專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 題目名稱專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師機(jī)械與車輛工程系 - 2 -二一六年 月 日目 錄液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.3蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評(píng)閱表蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評(píng)閱表.41 1 分析負(fù)載分析負(fù)載.61.1 負(fù)載分析.61.1.1 外負(fù)載.61.1.2 慣性負(fù)載.61.1.3 阻力負(fù)載.62 2 確定執(zhí)行元件主要參數(shù)確定執(zhí)行元件主要參數(shù).73 3 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖.93.1 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案.93.2 選擇基本回路.103.2.1 調(diào)速回路.103.2.2 換向

2、回路和卸荷回路.103.2.3 快速運(yùn)動(dòng)回路.113.2.4 壓力控制回路.113.3 將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng).124 4 選擇液壓元件選擇液壓元件.134.1 液壓缸.134.2 閥類元件及輔助元件.144.3 油管.154.4 油箱.155 5 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能.155.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值.155.2 驗(yàn)算油液溫升.17設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 小小 結(jié)結(jié).18參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).19 - 3 -蚌埠學(xué)院機(jī)械與車輛工程系蚌埠學(xué)院機(jī)械與車輛工程系液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師： 一、一、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)專用銑床的

3、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，若工作臺(tái)、工件和夾具的總重量力為14000N，軸向切削力為 10KN，工作臺(tái)總行程 300mm，工作行程 180mm，快進(jìn)與快退速度均為 6m/min，工進(jìn)速度為 30-800mm/min，加速和減速時(shí)間均為0.05s，工作臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為 0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為 0.1，設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 二、設(shè)計(jì)要求：二、設(shè)計(jì)要求：液壓系統(tǒng)圖擬定時(shí)需要提供 2 種以上的設(shè)計(jì)方案的選擇比較。從中選擇你認(rèn)為更好的一種進(jìn)行系統(tǒng)元件選擇計(jì)算。三、工作量要求三、工作量要求1液壓系統(tǒng)圖 1 張（A1）2液壓缸裝配圖 1 張3設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1 份四、設(shè)計(jì)時(shí)間：2016 年 6 月 6 日

4、-2016 年 6 月 12 日 - 4 -蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評(píng)閱表蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評(píng)閱表 機(jī)械與車輛工程系系 2015 級(jí)級(jí) 專專業(yè)業(yè)學(xué)生姓名學(xué)生姓名學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)課題名稱課題名稱專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)語：指導(dǎo)教師評(píng)語：指導(dǎo)教師（簽名）：指導(dǎo)教師（簽名）： 2016 年年 6 月月 16 日日 評(píng)定成績?cè)u(píng)定成績 - 5 -1 分析負(fù)載1.1 負(fù)載分析1.1.1 外負(fù)載Ft=10KN1.1.2 慣性負(fù)載機(jī)床工作部件的總質(zhì)量 m=1400kg，取 t=0.05s。Fm=mv/t=14006/（0.0560） =2800N1.1.3 阻力負(fù)載機(jī)床工作部件對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌的法向力為Fn=m

5、g=14000N靜摩擦阻力Ffs=fsFn=0.214000=2800N動(dòng)摩擦阻力Ffd=fdFn=0.114000=1400N由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如下表。工況負(fù)載組成負(fù)載值 F(N)起動(dòng)F=Fnfs2800加速F=Fnfs+mV/t4200快進(jìn)F=Fnfd1400工進(jìn)F=Fnfd+Fg11400快退F=Fnfd1400按上表數(shù)值繪制負(fù)載圖由于 V1=V3=6m/min，l1=120mm，l2=180mm，快退行程 l3= l1+ l2=300mm，工進(jìn)速度 - 6 -V2=0.1m/min，由此可繪出速度圖。a負(fù)載圖b速度圖2 確定執(zhí)行元件主要參數(shù)由資料查得，組合機(jī)床在最大負(fù)載約

6、為 10000N 時(shí)液壓系統(tǒng)宜取壓力 P1=2.5Mpa，鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)、快退速度相等，這里的液壓缸用單活塞桿是的，并在快進(jìn)時(shí)作差動(dòng)連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積 A1，應(yīng)為有桿腔工作面積 A2的兩倍，即=A1/A2=2，而活 - 7 -塞桿直徑 d 與缸筒直徑 D 成 d=0.707D 的關(guān)系。在銑屑加工時(shí)，液壓缸回路上必須具有背壓 P2，以防止銑屑完成時(shí)滑臺(tái)突然前沖。查表可得 P2=0.6Mpa?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按 0.3Mpa 考慮，快退時(shí)回油腔中是有背壓的，這時(shí) P2也可按0.6Mpa 估算。有工進(jìn)時(shí)

7、的負(fù)載按上表中的公式計(jì)算液壓缸面積A2=27.2710-4m2Fm(p1 - p2)114000.95（2.5 2 - 0.6）A1=A2=2A2=227.2710-4=54.5410-4m2D=0.083md=0.707D=0.0830.707=0.059m將這些直徑按 GB/t 2348-2001 圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值得D=0.09md=0.06m由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積 A1=D2/4=63.58510-4m2，A2=（D2-d2）/4=35.32510-4m2。經(jīng)驗(yàn)算，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述 D 和 d 的值，可估算出液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率，入下

