專用銑床的液壓系統(tǒng)

一、設(shè)計流程圖液壓系統(tǒng)設(shè)計與整機設(shè)計是緊密聯(lián)系的，設(shè)計步驟的一般流程卜面將按照這一流程圖來進行本次液壓課程設(shè)計。二、設(shè)計依據(jù):設(shè)計一臺專用銑床的液壓系統(tǒng)，銑頭驅(qū)動電機的功率N=7.3CW，銑刀直徑為D=100mm，轉(zhuǎn)速為n=300rpm，若工作臺重量400kg,工件及夾具最大重量為150kg，工作臺總行程L=400mm，工進為100mm，快退，快進速度為5m/min，工進速度為50~1000mm/min，加速、減速時間t=0.05s，工作臺用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fj=0.2,動摩擦系數(shù)fd=0.1。設(shè)計此專用銑床液壓系統(tǒng)。三、工況分析液壓系統(tǒng)的工況分析是指對液壓執(zhí)行元件進行運動分析和負(fù)載分析，日的是查明每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的流量、壓力、功率的變化規(guī)律，作為擬定液壓系統(tǒng)方案，確定系統(tǒng)主要參數(shù)(壓力和流量)的依據(jù)。負(fù)載分析外負(fù)載Fw=1000P/V=60000?1000P/3.14Dn=4774.65N阻力負(fù)載靜摩擦力：Ffj=(G1+G2)?fj其中Ffj一靜摩擦力NG1、G2—工作臺及工件的重量N fj一靜摩擦系數(shù)由設(shè)計依據(jù)可得：Ffj=(G1+G2)?fj=(4500+1500)X0.2=1200N動摩擦力Ffd=(G1+G2)?fd其中Ffd—動摩擦力Nfd—動摩擦系數(shù)同理可得：Ffd=(G1+G2)?fd=(4500+1500)X0.1=600N慣性負(fù)載機床工作部件的總質(zhì)量m=(G1+G2)/g=6000/9.81=611.6kg慣性力Fm=m?a='一'匚=1019.37N其中：a—執(zhí)行元件加速度m/s2 a=U^otut—執(zhí)行元件末速度m/s2u0ut—執(zhí)行元件末速度m/s2t—執(zhí)行元件加速時間s因此，執(zhí)行元件在各動作階段中負(fù)載計算如下表所示:（查液壓缸的機械效率為0.96，可計算液壓缸各段負(fù)載，如下表）工況油缸負(fù)載（N）液壓缸負(fù)載（N）液壓缸推力（N）啟動F=Ffj12001250加速F=Ffd+Fm1619.371686.84快進F=Ffd600625工進F=Ffd+Fw5374.655598.60快退F=Ffd600625按上表的數(shù)值繪制負(fù)載如圖所示。對于速度而言，設(shè)計依據(jù)中已經(jīng)有了明確的說明，所以按照設(shè)計依據(jù)繪制如圖1-1銑床液壓缸速度圖

