銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1、設(shè)計(jì)題目 12、工況分析 12.1 負(fù)載分析 22.2 運(yùn)動(dòng)分析 23、確定液壓缸參數(shù) 33.1 初選液壓缸的工作壓力 33.2 確定液壓缸尺寸33.3 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率計(jì)算值 43.4 繪制液壓缸工況圖 44、擬定液壓系統(tǒng)圖 64.1 選擇液壓回路 64.1.1 調(diào)速回路 64.1.2 換向回路和卸荷回路 64.1.3 快速運(yùn)動(dòng)回路 64.1.4 壓力控制回路 74.2 液壓系統(tǒng)合成 85、選擇液壓元件 85.1 選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 85.2 選擇控制元件 95.3 選用輔助元件 106、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 106.1 回路中壓力損失 106.1.1 工進(jìn)時(shí)壓力損

2、失 106.1.2 快退時(shí)壓力損失 116.2 確定液壓泵工作壓力126.3 液壓系統(tǒng)的效率 126.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗(yàn)算13參考文獻(xiàn) 14附錄（液壓系統(tǒng)圖）（液壓油缸圖）1設(shè)計(jì)題目1.1設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)專用銃床，銃頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為7.0千瓦，銃刀直徑為120mm轉(zhuǎn)速350轉(zhuǎn)/分，如工作臺(tái)質(zhì)量為480公斤，工件和夾具的質(zhì)量為150公斤，工 作臺(tái)的行程為400mm工進(jìn)彳T程為100mm快進(jìn)快退速度為4.5米/分，工進(jìn)速 度為601000毫米/分，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速（減速）時(shí)間為 0.05秒，工作臺(tái)用 平導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)fs=0.2,動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1,試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。2工況分析2

3、.1負(fù)載分析根據(jù)給定條件，先計(jì)算工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)中慣性力Fm,工作臺(tái)與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦阻力Ffd和靜摩擦阻力FfsFmFg vg ：t6300 0.075 二 963 (N)9.81 0.05(2-1)Ffdu fd(FG1Fg2)-0.1(48001500) -6300 (N)(2-2)FfS= fs(FG1Fg2)=0.2(48001500) =1260 (N)(2-3)其中，F(xiàn)G1 =m1g =480 10 =4800(N)FG2=m2g =150 10 =1500(N)FG = FG1 FG2 = 4800 1500 =6300 (N)由銃頭的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率可以求得銃削最大負(fù)載阻力Ft：Ft =

4、Pv(2-4)其中 v =n= 350 3.14 0.12 ;2.198m6060s所以,Ft P-70002.198= 3185同時(shí)考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力（取液壓缸的機(jī)械效率”m = 0.9）,工作臺(tái)的液壓缸在各工況階段的負(fù)載值列于表2-1中，負(fù)載循環(huán)圖如圖2-1所示。表2-1各階段負(fù)載值工況負(fù)裁計(jì)算公式液壓缸負(fù)裁F(N)液壓缸推力F0 (NJ)起動(dòng)12601400加速15931770快進(jìn)630700工進(jìn)38154239反向起動(dòng)12601400反向加速15931700快退630700根據(jù)給定條件，快進(jìn)、快退速度為0.075m/s ,其行程分別為300mnf口 400mm 工進(jìn)速度為6

5、01000m/s (即0.0010.0167m/s ),工進(jìn)行程100mm繪出速度循 環(huán)圖如圖2-2所示。3確定液壓缸的參數(shù)3.1 初選液壓缸的工作壓力根據(jù)液壓缸推力為4239N（表2-1）,按表11-2 （書）的推薦值，初選工作 壓力為10 105Pa.3.2 確定液壓缸尺寸由于銃床工作臺(tái)快進(jìn)和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使A =24,快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，因管路中有壓力損失，快進(jìn)時(shí)回油路壓力損失 取.甲二5 105Pa,快退時(shí)回油路壓力損失亦取p -5 105 Pa。工進(jìn)時(shí)，為使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為（5110）10 5 Pa,選取背 壓 P2

6、=6 105 Pa。根據(jù)P1A1 = P2A2+F。，可求出液壓缸大腔面積 A為工飛-。4;%10.006")(3-1)= 0.087(m)（3-2）D=90mm液壓缸活塞桿直徑D 二 4A 二 4一0.006根據(jù)GB2348-80圓整成就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得;二 3.14d ="公=63.65mm ,根據(jù)GB2348-80就近圓整成標(biāo)準(zhǔn)值d=63mm于是液壓缸實(shí) 際有效工作面積為-：2-：22A1 =D2 = 0.092 = 0.006 m2(3-3)44A = (D2 -d2) = (0.092 -0.0632) = 0.003m2(3-4)443.3 液壓缸工作循環(huán)中各階段

