專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計

液壓傳動課程設(shè)計題目名稱專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師機械與車輛工程系二。一六年月日目錄5驗算液壓系統(tǒng)性能 蚌埠學(xué)院機械與車輛工程系液壓傳動課程設(shè)計任務(wù)書班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師：一、 設(shè)計題目：設(shè)計一臺專用銑床的液壓傳動系統(tǒng)，若工作臺、工件和夾具的總重量力為14000N，軸向切削力為10KN，T作臺總行程300mm，T作行程180mm，快進與快退速度均為6m/min，工進速度為30-800mm/min，加速和減速時間均為，工作臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為，動摩擦系數(shù)為，設(shè)計該機床的液壓傳動系統(tǒng)。二、 設(shè)計要求：液壓系統(tǒng)圖擬定時需要提供2種以上的設(shè)計方案的選擇比較。從中選擇你認為更好的一種進行系統(tǒng)元件選擇計算。三、 工作量要求1■液壓系統(tǒng)圖1張（A1）2■液壓缸裝配圖1張3?設(shè)計計算說明書1份四、 設(shè)計時間：2016年6月6H--2016年6月12日蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計評閱表學(xué)生姓名學(xué)號課題名稱專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計機械與車輛工程系2015級專業(yè)指導(dǎo)教師（簽名）指導(dǎo)教師評語:2016年6月16日評定成績1分析負載負載分析夕卜負載Ft=10KN慣性負載機床工作部件的總質(zhì)量m=140Okg,取t二。Fm=mAv/At=1400x[6/(x60)]=2800N阻力負載機床工作部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力為Fn=mg=14000N靜摩擦阻力F/fsFn=x14000=2800N動摩擦阻力Ffd=fdFn=x14000=1400N由此得出液壓缸在各工作階段的負載如下表。工況負載組成負載值F(N)起動F=Fnfs2800加速F=Fnfs+mAV/At4200快進F=Fnfd1400工進F=Fnfd+Fg11400快退F=Fnfd1400按上表數(shù)值繪制負載圖由于V=V=6m/minl=120mml=180mm快退行程l=l+l=300mm工進速度1 3 , 1 ， 2 ， 312 ，V2=min,由此可繪出速度圖

b.速度圖b.速度圖2確定執(zhí)行元件主要參數(shù)由資料查得，組合機床在最大負載約為10000N時液壓系統(tǒng)宜取壓力P1=,鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，這里的液壓缸用單活塞桿是的，并在快進時作差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積A1，應(yīng)為有桿腔工作面積A2的兩倍，即=A1/A2=2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d二的關(guān)系。P2=?？爝M時液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，在銑屑加工時，液壓缸回路上必須具有背壓P2=。快進時液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，P2也可按估算P2也可按估算FA2二nm(p1^-p2)11400-4211400二X10-4m2x)但其差值較小，可先按考慮，快退時回油腔中是有背壓的，這時有工進時的負載按上表中的公式計算液壓缸面積-4-4A1=^a2=2A2=2XX10-4=X10-4m2/4AD=、二d==x將這些直徑按GB/t2348-2001圓整成就近標準值得D=

d=由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積A1=nD2/4=x10-4m2,A2=n(D2-d2)/4=x10-4m2o經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D和d的值，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，入下表所示，并據(jù)此繪出工況圖。工況負載F/N回油腔壓力p2/Mpa進油腔壓力p1/Mpa輸入流量-33-1q10/m?s輸入功率P/KW快進(差動)起動28000——加速4200p1+Ap(Ap=)——恒速1400工進11400快退起動28000——加速4200——恒速1400

工況圖設(shè)計液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計液壓系統(tǒng)方案由于該機床是固定式機械，且不存在外負載對系統(tǒng)作功的工況，并有工況圖知，這臺機床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小。查表可得該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和開式循環(huán)為宜?，F(xiàn)采用進油路節(jié)流調(diào)速回路，為解決銑削完成時滑臺突然前沖的問題，回油路上要設(shè)置背壓閥。從工況圖中可以清楚地看到，在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替的提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量約為最小流量的33倍，而快進加快退所需要的時間11和工進所需要的時間t2分別為亦即是t1/t2=26。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看，采用單個定量液壓泵作為油源顯然是不合適的，而宜采用大、小兩個液壓泵自動兩級并聯(lián)供油的油源方案選擇基本回路由于不存在負載對系統(tǒng)作功的工況，也不存在負載制動過程，故不需要設(shè)置平衡及制動回路。但必須具有快速運動、換向、速度換接以及調(diào)壓、卸荷等回路。調(diào)速回路a、ba、b所示,由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，速度變化不大，為減少速度換接時的液壓沖擊，從節(jié)約成本考慮，而從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，我們選用選用雙聯(lián)葉片泵供油的油源方案。換向回路和卸荷回路銑床工作臺采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動。由工況圖可知，輸入液壓缸的流量由17L/min降至min,滑臺的速度變化較大，可選用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊。當(dāng)滑臺由工進轉(zhuǎn)為快退時，回路中通過的流量很大——進油路中通過21L/min,回油路中通過21x()L/min=min。為了保證換向平穩(wěn)起見，宜采用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換接回路。由于這一回路還要實現(xiàn)液壓缸的差動連接，所以換向閥必須是五通的，如下圖所示快速運動回路

