專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 計(jì)算說(shuō)明書

1、鎮(zhèn) 江 高 專ZHENJIANG COLLEGE畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)Special milling machine hydraulic system design系 名： 機(jī)械系 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)制10 學(xué)生姓名： 周 雷 學(xué) 號(hào)： 100103105 指導(dǎo)教師姓名： 戴月紅 指導(dǎo)教師職稱： 副教授 二一三 年 五 月目 錄引 言 .3第一章概述. 41.1 設(shè)計(jì)的目的 . . 41.2 設(shè)計(jì)的要求 . 41.3 設(shè)計(jì)題目 . 5第二章工況分析 . 62.1 負(fù)載分析 . 62.2 工作負(fù)載 . 6 2.3 摩擦阻力 . 62.4 慣性負(fù)載 . 6第三章繪制負(fù)載圖、速度圖和動(dòng)作循

2、環(huán)圖 . . 7第四章 初步確定液壓缸的參數(shù). 94.1 初步確定液壓缸的參數(shù) . 94.2 計(jì)算液壓缸的尺寸 . 94.3 液壓缸工況 . 10第五章擬定液壓原理圖 . . 135.1 選擇液壓基本回路 . 135.2 組成系統(tǒng)圖 . 15第六章選擇液壓元件. 166.1 確定液壓泵的工作壓力和流量計(jì)算 . 166.2 控制閥的選擇 . 176.3 確定油箱直徑 . 17第七章液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算. .18結(jié)論. 19致謝. 20專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動(dòng) 液壓油。通過(guò)控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、 不

3、同方向的動(dòng)作。完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓 系統(tǒng)的部分就愈多。所以像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓系 統(tǒng)是非常有意義的。關(guān)鍵詞： 液壓傳動(dòng)、穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)Special Milling Machine Hydraulic System DesignAbstract Hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump will translate into pressure on the mechanic

4、al energy, promote the hydraulic oil. Through various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different itinerary, the movements in different directions. All kinds of different equipment to complete the actions required. Hydraulic system has

5、 been in various industrial sectors and agriculture, forestry, animal husbandry and fisheries, and many other departments are more widely used, and more advanced equipment, its application on the part of the hydraulic system more. So students like us to study and personally designed a simple hydraul

6、ic system is very meaningful.Key words: hydraulic transmission, control system, hydraulic system引言目前，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展及市場(chǎng)需求個(gè)性化與多樣化， 世界各國(guó)都把機(jī)械制造技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)作為國(guó)家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，將 其他學(xué)科的高技術(shù)成果引入機(jī)械制造業(yè)中。 因此機(jī)械制造業(yè)的內(nèi)涵與水平已今 非昔比，它是基于先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)?？v觀現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā) 展，其重要特征主要體現(xiàn)在它的綠色制造、計(jì)算機(jī)集成制造、柔性制造、虛擬制造智能制造、并行工程、敏捷制造和網(wǎng)絡(luò)制造等方面。近

7、年來(lái)，我國(guó)的工程機(jī)械取得了蓬勃的發(fā)展，其中，液壓傳動(dòng)技術(shù)起到了至 關(guān)重要的作用。而且，隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，它已成為農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程建筑機(jī)械等行業(yè)不可缺少的重要技術(shù)。然而，盡管液壓技術(shù)在機(jī)械能與壓力能的轉(zhuǎn)換方而，已取得很大進(jìn)展，但它 在能量損失和傳動(dòng)效率上仍然存在著問(wèn)題。因?yàn)椋谝簤合到y(tǒng)中，隨著油液的流 動(dòng)，有相當(dāng)多的液體能量損失掉，這種能量損失不僅體現(xiàn)在油液流動(dòng)過(guò)程中的內(nèi)摩擦損失上，還反映在系統(tǒng)的容積損失上，使系統(tǒng)能量利用率降低，傳動(dòng)效率無(wú)法提高。高能耗和低效率又使油液發(fā)熱增加，使性能達(dá)小到理想的狀況，給液壓 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)障。因此，探索和研究高效液壓傳動(dòng)技術(shù)，提高其綜合

8、性 能就成為了液壓技術(shù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。第一章概述1.1 設(shè)計(jì)的目的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)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(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)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(yùn)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.熟悉并會(huì)運(yùn)用有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對(duì)學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)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。1.2 設(shè)計(jì)的要求1.設(shè)計(jì)時(shí)必

9、須從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方便。如果可以用簡(jiǎn)單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過(guò)分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采 用性能較好的元件，不能單獨(dú)考慮簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；2.獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可以收集、參考同類機(jī)械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡(jiǎn)單地抄襲；3.在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要隨時(shí)復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案；4.液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；5.液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生完成以下工作：（1）液

