專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、液壓傳動課程設(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 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 機(jī)械與車輛工程系 二一六年 月 日 目 錄 液壓傳動課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 .........................................................3 蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評閱表 .....................................................4 1 分析負(fù)載 ....................................................................6 1.1 負(fù)載分析 ....

2、...............................................................6 1.1.1 外負(fù)載 ...................................................................6 1.1.2 慣性負(fù)載 .................................................................6 1.1.3 阻力負(fù)載 .................................................................6

3、2 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) ........................................................7 3 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 ........................................9 3.1 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案 ...........................................................9 3.2 選擇基本回路 ..............................................................10 3.2.1 調(diào)速回路 .....

4、...........................................................10 3.2.2 換向回路和卸荷回路 ......................................................10 3.2.3 快速運(yùn)動回路 ............................................................11 3.2.4 壓力控制回路 ............................................................11 3.3 將液壓回路綜合成液

5、壓系統(tǒng) ..................................................12 4 選擇液壓元件 ...............................................................13 4.1 液壓缸 ....................................................................13 4.2 閥類元件及輔助元件 ........................................................14 4.3 油管 .........

6、.............................................................15 4.4 油箱 ......................................................................15 5 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 ............................................................15 5.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 ......................................15 5.2 驗(yàn)算油液溫升 .......

7、.......................................................17 設(shè) 計(jì) 小 結(jié) ...................................................................18 參 考 文 獻(xiàn) ...................................................................19 蚌埠學(xué)院機(jī)械與車輛工程系 液壓傳動課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 班級 姓名 學(xué)號指導(dǎo)

8、教師： 一、 設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)一臺專用銑床的液壓傳動系統(tǒng)，若工作臺、工件和夾具的總重量力為 14000N，軸向切削力為 10KN，工作臺總行程 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，加速和減速時間均為 0.05s，工作臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為 0.2，動摩擦系數(shù)為 0.1，設(shè)計(jì) 該機(jī)床的液壓傳動系統(tǒng)。 二、設(shè)計(jì)要求： 液壓系統(tǒng)圖擬定時需要提供 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 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

9、 四、設(shè)計(jì)時間：2016 年 6 月 6 日--2016 年 6 月 12 日 蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評閱表 機(jī)械與車輛工程系 2015 級 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 課題名稱 專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 2016 年 6 月 16 日 評定成績 1 分析負(fù)載 1.1 負(fù)載分析 1.1.1 外負(fù)載 Ft=10KN 1.1.2 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） =2800N 1.1.3 阻力負(fù)載 機(jī)床工作部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力為 Fn=mg=

10、14000N 靜摩擦阻力 Ffs=fsFn=0.214000=2800N 動摩擦阻力 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 F=Fnfs 2800 加速 F=Fnfs+mV/t 4200 快進(jìn) F=Fnfd 1400 工進(jìn) F=Fnfd+Fg 11400 快退 F=Fnfd 1400 按上表數(shù)值繪制負(fù)載圖 由于 V1=V3=6m/min，l 1=120mm，l 2=180mm，快退行程 l3= l1+ l2=300mm，工進(jìn)速度 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)

11、行元件主要參數(shù) 由資料查得，組合機(jī)床在最大負(fù)載約為 10000N 時液壓系統(tǒng)宜取壓力 P1=2.5Mpa，鑒于動 力滑臺要求快進(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)時作差動連接。 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=A 1/A2=2，而活 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，液壓缸回路上必須具有背壓 P2，以防止銑屑完成時滑臺突然前沖。查表 可得 P2=0.6Mpa。快進(jìn)時液壓缸作差動連接，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，快退時回油腔中是有背

12、壓的，這時 P2也可按 0.6Mpa 估算。 有工進(jìn)時的負(fù)載按上表中的公式計(jì)算液壓缸面積 A2= = =27.2710-4m2 F m(p1 -p2) 114000.95（ 2.52-0.6） A1=A 2=2A2=227.2710-4=54.5410-4m2 D= = =0.083m d=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=0.09m d=0.06m 由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積 A1=D 2/4=63.58510-4m2，A 2=（D 2-d2） /4=35.32510-4m2。經(jīng)驗(yàn)算，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定