F/N1101017L/mm-550-1100F/N1101017L/mm-550-1100圖1-2銑床液壓缸負(fù)載圖四、初步確定油缸參數(shù)，繪制工況圖1、初選油缸的工作壓力、由上可以知道，銑床的最大負(fù)載F=3580N，根據(jù)下表可得:表按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/(kN)<55—101020203030—50>50工作壓力（Mpa）<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7選系統(tǒng)的工作壓力P1=2Mpa。由設(shè)計要求可知，導(dǎo)軌要求快進、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進時采用差動連接，且液壓缸活塞桿直徑d^0.7Do快進和工進的速度換接用三位四通電磁閥來實現(xiàn)。銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油。考慮到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用調(diào)速閥的進油節(jié)流加背壓閥的調(diào)速回路，所以回油路上具有背壓 P2，取背壓P2=0.5Mpa。2、計算油缸尺寸可根據(jù)油缸的結(jié)構(gòu)及連接方式計算油缸的面積、油缸直徑D及活塞桿直徑d計算出后應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)予以圓整，然后再計算油缸的面積：此時由工進時的負(fù)載值按計算公式計算液壓缸面積：<二'"妃七一土=0.00109三二口二二，：=0.002116V-=0.0512=1r■二=0.0362在將這些直徑按照國標(biāo)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得：D=0.09m, d=0.07m由此就求得液壓缸兩腔的實際有效面積為■-"-=0.0063，匕一:=0.002512。3、油缸各工況的壓力、流量、功率的計算（1）、工進時油缸需要的流量Q工進 m3/minQ工進二A1?U工進二28.26x10一4x0.3=0.0008m3/minA1：工進時油壓作用的面積m2U工進一工進時油缸的速度mm/min、快進時油缸需要的流量Q快進游/min差動連接時:Q快進=(A1-A2)?U快進=(28.26—15.7)x10-4x5=0.0063m3/minA1、A2—分別表示油缸活塞腔、活塞桿截面積m2U快進一油缸快進時的速度mm/min、快退時油缸需要的流量Q快退，m3/minQ快退二A2?U快退=15.7x10-4x5=0.0078m3/minU快退一油缸退回時的速度，mm/min、工進時油缸的壓力七=(F/門+p2A)/氣=1.60MPaP2—為工進時回油腔的背壓，上面已經(jīng)選取為0.5Mpa。、快進時油缸壓力p啟動=(F/門+□pA2)/(氣-A2)=0.96MPap力速=(F/門+□pA2)/(氣-A2)=1.26MPap快速=(F/門+□pA2)/(氣-A2)=0.86MPa這里：F分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P一分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。Ap表示管路中壓力損失大小，這里我們?nèi)≈禐?.3Mpa。、快退時油缸壓力P啟動=(F加+PA1)/A2=0.77MPa

P速=(F/n+PA)/A2=1.61MPap夬退=(F/n+PA)/A2=1.28MPaF—分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P一分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。P2的值為0.5MPa油缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量、功率實際值如表2所示:表2液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工況負(fù)載F/N回油腔壓力P/MPa2進油腔壓力P/MPa1輸入流量q/m3/min輸入功率P/kW快進啟動120000.96(差動)力加速1619P+AP11.26快進6000.860.00630.09工?85800.51.600.00080.021啟動120000.77快退力加速16190.51.61，快退6001.280.00780.166由以上所計算的數(shù)據(jù)我們繪制出工況圖如下所示:..600.860.0E10.860.963.C3080.77l.PR功率五、確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖（一）確定油源及調(diào)速方式由以上的計算可以知道，銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，工作負(fù)載的變化情況很小，因此，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速方式，并選用開式循環(huán)。從工況圖中我們可以清楚的看出，在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源提供的流量變化并不是很大，因此工進和快進的過程中，所需流量差別較小。故我們選用定量單液壓泵供油。工作缸（二）選擇基本回路1.選擇換向回路及速度換接方式由設(shè)計依據(jù)可以知道，設(shè)計過程中不考慮工件夾緊這一工序，并且從快進到工進時，輸入液壓缸的流量從6.3L/min降到0.8L/min，速度變化不是很大，所以采用電磁換向閥來實現(xiàn)速度的換接。壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實現(xiàn)工作臺的自動啟動和換向。同時為了實現(xiàn)工作臺能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機能的三位四通閥，如下圖所示：1Y 2Y由于要求工作臺快進與快退速度相等，故快進時采用差動連接來實現(xiàn)快速運動回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d^0.7Do（三）選擇調(diào)壓回路設(shè)計過程中，在油源中采用溢流閥來調(diào)定系統(tǒng)的工作壓力，因此調(diào)壓問題基本上已經(jīng)在油源中解決，無須在另外設(shè)置調(diào)壓系統(tǒng)。這里的溢流閥同時還能起到安全閥的作用。1、組合成液壓系統(tǒng)圖將上面所選的液壓基本回路組合在一起，便可得到以下的液壓系統(tǒng)原理圖。同時電磁鐵的動作順序表如下:

表3 液壓專用銑床電磁鐵動作順序表1YA2YA3YA.3.1S2S3—+：■+.———工資+—————f,+—————+也七械神勰得恥J耘電讖失機4￥A翻榭牌圖4專用銑床液壓系統(tǒng)原理圖 T-1 T-13YA六、選擇液壓元氣件（一）液壓泵的選擇由以上的設(shè)計可以得到，液壓缸在整個工作過程中的最大壓力是1.61Mpa,如取進油路上的壓力損失為0.4Mpa，則此時液壓泵的最大工作壓力是p=1.61+0.4=2.01Mpa。由以上的計算可得，液壓泵提供的最大流量是7.8L/min,因為系統(tǒng)較為簡單，取泄漏系數(shù)勺=1.1，則兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為：q=1.1x7.8L/min=8.58L/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進時輸入到液壓缸的流量是3.8L/min，由流量液壓泵單獨供油，所以液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為6.8L/min。根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查閱機械設(shè)計手冊，最后選用YB1-6.3型單葉片液壓泵，其排量大小為6.3ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時，該液壓泵的理論流量為9.14L/min。取液壓泵的容積效率為門廣0.9，則液壓泵的實際流量大小為：q=6.3x1200x0.9/1000=6.8L/min由于由以上的計算過程中，我們知道了液壓缸在快退時的輸入功率最大，此時液壓泵的工作壓力是1.28+0.4（進油路上的壓力損失）=1.68Mpa，流量為6.8L/min，查表可得，取液壓泵的總效蓊=0.7，則液壓泵驅(qū)動電機所需的功率為P=PPqp=1.68X6.8=0.3kW門60x0.7p根據(jù)以上的數(shù)據(jù)查機械設(shè)計手冊選用Y801型電動機，其額定功率為0.55kW，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min。（二）閥類元氣件及輔助元氣件的選擇根據(jù)閥類及輔助元氣件所在油路的最大工作壓力和通過的最大實際流量，可選擇這些器件的型號和規(guī)格如下表：表4元氣件的型號及規(guī)格

序號元件名稱額定流量（L/min）額定壓力（Mpa）質(zhì)量(kg)型號1單葉片泵9.26.35.5YB1-6.32三位四通電磁閥256.334D-25BOP3二位三通電磁閥256.323D-25B4單向調(diào)速閥0.05（最?。?.5-6.33.2QI-10B5溢流閥200.4-6.31.7Y-10B6壓力繼電器1.0-6.30.7DP1-63B7濾油器162.50.18XU-B16X1008開關(guān)閥256.322D-25B（三）確定油管直徑由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已與原來的數(shù)值不同，所以要重新計算，計算如下表4所示：表5液壓缸的進出、流量由上表中的數(shù)值，按照書中推薦的油液在壓油管的流速u=3m/s可得，快進工進快退輸入流量(L/min)q—Aq/(A-A)1 1p 1 2—(28.26x6.8)/(28.26-15.7)—15.3q1—0.8q-q=6.8輸出流量(L/min)q—Aq/A2 21 1—(15.7x15.3)/28.26—8.5q—Aq/A2 21 1—15.7x0.8/28.26—0.44q—Aq/A2 11 2—28.26x6.8/15.7—12.24運動速度(m/min)u=q/(A一A)1 p 1 2—6.8x10/(28.26-15.7)—5.4u—q/A—0.8x10/28.26—0.28u—q/A—6.8x10/15.7—4.33液壓缸有桿腔和無桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為:d=2x(q/(兀u)=2x頊(6.8x106/60)/3.14x3x103=6.94mmd=2x、：q/(兀u)=2x((15.3x106/60)/3.14x3x103=10.4mm兩根油管按YB231—64選用外徑為13mm，壁厚為1.2mm的冷拔無縫鋼管。油箱的設(shè)計對油箱容積我們進行估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)&=7，故其容積為：V=&q=7x6.8L—47.6L取靠其最近的標(biāo)準(zhǔn)值V=50L七、驗算液壓系統(tǒng)性能——油液溫升的驗算工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例是很長的，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進時的工況來計算。工進時液壓缸的有效功率是P=Fu=3%0x0.28=0.0167kwe2 103X60由以上的計算可知，液壓泵在工進時的工作壓力為p=1.6+0.4（進油路上的壓力損失）=2Mpa,流量為6.8L/min,所以液壓泵的輸入功率為：P=pq=2x6.8/60=0.227kW所以可得，液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為：AP=P-P=