設(shè)計一臺銑床液壓系統(tǒng)

1、液壓與氣壓傳動技術(shù)課程設(shè)計說明書學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院班 級：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師： _ 2014年1月10日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院機(jī)電學(xué)院班級姓名設(shè)計起止日期2013年12月30日-2014年1月10日設(shè)計題目：設(shè)計一臺專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）：工作臺要求完成快進(jìn)工作進(jìn)給快退停止的自動工作循環(huán)。銃床工作臺重量5000N,工件夾具重量為 2000N,銃削阻力最大為10000N,工作臺快進(jìn)、快退速度為5.5m /min ,工作進(jìn)給速度為 0.051.2m/ min ,往復(fù)運動加、減速時間為0.05s工作采用平導(dǎo)軌，靜、動摩擦分別為 fs = 0.2 , fd = 0.1 , ?工

2、作臺快進(jìn)行程為 0.4m。工進(jìn)行程為0.1m。要求完成以下工作：1.進(jìn)行液壓系統(tǒng)工況分析，繪制工況圖；2.設(shè)計液壓缸；3.制訂液壓系統(tǒng)原理圖，繪制控制元件動作順序表;4.計算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；5.繪制液壓系統(tǒng)原理圖；6.驗算液壓系統(tǒng)的性能；7.編寫、整理設(shè)計說明書。指導(dǎo)教師評分:項目分值出勤情況10一次缺席扣2分，兩次缺席扣4 分，三次缺席扣10分，出勤情 況連帶影響學(xué)習(xí)態(tài)度和質(zhì)疑答 辯成績。學(xué)習(xí)態(tài)度10學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律質(zhì)疑 答亠、亠 辯第一次10負(fù)載圖正確（3分）；速度圖正確（2分）；液壓缸設(shè)計步驟準(zhǔn)確（2分）；工況圖填寫正確（2分）；工況圖畫法正確（1分）第二次10液壓系統(tǒng)

3、圖設(shè)計正確 （3分）；液 壓泵規(guī)格選擇正確 （2分）；電動 機(jī)功率計算準(zhǔn)確（1分）；液壓閥 選擇準(zhǔn)確（3分）；輔助元件的設(shè)計（1分）。第三次10液壓系統(tǒng)速度驗算（3分）；效率驗算（4分）；溫升驗算（3分）答辯20抽題答辯說明書質(zhì)量30內(nèi)容完整（5分），結(jié)構(gòu)設(shè)計合理（5分），計算準(zhǔn)確（5分），結(jié)論準(zhǔn)確（5分），撰寫規(guī)范工整（5分），排版準(zhǔn)確（5分）總分教師簽字：年 月 日目錄1課程設(shè)計的目的2負(fù)載分析 2.1負(fù)載計算 負(fù)載圖2.2速度分析速度圖 3初步確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 3.1初選液壓缸的工作壓力 3.2計算確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 4液壓缸的工況分析與工況圖 5擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 5.1選擇

4、液壓基本回路 5.2將液壓回路綜合成液壓系 6計算和選擇液壓元件 6.1確定液壓泵的規(guī)格與電動機(jī)功率 6.2液壓閥的選擇6.3油管設(shè)計6.4確定油箱容積7液壓系統(tǒng)主要性能的驗算 7.1液壓缸速度的驗算 7.2系統(tǒng)中的壓力損失驗算 7.3液壓系統(tǒng)的效率和溫升的驗算 參考文獻(xiàn) 1課程設(shè)計的目的液壓傳動課程設(shè)計是本課程的一個綜合實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的：1. 鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題能力；2. 正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)；3.