為實現(xiàn)工作臺快速進給，選用三位五通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動連接。這種差動連接的快速運動回路，結(jié)構(gòu)簡單，也比較經(jīng)濟，如下圖a所示。在圖b中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控制，所以選擇a所示的回路，一起同上圖組成的快速換向回路，同樣可以實現(xiàn)差動連接。同時驗算回路的壓力損失比較簡便，所以不選用圖b所示的回路。ab壓力控制回路由于液壓系統(tǒng)流量很小，銑床工作臺工作進給時，采用回油路節(jié)流調(diào)速，故選用定量泵供油比較、經(jīng)濟，如圖所示。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，工作臺停止運動，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，選用如圖b所示。ab將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)把上面學(xué)選出的各種液壓回路組合畫在起，就可以得到一張液壓系統(tǒng)原理圖，將此圖把上面學(xué)選出的各種液壓回路組合畫在起，就可以得到一張液壓系統(tǒng)原理圖，將此圖查一發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在還存在了防止化系統(tǒng)功能更必須對查一發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在還存在了防止化系統(tǒng)功能更必須對仔細檢遍，可以圖所示工作中問題。為干擾、簡并使其加完善，系統(tǒng)圖進行如下修改:（1）為了解決滑臺工進時進、回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立壓力的問題，必須在換向回路中串接一個單向閥a，將進、回油路隔斷。（2）為了解決滑臺快進時回油路接通油箱，無法實現(xiàn)液壓缸差動連接的問題，必須在回油路上串接一個液控順序閥b。這樣，滑臺快進時因負載較小而系統(tǒng)壓力里較低，使閥 b關(guān)閉，便阻止了油液返回油箱。（3） 為了解決機床停止工作后回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的回油口增設(shè)一個單向閥 c。（4） 為了在滑臺工進后系統(tǒng)能自動發(fā)出快退信號，須在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個壓力繼電器d若將順序閥b和背壓閥8的位置對調(diào)一下，就可以將順序閥與油源處的卸荷閥合并，從而省去一發(fā)。進過修改、整理后的液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示。4選擇液壓元件液壓缸液壓缸在整個工作循環(huán)長的最大工作壓力為，如取進油路上的壓力損失為，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力，則小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為Pp1=(++)=大流量液壓泵在快進、快速運動是才向液壓缸輸油，由工況圖可知，快退時液壓缸的工作壓力比快進時打，如取進油路上的壓力損失為，則大流量液壓泵的最高工作壓力為Pp2=(+)二有工況圖可知，兩個液壓泵應(yīng)向液壓泵提供的最大流量為min，因系統(tǒng)較簡單，取泄露系數(shù)Kl=，則兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為q

p由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進時輸入液壓缸的流量為min，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查詢產(chǎn)品樣本，最后確定選取YB1-6/20型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小液壓泵和撒液壓泵的排量分別為6mL/r和20mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時該液壓泵的理論流量為min,min,若取液壓泵的容積效率nv=則液壓泵的實際輸出流量為qp=[(6+20)x940x1000]=min由于液壓缸在快退時屬兔功率最大，這時液壓缸工作壓力為 2Mpa、流量為min。按表取液壓泵的總效率np=,則液壓泵驅(qū)動電動機所需的功率為ppqpP二 二錯誤!kW=np根據(jù)此數(shù)值查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動機，其額定功率Pn=,額定專屬nn=940r/min。閥類元件及輔助元件

