專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)題目名稱專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師機(jī)械與車輛工程系二。一六年月日目錄5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 蚌埠學(xué)院機(jī)械與車輛工程系液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師：一、 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)專用銑床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，若工作臺(tái)、工件和夾具的總重量力為14000N，軸向切削力為10KN，T作臺(tái)總行程300mm，T作行程180mm，快進(jìn)與快退速度均為6m/min，工進(jìn)速度為30-800mm/min，加速和減速時(shí)間均為，工作臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為，動(dòng)摩擦系數(shù)為，設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。二、 設(shè)計(jì)要求：液壓系統(tǒng)圖擬定時(shí)需要提供2種以上的設(shè)計(jì)方案的選擇比較。從中選擇你認(rèn)為更好的一種進(jìn)行系統(tǒng)元件選擇計(jì)算。三、 工作量要求1■液壓系統(tǒng)圖1張（A1）2■液壓缸裝配圖1張3?設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份四、 設(shè)計(jì)時(shí)間：2016年6月6H--2016年6月12日蚌埠學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)評(píng)閱表學(xué)生姓名學(xué)號(hào)課題名稱專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械與車輛工程系2015級(jí)專業(yè)指導(dǎo)教師（簽名）指導(dǎo)教師評(píng)語:2016年6月16日評(píng)定成績(jī)1分析負(fù)載負(fù)載分析夕卜負(fù)載Ft=10KN慣性負(fù)載機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=140Okg,取t二。Fm=mAv/At=1400x[6/(x60)]=2800N阻力負(fù)載機(jī)床工作部件對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌的法向力為Fn=mg=14000N靜摩擦阻力F/fsFn=x14000=2800N動(dòng)摩擦阻力Ffd=fdFn=x14000=1400N由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如下表。工況負(fù)載組成負(fù)載值F(N)起動(dòng)F=Fnfs2800加速F=Fnfs+mAV/At4200快進(jìn)F=Fnfd1400工進(jìn)F=Fnfd+Fg11400快退F=Fnfd1400按上表數(shù)值繪制負(fù)載圖由于V=V=6m/minl=120mml=180mm快退行程l=l+l=300mm工進(jìn)速度1 3 , 1 ， 2 ， 312 ，V2=min,由此可繪出速度圖

b.速度圖b.速度圖2確定執(zhí)行元件主要參數(shù)由資料查得，組合機(jī)床在最大負(fù)載約為10000N時(shí)液壓系統(tǒng)宜取壓力P1=,鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)、快退速度相等，這里的液壓缸用單活塞桿是的，并在快進(jìn)時(shí)作差動(dòng)連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積A1，應(yīng)為有桿腔工作面積A2的兩倍，即=A1/A2=2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d二的關(guān)系。P2=?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，管路中有壓力損失，在銑屑加工時(shí)，液壓缸回路上必須具有背壓P2=?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，管路中有壓力損失，P2也可按估算P2也可按估算FA2二nm(p1^-p2)11400-4211400二X10-4m2x)但其差值較小，可先按考慮，快退時(shí)回油腔中是有背壓的，這時(shí)有工進(jìn)時(shí)的負(fù)載按上表中的公式計(jì)算液壓缸面積-4-4A1=^a2=2A2=2XX10-4=X10-4m2/4AD=、二d==x將這些直徑按GB/t2348-2001圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值得D=

d=由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積A1=nD2/4=x10-4m2,A2=n(D2-d2)/4=x10-4m2o經(jīng)驗(yàn)算，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D和d的值，可估算出液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率，入下表所示，并據(jù)此繪出工況圖。工況負(fù)載F/N回油腔壓力p2/Mpa進(jìn)油腔壓力p1/Mpa輸入流量-33-1q10/m?s輸入功率P/KW快進(jìn)(差動(dòng))起動(dòng)28000——加速4200p1+Ap(Ap=)——恒速1400工進(jìn)11400快退起動(dòng)28000——加速4200——恒速1400

