液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)-液壓專用銑床的液壓系統(tǒng)完整版

1、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料自動(dòng)夾緊工作臺(tái)快進(jìn)銑削進(jìn)給工作臺(tái)快退夾具松開手工卸料。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）：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 工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度（m/min）：V1=V3 夾緊液壓缸行程（mm）：Lc 工作臺(tái)工進(jìn)速度（mm/min）：V2 夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（S）：tc 工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（mm）：L1 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：s=0.2工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程（mm）：L2 導(dǎo)軌面動(dòng)摩擦系數(shù)：d=0.1工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（S）：Dt=

2、0.5 序號(hào)FLFcGGcV1V2L1L2Lctc7組2.24.41.5806.03530080151設(shè)計(jì)內(nèi)容1.負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 1.1工作負(fù)載 1)夾緊缸 工作負(fù)載： 由于夾緊缸的工作對(duì)于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中把夾緊缸的工作過程簡(jiǎn)化為全程的勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。 2)工作臺(tái)液壓缸 工作負(fù)載極為切削阻力FL=2.2KN。1.2摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： (1)靜摩擦阻力 (2)動(dòng)摩擦阻力 1.3慣性負(fù)載 1.4負(fù)載圖與速度圖的繪制 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 假設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1.1

3、所示。 表1.1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力 工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力啟動(dòng)300333.3加速180.61200.7快進(jìn)150166.7工進(jìn)23502611.1反向啟動(dòng)300333.3加速180.61200.7快退150166.72.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定2.1液壓缸的選定1)夾緊缸根據(jù)負(fù)載選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1MPa。 根據(jù)4中表2-4（GBT2348-80），D取80mm。根據(jù)穩(wěn)定性校核LC/d10時(shí)，液壓缸能滿足穩(wěn)定性條件，LC=15mm ，這里取d=40mm。液壓缸的有效作用面積：有桿腔：無桿腔：此時(shí)實(shí)際工作壓力為：，所以選取工作壓力1MPa滿足要求。2)工作臺(tái)液壓缸

4、所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，參考表2.1和表2.2，初選液壓缸的工作壓力P1=4MPa.表2.1 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/KN50工作壓力/MPa0.811.522.533445表2.2液壓設(shè)備常用工作壓力機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械中型工程機(jī)械液壓機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力p/MPa0.82.0352881010162032 表2.3 執(zhí)行元件背壓力估計(jì)值 系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)0-8MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.5采用帶補(bǔ)液泵的閉式回路0.81.5鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這

5、里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止車銑時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表2.3選定背壓為，而液壓缸快退時(shí)背壓取0.5Mpa由式得 則活塞直徑 參考表2.4及表2.5，取標(biāo)準(zhǔn)值得。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積： 無桿腔： 有桿腔： 實(shí)際工作壓力為：，即選取工作壓力4MPa滿足要求。 表2.4 按液壓缸工作壓力選取d/D工作壓力/MPa.02.05.05.07.07.0d/D0.20.30.50.580.620.700.7表2.5 按速比要求確定d/D1.151.251.331.461.612d/D0.30.40.5

6、0.550.620.71 注：1無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；2有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。2.2活塞桿穩(wěn)定性校核 1)夾緊缸由于夾緊缸的活塞桿直徑是利用穩(wěn)定性校核來計(jì)算的，所以不需要進(jìn)行校核。 2)工作臺(tái)缸因?yàn)榛钊麠U的總行程為380mm，活塞桿的直徑是70mm，所以L/d=5.4210，所以滿足穩(wěn)定性要求。2.3液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的壓力，流量和功率 1)夾緊缸 （）回油路背壓為0.5Mpa 夾緊時(shí)： ， 放松時(shí)： ，2)工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)時(shí)，液壓缸無桿腔進(jìn)油，壓力為p1；有桿腔回油，壓力為p2。快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1；無桿腔回油，壓力為p2。由于液壓缸是差動(dòng)連接，回油口到進(jìn)油口之間的壓力

7、損失取?？焱藭r(shí)，回油路的背壓取0.5MPa，即。表2.6 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率工作循環(huán)負(fù)載F/N回油背壓進(jìn)油壓力輸入流量輸入功率P/W計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)333.30.86加速200.70.57恒速166.70.5630.642361工 進(jìn)2611.1 0.8 3.6617.165快退啟動(dòng)333.3 0.83加速200.70.51.03恒速166.70.51.0230.4409.23.液壓系統(tǒng)圖的擬定3.1選擇基本回路 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)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，

8、在液壓缸的回路上加背壓閥。 2)供油方式 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 ；其相應(yīng)的時(shí)間之比。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，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。同時(shí)選用一定量泵作為夾緊缸油源。 3)選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快進(jìn)快退時(shí)回路流量較大，故選用換向時(shí)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(shí)現(xiàn)液壓缸

