液壓傳動課程設(shè)計液壓專用銑床的液壓系統(tǒng)

1、設(shè)計題目設(shè)計一臺用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料自動夾緊工作臺快進銑削進給工作臺快退夾具松開手工卸料。設(shè)計參數(shù)見下表。其中：工作臺液壓缸負載力（kn）：fl 夾緊液壓缸負載力（kn）：fc 工作臺液壓缸移動件重力（kn）：g 夾緊液壓缸負移動件重力（n）：gc 工作臺快進、快退速度（m/min）：v1=v3 夾緊液壓缸行程（mm）：lc 工作臺工進速度（mm/min）：v2 夾緊液壓缸運動時間（s）：tc 工作臺液壓缸快進行程（mm）：l1 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：s=0.2工作臺液壓缸工進行程（mm）：l2 導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù)：d=0.1工作臺啟動時間（s）：dt=

2、0.5 序號flfcggcv1v2l1l2lctc7組2.24.41.5806.03530080151設(shè)計內(nèi)容1.負載與運動分析 1.1工作負載 1)夾緊缸 工作負載： 由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計計算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運動，所以不考慮夾緊缸的慣性負載等一些其他的因素。 2)工作臺液壓缸 工作負載極為切削阻力fl=2.2kn。1.2摩擦負載 摩擦負載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： (1)靜摩擦阻力 (2)動摩擦阻力 1.3慣性負載 1.4負載圖與速度圖的繪制 快進 工進 快退 假設(shè)液壓缸的機械效率，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表1.1

3、所示。 表1.1 液壓缸各階段的負載和推力 工況負載組成液壓缸負載f/n液壓缸推力啟動300333.3加速180.61200.7快進150166.7工進23502611.1反向啟動300333.3加速180.61200.7快退150166.72.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定2.1液壓缸的選定1)夾緊缸根據(jù)負載選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1mpa。 根據(jù)4中表2-4（gbt2348-80），d取80mm。根據(jù)穩(wěn)定性校核lc/d10時，液壓缸能滿足穩(wěn)定性條件，lc=15mm ，這里取d=40mm。液壓缸的有效作用面積：有桿腔：無桿腔：此時實際工作壓力為：，所以選取工作壓力1mpa滿足要求。2)工作臺液壓缸

4、所設(shè)計的動力滑臺在工進時負載最大，參考表2.1和表2.2，初選液壓缸的工作壓力p1=4mpa.表2.1 按負載選擇工作壓力負載/kn50工作壓力/mpa0.811.522.533445表2.2液壓設(shè)備常用工作壓力機械類型機床農(nóng)業(yè)機械中型工程機械液壓機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力p/mpa0.82.0352881010162032 表2.3 執(zhí)行元件背壓力估計值 系統(tǒng)類型背壓力/mpa中低壓系統(tǒng)0-8mpa簡單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.5采用帶補液泵的閉式回路0.81.5鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這

5、里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（a1=2a2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止車銑時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表2.3選定背壓為，而液壓缸快退時背壓取0.5mpa由式得 則活塞直徑 參考表2.4及表2.5，取標準值得。由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積： 無桿腔： 有桿腔： 實際工作壓力為：，即選取工作壓力4mpa滿足要求。 表2.4 按液壓缸工作壓力選取d/d工作壓力/mpa.02.05.05.07.07.0d/d0.20.30.50.580.620.700.7表2.5 按速比要求確定d/d1.151.251.331.461.612d/d0.30.40.5

6、0.550.620.71 注：1無桿腔進油時活塞運動速度；2有桿腔進油時活塞運動速度。2.2活塞桿穩(wěn)定性校核 1)夾緊缸由于夾緊缸的活塞桿直徑是利用穩(wěn)定性校核來計算的，所以不需要進行校核。 2)工作臺缸因為活塞桿的總行程為380mm，活塞桿的直徑是70mm，所以l/d=5.4210，所以滿足穩(wěn)定性要求。2.3液壓缸各運動階段的壓力，流量和功率 1)夾緊缸 （）回油路背壓為0.5mpa 夾緊時： ， 放松時： ，2)工作臺液壓缸快進時，液壓缸無桿腔進油，壓力為p1；有桿腔回油，壓力為p2?？焱藭r，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1；無桿腔回油，壓力為p2。由于液壓缸是差動連接，回油口到進油口之間的壓力

7、損失取?？焱藭r，回油路的背壓取0.5mpa，即。表2.6 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率工作循環(huán)負載f/n回油背壓進油壓力輸入流量輸入功率p/w計算公式快進啟動333.30.86加速200.70.57恒速166.70.5630.642361工 進2611.1 0.8 3.6617.165快退啟動333.3 0.83加速200.70.51.03恒速166.70.51.0230.4409.23.液壓系統(tǒng)圖的擬定3.1選擇基本回路 1)選擇調(diào)速回路 由可知這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，

8、在液壓缸的回路上加背壓閥。 2)供油方式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比 ；其相應(yīng)的時間之比。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作，從提高系統(tǒng)效率節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。同時選用一定量泵作為夾緊缸油源。 3)選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動?？紤]到從工進轉(zhuǎn)快進快退時回路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸

9、差動連接，所以選用三位五通電液換向閥。 4)選擇速度換向回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，速度變化大，為減少速度換向時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換向回路。 5)選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥確定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖為卸荷，但功率損失較小，故可不許再設(shè)卸荷回路。3.2組成液壓系統(tǒng) 將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3.1所示，在圖3.1中，為了解決滑臺工進時進回

10、油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添設(shè)了一個單向閥13?？紤]到這臺機床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當(dāng)滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。4.液壓元件的選擇4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 1)計算工作液壓缸的泵 (1)計算液壓泵的最大工作壓力 由表2.6可知，工作臺液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力p1=mpa。如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失p=1mpa，則限壓式變量泵的最

11、高工作壓力估算為： (2)計算液壓泵的流量由表2.6可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為q=642ml/s，按10%的泄露來計算那么泵的總流量為： 而工進時調(diào)速閥的穩(wěn)定流量是4.69ml/s，所以泵的穩(wěn)定輸出流量不得小于工進時的流量。 (3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取ybx-40型限壓式變量泵，額定轉(zhuǎn)速1450m/min，最大流量為58l/min, 液壓泵總效率,調(diào)壓范圍在，滿足要求。 2)計算夾緊液壓缸的泵 (1)計算液壓泵的最大工作壓力 由以上計算可知，夾緊液壓缸在夾緊時工作壓力最大，夾緊缸最大壓力p2=0.95mpa。選取進油路上的總壓力損失p=0.

12、4mpa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為： (2)計算液壓泵的流量由以上計算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，按10%的泄露來計算那么泵的總流量為： (3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取型葉片泵，額定轉(zhuǎn)速1450r/min,容積效率，額定流量為4.64l/min，滿足要求。3)電動機功率的確定把上述兩液壓泵雙聯(lián)由電動機一起帶動，則工作液壓缸在快退時輸入功率最大，取進油路上的壓力損失為0.5mpa，則液壓泵輸出壓力為1.53mpa，又工作液壓泵總效率，這是液壓泵的驅(qū)動電動機的功率為： 根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用電動機y90l-4型異步電動機，其額定功率

13、為1.5kw，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，型葉片泵輸出流量為4.48l/min，仍能滿足系統(tǒng)要求。4.2確定其他元件及輔件(1)確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表4.1所列。其中，溢流閥9按泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用q-6b型，其最小穩(wěn)定流量為0.03l/min，小于本系統(tǒng)工進時的流量0.5l/min。表4.1 液壓元件規(guī)格及型號序號元件名稱通過的最大流量q/l/min規(guī)格型號額定流量額定壓力額定壓降1限壓式變量泵-ybx-40-6.3-2三位五通電液換向閥7035dyf3 -c10b806.30.33行程

14、閥62.322c-100bh1006.30.34調(diào)速閥1qf3-e6ab6.36.3-5單向閥70100b1006.30.26單向閥29.3100b1006.30.27液控順序閥28.1xy63b636.30.38背壓閥1b10b106.3-9溢流閥5.1y10b106.3-10單向閥27.9100b1006.30.211濾油器36.6xu-80200806.30.0212壓力表開關(guān)-k-6b-13單向閥70100b1006.30.214壓力繼電器-pf-d8l-15葉片泵-6.04.8-注：此為電動機額定轉(zhuǎn)速為940r/min時的流量。(2)確定油管 表4.2 允許流量推薦值管道推薦流速吸油

15、管道0.51.5，一般取1一下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.53 為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm，外徑28mm的10號冷拔鋼管。(2)確定油箱油箱的容量按估算，其中為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)=24；中壓系統(tǒng)=57；高壓系統(tǒng)=612。現(xiàn)取=6，得5.液壓系統(tǒng)的性能驗算5.1驗算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首選確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進回油管長l=2m,油液的運動粘度取，油液的密度取(1)判斷流動狀態(tài)在快進工進和快退三種工況下，進回油管路中所通過的流量以快退時回油流量=70l/

16、min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)也為最大，因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。(2)計算系統(tǒng)壓力損失將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時帶入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)帶入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失常按下式作經(jīng)驗計算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算，其中的由產(chǎn)品樣本查出?；_在快進工進和快退工況下的壓力損失計算如下：5.1.1快進滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接，在進油路上，油液通過單向閥10電液換向

17、閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油回合通過行程閥3進入無桿腔。在進油路上，壓力損失分別為在回路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，使得出差動連接運動時的總的壓力損失5.1.2工進滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥2調(diào)速閥4進入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5mpa。在回油路上，油液通過電液換向閥2背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.6mpa,若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進油路上總的壓力損失為該值即為液壓缸的回油腔壓力，可見此值與初算時參考表4選取的背壓基本相符。按表2.6的公式重新計算液壓缸的工

18、作壓力此略高于表2.6數(shù)值考略到壓力繼電器的可靠動作要求壓差，則泵的工作壓力為此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥10的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。5.1.3快退滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥10電液換向閥2進入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進油路上總的壓力損失為此值遠小于估算值，因此液壓泵的驅(qū)動電動機的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為此值與表2.6的數(shù)值基本相符，故不必重算。泵的工作壓力為此值是調(diào)整液控順序閥7在調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。5.2系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 工進在整個工作循環(huán)過程中所占的時間比例達94%以上，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進時的工況來計算。變量泵的工作壓力