8、表所示，并據(jù)此繪出工況圖。工況負(fù)載 F/N回油腔壓力p2/Mpa進(jìn)油腔壓力p1/Mpa輸入流量q10-3/m3s-1輸入功率P/KW起動(dòng)280001.043-加速42001.939-快進(jìn)（差動(dòng)）恒速1400p1+p（p=0.3Mpa）0.8960.28260.2532工進(jìn)114000.62.220.01060.0235起動(dòng)280000.834-加速42002.332-快退恒速14000.61.4970.35330.5289 - 8 -工況圖 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案由于該機(jī)床是固定式機(jī)械，且不存在外負(fù)載對(duì)系統(tǒng)作功的工況，并有工況圖知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小

9、，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小。查表可得該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和開式循環(huán)為宜?，F(xiàn)采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路，為解決銑削完成時(shí)滑臺(tái)突然前沖的問題，回油路上要設(shè)置背壓閥。從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替的提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量約為最小流量的 33 倍，而快進(jìn)加快退所需要的時(shí)間 t1和工進(jìn)所需要的時(shí)間 t2分別為亦即是 t1/t2=26。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看，采用單個(gè)定量液壓泵作為油源顯然是不合適的，而宜采用大、小兩個(gè)液壓泵自動(dòng)兩級(jí)并聯(lián)供油的油源方案。 - 9 -3.2 選擇基本回路由于不存在負(fù)載對(duì)系統(tǒng)作功的工況，也不

10、存在負(fù)載制動(dòng)過程，故不需要設(shè)置平衡及制動(dòng)回路。但必須具有快速運(yùn)動(dòng)、換向、速度換接以及調(diào)壓、卸荷等回路。3.2.1 調(diào)速回路由工況圖可知，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。為防止銑削時(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)，如下圖 a、b 所示,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

11、節(jié)約成本考慮，而從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，我們選用選用雙聯(lián)葉片泵供油的油源方案。a b3.2.2 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，輸入液壓缸的流量由 17L/min 降至 0.6L/min，滑臺(tái)的速度變化較大，可選用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊。當(dāng)滑臺(tái)由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，回路中通過的流量很大進(jìn)油路中通過 21L/min，回油路中通過 21（63.585/35.325）L/min=37.8L/min 。為了保證換向平穩(wěn)起見，宜采用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換接回路。由于這一回路還要實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動(dòng)連接，所以換向閥必須是五通的，如下圖所示。 - 1

12、0 -3.2.3 快速運(yùn)動(dòng)回路為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快速進(jìn)給，選用三位五通電磁換向閥構(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(jiǎn)單，也比較經(jīng)濟(jì)，如下圖 a 所示。在圖 b 中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控制，所以選擇 a 所示的回路，一起同上圖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(jiǎn)便，所以不選用圖 b 所示的回路。 a b3.2.4 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

13、，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，選用如圖 b 所示。 a b - 11 - 3.3 將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)把上面學(xué)選出的各種液壓回路組合畫在一起，就可以得到一張液壓系統(tǒng)原理圖，將此圖仔細(xì)檢查一遍，可以發(fā)現(xiàn)該圖所示系統(tǒng)在工作中還存在問題。為了防止干擾、簡(jiǎn)化系統(tǒng)并使其功能更加完善，必須對(duì)系統(tǒng)圖進(jìn)行如下修改：（1） 為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立壓力的問題，必須在換向回路中串接一個(gè)單向閥 a，將進(jìn)、回油路隔斷。（2） 為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問題，必須在回油路上串接一個(gè)液控順序閥 b。這樣，滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)因負(fù)載較小而系統(tǒng)壓力

14、里較低，使閥 b關(guān)閉，便阻止了油液返回油箱。（3） 為了解決機(jī)床停止工作后回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的回油口增設(shè)一個(gè)單向閥 c。（4） 為了在滑臺(tái)工進(jìn)后系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出快退信號(hào)，須在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個(gè)壓力繼電器 d。（5） 若將順序閥 b 和背壓閥 8 的位置對(duì)調(diào)一下，就可以將順序閥與油源處的卸荷閥合并，從而省去一發(fā)。進(jìn)過修改、整理后的液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示。 - 12 - - 13 -4 選擇液壓元件4.1 液壓缸液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)長的最大工作壓力為 2.332Mpa，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8Mpa，為使壓力繼電器能可靠地工作，

15、取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力 0.5Mpa，則小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為pp1=（2.332+0.8+0.5）=3.632Mpa大流量液壓泵在快進(jìn)、快速運(yùn)動(dòng)是才向液壓缸輸油，由工況圖可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)打，如取進(jìn)油路上的壓力損失為 0.5Mpa，則大流量液壓泵的最高工作壓力為pp2=（1.497+0.5）=1.997Mpa有工況圖可知，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓泵提供的最大流量為 21.198L/min，因系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，取泄露系數(shù) KL=1.05，則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為qp=1.0521.198=22.258L/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為 3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入液

