專用銑床工作臺液壓系統(tǒng)設(shè)計講解

1、目錄1 前言 12 設(shè)計技術(shù)要求及參數(shù)13 確定執(zhí)行元件14 系統(tǒng)工況分析14.1 動力分析 14.2 運(yùn)動分析 35 計算液壓系統(tǒng)主要參數(shù)并編制工況圖 35.1 預(yù)選系統(tǒng)設(shè)計壓力 35.2 計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸 35.3 編制液壓缸的工況圖 46 制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖 76.1 制訂液壓回路方案76.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 87 計算并選擇液壓元件 97.1 液壓泵的計算與選定97.2 電機(jī)的選定107.3 液壓控制閥和液壓輔助原件的選定118 驗算 118.1 液壓系統(tǒng)的效率118.2 液壓系統(tǒng)的溫升11設(shè)計總結(jié) 13參考文獻(xiàn) 14專用銑床工作臺液壓系統(tǒng)設(shè)計1 前言作為一種

2、高效率的專用銑床，在日常生活中，廣泛在大批量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用。本次課程設(shè)計是以專用銑床工作臺液壓系統(tǒng)為例， 介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法及設(shè)計步驟，其中包括工作臺液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗算等。?液壓傳動?課程設(shè)計是整個教學(xué)過程中最后一個綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計可以讓我們了解液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和設(shè)計要求， 提高我們運(yùn)用所學(xué)理論知識解 決具體工程技術(shù)問題的能力。能根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，按照正確的設(shè)計步驟，擬定出液壓系統(tǒng)。2 設(shè)計技術(shù)要求及參數(shù)一臺專用銑床的工作臺擬采用單桿液壓缸驅(qū)動。已知條件如下：銑刀驅(qū)動電機(jī)功率為P=7.5

3、KW,銃刀直徑為 De=120mm,轉(zhuǎn)速n=350r/min。工作臺質(zhì)量 m1=400kg,工件 及夾具最大質(zhì)量為 m2=150kg。工作總行程為Lz=400mm,其中工進(jìn)行程為Lg=100mm。 快進(jìn)和快退速度均為 vk=4.5m/min ,工進(jìn)速度范圍為 vg=601000mm/min,往復(fù)運(yùn)動時 加、減速時間均為At=0.05so工作臺水平放置，導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)為 nS=0.2,動摩擦系數(shù) 為仙d=0.1,以下為該銃床工作臺進(jìn)給運(yùn)動的半自動液壓系統(tǒng)設(shè)計。3 確定執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)的動力原件是定量葉片泵，執(zhí)行元件確定為液壓缸（主要運(yùn)動是往復(fù)直線運(yùn)動） 。4 系統(tǒng)工況分析4.1 動力分析銑床工作

4、臺液壓缸在快進(jìn)階段，啟動時的外負(fù)載是導(dǎo)軌靜摩擦阻力；加速的外負(fù)載是導(dǎo)軌動摩擦阻力和慣性力； 恒速時是動摩擦阻力； 在快退階段的外負(fù)載是動摩擦阻力， 由圖 3-4 可知：銃刀銃床工作臺液壓缸在工進(jìn)階段的外負(fù)載是工作負(fù)載，即刀具銃削力及動摩擦阻力靜摩擦負(fù)載Ffs=p (m1+m2) g=0.2x (400+150) g=1078(N)動摩擦負(fù)載Ffs= n (m1+m2) g=0.1x (400+150) g=539 (N)慣性負(fù)載Fi= (m1+m2)= (400+150) x 4.5 =825 (N) t0.05x60利用銃削力計算公式：Fi= T (其中，T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，T=)。算得工作負(fù)載為

5、：De/22tt n3L T P/2 u n P7.5M10Fe=飛1De/2 De/2 u Den nx 120M10 x35060圖3-5液壓缸FL圖1515表3-7銃床工作臺液壓缸外負(fù)載和推力計算結(jié)果工況外負(fù)裁F/N推力（F/4m） /N計算公式結(jié)果快進(jìn)啟動F=Fst10781198加速F=Ffd+Fi13641515恒速F=Ffd539599工進(jìn)F=Fe+Ffd39494388快退啟動F=Fst10781198加速F=Ffd+Fi13641515恒速F=Ffd5395994.2 運(yùn)動分析根據(jù)設(shè)計要求，可直接畫出液壓缸的速度循環(huán)圖（v-l圖），如圖3-65計算液壓系統(tǒng)主要參數(shù)并編制工況圖

6、5.1 預(yù)選系統(tǒng)設(shè)計壓力專用銃床也歸屬半精加工機(jī)床，參考表 1,預(yù)選液壓缸的設(shè)計壓力P1=3MPa。5.2 計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸由于設(shè)計要求工作臺快速進(jìn)退速度相等，故選用單桿差動連接液壓缸，使缸的無桿腔與有桿腔的有效面積 人與A2保持關(guān)系A(chǔ)=2 A2 ,即桿d和缸徑D滿足d=0.707D。經(jīng) 查表3,取背壓為0.8MPa。從滿足最大推力出發(fā)，可算得液壓缸無桿腔的有效面積：A1 =FO=4388m2 -1.69 106.9cm210.86F -2P2) (3 -2)10液壓缸內(nèi)徑：D =m = 0.0464m = 46.4mm15按GB/T2348-1993 (表2),將液壓缸內(nèi)徑圓整為 D=