工況圖設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案由于該機(jī)床是固定式機(jī)械，且不存在外負(fù)載對(duì)系統(tǒng)作功的工況，并有工況圖知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小。查表可得該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和開式循環(huán)為宜?，F(xiàn)采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路，為解決銑削完成時(shí)滑臺(tái)突然前沖的問題，回油路上要設(shè)置背壓閥。從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替的提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量約為最小流量的33倍，而快進(jìn)加快退所需要的時(shí)間11和工進(jìn)所需要的時(shí)間t2分別為亦即是t1/t2=26。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看，采用單個(gè)定量液壓泵作為油源顯然是不合適的，而宜采用大、小兩個(gè)液壓泵自動(dòng)兩級(jí)并聯(lián)供油的油源方案選擇基本回路由于不存在負(fù)載對(duì)系統(tǒng)作功的工況，也不存在負(fù)載制動(dòng)過程，故不需要設(shè)置平衡及制動(dòng)回路。但必須具有快速運(yùn)動(dòng)、換向、速度換接以及調(diào)壓、卸荷等回路。調(diào)速回路a、ba、b所示,由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化不大，為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，從節(jié)約成本考慮，而從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，我們選用選用雙聯(lián)葉片泵供油的油源方案。換向回路和卸荷回路銑床工作臺(tái)采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。由工況圖可知，輸入液壓缸的流量由17L/min降至min,滑臺(tái)的速度變化較大，可選用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊。當(dāng)滑臺(tái)由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，回路中通過的流量很大——進(jìn)油路中通過21L/min,回油路中通過21x()L/min=min。為了保證換向平穩(wěn)起見，宜采用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換接回路。由于這一回路還要實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動(dòng)連接，所以換向閥必須是五通的，如下圖所示快速運(yùn)動(dòng)回路

為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快速進(jìn)給，選用三位五通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動(dòng)連接。這種差動(dòng)連接的快速運(yùn)動(dòng)回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也比較經(jīng)濟(jì)，如下圖a所示。在圖b中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控制，所以選擇a所示的回路，一起同上圖組成的快速換向回路，同樣可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。同時(shí)驗(yàn)算回路的壓力損失比較簡(jiǎn)便，所以不選用圖b所示的回路。ab壓力控制回路由于液壓系統(tǒng)流量很小，銑床工作臺(tái)工作進(jìn)給時(shí)，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(shí)，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，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(shí)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，選用如圖b所示。ab將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)把上面學(xué)選出的各種液壓回路組合畫在起，就可以得到一張液壓系統(tǒng)原理圖，將此圖把上面學(xué)選出的各種液壓回路組合畫在起，就可以得到一張液壓系統(tǒng)原理圖，將此圖查一發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在還存在了防止化系統(tǒng)功能更必須對(duì)查一發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在還存在了防止化系統(tǒng)功能更必須對(duì)仔細(xì)檢遍，可以圖所示工作中問題。為干擾、簡(jiǎn)并使其加完善，系統(tǒng)圖進(jìn)行如下修改:（1）為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立壓力的問題，必須在換向回路中串接一個(gè)單向閥a，將進(jìn)、回油路隔斷。（2）為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問題，必須在回油路上串接一個(gè)液控順序閥b。這樣，滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)因負(fù)載較小而系統(tǒng)壓力里較低，使閥 b關(guān)閉，便阻止了油液返回油箱。（3） 為了解決機(jī)床停止工作后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)平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的回油口增設(shè)一個(gè)單向閥 c。（4） 為了在滑臺(tái)工進(jìn)后系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出快退信號(hào)，須在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個(gè)壓力繼電器d若將順序閥b和背壓閥8的位置對(duì)調(diào)一下，就可以將順序閥與油源處的卸荷閥合并，從而省去一發(fā)。進(jìn)過修改、整理后的液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示。4選擇液壓元件液壓缸液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)長(zhǎng)的最大工作壓力為，如取進(jìn)油路上的壓力損失為，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力，則小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為Pp1=(++)=大流量液壓泵在快進(jìn)、快速運(yùn)動(dòng)是才向液壓缸輸油，由工況圖可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)打，如取進(jìn)油路上的壓力損失為，則大流量液壓泵的最高工作壓力為Pp2=(+)二有工況圖可知，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓泵提供的最大流量為min，因系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，取泄露系數(shù)Kl=，則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為q

p由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為min，由小流量液壓泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查詢產(chǎn)品樣本，最后確定選取YB1-6/20型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小液壓泵和撒液壓泵的排量分別為6mL/r和20mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)該液壓泵的理論流量為min,min,若取液壓泵的容積效率nv=則液壓泵的實(shí)際輸出流量為qp=[(6+20)x940x1000]=min由于液壓缸在快退時(shí)屬兔功率最大，這時(shí)液壓缸工作壓力為 2Mpa、流量為min。按表取液壓泵的總效率np=,則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為ppqpP二 二錯(cuò)誤!kW=np根據(jù)此數(shù)值查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率Pn=,額定專屬nn=940r/min。閥類元件及輔助元件

