專用銑床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計

1、蕪湖廣播電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（本科）液壓氣動控制技術(shù) 課程設(shè)計班級：15 機(jī)械（春）學(xué)號：姓名：卜宏輝日期：2016-11-13目錄、題目 (3)專用銑床動力滑臺的設(shè)計 (3)二、液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 (3)(一) 設(shè)計要求及工況分析( 3)1 、設(shè)計要求(3)2、負(fù)載與運(yùn)動分析(3)(1) 工作負(fù)載(1)(2) 摩擦負(fù)載 (1)(3) 慣性負(fù)載 (4)(4) 液壓缸在工作過程中各階段的負(fù)載 (4)(5 )運(yùn)動時間 (4)(二) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) (6)1 、初選液壓缸工作壓力 (6)2 、計算液壓缸主要尺寸 (6)(三) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 (10)1 、選擇基本回路(10)(

2、1) 選擇調(diào)速回路 (10)(2) 選擇油源形式 (11)(3) 選擇快速運(yùn)動和換向回路 (11)(4) 選擇速度換接回路 (11)(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 (11)2 、組成液壓系統(tǒng) (12)(四) 計算和選擇液壓元件 (13)1、確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率 (13)(1) 計算液壓泵的最大工作壓力 (13)(2) 計算液壓泵的流量 (14)(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率 (14) 一、題目要求設(shè)計一專用銑床，工作臺要求完成快進(jìn)T工作進(jìn)給T快退T停止的自動工作循環(huán)。銑床工作臺總重量為4000N工件夾具重量為1500N,銑削阻力最大為9000N工作臺快進(jìn)、快退速度為4.5m/min、

3、 工進(jìn)速度為0.061m/min,往復(fù)運(yùn)動加、減速時間為0.05s，工作臺 采用平導(dǎo)軌、靜摩擦分別為fs = 0.2 , fd = 0.1，工作臺快進(jìn)行程為 0.3m。工進(jìn)行程為0.1m，試設(shè)計該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。 二、液壓系統(tǒng)設(shè)計計算( 一) 、設(shè)計要求及工況分析1 設(shè)計要求其動力滑臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)t工進(jìn)t快退t停止。主 要參數(shù)與性能要求如下：切削阻力FL=9000N運(yùn)動部件所受重力G=5500N 快進(jìn)、快退速度 仁 3 =0.075m/min，工進(jìn)速度 2 =1000mm/min快進(jìn)行程L1=0.3mm工進(jìn)行程L2=0.1mm往復(fù)運(yùn)動的 加速、減速時間 t=0.05s ;工作臺采用平

4、導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù) =0.2 , 動摩擦系數(shù)ad =0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。2負(fù)載與運(yùn)動分析(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力 FL=9000N。(2) 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力FFSSG 0.2 5500 1100N動摩擦阻力慣性負(fù)載55009.84 5N 842N0 .05 X 60快進(jìn)tlLi°.3 彳sVi0.075工進(jìn)上2L20.1100sV20.001快退t3LiL2400 10(4)運(yùn)動時間V34.5/603-5.3s設(shè)液壓缸的機(jī)械效率n cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況

5、負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力F0=F/ n cm/N啟動FFfs11001222力口速F Ffd13921547快進(jìn)F Ffd Fi550611工進(jìn)F Ffd Fl955020611反向啟動F Ffs11001222力口速F Ffd Fi13921547快退FFfd550611根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動時間， 即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖F-t和速度循環(huán)圖-t，如下圖所示611-1547液壓缸的負(fù)載圖s/nun液壓缸的速度圖（二）確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)1. 初選液壓缸工作壓力所設(shè)計的動力滑臺在工進(jìn)時負(fù)載最大，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

6、作壓力 pi=3MPa2. 計算液壓缸主要尺寸鑒于動力滑臺快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（Ai=2A）,快進(jìn)時液壓缸差動連接。工進(jìn)時為防止車 銑時負(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選此背壓為p=0.6MPa表2負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系負(fù)載F/ KN<5510102020303050>50工作壓力p/MPa<0.811.522.533445> 5表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)、重型 機(jī)械、大中型 挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力p/MPa0.823

7、52881010182032表4執(zhí)行元件背壓力的估計值系統(tǒng)類型背壓力Pb/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5回油路調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4 0.6回油路帶背壓閥的系統(tǒng)0.5 1.5帶補(bǔ)油泵的閉式回路0.8 1.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.2 3回油路較短且直接回油可忽略不計表5按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa< 5.05.07.0> 7.0d/D0.50.550.620.700.7表6按速比要求確定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：i 無桿腔進(jìn)油時活塞運(yùn)動速度;2有桿腔進(jìn)油時活塞運(yùn)動速度。由式PiA

