = P2A2+F。，可求出液壓缸大腔面積 A為工飛-。4;%10.006")(3-1)= 0.087(m)（3-2）D=90mm液壓缸活塞桿直徑D 二 4A 二 4一0.006根據(jù)GB2348-80圓整成就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得;二 3.14d ="公=63.65mm ,根據(jù)GB2348-80就近圓整成標(biāo)準(zhǔn)值d=63mm于是液壓缸實 際有效工作面積為-：2-：22A1 =D2 = 0.092 = 0.006 m2(3-3)44A = (D2 -d2) = (0.092 -0.0632) = 0.003m2(3-4)443.3 液壓缸工作循環(huán)中各階段

7、的壓力、流量和功率的計算值 (見表 3-1)工況F0(N)液壓缸P2M1C5PaPC105PaN(W)快進（差 動）起動140009.70.225164.3加速1770510.9恒速70057.3工進4239611.070.00611 0.16.6110.7快退起動114000.225276.8加速1770515.9減速700512.33.4 繪制液壓缸工況圖根據(jù)表3-1計算結(jié)果，分別繪制P-L、Q-L和N-L圖，如圖3-1所示* Pl X 10 (Pa)1 1. 079, 7010. 97. 310。200 ,300L (mm)12. 315. 94009. 7P-L圖Q-L圖N-L圖圖 3

8、-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，滑臺運動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失引起運動部件前沖，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， 使工作臺低速運動時比較平穩(wěn)， 如圖 4-1(a) 和 4-1( A)所示 ,由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，速度變化不大，為減少速度換接時的

9、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采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動。由工況圖可知，系統(tǒng)壓力和流量都不大，同時考慮工作臺工作一個循環(huán)后裝夾具時間比較長，為方便工作臺的手動，選用三位四通U 型電磁換向閥，并由電氣行程開關(guān)配合實現(xiàn)自動換向，如圖 4-2b 所示4.1.3 快速運動回路為實現(xiàn)工作臺快速進給，選用二位三通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動連接。這種差動連接的快速運動回路，結(jié)構(gòu)簡單，也比較經(jīng)濟，如圖 4-2a 所示。在圖4-2a-b 中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控制，所以選擇4-2a 所示的回路，一起同 4-2b 組

10、成的快速、換向回路，同樣可以實現(xiàn)差動連接。同時驗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，銑床工作臺工作進給時，采用回油路節(jié)流調(diào)速，故選用定量泵供油比較、經(jīng)濟，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，工作臺停止運動，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，控制也復(fù)雜，所以不適宜選用此方案。(a)

11、(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)動電機取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.1則液壓泵的最大流量 Qb AK(£Qi)max =1.1M0.225M103 = 0.248Ml0“m3/s,即 QB=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， 進油路壓力損失選取£Ap = 5M105Pa ,故 液壓泵工作壓力為：Pb = P1 +ZAp =(9.84 +5)x105 =14.84x105 Pa。(5-1)考慮到

12、系統(tǒng)動態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為：pB =14.84(1 25%) 105 =18.85 105 Pa.(5-2)根據(jù)Qb、Pb和已選定的單向定量泵型式，查手冊書(二)選用YB,-16型定量葉片泵。該泵額定排量為16mL/r,額定轉(zhuǎn)速 960r/min ,其額定流量為0.256 X10 "3m3/s,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)動液壓泵最大輸入功率NB為：NbP1QB(15.9 5) 105 0.256 電0.75= 713 (VW(5-3)查電工手冊選取750W的電動機。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

13、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 號控制元 件名稱型號規(guī)格技術(shù)數(shù)據(jù)實際流量額定流量時 壓力損失1溢流閥Y1-25B卸荷壓力1L 1.52三位四 通電磁 換向閥34D-25B23單向調(diào) 速閥Q1-25B反向時2取小壓力：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-16m100J線隙式100Nm進口濾油器，流量 Q=16l/min=0.267 10，m3/s.油箱容量：由下式計算有效容積 V,取系數(shù)K=6, Q=12L/min,則有V =KQ =6 12=72(L)=72 10，(m