7、的壓力、流量和功率的計(jì)算值 (見表 3-1)工況F0(N)液壓缸P2M1C5PaPC105PaN(W)快進(jìn)（差 動(dòng)）起動(dòng)140009.70.225164.3加速1770510.9恒速70057.3工進(jìn)4239611.070.00611 0.16.6110.7快退起動(dòng)114000.225276.8加速1770515.9減速700512.33.4 繪制液壓缸工況圖根據(jù)表3-1計(jì)算結(jié)果，分別繪制P-L、Q-L和N-L圖，如圖3-1所示* Pl X 10 (Pa)1 1. 079, 7010. 97. 310。200 ,300L (mm)12. 315. 94009. 7P-L圖Q-L圖N-L圖圖 3

8、-1 -L、Q-L 和 N-L 圖4 擬定液壓系統(tǒng)圖4.1 選擇液壓系統(tǒng)圖4.1.1 調(diào)速回路由工況圖 3-1 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(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)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)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)?？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(tái)低速運(yùn)動(dòng)時(shí)比較平穩(wěn)， 如圖 4-1(a) 和 4-1( A)所示 ,由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化不大，為減少速度換接時(shí)的

9、液壓沖擊，從節(jié)約成本考慮，選用如圖 4-1(a) 所示的調(diào)速回路。(a)(A)圖 4-1 調(diào)速回路4.1.2 換向回路和卸荷回路銑床工作臺(tái)采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。由工況圖可知，系統(tǒng)壓力和流量都不大，同時(shí)考慮工作臺(tái)工作一個(gè)循環(huán)后裝夾具時(shí)間比較長(zhǎng)，為方便工作臺(tái)的手動(dòng)，選用三位四通U 型電磁換向閥，并由電氣行程開關(guān)配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，如圖 4-2b 所示4.1.3 快速運(yùn)動(dòng)回路為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快速進(jìn)給，選用二位三通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動(dòng)連接。這種差動(dòng)連接的快速運(yùn)動(dòng)回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也比較經(jīng)濟(jì)，如圖 4-2a 所示。在圖4-2a-b 中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控制，所以選擇4-2a 所示的回路，一起同 4-2b 組

10、成的快速、換向回路，同樣可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。同時(shí)驗(yàn)算回路的壓力損失比較簡(jiǎn)便，所以不選用圖 4-2a-b 所示的回路。(a)(b)(a-b)圖 4-2 快速和換向回路4.1.4 壓力控制回路由于液壓系統(tǒng)流量很小，銑床工作臺(tái)工作進(jìn)給時(shí)，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 4-1a 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(shí)，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，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，選用雙聯(lián)葉片泵油源顯然是不合理的，如圖 4-3b 所 示，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制也復(fù)雜，所以不適宜選用此方案。(a)

11、(b)圖 4-3 壓力控制回路4.2 液壓系統(tǒng)合成根據(jù)以上選擇的液壓基本回路，合成為圖4-2所示的定量泵-回油路節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)圖。圖4-2液壓系統(tǒng)合成5選擇液壓元件5.1 選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.1則液壓泵的最大流量 Qb AK(£Qi)max =1.1M0.225M103 = 0.248Ml0“m3/s,即 QB=14.88L/min。根據(jù)擬 定的液壓系統(tǒng)是采用回油路節(jié)流調(diào)速， 進(jìn)油路壓力損失選取£Ap = 5M105Pa ,故 液壓泵工作壓力為：Pb = P1 +ZAp =(9.84 +5)x105 =14.84x105 Pa。(5-1)考慮到

12、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為：pB =14.84(1 25%) 105 =18.85 105 Pa.(5-2)根據(jù)Qb、Pb和已選定的單向定量泵型式，查手冊(cè)書(二)選用YB,-16型定量葉片泵。該泵額定排量為16mL/r,額定轉(zhuǎn)速 960r/min ,其額定流量為0.256 X10 "3m3/s,由工況圖知，最大功率在快退階段，如果取液壓泵的效率為 為0.75 ,驅(qū)動(dòng)液壓泵最大輸入功率NB為：NbP1QB(15.9 5) 105 0.256 電0.75= 713 (VW(5-3)查電工手冊(cè)選取750W的電動(dòng)機(jī)。5.2 選擇控制元件根據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力和通過控制元件的

13、最大流量，選用各類閥的規(guī)格見表5-1.表5-1選用各類閥的規(guī)序 號(hào)控制元 件名稱型號(hào)規(guī)格技術(shù)數(shù)據(jù)實(shí)際流量額定流量時(shí) 壓力損失1溢流閥Y1-25B卸荷壓力1L 1.52三位四 通電磁 換向閥34D-25B23單向調(diào) 速閥Q1-25B反向時(shí)2取小壓力：54二位三 通電磁 換向閥23D-25B15單向閥1-25B1.55.3 選用輔助元件濾油器：液壓泵吸油口需裝粗濾油器，選用XU-16m100J線隙式100Nm進(jìn)口濾油器，流量 Q=16l/min=0.267 10，m3/s.油箱容量：由下式計(jì)算有效容積 V,取系數(shù)K=6, Q=12L/min,則有V =KQ =6 12=72(L)=72 10，(m