10、壓系統(tǒng)原理圖及速度循環(huán)圖,負(fù)載圖,電磁發(fā)動(dòng)工作循環(huán)表 一張A1. （2）液壓缸裝配圖 一張 A1 （3）液壓缸主要零件的零件圖 五張（A3） （4）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書，字?jǐn)?shù)不少于 5000 字（5）以上資料打印稿和電子版（圖紙用 AutoCAD2004 版本存盤，說(shuō)明書及任務(wù)書用 Word2003 存盤）各一份。1.3 設(shè)計(jì)題目一臺(tái)專用銑床的銑頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為 7.5KW ，銑刀直徑 為120mm，轉(zhuǎn) 速 為350rpm，工作臺(tái)重量為4000N，工件及夾具最大重量為1500N，工作臺(tái)行程為400mm，（快進(jìn) 300mm，工進(jìn) 100mm）快進(jìn)速度為 4.5m/min，快進(jìn)速度與快退速度相等近視，

11、工金速度為 60 1000mm/min，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)和加速（減速）時(shí)間 t=0.05s，工作臺(tái)用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù) 為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù) 為0.1第二章工況分析2.1 負(fù)載分析液壓缸負(fù)載包括：切削阻力、摩擦阻力、慣性阻力、重力、密封阻力和被壓阻力2.2工作負(fù)載212.3摩擦阻力2.4慣性負(fù)載查液壓缸的機(jī)械效率 ，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情況，如下表1：工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載 F / N液壓缸推力/N啟動(dòng)F11001222.22加速F1390.981545.53快進(jìn)F550611.11工進(jìn)F3960.464400.51快退F550611.11液壓缸各階段的負(fù)載情況表第三章 繪制負(fù)載圖、

12、速度圖和動(dòng)作循環(huán)圖根據(jù)工況負(fù)載和以知速度 v1 和 v2 及行程L，可繪制負(fù)載圖和速度圖，如下圖1,2,3所示：負(fù)載循環(huán)圖 F/N4400.51100200300400s/mm圖1速度循環(huán)圖v/(m/min)64.542100200300400s/mm圖2動(dòng)作循環(huán)圖快進(jìn)停止 工進(jìn)快退圖3第四章 初步確定液壓缸的參數(shù)4.1 初步確定液壓缸的參數(shù)所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大 F=4400.51，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2 和表 3，初選液壓缸的工作壓為。 表2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/KN50工作壓力/MPa=5表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿

13、巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(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/MPa0.823528810101820324.2 計(jì)算液壓缸的尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸，快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(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4選背壓力為。表4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶背壓閥的系統(tǒng)0.51.5回油路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥的進(jìn)給系統(tǒng)滿載工作時(shí)0.5用補(bǔ)油泵的閉式系統(tǒng)0.81.5從滿足最大推力出發(fā)，可算得液壓無(wú)桿腔的有效面積由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程 ，可

14、得A1= 16.9 cm2液壓缸內(nèi)徑 D= =46.4mm查表5圓整取D=50mm表5 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 GB2348-1993 (mm)810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630根據(jù)液壓缸快進(jìn)，快退速度相等。退速度相等，可選單出桿液壓缸差動(dòng)連接，活塞桿直徑可按下式計(jì)算：d=0.707D=35.3mm，查表6將其圓整為d=36mm表6 活塞桿直徑尺寸系列4568101214161820222528323640455055637080901001101251401601802002202502

15、80320136400計(jì)算出液壓缸的有效面積=1963mm2 ， =946mm2 4.3 液壓缸工況液壓缸各工作循環(huán)的負(fù)載、壓力、流量和功率數(shù)值表工況負(fù)載FL/N回油腔壓力P2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入理論流量q/(m3/s)輸入功率P/kW計(jì)算式快進(jìn)（差動(dòng)）啟動(dòng)1222.2212.6加速1545.5321.27恒速611.1111.564.330.08工進(jìn)4400.51826.51.96 0.120.086快退啟動(dòng)122.2212.2加速1545.5325.24恒速611.1115.914.50.011繪制液壓缸的工況圖，如圖4所示：圖4第五章 擬定液壓原理圖5.1 選擇液壓基本回路

16、(1) 選擇油源形式 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，系統(tǒng)的壓力和流量均較小，故可采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單定量泵供油油源和溢流閥調(diào)壓方案，如圖5所示。 圖5 (2) 選擇調(diào)速回路選擇調(diào)速回路 由工況圖可知，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，如圖6所示。為防止銑完工件時(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(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。 圖6(3) 換向回路和選擇快速回路換向回路選用三位四通“O”型中位機(jī)能的電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的快退和停止，采用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)時(shí)的差動(dòng)快速連接。