5、 熟悉并會運用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對學(xué)生在計算、制圖、運用設(shè)計資料以及經(jīng)驗估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。2負(fù)載分析2.1負(fù)載計算負(fù)載圖已知工作負(fù)載Fw 10OOON,重力負(fù)載Fg 0。啟動加速時Ff 50000.21000N ,快進(jìn)、工進(jìn)，快退時Ff5000 0.1 500N。按加減速時間和運動部件的重量，根據(jù)動量定理mv Ft，計算可得慣性負(fù)載，由50005.510 60Fa 0.05 F，得到爲(wèi)=916.67N。取液壓缸的機(jī)械效率m =0.9，則液壓缸工作階段的負(fù)載值見表表1液壓缸在各個工作階段的負(fù)載值

6、工況計算公式缸的負(fù)載f啟動1111.11N加速2129.63N快進(jìn)555.56N工進(jìn)11666.67N快退555.56N圖12.2速度分析速度圖根據(jù)題義，快速進(jìn)、退速度相等，即 v1 v3 5.5m/s，行程為l1 0.4m ,l3 0.5m ;工進(jìn)速度v2 0.05 1.2m/ min，行程為l2 0.1m ;根據(jù)這些畫出速度分析圖。圖23初步確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸3.1初選液壓缸的工作壓力組合機(jī)床的最大負(fù)載為 11666.67N時宜初選液壓缸的工作壓力p仁3MPs。3.2計算確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸為使工作臺液壓缸快進(jìn)與快退速度相等， 選用單出桿活塞差動連接的方式實現(xiàn)快進(jìn)，設(shè)液壓缸兩有效面為

7、 A1和A2,且A1 =2 A2，即D"2d，查表取回油路背壓為 0.5MPa，液壓 缸快退時背壓取 0.5MPa。由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程P1A p2A2 F ，可得A1= P142.4 cm0.5 p2 =11666.67(3 0.5 0.5) 1061 2A2=4n DD=2圓整取D=75mm又因為d= 2，得出d=51.97mm,查表將其圓整為 d=52mm計算出液壓缸的實際面積 A,44.18 101 d2八八_ n d4m2,A2= A1- 4=22.94 10 4m2工進(jìn)時采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量qmin =0.05L/min,按公式進(jìn)行計算:2q/v=

8、10 cm v A2,故滿足要求。4液壓缸的工況分析與工況圖表2液壓缸在工作循環(huán)各階段壓力、流量和功率值工況推力R/N回油腔壓 力p(MPa進(jìn)油腔壓 力pVMPa輸入流量q L/min輸入功率F/KW計算公式快 進(jìn)啟動1111.110.69加速2129.63p+0.51.56恒速555.56P+0.50.811.60.08工進(jìn)11666.670.62.640.225.30.010.23快 退啟動1111.110.47加速2129.630.51.89恒速555.560.50.912.610.19圖35 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖5.1 選擇液壓基本回路(1) 選擇調(diào)速回路 這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺

9、運動速度低，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。 為防止銑完工件時負(fù)載突然消失引起運動 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)。(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。最大流量與最小流量之比 qmax/qmin= 25。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。 考慮到前者流量突變時液壓沖擊較大， 工

10、作平穩(wěn)性差， 且后者可雙 泵同時向液壓缸供油實現(xiàn)快速運動，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖 a 所示。(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。 考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大， 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)液壓缸差動連接， 所以選用三位五通電液換 向閥，如圖 b 所示。(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，速度變化大為減少速度換 接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖 c 所示。(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

11、 決。即滑臺工進(jìn)時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。 在滑臺工進(jìn)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未 卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。5.2 將液壓回路綜合成液壓系圖41-雙聯(lián)葉片泵 2- 三位五通電磁換向閥 3- 行程閥 4- 調(diào)速閥 5 6 10 13- 單向閥 7- 順序 閥 8 9- 溢流閥 11- 過濾器 12- 壓力表開關(guān) 14- 壓力繼電器5.3 控制元件動作順序表表3注：表中“ +”表示電磁鐵通電，“-”表示電磁鐵斷電；“ -+ ”表示行程閥抬起至壓下或壓力繼電器微動開 關(guān)從斷開至合上，“ +- ”