13、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工作階段中的壓力、流量和功率，入下表 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 p 1/Mpa 輸入流量 q10-3/m3s-1 輸入功率 P/KW 起動 2800 0 1.043 - - 加速 4200 1.939 - - 快進(jìn) （差 動） 恒速 1400 p1+p（ p=0.3Mpa） 0.896 0.2826 0.2532 工進(jìn) 11400 0.6 2.22 0.0106 0.0235 起動 2800 0 0.834 - - 加速 4200 2.332 - -快退 恒速 1400 0

14、.6 1.497 0.3533 0.5289 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)載對系統(tǒng)作功的工況，并有工況圖知，這臺機(jī) 床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運(yùn)動速度低，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，為解決銑削完成時滑臺突然前沖的 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 的時間 t1和工進(jìn)所需要的時間 t2分別為

15、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，采用單個定量液壓泵 作為油源顯然是不合適的，而宜采用大、小兩個液壓泵自動兩級并聯(lián)供油的油源方案。 3.2 選擇基本回路 由于不存在負(fù)載對系統(tǒng)作功的工況，也不存在負(fù)載制動過程，故不需要設(shè)置平衡及制動 回路。但必須具有快速運(yùn)動、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，滑臺運(yùn)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(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止銑削時負(fù)載突然消 失引起運(yùn)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)

16、?？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(yùn)動時比較平穩(wěn)，如下圖 a、b 所示, 由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，速度變化不大，為減少速度換接時的液壓沖擊，從節(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 b 3.2.2 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，輸入液壓缸的流量由 17L/min 降 至 0.6L/min，滑臺的速度變化較大，可選用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊。 當(dāng)滑臺由工

17、進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時，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)液壓缸的差動連接，所以換向閥必須是 五通的，如下圖所示。 3.2.3 快速運(yùn)動回路 為實(shí)現(xiàn)工作臺快速進(jìn)給，選用三位五通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動連接。這種差動連 接的快速運(yùn)動回路，結(jié)構(gòu)簡單，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)差動連接。同時驗(yàn) 算回路的壓力損失比較簡便，

18、所以不選用圖 b 所示的回路。 a b 3.2.4 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(jìn)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(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，工作臺停止運(yùn)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(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 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

19、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、簡化系統(tǒng)并使 其功能更加完善，必須對系統(tǒng)圖進(jìn)行如下修改： （1） 為了解決滑臺工進(jìn)時進(jìn)、回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立壓力的問題，必須在換 向回路中串接一個單向閥 a，將進(jìn)、回油路隔斷。 （2） 為了解決滑臺快進(jìn)時回油路接通油箱，無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動連接的問題，必須在 回油路上串接一個液控順序閥 b。這樣，滑臺快進(jìn)時因負(fù)載較小而系統(tǒng)壓力里較低，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 運(yùn)動平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的回油口增設(shè)

20、一個單向閥 c。 （4） 為了在滑臺工進(jìn)后系統(tǒng)能自動發(fā)出快退信號，須在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個壓力繼 電器 d。 （5） 若將順序閥 b 和背壓閥 8 的位置對調(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。 4 選擇液壓元件 4.1 液壓缸 液壓缸在整個工作循環(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，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)動是才向

21、液壓缸輸油，由工況圖可知，快退時液壓缸的工 作壓力比快進(jìn)時打，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)較簡單， 取泄露系數(shù) KL=1.05，則兩個液壓泵的實(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)時輸入液壓缸的流量為 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

22、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屬兔功率最大，這時液壓缸工作壓力為 2Mpa、流量為 21.5072L/min。按表取液壓泵的總效率 p=0.75，則液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需的功率為 P= = kW=0.95kW ppqp p1.99721.5072600.75

23、 根據(jù)此數(shù)值查閱電動機(jī)產(chǎn)品樣本選取 Y100L-6 型電動機(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 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 些液壓元件的型號及規(guī)格見表。表中序號與系統(tǒng)圖的元件標(biāo)號相同。 元件的型號及規(guī)格 序號 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、規(guī)格 1 雙聯(lián)葉片泵 - 21.5 17.5 - YB1-6/20 2 三位五通電液閥 60 80 16 <0.5 35DYF3Y-E10B 3 行程閥 50 63