17、考慮到工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載大、速度低，而快進(jìn)、快 退行程中負(fù)載小、速度快，所以采用由換向閥聯(lián)通的差動(dòng)快速回路，如圖 7 所示。 根據(jù)一般專用銑床的要求不高，采用電磁閥的快慢換接回路，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 選用簡(jiǎn)便的電氣行程開(kāi)關(guān)和擋鐵控制行程方式，如圖 d8 所示。圖7圖8(4) 輔助回路在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一過(guò)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(kāi)關(guān)，以便溢流閥調(diào)壓和觀測(cè)。電磁鐵動(dòng)作順序表圖9下 電磁鐵動(dòng)作順序表 圖9 5.2組成系統(tǒng)圖為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快退選用具單向閥的調(diào)速閥，圖為所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖如圖10所示。液壓系統(tǒng)原理圖圖10第六章 選擇液壓

18、元件6.1 確定液壓泵的工作壓力和流量計(jì)算(1) 液壓泵的工作壓力計(jì)算 由工況圖可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在快退階段，即 ,由于進(jìn)油元件少，故泵至缸間的進(jìn)油路的壓力損失估計(jì)取為=0.3MPa。則工作時(shí)泵的最高壓力為=2.94MPa(2) 液壓泵流量計(jì)算泵的供油流量按液壓缸快進(jìn)階段的流量4.58L/min進(jìn)行估算，由于系統(tǒng)流量較小，故取系統(tǒng)泄露系數(shù)K=1.3，則液壓泵的流量為：(3) 確定液壓泵規(guī)格 根據(jù)系統(tǒng)所需流量，初選液壓泵的轉(zhuǎn)速為n=1450r/min, 泵的容積效率為，可算得泵的排量參考值為查液壓元件手冊(cè)，選用規(guī)格相近的YB-6型葉片泵，其額定轉(zhuǎn)速容積為0.8，可算得泵的額定流量為

19、6.69L/min,比系統(tǒng)流量稍大。（4）確定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率由工況圖表明，最大功率出現(xiàn)在快退階段，已知液壓泵的總效率為=0.8，液壓泵流量為1.7L/min。則電動(dòng)機(jī)功率為：=357W據(jù)此選用Y801-4型臥式三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為0.55KW，轉(zhuǎn)速為1390r/min，此時(shí)液壓泵流量為6.67L/min，仍能滿足。6.2 控制閥的選擇根據(jù)泵的工作壓力和通過(guò)各閥的實(shí)際流量，選取各元件的規(guī)格， 如表7所示。各元件的規(guī)格表序號(hào) 1元件名稱 定量葉片泵最大通流量/（L/min） 型號(hào)規(guī)格 663 *631濾油器6.67 XU-B16*1002定量葉片泵 6.67YB-63電動(dòng)機(jī)Y801-44溢

20、流閥 6.67YF3-10B5單向閥 6.67AF3-Ea10B6三位四通電磁閥 4.58 34DF-E4B7單向調(diào)速閥 4.26 AQF3-6aB8二位三通電磁閥 4.2623D-10B表76.3 確定油箱直徑進(jìn)出液壓缸無(wú)桿腔的流量，在快退和差動(dòng)工況時(shí)為2Q 所以管道流量Q按12L/min 計(jì)算。取壓油管流速v=3m/s=9.22mm,取內(nèi)徑10mm的管道。吸油管的流速v=1m/s，通過(guò)的流量為6L/min,則,取內(nèi)徑12mm的管道。確定管道尺寸應(yīng)與選定的液壓元件接口處的尺寸一致。第七章液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算7.1 液壓系統(tǒng)的效率取泵的效率，液壓缸的機(jī)械效率，回路效率為當(dāng)工進(jìn)速度1m/min時(shí)，當(dāng)工進(jìn)速度60mm/min時(shí)，7.2 液壓系統(tǒng)的溫升（只驗(yàn)算系統(tǒng)在工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱和溫升）定量泵的輸入功率為：工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)的效率0.012 ，系統(tǒng)發(fā)熱量為：取散熱系數(shù)K=15，油箱散熱面積計(jì)算出油液溫升的近似值： 攝氏度 , 所以合理。結(jié)論目前我國(guó)液壓技術(shù)缺少技術(shù)交流，液壓產(chǎn)品大部分都是用國(guó)外的液壓技術(shù)加工回來(lái)的 ，所以發(fā)展國(guó)產(chǎn)液壓技術(shù)振興國(guó)產(chǎn)液壓系統(tǒng)技術(shù)。不管人們有沒(méi)有意識(shí)到，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)深深的影響著我們的日常生活，在經(jīng) 濟(jì)社會(huì)發(fā)展扮演著不可或