14、3)(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)性能驗算6.1 回路中壓力損失回路壓力損失計算應(yīng)在管道布置圖完成后進行，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油管、回油管均為L=2m估算。油液運動粘度取v =1.5M10"m2/s,在 此設(shè)計中主要驗算工進和快退工況時的壓力損失。6.1.1 工進時壓力損失進油管路壓力損失：首先判別進油管液流狀態(tài)，由于雷諾數(shù)vdRe =4Q二 d4 0.1 10， . - _3 -T/二 12 101.5 10

15、= 70.7 :二 2000(6-1)故為層流。管路沿層壓力損失:4.3 、 Q L 八 164 10d44.3 1.5 10“ 0.1 10 2124(6-2)_16 _5 _10 -0.622 105(Pa)取管道局部損失 AP = 0.1xAFL =0.0622105Pa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算，有關(guān)數(shù)據(jù)見表5-1=1.32父105 (Pa)工進時進油路總壓力損失：(6-3).甲=Plp % . ：PV =2 105 (Pa)(6-4)工進時回油路壓力損失：因回油管路流量Q2為Q10.1 10“口3Q2 = = =0.05 10 (m /s)22(6-5)液

16、流狀態(tài)經(jīng)判斷為層流(Re =70.7 < 2000),于是沿程壓力損失:4.3 Q Ld410164.3 1.5 101 0.05 6 2124(6-6)_16 _5_1016 =0.297 105(Pa)(6-7)局部壓力損失：/P.=0.1PL -0.0297 105Pa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的壓力損 失計算方法同上，即(6-8)(6-9)=5.28 105(Pa)工進時回油路總壓力損失p" =APl +AP.+ZAFV =5.6x105(Pa)將回油路中壓力損失折算到進油路上，就可求出工進時回路中整個壓力損 失'"A25

17、5 0.0035，八.：p= p ：p = 2 105.6 10-4.8 10 (Pa) (6-10)A0.0066.1.2 快退時壓力損失快退時進油路和回油路中經(jīng)檢查都是層流，進油路壓力損失為：Pl =d410164.3 1.5 10工 0.225 10 2124(6-11)_16_ 5 10 =1.4 10 (Pa)5. P =0.1. P =0.14 105(Pa)進油路中油液流經(jīng)單向閥、三位四通換向閥、單向調(diào)速閥(反向時)以及二 位三通換向閥時壓力損失計算方法同前+1父105 僅.256 丫 = 1.7 105(Pa)0.417(6-12)快退時進油路總壓力損失：p'=APL

18、+AP-+ZAFV =3.24M105(Pa)快退時回油路中壓力損失：由于 Qi=2Q2,則有1016 =2.8 105(Pa)回油路總壓力損失：p" =APl + AP.二心 R =5.54M105(Pa)(6-13)(6-14)(6-15)將回油路中的壓力損失折算到進油路上去，可得到快推時回油路中的整個 壓力損失：p = p：p"& =3.24 105 5.54 105 003 = 6 105(Pa)A10.006這個數(shù)值比原來估計的數(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時，負(fù)載壓力F 42 39pL = = =66.2

19、4(N/cm2) =6.624 105(Pa)(6-17)A164液壓泵工作壓力 _5_5 _Pgj 一 Pl：p =(6.624 4.8) 105 =11.4 105(Pa)(6-18)快退時，負(fù)載壓力：， F 70025 _一pL21.88( N/cm2) = 2.88 105(Pa)(6-19)A232液壓泵的工作壓力：pkt pL：p=(2.88 6) 105 =8.88 105(Pa)(6-20)根據(jù)Pgj,則溢流閥調(diào)整壓力取12x105 Pao6.3 液壓系統(tǒng)的效率由于在整個工作循環(huán)中，工進占用時間最長，因此，系統(tǒng)的效率可以用工進 時的情況來計算。工進速度為0.001L 0.0167m/s,則液壓缸的輸出功率為NC =FV =4239 0.001 =4.239(W)(6-21) NC =FV =4239 0.0167 = 70.79(W)液壓泵的輸出功率： _53Nb=pQ=12 100.256 10 =307(W)(6-22)工進時液壓回路效率：NCNb4.239 70.79307307= 0.0140.23