9、差動(dòng)連接，所以選用三位五通電液換向閥。 4)選擇速度換向回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大，為減少速度換向時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換向回路。 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。3.2組成液壓系統(tǒng) 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，如圖3.1所示，在圖3.1中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)回

10、油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添設(shè)了一個(gè)單向閥13。考慮到這臺(tái)機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對(duì)位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。4.液壓元件的選擇4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 1)計(jì)算工作液壓缸的泵 (1)計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由表2.6可知，工作臺(tái)液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力p1=MPa。如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=1MPa，則限壓式變量泵的最

11、高工作壓力估算為： (2)計(jì)算液壓泵的流量由表2.6可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為q=642mL/s，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為： 而工進(jìn)時(shí)調(diào)速閥的穩(wěn)定流量是4.69mL/s，所以泵的穩(wěn)定輸出流量不得小于工進(jìn)時(shí)的流量。 (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YBX-40型限壓式變量泵，額定轉(zhuǎn)速1450m/min，最大流量為58L/min, 液壓泵總效率,調(diào)壓范圍在，滿足要求。 2)計(jì)算夾緊液壓缸的泵 (1)計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由以上計(jì)算可知，夾緊液壓缸在夾緊時(shí)工作壓力最大，夾緊缸最大壓力p2=0.95MPa。選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.

12、4MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為： (2)計(jì)算液壓泵的流量由以上計(jì)算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為： (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，最后確定選取型葉片泵，額定轉(zhuǎn)速1450r/min,容積效率，額定流量為4.64L/min，滿足要求。3)電動(dòng)機(jī)功率的確定把上述兩液壓泵雙聯(lián)由電動(dòng)機(jī)一起帶動(dòng)，則工作液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5Mpa，則液壓泵輸出壓力為1.53Mpa，又工作液壓泵總效率，這是液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率為： 根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用電動(dòng)機(jī)Y90L-4型異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率

13、為1.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，型葉片泵輸出流量為4.48L/min，仍能滿足系統(tǒng)要求。4.2確定其他元件及輔件(1)確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表4.1所列。其中，溢流閥9按泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q-6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min。表4.1 液壓元件規(guī)格及型號(hào)序號(hào)元件名稱通過的最大流量q/L/min規(guī)格型號(hào)額定流量額定壓力額定壓降1限壓式變量泵-YBX-40-6.3-2三位五通電液換向閥7035DYF3 -C10B806.30.33行程

14、閥62.322C-100BH1006.30.34調(diào)速閥1QF3-E6aB6.36.3-5單向閥70100B1006.30.26單向閥29.3100B1006.30.27液控順序閥28.1XY63B636.30.38背壓閥1B10B106.3-9溢流閥5.1Y10B106.3-10單向閥27.9100B1006.30.211濾油器36.6XU-80200806.30.0212壓力表開關(guān)-k-6B-13單向閥70100B1006.30.214壓力繼電器-PF-D8L-15葉片泵-6.04.8-注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/min時(shí)的流量。(2)確定油管 表4.2 允許流量推薦值管道推薦流速吸油

15、管道0.51.5，一般取1一下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.53 為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm，外徑28mm的10號(hào)冷拔鋼管。(2)確定油箱油箱的容量按估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)=24；中壓系統(tǒng)=57；高壓系統(tǒng)=612。現(xiàn)取=6，得5.液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算5.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首選確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進(jìn)回油管長(zhǎng)l=2m,油液的運(yùn)動(dòng)粘度取，油液的密度取(1)判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油流量=70L/

16、min為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)也為最大，因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。(2)計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時(shí)帶入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)帶入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算，其中的由產(chǎn)品樣本查出?；_(tái)在快進(jìn)工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：5.1.1快進(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10電液換向

17、閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油回合通過行程閥3進(jìn)入無桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為在回路上，壓力損失分別為將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，使得出差動(dòng)連接運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失5.1.2工進(jìn)滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥2調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥2背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.6MPa,若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損失為該值即為液壓缸的回油腔壓力，可見此值與初算時(shí)參考表4選取的背壓基本相符。按表2.6的公式重新計(jì)算液壓缸的工

18、作壓力此略高于表2.6數(shù)值考略到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差，則泵的工作壓力為此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥10的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。5.1.3快退滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓力損失為此值遠(yuǎn)小于估算值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為此值與表2.6的數(shù)值基本相符，故不必重算。泵的工作壓力為此值是調(diào)整液控順序閥7在調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。5.2系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所占的時(shí)間比例達(dá)94%以上，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn)時(shí)的工況來計(jì)算。變量泵的工作壓力