8、iP2Acm9550cm（RP2）20.9 （3m23.9 10 3 m2鄂106則活塞直徑4A14 3.9 10 3m0.707m70.7mm參考表5及表6,得d 0.5 D=35.35mm圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=71mmd=36mm由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為：A1=n d2/4=3.96 X 10-3mA=n (D2-d2)/4=2.94 X 10-3吊根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階 段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖 2所示。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推 力Fo/N回油腔壓力p/MPa進(jìn)油腔壓 力p/MPa輸入流

9、量qx10-3/m3/s輸入功 率F/KW計算公式啟 動1.19小F0 A2 Pp1A1 A2快 進(jìn)加速1547»+ p2.7q (A A) 1PP2恒速611»+ p1.790.2239.47工進(jìn)106110.62.680.396 x10-20.016F 0 p2 A2P1Aq A 2 p piq啟 動0.49F0 p2 A1Pa2快 退加速15470.50.53qA2 3恒速一6110.50.210.220.046ppiq注：1. p為液壓缸差動連接時，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取 p=0.5MPa2.快退時，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為 pi，無桿腔回油,壓力為P2(

10、三) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.選擇基本回路3. SSNFah p/VPa八P/O0,40.23進(jìn)油腔壓力功率輛入渝量 0.刃旺a0>061250* s/mri4000.3410.-41(1) 選擇調(diào)速回路 由圖1可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小， 滑臺運(yùn)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(yùn)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

11、量之比qma, qmin=0.22/(0.396 X-210-2) 56；其相應(yīng)的時間之比 ( t 1+t 3)/ t2=(4+5.33)/100=0.0933 。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(yùn)動，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖 2a 所示。(3) 選擇快速運(yùn)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(yùn)動回路實現(xiàn)快速運(yùn)動。 考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)

12、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 2b 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( 1/ 2=0.075/0.00175)，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 2c 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

13、雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路卜一一= = = r廠壯圖3整理后的液壓系統(tǒng)原理圖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所示。在圖3中，為了解決 滑臺工進(jìn)時進(jìn)、回油路串通使系統(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)，影響滑臺運(yùn)動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥13。圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當(dāng)滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高， 它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。（四）計算和選擇液壓件1.確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率(1) 計算液壓泵的最大工作

14、壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時都向液壓缸供油， 由表7可知，液壓缸 在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓力為pi=2.68MPa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刀 ?p=0.6MPa考慮 到壓力繼電器的可靠動作要求壓差 pe=0.5MPa,則小流量泵的最高工 作壓力估算為三22.68+0.6+0.5=3.78 MPa大流量泵只在快進(jìn)和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時 液壓缸的工作壓力為pi=2.7MPa比快進(jìn)時大?？紤]到快退時進(jìn)油不 通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力 損失刀？p=0.3MPa,則大流量泵的最高工作壓力估算為P I廠理三 

15、7;+” p=2.7+0.3=3 MPa(2) 計算液壓泵的流量由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.4 x 10-3 m3/s若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個泵的總流量為-33-33.1 x 0.2 x 10 m/s =0.22 x 10 m/s =13.2L/min考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時的流量為0.396 x5310- m/s =0.2L/min ，則小流量泵的流量最少應(yīng)為 3.2L/min。(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流 量

16、泵的排量分別為6mL/r和33mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時, 其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min，若取液壓泵容積效率n v=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為qp qp1 qp26 940 0.9/1000 33 940 0.9/1000 L/min5.1 27.9 L/min 33L/min由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率n p=0.8 , 這時液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)功率為PpQpp1.73 106 33 10 360 0.8 103KW1.19KW根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L 6型電動機(jī), 其額定功率為1.5KW額定轉(zhuǎn)速為9

17、40r/min。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8所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，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)時的流量0.5L/min表8液壓元件規(guī)格及型號序號元件名稱最大流量額定流量L/min額定壓力MPa型號規(guī)格額定壓降1雙聯(lián)葉片泵5.1/27.9*16PV2R12-6/332三位 五通 電液閥701006.335D YF3Y -E10E0.33仃程閥62.31006.322C-100BH0.34調(diào)速閥<166.

18、3Q-6B5單向閥701006.3I-100B0.26單向閥29.31006.3I-100B0.27液控順序閥28.1636.3XY-63B0.38背壓閥<1106.3B-10B9溢流閥5.1106.3Y-10B10單向閥27.91006.3I-100B0.211濾油器36.6806.3XU-80 X 2000.0212壓力表開關(guān)K-6B13單向閥701006.3I-100B0.214壓力繼電器14PF-B8L*此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940時的流量r/min(2)確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動階段的 運(yùn)動速度、時間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重 新計算的結(jié)果如表9所列。表9各工況實際運(yùn)動速度、時間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退qi=(Aiqp)/(A 1-A2J207.1 L/minq1=0.22 L/minq1=qp1+ q p2=33L/minq2=(A2q1)/A 1q2=(A2q1)/A 1q2=(A2q1)/A 1=74.1 L/min=0.16 L/min=47.8 L/minV1= cp/(A 1-A?)=0.539m/sV2= q1/A 1=0.0021 m/sV3= q1)/A