24、 16 <0.3 4 調(diào)速閥 0.5 0.0750 16 - 5 單向閥 60 63 16 0.2 AXQF-E10B qmax=100L/min 6 單向閥 25 63 16 <0.2 AF3-Ea10B 7 液控順序閥 25 63 16 <0.3 XF3-E10B 8 背壓閥 0.3 63 16 - YF3-E10B 9 溢流閥 5 63 16 - YF3-E10B 10 單向閥 25 63 16 <0.2 C 11 濾油器 30 63 - <0.02 XU-6380-J 12 壓力表開關(guān) - - 16 - KF3-E3B 13 單向閥 60 63 16 p1+p 1+p e=2.23+0

25、.5（0.6/80） 2+0.5+0.5=3.23Mpa （3） 快退 快退時，油液在進(jìn)油路上通過單向閥 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 p v1=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)動電動機(jī)的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐?p v2=0.2（39.33/63） 2 +0.5（39.33/80） 2+0.2（39.33/63） 2Mpa

26、 =0.277Mpa 此值與表中的估計(jì)值相近，故不必重算。所以，快退時液壓泵的工作壓力 pp應(yīng)為 pp= p1+p v1=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)在整個工作循環(huán)過程中所占的時間比例達(dá) 95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn) 時的工況來計(jì)算。為簡便起見，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)時液壓缸的有效功率為 Pe=Fu2=（114000.094）/10 360=0.01786kW 這時大流量液壓泵經(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

27、 流量為 q2=16.544 L/min，有表查得該閥在額定流量 qn=63 L/min 時的壓力損失 p n =0.3Mpa，故此閥在工進(jìn)時的壓力損失 p=p n（q 2/qn） 2=0.3（16.544/63） 2=0.079Mpa 小液壓泵工進(jìn)時的工作壓力 pp1=3.23Mpa，流量 q1=4.97L/min，所以兩個液壓泵的總輸入功 率 Pp= =0.3865kW pp1 q1+ p q2 p 由式算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 P=P p-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 =1.92m23V2 3（ 160010-

28、3） 2 由表查得油箱的散熱系數(shù) K=9W/（m 2） ，則按式求出油液溫升為 t= 103= 103=21.33 PKA 0.3686491.92 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。 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，有的時候畫的 入神就會忘了吃中午飯、甚至下午飯，還會有同學(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，那個時候我們很委屈啊，誰想畫圖畫到這么晚呢！。我真的很害怕課 程設(shè)計(jì)，上一次的減速器課程設(shè)

29、計(jì)至今還沒忘記，就像同學(xué)說的一樣，打死也不想再來一次 了。不過話又說回來，每到做課程設(shè)計(jì)的時候，同學(xué)又聚到了一起，在一起討論，偶爾看看 你畫的，看看我畫的，累的時候可以聊聊天，玩玩鬧鬧，也許這也算是將來一份美好的回憶 吧。 對于這次課程設(shè)計(jì)，無論圖再難、亦或再容易如果不認(rèn)真就會畫錯，那怕一條直線如果 你不在意，就會尺寸畫的不對或者位置畫的不對，這樣不但還浪費(fèi)你的時間、并且還要擦掉 重畫使得圖紙不干凈，所以這次的課程設(shè)計(jì)又再次鍛煉了我們的耐力、我們的畫圖能力。 這次的課程設(shè)計(jì)每四人一組，數(shù)據(jù)一樣，聽老師說可以有八中不同的液壓系統(tǒng)圖，這讓 我明白了液壓的多元性。通過設(shè)計(jì)，我又明白了相同的工作元件當(dāng)

30、不同的連接時可以產(chǎn)生不 同的工作效果，不同的元件，采用不同的方法也可以達(dá)到相同的效果。例如，液壓缸可以用 單桿活塞式液壓缸，也可以用柱塞式液壓缸。在此設(shè)計(jì)中，又再次深刻了解了各種基本回路。 最后，無論怎樣我們還是完成了，也許不是很好，但是我相信我們每位同學(xué)都認(rèn)真的做 了。在此也很感謝我的輔導(dǎo)老師王月英老師，感謝在最后上交的時候看了每一位同學(xué)的設(shè)計(jì) 圖，并且指出其中的錯誤使我們知其然、知其所以然。 參 考 文 獻(xiàn) 1 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第 5 版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008. 2 左健民.液壓與氣壓傳動.第 4 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012. 3 雷天覺 新編液壓工程手冊.第 1 版.北京：北京理工大學(xué)出版社，1998. 4 楊署東等.液壓傳動與氣壓傳動.第 3 版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008. 5 于英華.組合機(jī)床設(shè)計(jì).第 1 版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.