液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、1設(shè)計題目1.1設(shè)計題目設(shè)計一臺專用銑床，銑頭驅(qū)動電機(jī)的功率為7.0千瓦，銑刀直徑為120mm轉(zhuǎn)速350轉(zhuǎn)/分，如工作臺質(zhì)量為480公斤，工件和夾具的質(zhì)量為150公斤，工 作臺的行程為400mm工進(jìn)行程為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)運動的加速（減速）時間為0.05秒，工作臺用平導(dǎo) 軌靜摩擦系數(shù)fs =0.2，動摩擦系數(shù)fd =0.1，試設(shè)計該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。2工況分析2.1負(fù)載分析根據(jù)給定條件，先計算工作臺運動中慣性力Fm，工作臺與導(dǎo)軌的動摩擦阻力Ffd和靜摩擦阻力FfsFmFg vg. ：t6300 0.0759.81 0.05-963( N

2、)(2-1)Ffd=fd(FG1Fg2)=0.1(48001500) =6300 (N)(2-2)Ffs二fs(FG1Fg2)=0.2(48001500) =1260(N)(2-3)其中，尸©=口9=480 10 =4800(N)FG2 = m2g =150 10 = 1500 (N)Fg = FG1 - FG2 二 4800 1500 =6300 (N)由銑頭的驅(qū)動電機(jī)功率可以求得銑削最大負(fù)載阻力Ft:(2-4)Ft上v所以,nd60350 3.14 0.1260Ft70002.198-3185同時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），工作臺的液壓缸在

3、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)載計算公式液壓缸負(fù)載F（N）液壓缸推力F0（ N）起動F =Ffs12601400加速F =Ffd +Fm15931770快進(jìn)F十630700工進(jìn)F = Ffd + Ft38154239反向起動F下12601400反向加速F =Ffd +Fm15931700快退F =Ffd630700圖2-1負(fù)載循環(huán)圖2.2運動分析根據(jù)給定條件，快進(jìn)、快退速度為0.075m/s,其行程分別為300mn和400mm工進(jìn)速度為601000m/s （即卩0.0010.0167m/9 ,工進(jìn)行程100mm，繪出速度循 環(huán)圖如圖2-2所

4、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銑床工作臺快進(jìn)和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使 A =2A2,快進(jìn)時采用差動連接，因管路中有壓力損失，快進(jìn)時回油路壓力損失 取p -5 105Pa,快退時回油路壓力損失亦取 厶p=5 105Pa。工進(jìn)時，為使運動 平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為（5L 10）10 5 Pa,選取背 壓 P2 =6 105Pa。根據(jù)P1A1 = P2A2 ' F。，可求出液壓缸大腔面積 A為F。P1

5、 -0.5p242395(10 - 0.5 6) 10= 0.006(m2)A1 二= 0.087(m)(3-1)(3-2)根據(jù)GB2348-80圓整成就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得D=90mm液壓缸活塞桿直徑=63.65mm，根據(jù)GB2348-80就近圓整成標(biāo)準(zhǔn)值d=63mm于是液壓缸實際有效工作面積為-： 2 ： 2 2A D 0.09= 0.006m2(3-3)44A (D2-d2)(0.092 -0.0632) = 0.003m2(3-4)443.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值（見表 3-1）工況F°(N)液壓缸/ -5甘10Pap "dpaQ嘆）N(W)快進(jìn)

6、（差 動）起動140009.70.225164.3加速1770510.9恒速70057.3工進(jìn)4239611.070.0061. 0.16.6110.7快退起動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計算結(jié)果，分別繪制P-L、Q-L和N-L圖，如圖3-1所示4 QX lcT3(Fa)0. 2250. 1100 200L (mm)3000. 006400Q. 225Q-L圖164. 3I iia J；6, 6)1卜八100200300400L (mm)276. 8N-L圖圖 3-1 -L、Q-L 和 N-L 圖4擬定液壓系統(tǒng)圖4.

7、1選擇液壓系統(tǒng)圖調(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 臺運動速度低，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。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失引起運動部件前沖，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)。考慮到銑削加工中有順 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，使工作臺低速運動時比較平穩(wěn)，如圖4-1(a)和4-1( A)所示,由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)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，選用如圖 4-1(a)所示的調(diào)速回路。(A)圖4-

8、1調(diào)速回路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，系統(tǒng)壓力和流量都不 大，同時考慮工作臺工作一個循環(huán)后裝夾具時間比較長，為方便工作臺的手動， 選用三位四通U型電磁換向閥，并由電氣行程開關(guān)配合實現(xiàn)自動換向，如圖4-2b 所示快速運動回路為實現(xiàn)工作臺快速進(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(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4-2a-b所示的回路。圖4-2

9、快速和換向回路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(jìn)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(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，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(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。111圖4-2液壓系統(tǒng)合成5選擇液壓元件5.1選

10、擇液壓泵和驅(qū)動電機(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 -KC Qi）max =1.1 0.225 100.248 10”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105Pa，故 液壓泵工作壓力為：Pb 二 Pi ' P =(9.84 5) 105 = 14.84 1 05 Pa。(5-1)考慮到系統(tǒng)動態(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，查手冊書(二)選用YB,-16型定量葉片泵。該泵