7、50mm=5cm。徑圓整為d=36mm=3.6cm。則液壓缸實際有效面積為:2A 二 DAI 二4一 ， 一 23.14 502、=1963 (mm)4422 7t22.,2、A2 = (D d ) = x (50 -36 ) = 946 (mm)二4A=A- A2 =1017 (mm2)5.3編制液壓缸的工況圖魅_三工迸 、原位W根據(jù)上述條件，經(jīng)計算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率如下: 壓力a、快進(jìn)階段的液壓缸壓力啟動時，P = F +A2Ap =1198 +0 =1.18(MPa)A 1017加速時，P =FPJ515；：；6、0.5 ="5(MPa)(-般取被壓為 0

8、.5Mp)恒速時，Pi =F A?'599 946x0.5 =1.05(MPa) A1017b、工進(jìn)階段的液壓缸力F A2Pz=4388 946、0")A11017c、快退階段的液壓缸壓力F AB 1198 0后動時，P =1.27(MPa)A 946F AP21515 1963x0.5力口速時，P =_2_d。八=2.64(MPa) A946F A1P2599 1963x0.5怛速時，P = 1.67( MPa)A946流量a、快進(jìn)(恒速時)階段的流量q= Avk=1017x4.5x10 x10 =4.58 (L/min)b、工進(jìn)階段的流量qmax= A1vg=1963x1

9、000x10" =1.96 (L/min)qmin= A1 vg=1963x60x10 =0.12 (L/min )c、快退(恒速時)階段的流量q= A2 vk=946x4.5x10 x10 =4.26 ( L/min )功率a、快進(jìn)(恒速時)階段的功率P=P1 q=1.05x4.58x103/60=80.2 (W)b.工進(jìn)(最高速度時)階段的功率P=P1 q=2.62x1.96x103/60=85.6 (W)c.快退(包速時)階段的功率P=P1 q=1.67x4.26x103/60=118.6 (W)由上述計算結(jié)果編制出的液壓缸工況圖3-73-9P1/10p/w2004OOL/mm

10、118.66制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖6.1 制訂液壓回路方案油源型式及壓力控制工況圖表明，系統(tǒng)的壓力和流量均較小，故可采用電動機(jī)驅(qū)動的單定量泵供油油源和溢油閥調(diào)壓方案，如圖 3-10所示。調(diào)速回路 銃床加工零件時，有順銃和逆銃兩種工作狀態(tài)，故選用單向調(diào)速閥的 回油節(jié)流調(diào)速回路（見圖3-11）。由于已選用節(jié)流調(diào)速回路，故系統(tǒng)必然為開式循環(huán)。換向回路與快速運(yùn)動回路及換接方式換向回路選用三位四通“O”型中位機(jī)能的電磁換向閥實現(xiàn)液壓缸的進(jìn)退和停止（見圖3-12）。采用二位三通電磁換向閥實現(xiàn)液壓缸快進(jìn)時的差動連接（見圖3-13）。由于本機(jī)床工作部件終點(diǎn)的定位精度無特殊要求，故采用行程控制方

11、式即活動擋塊 壓下電氣行程開關(guān)，控制換向閥電磁鐵的通斷電以及死擋鐵即可實現(xiàn)自動換向和速度換 接。輔助回路 在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一過濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔；出口設(shè)一 單向閥以保護(hù)液壓泵，在該單向閥與液壓泵之間設(shè)一壓力表及其開關(guān)，以便液壓閥調(diào)壓 和觀測（見圖3-14）。6.2 擬定液壓系統(tǒng)圖在制定各液壓回路方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)整理所組成的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-15所示由電磁鐵動作順序表（圖中附表）容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動路線 圖3-15專用銃床液壓系統(tǒng)原理圖工況電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA快進(jìn)十十工進(jìn)一快退十工作臺原為停止附表系統(tǒng)的電磁鐵動作順序表1-過濾器；2-單向定量泵；3-

12、電動機(jī)；4-溢流閥；5-壓力表開關(guān)；6-單向閥；7-三位四通 電磁換向閥；8-單向調(diào)速閥；9-二位三通電磁換向閥；10-液壓缸7計算并選擇液壓元件7.1 液壓泵的計算與選定液壓泵的最高工作壓力的計算由工況3-2可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在快退階段，即 p1=2.64 MPa ,由 于進(jìn)油路原件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失取為 Ap=0.3MPao則液壓泵的最高工 作壓力pp為：pp=2.64+0.3=2.94 (MPa)液壓泵的流量計算泵的供油量qp按液壓缸的快進(jìn)(包速時)階段的流量q=4.58L/min進(jìn)行估算。由于 系統(tǒng)流量較小，故取泄漏系數(shù) K=1.3,則液壓泵供油量qp應(yīng)為：