14、3)(5-4)根據(jù)書(二)標(biāo)準(zhǔn)，可取油箱的容積 V=75L,油箱見附圖1,管道尺寸由選 定的標(biāo)準(zhǔn)元件連接口尺寸確定。6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算6.1 回路中壓力損失回路壓力損失計(jì)算應(yīng)在管道布置圖完成后進(jìn)行，必須知道管道的長(zhǎng)度和直徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=12mm長(zhǎng)度在管道布置圖未完成前暫按進(jìn)油管、回油管均為L(zhǎng)=2m估算。油液運(yùn)動(dòng)粘度取v =1.5M10"m2/s,在 此設(shè)計(jì)中主要驗(yàn)算工進(jìn)和快退工況時(shí)的壓力損失。6.1.1 工進(jìn)時(shí)壓力損失進(jìn)油管路壓力損失：首先判別進(jìn)油管液流狀態(tài)，由于雷諾數(shù)vdRe =4Q二 d4 0.1 10， . - _3 -T/二 12 101.5 10

15、= 70.7 :二 2000(6-1)故為層流。管路沿層壓力損失:4.3 、 Q L 八 164 10d44.3 1.5 10“ 0.1 10 2124(6-2)_16 _5 _10 -0.622 105(Pa)取管道局部損失 AP = 0.1xAFL =0.0622105Pa油液流經(jīng)單向閥和三位四通換向閥的壓力損失按下面公式計(jì)算，有關(guān)數(shù)據(jù)見表5-1=1.32父105 (Pa)工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路總壓力損失：(6-3).甲=Plp % . ：PV =2 105 (Pa)(6-4)工進(jìn)時(shí)回油路壓力損失：因回油管路流量Q2為Q10.1 10“口3Q2 = = =0.05 10 (m /s)22(6-5)液

16、流狀態(tài)經(jīng)判斷為層流(Re =70.7 < 2000),于是沿程壓力損失:4.3 Q Ld410164.3 1.5 101 0.05 6 2124(6-6)_16 _5_1016 =0.297 105(Pa)(6-7)局部壓力損失：/P.=0.1PL -0.0297 105Pa回油路中油液流經(jīng)二位三通換向閥、調(diào)速閥和三位四通換向閥時(shí)的壓力損 失計(jì)算方法同上，即(6-8)(6-9)=5.28 105(Pa)工進(jìn)時(shí)回油路總壓力損失p" =APl +AP.+ZAFV =5.6x105(Pa)將回油路中壓力損失折算到進(jìn)油路上，就可求出工進(jìn)時(shí)回路中整個(gè)壓力損 失'"A25

17、5 0.0035，八.：p= p ：p = 2 105.6 10-4.8 10 (Pa) (6-10)A0.0066.1.2 快退時(shí)壓力損失快退時(shí)進(jìn)油路和回油路中經(jīng)檢查都是層流，進(jìn)油路壓力損失為：Pl =d410164.3 1.5 10工 0.225 10 2124(6-11)_16_ 5 10 =1.4 10 (Pa)5. P =0.1. P =0.14 105(Pa)進(jìn)油路中油液流經(jīng)單向閥、三位四通換向閥、單向調(diào)速閥(反向時(shí))以及二 位三通換向閥時(shí)壓力損失計(jì)算方法同前+1父105 僅.256 丫 = 1.7 105(Pa)0.417(6-12)快退時(shí)進(jìn)油路總壓力損失：p'=APL

18、+AP-+ZAFV =3.24M105(Pa)快退時(shí)回油路中壓力損失：由于 Qi=2Q2,則有1016 =2.8 105(Pa)回油路總壓力損失：p" =APl + AP.二心 R =5.54M105(Pa)(6-13)(6-14)(6-15)將回油路中的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，可得到快推時(shí)回油路中的整個(gè) 壓力損失：p = p：p"& =3.24 105 5.54 105 003 = 6 105(Pa)A10.006這個(gè)數(shù)值比原來估計(jì)的數(shù)值大，因此系統(tǒng)中元件規(guī)格和管道直徑不宜再減 小。6.2 確定液壓泵工作壓力工進(jìn)時(shí)，負(fù)載壓力F 42 39pL = = =66.2

19、4(N/cm2) =6.624 105(Pa)(6-17)A164液壓泵工作壓力 _5_5 _Pgj 一 Pl：p =(6.624 4.8) 105 =11.4 105(Pa)(6-18)快退時(shí)，負(fù)載壓力：， F 70025 _一pL21.88( N/cm2) = 2.88 105(Pa)(6-19)A232液壓泵的工作壓力：pkt pL：p=(2.88 6) 105 =8.88 105(Pa)(6-20)根據(jù)Pgj,則溢流閥調(diào)整壓力取12x105 Pao6.3 液壓系統(tǒng)的效率由于在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)占用時(shí)間最長(zhǎng)，因此，系統(tǒng)的效率可以用工進(jìn) 時(shí)的情況來計(jì)算。工進(jìn)速度為0.001L 0.0167m/s,則液壓缸的輸出功率為NC =FV =4239 0.001 =4.239(W)(6-21) NC =FV =4239 0.0167 = 70.79(W)液壓泵的輸出功率： _53Nb=pQ=12 100.256 10 =307(W)(6-22)工進(jìn)時(shí)液壓回路效率：NCNb4.239 70.79307307= 0.0140.23