12、相反。元件注動作名稱信號來源電磁鐵行程閥31YA2YAYJ快進(jìn)啟動按鈕+工進(jìn)當(dāng)塊壓下行程開關(guān)+死擋鐵停留工作部件壓在死擋鐵處+-+快退壓力繼電器發(fā)訊-+-+ -原位停止擋鐵壓下終點開關(guān)-6.1確定液壓泵的規(guī)格與電動機(jī)功率6.1.1液壓泵規(guī)格（1）液壓泵的工作壓力工進(jìn)時液壓泵最大工作壓力的計算工進(jìn)時液壓缸的最大工作壓力為 2.64MPa，如進(jìn)油路上的壓力損失取 0.8 MPa，為了使 壓力繼電器能可靠、有效地工作，取其調(diào)整壓力比系統(tǒng)最大工作壓力再高0.5 MPa則系統(tǒng)在工進(jìn)時的最高工作壓力應(yīng)為PpA 2.640.8 0.53.94MPa快速運動時液壓泵最大工作壓力的計算雙聯(lián)泵中的大流量泵只有在快

13、進(jìn)和快退運動時才向系統(tǒng)供油。由工況圖可 知，快退時的工作壓力比快進(jìn)時大，為1.89MPa如取快退時進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MP a，則系統(tǒng)在快退時的最高工作壓力應(yīng)為PpB 1.89 0.5=2.49MPa（2）液壓泵流量計算取系統(tǒng)泄露系數(shù) K=1.2，系統(tǒng)在快退時需要最大流量為12.61L/min則兩個泵的總流量為 Qp KQp 1.2 12.6115.13max工進(jìn)時的最大流量為 5.3L/min，考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，則大流 量泵的流量最少應(yīng)為 8.3L/min。所以選取液壓泵規(guī)格為YB-10/12雙聯(lián)葉片泵，轉(zhuǎn)速為 960r/min，壓力6.3MPa。QA 9L/m

14、in， QB7L/ min Qp 16L/min。(3) 確定液壓泵規(guī)格按液壓泵的額定壓力Pm應(yīng)高于最大工作壓力的(2560) %，即PmPpmax1 (0.25 0.6) 3.94 X (1.251.6)=(4.9256.3)MPa6.1.2電動機(jī)功率最大功率出現(xiàn)在快退階段，取液壓缸進(jìn)油路上壓力損失為0.5MPa,則液壓泵輸出壓為 1.2+0.5=1.7Mpa。液壓泵的總效率為n p=0.8，液壓泵流量為15.13L/min。則電動機(jī)功率為：PPpqq/ p 1.7 1 06 1 6 1 0 3 /(60 0.8) =550W據(jù)此選用Y100-6型立式電動機(jī)，其額定功率為1.5KW,轉(zhuǎn)速為9

15、60r/min。6.2液壓閥的選擇表4液壓元件型號與規(guī)格序號液壓元件名稱通過的最大實際流量(L/min )型號規(guī)格接口 尺寸數(shù)量1雙聯(lián)葉片泵YB1-1616L/min6.3MPa12濾油器25XU-40X10040 L/min100 gm13單向閥25I-25B25 L/min6.3MPa© 1224溢流閥10Y-25B25 L/min6.3MPa© 1215液控順序閥17.5XY-25B25 L/min6.3MPa© 1216背壓閥5X2F-B10D20 L/min(0. 51) MPa© 1017三位五通電磁閥4435D-63BY63 L/min6.

16、3MPa© 1818單向閥44I-63B63 L/min6.3MP© 1819行程閥4422C-63BH63 L/min© 1816.3MP10調(diào)速閥10Q-25B（0.0525） L/min6.3MPa© 12111壓力繼電器/DP1-63B調(diào)壓范圍16.3MPa© 11112壓力表開關(guān)/K-6B6.3MPa©4113壓力表/Y-60測量范圍M14X1.516.3油管設(shè)計液壓缸在快進(jìn)和快退時無桿腔流量較大，計算在快進(jìn)時液壓缸的無桿腔流量Qp 八 16 44.18Q.A31.5L/minA A244.18 22.94液壓缸在快退時無桿

17、腔的排油量Q2 QpA1A16 44.18 =29.1L/min22.94所以液壓缸進(jìn)出油管的流量按快退時回油管流量計算，并按壓力管路的推薦流速v 3m/ s來計算油管內(nèi)徑d選取內(nèi)徑為15mmt勺無縫鋼管21.43 10 m =l4.3mm6.4確定油箱容積7液壓系統(tǒng)主要性能的驗算7.1液壓缸速度的驗算、流量速度序輸入流量(L/min )排岀流量(L/min)移動速度(m/min)快進(jìn)(差動)工進(jìn)快退7.2系統(tǒng)中的壓力損失驗算液壓元件在額定流量下的額定壓力損失元件壓力損失35D-63BYI-25BXY-25BI-63B22C-63BHQ-25B pvn( x 105Pa)423225液壓缸進(jìn)、