11、額定排量為16mL/r,額定轉(zhuǎn)速 960r/min，其額定流量為0.256 10 Jm3/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)動液壓泵最大輸入功率Nb為：NbpQ (15.9 5) 105 0.256 1。" =713( W0.75(5-3)查電工手冊選取750W的電動機(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 號控制元件名稱型號規(guī)格技術(shù)數(shù)據(jù)px10(Pa)3Q(m /s)實際流量3Q(m /s)額定流量時 壓力損失510 Pa1溢流閥Y1-25BPmax - 63Q =

12、0.417“030.256X10卸荷壓力1L 1.52三位四 通電磁 換向閥34D-25BPmax =63Q=0.417X1030.256X10 山23單向調(diào)速閥Q1-25BPmax 633Q=0.417勺0Qmin =0.8 勺00.256X10反向時2最小壓差54二位三通電磁換向閥23D-25BPmax 633Q=0.417000.256X1015單向閥1-25BPmax 63Q=0.417漢1031.55.3選用輔助元件濾油器：液壓泵吸油口需裝粗濾油器，選用XU-16 100J線隙式100進(jìn)口濾油器，流量 Q=16l/min=0.267 I0m3/s.油箱容量：由下式計算有效容積 V，取

13、系數(shù)K=6, Q=12L/min,則有33V =KQ =6 12=72(L)=72 10 (m )(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)性能驗算6.1回路中壓力損失回路壓力損失計算應(yīng)在管道布置圖完成后進(jìn)行，必須知道管道的長度和直 徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=12mm長度在管道布置圖未完成前暫按進(jìn)油管、回油管均為L=2m估算。油液運動粘度取=1.5 10*m2/s，在 此設(shè)計中主要驗算工進(jìn)和快退工況時的壓力損失。工進(jìn)時壓力損失進(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)= 70.7 ： 2

14、000(6-1)4Q4 0.1 10；d 二 12 10； 1.5 10*故為層流。管路沿層壓力損失:4.3 Q Ld110164.3 1.5 10* 0.1 10” 2124(6-2)10 = 0.622 105(Pa)取管道局部損失 APf = 0.1匯APL=0.0622"05Pa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算，有關(guān)數(shù)據(jù)見表5-15=1.5 10包空顯2"05包空f0.4170.4175=1.32 10( Pa)工進(jìn)時進(jìn)油路總壓力損失：(6-3)工進(jìn)時回油路壓力損失：因回油管路流量 Q2為Q2 上=0.1 10=0.05 10(m3/s)2(6

15、-5)液流狀態(tài)經(jīng)判斷為層流（Re = 70.7 ： 2000），于是沿程壓力損失:斗空糾016=竺竺J竺亡124d41016 =0.297 105(Pa)(6-6)局部壓力損失：AP.： = 0.1xPL=0.0297"05Pa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的壓力損 失計算方法同上，即QVn2d “50.128 =1 10 I2.417 丿(6-7)2 5 105 2 105 倬 20.417 丿5(6-8)5.28 105(Pa)工進(jìn)時回油路總壓力損失(6-9)也p" =APl + 也P.： + 2：也 R =5.6漢 105（Pa）將回油路中壓

16、力損失折算到進(jìn)油路上，就可求出工進(jìn)時回路中整個壓力損 失'"a550 0035p = :p:p=2 105.6 104.8 10 (Pa) (6-10)A0.006快退時壓力損失快退時進(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: 2 必 4Q L 1016 °35 10' °225 曲 2d41016 =1.4 105(Pa)P =0.t P =0.14 105(Pa)124(6-11)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）以及 二位三通換向閥時壓力損失計算方法同前25（ 0.256= 1.5勺05 10.417 丿rF

17、VnQv<Qvn JJ"吟10.417 丿快退時進(jìn)油路總壓力損失：(6-13)P=APl +中瓦AR =3.24x105(Pa)快退時回油路中壓力損失：由于 Q2Q2,則有：Pl =4.3 ：、，：Q L1610434.3 1.5 10 一 2 0.225 1021216510 =2.8 10 (Pa)(6-14)：P =0.1. ：P =0.28 105(Pa)=2.46 105(Pa)寸 5寸(QV 2 c “5/27.256)RRn- =2 10Qvn. 0.417回油路總壓力損失：也p" =APL + 也卩二 + 送也 PV =5.54x105(Pa)(6-1

18、5)將回油路中的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，可得到快推時回油路中的整個 壓力損失：p - p p"3.24 105 5.54 105=6 105(Pa)A0.006(6-16)這個數(shù)值比原來估計的數(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，負(fù)載壓力Pl =F 二42 =66.24(N/cm2) =6.624 105(Pa)A 64(6-17)液壓泵工作壓力Pgj 一 pLp =(6.624 4.8) 105 =11.4 105(Pa)(6-18)快退時，負(fù)載壓力：F 70025pL=21.88( N /cm2) =2.88"05(Pa)(6-19)A232液壓泵的工作壓力：根據(jù)Pgj，則溢流閥調(diào)整壓力取12 105 Pa6.3液壓系統(tǒng)的效率由于在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)占用時間最長，因此，系統(tǒng)的效率可以用工 進(jìn)時的情況來計算。工進(jìn)速度為0.001L 0.0167m/s，則液壓缸的輸