13、qp>qv=Kqlmax=1.3 X 4.58=5.95 ( L/min )確定液壓泵的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選液壓泵的轉(zhuǎn)速為n1=1450r/min,泵的容積效率刀v=0.8,根據(jù)式(2-37)可算得泵的排量參考值為：Vg=1000 qv=10005.95 =5.13 (mL/r)n1 v 14500.8根據(jù)以上計算結(jié)果查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的YB1-6型葉片泵，泵的額定壓力 為pn=6.3MPa,泵的額定轉(zhuǎn)速為n=1450r/min,容積效z率4p=0.80。倒推算得泵的額定 流量為：q p=Vn 4 v=6X1450X 0.80=6.96 ( L/min )比系統(tǒng)流量稍大。

14、確定液壓泵驅(qū)動功率由功率循環(huán)圖3-9可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，已知泵的總效率為4p=0.80,則液壓泵快退所需的驅(qū)動功率為：=4=已上曳pp(1.670.3) 6 145030.80 60 10 3=0.357 (KW)7.2 電機(jī)的選定查表得，選用Y系列(IP44)中規(guī)格相近的Y801-4型臥式三相異步電動機(jī)，具額 定功率為0.55kw,轉(zhuǎn)速為1390r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，泵的實際輸出流量為 6.67L/min ,仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。表3-8專用銃床液壓系統(tǒng)中控制閥和部分輔助原件的型號規(guī)格序 號名稱通過流量/(L/min )額定流量/(L/min )額定壓力/MP

15、a型號1過濾器6.67162.5XU-B16X 1002Ab里葉片泉6.6766.3YB-63父流異步電動機(jī)Y801-44溢流閥6.67636.3YF3-10B5壓力表開關(guān)6.3AF6EP30/Y636單向閥P 6.678016AF3-Ea10B7三位四通電磁換向閥4.5861634DF3-E4B8單向調(diào)速閥4.266.36.3AQF3-6aB9二位三通電磁換向閥P 4.26106.323D-10B10液壓缸自行設(shè)計說 明單向調(diào)速閥8中調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.01L/min，小于系統(tǒng)工進(jìn)速度時的回油量 qmin=A2vg=946X 60 X 10 V X 10-6=0.057 (L/min)

16、7.3 液壓控制閥和液壓輔助原件的選定根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過各液壓控制閥及部分輔助原件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的原件型號規(guī)格見表3-8,其中液壓缸需自行設(shè)計。管件尺寸由選定的標(biāo)準(zhǔn)件油口尺寸確定。本系統(tǒng)屬于中低壓系統(tǒng)，取經(jīng)驗系數(shù) a =5,得油箱容量為：V=apq=5X 6.67L=33.3533L8驗算8.1 液壓系統(tǒng)的效率(經(jīng)計算 £ Ap1 =0.63105 Pa ,工 Ap2 =2.625Ml05Pa)取泵的效率 = 0.75 ,液壓缸的機(jī)械效率 兀=0.9,回路效率為：PlF A2 42A1PlPQpBQB3960.46=(一6.26510.0110 4 10 519.6

17、31050.6310 )Pa5=24 10 5 Pa當(dāng)工進(jìn)速度為1m/min時,1.66；4；00:。29當(dāng)工進(jìn)速度為60mm/ min時,一 一 一 一 50.12 24 106 27 105= 0.0178= 0.75 0.9 (0.29 0.0178) =0.196 0.0128.2 液壓系統(tǒng)的溫升（只驗算系統(tǒng)在工進(jìn)時的發(fā)熱和溫升）定量泵的輸入功率為:PpyQBn一一 5 一27 105 60.75 60 103kW = 0.36kW工進(jìn)時系統(tǒng)的效率"=0.012 ,系統(tǒng)發(fā)熱量為:h =P,(1 - )= 0.36(1-0.012)kW = 0.36kW取散熱系數(shù) K =15父

18、10學(xué)kW/m2 C油箱散熱面積A = 0.0653獷m 后計算出油液溫升的近似值：H 0.356 103T=-C=33.5C <5055 C ,故合理。KA 15 0.0653362設(shè)計總結(jié)這次液壓系統(tǒng)課程設(shè)計，是我們第一次較全面的液壓知識的綜合運(yùn)用，通過這次練習(xí)，使得我們對液壓基礎(chǔ)知識有了一個較為系統(tǒng)全面的認(rèn)識，加深了對所學(xué)知識的理解和運(yùn)用，將原來看來比較抽象的內(nèi)容實現(xiàn)了具體化，初步掊養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練了綜合運(yùn)用相關(guān)課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴(kuò)展了有關(guān)液壓系統(tǒng)設(shè)計方面的知識。通過制訂設(shè)計方案， 合理選擇各液壓零件類型， 正確計算零件的工作能力， 以及針對課程設(shè)計中出現(xiàn)的問題查閱資料，大大擴(kuò)展了我們的知識面，培養(yǎng)了我們在本