半自動(dòng)液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、動(dòng)力機(jī)械綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書班 級(jí): 姓 名: 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)日期：目錄一、設(shè)計(jì)參數(shù) 1二、設(shè)計(jì)內(nèi)容 11. 負(fù)載分析 1液壓缸負(fù)載分析 1負(fù)載圖與速度圖的繪制 22. 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 3初選液壓缸的工作壓力 3計(jì)算液壓缸的主要尺寸 3繪制液壓缸工況圖 43、擬定液壓系統(tǒng)原理圖 5選擇液壓回路 5擬定液壓原理圖 54、液壓元件的選擇 6液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 6閥類元件及輔助元件5、液壓系統(tǒng)的主要性能驗(yàn)算 8系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 8系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算 8附錄 10半自動(dòng)液壓專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)見下表。其中：工作臺(tái)液壓缸負(fù)載力（ KN）： FL=夾緊液壓缸負(fù)載力（ KN）

2、：Fc=工作臺(tái)液壓缸移動(dòng)件重力（KN）： G=夾緊液壓缸負(fù)移動(dòng)件重力（N）： Gc=55工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度（m/min）： V1=V3=夾緊液壓缸行程（ mm）： Lc=10工作臺(tái)工進(jìn)速度（ mm/min）： V2=45夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（ S）： t c=1工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（mm）： L1=250工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程（mm）： L2=70導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：U s=工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（S） : ?t=二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 負(fù)載分析液壓缸負(fù)載分析液壓缸驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸所受的外負(fù)載是F=E+Ff +FaFe 為工作負(fù)載，且 Fe= Fc+ （1 d Gc =+ X 55 =Ff為摩擦阻

3、力負(fù)載則動(dòng)摩擦 Ffd = i dGC=X 55=,靜摩擦 Ffs=i sG二X 55=11KNFa為慣性負(fù)載，F(xiàn) a = G?V中？ v = m/min=sG? v1.5 X0.093- 3則F=莎=981 xo.5 = 28.44 X10 KN= 2844N假設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ncm= 0.9得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力,液壓缸在各個(gè)工作階段的負(fù)載如表1負(fù)載圖與速度圖的繪制快進(jìn) V1=V3= m/min=s，工作臺(tái)速度 M=45 mm/min= m/s快進(jìn)t 1 =L1250/ 10000.093=2.69s缸工t2= Vl22= 7001005= 93.33s快退t 3 =畫二（2

4、50；793100 = 3.44s負(fù)載圖和速度圖如圖1表1工況計(jì)算公式液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力F。Ff cm,：N啟動(dòng)11000加速快進(jìn)5500工進(jìn)15900反向啟動(dòng)11000加速快退55002. 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)初選液壓缸的工作壓力根據(jù)負(fù)載選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1MPa，為了減小液壓泵的最大流量，空程前進(jìn)時(shí)選用差動(dòng)快速回路，為了滿足工作臺(tái)快進(jìn)與快退速度相等，選用液壓缸無桿腔面積 A與有桿腔面積 A之比為2:1，即d=（D為液壓缸 內(nèi)徑，d為活塞桿直徑）。差動(dòng)連接時(shí)，由于管路存在壓力損失，液壓缸有 桿腔壓力必須大于無桿腔壓力，估計(jì)時(shí)取Ap二，為防止銑床銑完后突然前沖，工進(jìn)時(shí)液壓缸回油

5、路上必須存在背壓p2，取p2=。取快退時(shí)回油腔中背壓為。計(jì)算液壓缸的主要尺寸由工進(jìn)時(shí)的推力計(jì)算液壓缸無桿腔的有效面積FP1A1 + P2A2 =n cmA =仃鬻67= 28.04 xi0-3n?0.9(1- 026)x 106則液壓缸的直徑為D= =X 28.04 X 10=0.189m按國(guó)標(biāo) GB/T23481993取標(biāo)準(zhǔn)值D =200mm d =142mn,由此可得液壓缸的實(shí)際有效面積為:無桿腔A i =nD24有桿腔A 2 =n ( D2- d2)4繪制液壓缸工況圖根據(jù)上述A1和A2值，可計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率值，如表2所示，并據(jù)此繪出液壓缸工況圖，如圖2所示

6、表2各工況所需壓力、流量和功率工況計(jì)算公式Fo/N回油腔壓力p2/MPa進(jìn)油腔壓力p/MPa輸入流量q/(L/mi n)輸入功率P/W快進(jìn)啟動(dòng)加速Fo +? pA?P1 = Ai- Aq = (Al - A2)U 1 p= Piq恒速1135Fo + P2A2P1A1工進(jìn)q = Ai u 2-4x 1012p= Piq啟動(dòng)Fo + p2A1Pl =A快加退速q = A2 u 3p= Piq恒速565圖2液壓缸工況圖3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖選擇液壓回路1）選擇調(diào)速回路由可知這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，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)油調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路。為防止銑床結(jié)束時(shí)負(fù)

7、載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，在液壓缸的回路上加背壓閥。2）選擇油源形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(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液，其相應(yīng)的時(shí)間之比tl t3 t2 （2.69 3.44）/93.33 0.0657且最大流量與最小流量之比為88.390.000393=224911這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)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 此可選用高低壓雙泵供油回路或者是限壓式變量泵作為油源，同時(shí)選用一 定量泵作為夾緊缸油源?，F(xiàn)選用高低壓雙泵供油方案。3）選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路本系統(tǒng)已