18、出油口至閥組裝置中的管道按選定的管道尺寸，即d=15mm進(jìn)、回油管長度暫且均按2m估算，油液的運動粘度取 v 46 106 m2 / s，壓力損失驗算應(yīng)按整個工作循 環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。1) 快進(jìn)(1) 進(jìn)油路損失快進(jìn)時，進(jìn)油管中液流的雷諾數(shù)Re翌空v vd4 31.5 106346 1015 1060968v23203管道中的流動狀態(tài)為層流，應(yīng)按公式計算進(jìn)油管路的沿程壓力損失，即 P118 106vQ1ld41056 68 1046 1031.5 21541050.46 x 105 Pa進(jìn)油管的局部壓力損失可按式估取為55 P 10.1 Pn=0.1 x 0.46 x 10 =0.046

19、x 10 Pa由系統(tǒng)原理圖可以看出，快進(jìn)時，液壓缸差動鏈接，通過單向閥10的流量是9L/min ,通過三位五通閥13的流量是16L/min，然后以流量31.5L/min通過行程閥3。由此可算出快 進(jìn)時的總降壓9 216 231.5 255 Pv1 2 （玄）24（63）22 （石）2 1051.02 105Pa快進(jìn)時進(jìn)油路上總的壓力損失（2）回油路損失同理可判斷快進(jìn)時回油路中液流的流動狀態(tài)是層流，回油管路的流量可知Q215.5L/min，其壓力損失快進(jìn)時回油路上的局部快進(jìn)時液壓缸的油液經(jīng)三位五通電磁閥13和單向閥6的流量均為15.5L/min，然后經(jīng)行程閥3流入液壓缸無桿腔。由此可算出快進(jìn)時有

20、桿腔壓力至無桿腔的總降壓由此可計算出快進(jìn)時有桿腔壓力P2與無桿腔壓力R的差2）工進(jìn)工進(jìn)時進(jìn)油路的最大流量Qi 5.3L/min，回油路的最大流量為 Qz 2.75L/min。同理可判斷工進(jìn)時進(jìn)油路與回油路中液流的流動狀態(tài)是層流。（1）進(jìn)油路進(jìn)油管路的沿程壓力損失進(jìn)油管的局部壓力損失為由系統(tǒng)原理圖可以看出，工進(jìn)時，通過三位五通電磁閥13的最大流量是5.3L/min，通過調(diào)速閥4上的最小壓力損失為 0.5MPa,由此可算出進(jìn)油路上總閥降壓為工進(jìn)時進(jìn)油路上總的壓力損失（2）回油路損失工進(jìn)時回油管路沿程壓力損失回油管的局部壓力損失由系統(tǒng)原理圖可以看出，工進(jìn)時回流通過三位五通電磁閥13的最大流量是2.7

21、5L/min,通過調(diào)速閥4上最小壓力損失為 0.5MPa,由此可算出回油路上總閥降壓為工進(jìn)時回油路上總的壓力損失3) 快退快退時進(jìn)油路最大流量為 Ql16L/min ,回油路的最大流量為 q229.14L/min 。同理可判斷快退時進(jìn)油路和回油路中液體流動狀態(tài)是層流。(1) 進(jìn)油路進(jìn)油管路的沿程壓力損失進(jìn)油管的局部壓力損失為由系統(tǒng)原理圖可以看出，快退時，通過三位五通電磁閥13的流量是16L/min，由此可算出進(jìn)油路上的總閥降壓為快退時進(jìn)油路上總的壓力損失(2) 回油路損失快退時回油管路的沿程壓力損失快退時回油路上總的局部損失由系統(tǒng)原理圖可知，快退時液壓缸的有桿腔中的油液經(jīng)電磁閥13與單向閥6均為29.14L/min由此可算出快退時回油路管閥的總降壓7.3液壓系統(tǒng)的效率和溫升的驗算因工進(jìn)時間占整