16、壓缸的流量為 0.6L/min，由小流量液壓泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為 3.6L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查詢產(chǎn)品樣本，最后確定選取 YB1-6/20 型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小液壓泵和撒液壓泵的排量分別為 6mL/r 和 20mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速 np=940r/min 時(shí)該液壓泵的理論流量為 5.640L/min，18.8L/min，若取液壓泵的容積效率 v=0.88 則液壓泵的實(shí)際輸出流量為qp=(6+20) 9400.88/1000=21.5072L/min由于液壓缸在快退時(shí)屬兔功率最大，這時(shí)液壓缸工作壓力為 2Mpa、流量為21.5072L/min。按表取液壓

17、泵的總效率 p=0.75，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為P=kW=0.95kWppqpp1.997 21.507260 0.75根據(jù)此數(shù)值查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取 Y100L-6 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率 Pn=1.5kW，額定專屬 nn=940r/min。4.2 閥類元件及輔助元件 - 14 -根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格見表。表中序號(hào)與系統(tǒng)圖的元件標(biāo)號(hào)相同。元件的型號(hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱估計(jì)通過流量/Lmin-1額定流量/Lmin-1額定壓力/Mpa額定壓降/Mpa型號(hào)、規(guī)格1雙聯(lián)葉片泵-21.517.5-YB1-6/202三位

18、五通電液閥6080160.535DYF3Y-E10B3行程閥5063160.34調(diào)速閥0.50.075016-5單向閥6063160.2AXQF-E10Bqmax=100L/min6單向閥2563160.2AF3-Ea10B7液控順序閥2563160.3XF3-E10B8背壓閥0.36316-YF3-E10B9溢流閥56316-YF3-E10B10單向閥2563160.2C11濾油器3063-0.02XU-6380-J12壓力表開關(guān)-16-KF3-E3B13單向閥606316 p1+p1+pe=2.23+0.5（0.6/80）2+0.5+0.5=3.23Mpa（3） 快退快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上

19、通過單向閥 10 的流量為 16.544 L/min、通過換向閥 2 的流量為 21.5072 L/min；油液在回油路上通過單向閥 5、換向閥 2 和單向閥 13 的流量都是 39.33 L/min。因此進(jìn)油路上總壓降為pv1=0.2（16.544/63）2 +0.5（21.5072/80）2Mpa=0.05Mpa此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐閜v2=0.2（39.33/63）2 +0.5（39.33/80）2+0.2（39.33/63）2Mpa =0.277Mpa此值與表中的估計(jì)值相近，故不必重算。所以，快退時(shí)液壓泵的工作壓力 pp應(yīng)為pp= p1+pv1=

20、0.05+2332=2.382Mpa因此大流量液壓泵卸荷的順序閥 7 的調(diào)壓應(yīng)大于 2.382Mpa。5.2 驗(yàn)算油液溫升工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所占的時(shí)間比例達(dá) 95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn)時(shí)的工況來計(jì)算。為簡(jiǎn)便起見，采用系統(tǒng)的發(fā)熱功率計(jì)算方法之二來進(jìn)行計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為Pe=Fu2=（114000.094）/10360=0.01786kW這時(shí)大流量液壓泵經(jīng)順序閥 7 卸荷，小流量液壓泵在高壓下供油。大液壓泵通過順序閥 7 的 - 17 -流量為 q2=16.544 L/min，有表查得該閥在額定流量 qn=63 L/min 時(shí)的壓力損失 pn =0.3Mpa，故此閥在

21、工進(jìn)時(shí)的壓力損失p=pn（q2/qn）2=0.3（16.544/63）2=0.079Mpa小液壓泵工進(jìn)時(shí)的工作壓力 pp1=3.23Mpa，流量 q1=4.97L/min，所以兩個(gè)液壓泵的總輸入功率Pp=0.3865kWpp1 q1 + p q2p由式算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為P=Pp-Pe=0.3865-0.001786=0.36864kW按式可算出油箱的散熱面積為A=6.5=6.5=1.92m23V23（1600 10 - 3）2由表查得油箱的散熱系數(shù) K=9W/（m2） ，則按式求出油液溫升為t=103=103=21.33PKA0.3686491.92由表知，此溫升值沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。 - 18 -設(shè) 計(jì) 小 結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)又再次體驗(yàn)了畫圖的不易，從早上吃過飯就開始畫圖，有的時(shí)候畫的入神就會(huì)忘了吃中午飯、甚至下午飯，還會(huì)有同學(xué)說不畫完就不吃飯，經(jīng)常見到這樣的同學(xué)，當(dāng)然我也是這樣的一員。記得有兩天同學(xué)在機(jī)電樓畫圖室畫圖，晚上因?yàn)楫嫷暮芡斫Y(jié)果就被樓下看門的大叔罵了，那個(gè)時(shí)候我們很委屈啊，誰