根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表。表中序號與系統(tǒng)圖的元件標號相同元件的型號及規(guī)格序號元件名稱估計通過流量/L-min-1額定流量力.-1/L-min額定壓力/Mpa額定壓降/Mpa型號、規(guī)格1雙聯(lián)葉片泵--YB1-6/202三位五通電液閥608016<35DYF3Y-E10B3行程閥506316<AXQF-E10Bqmax=100L/min4調(diào)速閥?5016-5單向閥6063166單向閥256316<AF3-Ea10B7液控順序閥256316<XF3-E10B8背壓閥6316—YF3-E10B9溢流閥56316-YF3-E10B10單向閥256316<C11濾油器3063-<XU-63x80-J12壓力表開關(guān)——16—KF3-E3B13單向閥606316<AF3-E10B14壓力繼電器——10—HED1Ka/10油管各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已于原定數(shù)值不同，所以要重新計算表所示。液壓缸的進、出流量快進工進快退輸入流量/Lmin-1q^/qp）/（A1-A2）q】二q】=qp=排出流量/Lmin-1q2=（A2q1）/A1=q2=（A2q1）/A1=q2=（A2q1）/A1=運動速度/m-min-1u1=qp/（氣氣）=U2=q1/A1=U3=q1/A2=由上表可以看出，液J壓缸在各個工作階段的實際運動速度符合設(shè)計要求根據(jù)表中數(shù)值，并按第二章第七節(jié)推薦取油液在壓油管的速率u=3m/s，按式算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為d=2xq/(nu)=2x(x106/60)/nx3xi03=d=2x(x106/60)/nx3x103=這兩根油管都按GB/T2351-2005選用內(nèi)徑e15mm、外徑e18mm的冷拔無縫鋼管。油箱油箱容積按式估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)1=7,故其容積為V=gqp=7x=按JB/T7938-1999規(guī)定，取最靠近的標準值V=160L。5驗算液壓系統(tǒng)性能驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)的管路不知尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按式估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。但對于中小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗算應(yīng)按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行?？爝M滑臺快進時，液壓缸差動連接，由表可知，進油路上油液通過單向閥10的流量是22L/min、通過電液換向閥2的流量是L/min,然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量L/min通過行程閥3并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為222IApv=[x(63)2+x(80)2+x(63)2]= (++)二此值不大，不會使壓力閥開啟，故能確保兩個泵的流量全部進入液壓缸?；赜吐飞?，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是L/min,然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可計算出快進時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力Pj只差。222△p=p2-p1=[x(80)2+x(63)2+x(63)2]二此值與原估計值基本相符。工進工進時，油液在進油路上通過電液換向閥2的流量為L/min,在調(diào)速閥4處的壓力損失為；油液在會有路上通過換向閥2的流量是L/min,在背壓閥8處的壓力損失為，通過順序閥7的流量為(+)L/min=L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力p2為p2=[x(80)2++x(63)2]=可見此值略大于原估計值。故可按表中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力 P1,即P1=此值略高于表中值。考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓差^Pe=,故溢流閥9的調(diào)壓ppiA應(yīng)為2PpiA>p1+京p1+Ape=[+x(80)++]=快退快退時，油液在進油路上通過單向閥10的流量為L/min、通過換向閥2的流量為L/min;油液在回油路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是L/min。因此進油路上總壓降為22〉A(chǔ)pv1=[x(63)2+x(80)2]Mpa=此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐?22IApv2=[x(63)2+x(80)2+x(63)2]Mpa此值與表中的估計值相近，故不必重算。所以，快退時液壓泵的工作壓力 pp應(yīng)為pp=p1+ZApvi=+2332=因此大流量液壓泵卸荷的順序閥7的調(diào)壓應(yīng)大于。驗算油液溫升工進在整個工作循環(huán)過程中所占的時間比例達95%,所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進時的工況來計算。為簡便起見，采用系統(tǒng)的發(fā)熱功率計算方法之二來進行計算。工進時液壓缸的有效功率為Pe=Fu2=(11400x)/103x60=這時大流量液壓泵經(jīng)順序閥7卸荷，小流量液壓泵在高壓下供油。大液壓泵通過順序閥7的流量為q2=L/min,有表查得該閥在額定流量qn=63L/min時的壓力損失△pn=,故此閥在工進時的壓力損失22△p=Apn(q2/qn)2=x(63)2=小液壓泵工進時的工作壓力pp1=,流量q1=min,所以兩個液壓泵的總輸入功率p/1+知q2np由式算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為△P=Pp-Pe=按式可算出油箱的散熱面積為A=3V2=3(1600x10-3)2=由表查得油箱的散熱系數(shù)K=9W(/m2.C。)，則按式求出油液溫升為T 33△t=sx103=錯誤！x103=C由表知，此溫升值沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器設(shè)計小結(jié)通過這次課程設(shè)計又再次體驗了畫圖的不易，從早上吃過飯就開始畫圖，有的時候畫的入神就會忘了吃中午飯、甚至下午飯，還會有同學(xué)說不畫完就不吃飯，經(jīng)常見到這樣的同學(xué)，當(dāng)然我也是這樣的一員。記得有兩天同學(xué)在機電樓畫圖室畫圖，晚上因為畫的很晚結(jié)果就被樓下看門的大叔罵了，那個時候我們很委屈啊，誰想畫圖畫到這