8、選定液壓缸差動(dòng)回路和高低壓雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快進(jìn)快退時(shí)回路流量較大、速度變化大，因 此采用行程閥作為速度轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，由于本機(jī)床工作部件終點(diǎn)的定位精度不 高，因此采用擋塊壓下行程開關(guān)控制換向閥磁鐵失電。由于快退時(shí)流量較 大，為保證換向平穩(wěn)，所以選用三位五通電液換向閥作為主換向閥。4) 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(tái)工進(jìn)時(shí)，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(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓 小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖為卸荷，但功率損失較小，故可不許再設(shè)卸荷回 路。擬

9、定液壓原理圖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。見附錄4、液壓元件的選擇液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(1) 確定液壓泵的最大工作壓力由表 2 可知，工作臺(tái)液壓缸在快退時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取回油路路上的總壓力損失，則限壓 式變量泵的最高工作壓力估算為：pP1= 0.89+ 0.4 = 1.29MPa大流量泵只在快進(jìn)、快退時(shí)向液壓缸供油，由表 2 可知快退時(shí)比快進(jìn) 時(shí)大沒去進(jìn)油路壓力損失為，則大流量泵最高工作壓力為pP2 = 0.39+ 0.4 = 0.79MPa在工進(jìn)中的壓力損失為則為pP3= 0.51+ 0.8

10、 = 1.31MPa故實(shí)際上最大壓力p P1 = pp3二1.31MPa(2) 確定液壓泵的流量由圖2可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為q=min，按10%勺泄露來計(jì)算那么泵的總流量為：qP= 1.1 X 88.39= 97.229L/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流流量為 2 L/min ，工進(jìn)時(shí)的輸入液壓缸的流量為X 10-4 L/min，所以小流量液壓泵的流量為min(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Y BN-40M型限 壓式型雙聯(lián)葉片泵滿足要求。(3)選擇電動(dòng)機(jī)由工況圖2可知，最大功率出現(xiàn)在快進(jìn)階段，取泵的總效率為n p = 0.75 , 則所需電動(dòng)

11、機(jī)功率為63PpqP0.79 X 106 X (2.5 + 97.225) X103P= - =3= 1.75KWn p0.75 X60 X10選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)：查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y112M-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為閥類元件及輔助元件根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件及輔助元件的流量，可 選用這些元件的型號(hào)及規(guī)格，如表3所示。表3液壓元件表序號(hào)元件名稱通過閥的最大 流量/(L/mi n)型號(hào)額定流量qn / L / min額定壓力pn / MPa1雙聯(lián)葉片泵-Y B-40M-2三位五通電液換向閥9835DY -100BY1003行程閥22C-100BH1004調(diào)速閥1QF3七 6aB5

12、單向閥70I 100B1006單向閥I 100B1007背壓閥1B 10B108液控單向閥XY-63B639溢流閥Y 10B1010濾油器XU-80X2008011單向閥I 100B10012單向閥70I 100B10013壓力繼電器-PF-D8L-14葉片泵-15單向閥I 100B10016順序閥32XY-63B635、液壓系統(tǒng)的主要性能驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算管道直徑按選定的液壓元件接口尺寸確定為d=18mm進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均取l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取 v=1 x 10-4，油液密度取p =900kg/m3。工作循環(huán)中進(jìn)、回油管中通過的最大流量q=98L/min，由此計(jì)算雷諾數(shù)，得ud 4q艮

13、=ndv =1155 2300由此可推出個(gè)工況下的進(jìn)、回油路中的液流均為層流。管中流速為qu=胃=6.42ms因此沿程損失為7512U260.18 xiO6Pa在管道具體結(jié)構(gòu)沒有確定時(shí)，管路局部損失？ Pr常按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算?Pr = 0.1?Pf各工況下的閥類元件的局部壓力損失為2q刀?P=?Ps（-）s式中：q為閥的實(shí)際流量；qs為閥的額定流量（從產(chǎn)品手冊(cè)中查得）；？Ps為閥在額定流量下的壓力損失（從產(chǎn)品手冊(cè)中查得）。根據(jù)以上公式計(jì)算出各個(gè)工況下的進(jìn)、回油管路的壓力損失。計(jì)算結(jié) 果均小于估取值（計(jì)算從略），不會(huì)使系統(tǒng)工作壓力高于系統(tǒng)的最高壓力系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算液壓系統(tǒng)工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例94%所以系統(tǒng)發(fā)熱和溫升可用工進(jìn)時(shí)的數(shù)值來計(jì)算。工進(jìn)時(shí)的回路效率Piqi=pP1qP1 + PP2qP20.06其中，大流量泵的工作壓力p P2就是此泵通過順序閥卸荷時(shí)所產(chǎn)生的壓力損 失，因此它的數(shù)值為pP2 = 0.3 X 0.077 X 106Pa前面已經(jīng)取雙聯(lián)液壓泵的總效率np= 0.75，現(xiàn)取液壓缸的總效率n m= 0.95，則可算得本液系統(tǒng)的效率為n = n pn mn l = 0.042可見工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)效率很低，這