根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格見表。表中序號(hào)與系統(tǒng)圖的元件標(biāo)號(hào)相同元件的型號(hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱估計(jì)通過流量/L-min-1額定流量力.-1/L-min額定壓力/Mpa額定壓降/Mpa型號(hào)、規(guī)格1雙聯(lián)葉片泵--YB1-6/202三位五通電液閥608016<35DYF3Y-E10B3行程閥506316<AXQF-E10Bqmax=100L/min4調(diào)速閥?5016-5單向閥6063166單向閥256316<AF3-Ea10B7液控順序閥256316<XF3-E10B8背壓閥6316—YF3-E10B9溢流閥56316-YF3-E10B10單向閥256316<C11濾油器3063-<XU-63x80-J12壓力表開關(guān)——16—KF3-E3B13單向閥606316<AF3-E10B14壓力繼電器——10—HED1Ka/10油管各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已于原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算表所示。液壓缸的進(jìn)、出流量快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/Lmin-1q^/qp）/（A1-A2）q】二q】=qp=排出流量/Lmin-1q2=（A2q1）/A1=q2=（A2q1）/A1=q2=（A2q1）/A1=運(yùn)動(dòng)速度/m-min-1u1=qp/（氣氣）=U2=q1/A1=U3=q1/A2=由上表可以看出，液J壓缸在各個(gè)工作階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求根據(jù)表中數(shù)值，并按第二章第七節(jié)推薦取油液在壓油管的速率u=3m/s，按式算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為d=2xq/(nu)=2x(x106/60)/nx3xi03=d=2x(x106/60)/nx3x103=這兩根油管都按GB/T2351-2005選用內(nèi)徑e15mm、外徑e18mm的冷拔無縫鋼管。油箱油箱容積按式估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)1=7,故其容積為V=gqp=7x=按JB/T7938-1999規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=160L。5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)的管路不知尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按式估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。但對(duì)于中小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行?？爝M(jìn)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，由表可知，進(jìn)油路上油液通過單向閥10的流量是22L/min、通過電液換向閥2的流量是L/min,然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量L/min通過行程閥3并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為222IApv=[x(63)2+x(80)2+x(63)2]= (++)二此值不大，不會(huì)使壓力閥開啟，故能確保兩個(gè)泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是L/min,然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可計(jì)算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力p2與無桿腔壓力Pj只差。222△p=p2-p1=[x(80)2+x(63)2+x(63)2]二此值與原估計(jì)值基本相符。工進(jìn)工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥2的流量為L(zhǎng)/min,在調(diào)速閥4處的壓力損失為；油液在會(huì)有路上通過換向閥2的流量是L/min,在背壓閥8處的壓力損失為，通過順序閥7的流量為(+)L/min=L/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力p2為p2=[x(80)2++x(63)2]=可見此值略大于原估計(jì)值。故可按表中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力 P1,即P1=此值略高于表中值。考慮到壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓差^Pe=,故溢流閥9的調(diào)壓ppiA應(yīng)為2PpiA>p1+京p1+Ape=[+x(80)++]=快退快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥10的流量為L(zhǎng)/min、通過換向閥2的流量為L(zhǎng)/min;油液在回油路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是L/min。因此進(jìn)油路上總壓降為22〉A(chǔ)pv1=[x(63)2+x(80)2]Mpa=此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。回油路上總壓降為222IApv2=[x(63)2+x(80)2+x(63)2]Mpa此值與表中的估計(jì)值相近，故不必重算。所以，快退時(shí)液壓泵的工作壓力 pp應(yīng)為pp=p1+ZApvi=+2332=因此大流量液壓泵卸荷的順序閥7的調(diào)壓應(yīng)大于。驗(yàn)算油液溫升工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所占的時(shí)間比例達(dá)95%,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。為簡(jiǎn)便起見，采用系統(tǒng)的發(fā)熱功率計(jì)算方法之二來進(jìn)行計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為Pe=Fu2=(11400x)/103x60=這時(shí)大流量液壓泵經(jīng)順序閥7卸荷，小流量液壓泵在高壓下供油。大液壓泵通過順序閥7的流量為q2=L/min,有表查得該閥在額定流量qn=63L/min時(shí)的壓力損失△pn=,故此閥在工進(jìn)時(shí)的壓力損失22△p=Apn(q2/qn)2=x(63)2=小液壓泵工進(jìn)時(shí)的工作壓力pp1=,流量q1=min,所以兩個(gè)液壓泵的總輸入功率p/1+知q2np由式算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為△P=Pp-Pe=按式可算出油箱的散熱面積為A=3V2=3(1600x10-3)2=由表查得油箱的散熱系數(shù)K=9W(/m2.C。)，則按式求出油液溫升為T 33△t=sx103=錯(cuò)誤！x103=C由表知，此溫升值沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器設(shè)計(jì)小結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)又再次體驗(yàn)了畫圖的不易，從早上吃過飯就開始畫圖，有的時(shí)候畫的入神就會(huì)忘了吃中午飯、甚至下午飯，還會(huì)有同學(xué)說不畫完就不吃飯，經(jīng)常見到這樣的同學(xué)，當(dāng)然我也是這樣的一員。記得有兩天同學(xué)在機(jī)電樓畫圖室畫圖，晚上因?yàn)楫嫷暮芡斫Y(jié)果就被樓下看門的大叔罵了，那個(gè)時(shí)候我們很委屈啊，誰想畫圖畫到這