液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)專用銑床的液壓系統(tǒng)

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1、 重慶三峽學(xué)院 課程名稱： 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目名稱：專用銑床的液壓系統(tǒng) 班 級：2008級 機(jī)械專業(yè) 1班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2011-6-27 摘要 本次設(shè)計(jì)的題目是專用銑床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，銑床主要包括液壓系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要將液壓系統(tǒng)作為主要設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)主要包括：負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析，液壓系統(tǒng)參數(shù)，液壓系統(tǒng)原理圖，液壓元件的選擇，液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與升溫驗(yàn)算等內(nèi)容。 關(guān)鍵字: 液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

2、 ABSTRACT The design is the subject of special milling machine hydraulic system design, including hydraulic milling system, control system and delivery systems. The design of the main design of the hydraulic system as the main hydraulic system include: load and motion analysis, parameters o

3、f the hydraulic system, hydraulic system schematic, the choice of hydraulic components, hydraulic system heat and temperature checking and so on. Keyword: Hydraulic System Design 目錄 1、 設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù) 4 1、設(shè)計(jì)要求 4 2、設(shè)計(jì)參數(shù) 4 2、 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 4 1、負(fù)載分析 4 A)夾緊缸 4

4、 B)工作臺(tái)液壓缸 5 2、運(yùn)動(dòng)分析 5 3、負(fù)載圖F-t和速度圖v-t圖的繪制 6 3、 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 6 1、液壓缸的選定 6 A)夾緊缸 6 B)工作臺(tái)液壓缸 6 2、活塞桿穩(wěn)定性校核 8 3、液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的壓力，流量和功率 8 A）夾緊缸 8 B）工作臺(tái)液壓缸 9 4、液壓缸的工況圖 10 4、 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 11 5、 液壓元件的選擇 12 1、確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)的功率

5、12 2、選擇閥類元件及輔助元件 13 6、 液壓系統(tǒng)發(fā)熱與升溫的驗(yàn)算 14 7、 設(shè)計(jì)總結(jié) 14 一、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù) 1．設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料——自動(dòng)夾緊——工作臺(tái)快進(jìn)——銑削進(jìn)給——工作臺(tái)快退——夾具松開——手工卸料。 2．設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 工作臺(tái)液壓缸負(fù)載力（KN）：FL=28KN 工作臺(tái)液壓缸移動(dòng)件重力（KN）：G=1.5KN 工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度（m/min）：V1=V3=5.6m/min 工作臺(tái)工進(jìn)速度（mm/min）：V2=45

6、mm/min 工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（mm）：L1=250mm 工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程（mm）：L2=70mm 工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（S）：t=0.5s 夾緊液壓缸負(fù)載力（KN）：FC=4.8KN 夾緊液壓缸負(fù)移動(dòng)件重力（N）：GC=55N 夾緊液壓缸行程（mm）：LC=10mm 夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（S）：tC=1s 導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：μC=0.2 導(dǎo)軌面動(dòng)摩擦系數(shù)：μd=0.1 FL Fc G Gc V1 V2 L1 L2 Lc tc 28 4.8 1.5 55 5.6 45 250 70 10 1 2、 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 1

7、、 負(fù)載分析 A)夾緊缸 工作負(fù)載： 由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。 B)工作臺(tái)液壓缸 1、工作負(fù)載 工作負(fù)載極為切削阻力FL=28KN。 2、摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： (1)靜摩擦阻力 (2)動(dòng)摩擦阻力 3、 慣性負(fù)載 4、 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快進(jìn) 工進(jìn) 快退

8、 假設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所示。 表1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力 工況 負(fù)載組成 液壓缸負(fù)載F/N 液壓缸推力 啟動(dòng) 300 333.3 加速 178.57 198.4 快進(jìn) 150 166.7 工進(jìn) 28150 31277.8 反向啟動(dòng) 300 333.3 加速 178.57 198.4 快退 150 166.7 2、 運(yùn)動(dòng)分析 手工上料—加緊缸自動(dòng)加緊—工作臺(tái)快進(jìn)—工作臺(tái)切削進(jìn)給—工作臺(tái)快退—松開夾具—卸料 3、負(fù)載圖F

9、-t和速度圖v-t圖的繪制 三、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 1、液壓缸的選定 A)夾緊缸 根據(jù)負(fù)載選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1MPa。 根據(jù)GB\T2348-1993規(guī)定,D取80mm。根據(jù)穩(wěn)定性校核LC/d<10時(shí)，液壓缸能滿足穩(wěn)定性條件，LC=10mm,,這里取d=40mm。 液壓缸的有效作用面積： 有桿腔： 無桿腔： 此時(shí)實(shí)際工作壓力為：，所以選取工作壓力1MPa滿足要求。 B)工作臺(tái)液壓缸 所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa. 表2 按負(fù)載選擇工作壓力 負(fù)載/KN <

10、5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 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/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 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（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)

11、為防止車銑時(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選定背壓為，而液壓缸快退時(shí)背壓取0.5Mpa 由式得 則活塞直徑 參考表5及表6，，取標(biāo)準(zhǔn)值得。 由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積： 無桿腔：2 3 2 2 1 10 . 12.2 4 125 . 0 4 m D A - = = = p p 有桿腔： 實(shí)際工作壓力為：，即選取工作壓力4MPa滿足要求。 工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其穩(wěn)定流量，設(shè)計(jì)要求最低工進(jìn)速度，經(jīng)驗(yàn)算合格。

12、 表4 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(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(jì) 表5 按工作壓力選取d/D 工作壓力/MPa ≤5.0 5.0~7.0 ≥7.0 d/D 0.5~0.55 0.62~0.70 0.7 表6 按速比要求確定d/D 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.

13、3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1—無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度； 2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。 2、活塞桿穩(wěn)定性校核 A)夾緊缸 由于夾緊缸的活塞桿直徑是利用穩(wěn)定性校核來計(jì)算的，所以不需要進(jìn)行校核。 B)工作臺(tái)缸 因?yàn)榛钊麠U的總行程為320mm，活塞桿的直徑是90mm，所以L/d=3.56<10，所以滿足 穩(wěn)定性要求。 3、 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的壓力，流量和功率 A) 夾緊缸 （）回油路背壓為0.5Mpa 夾緊時(shí)： ， 放松時(shí)： ，

14、 B)工作臺(tái)液壓缸 分析可知，快進(jìn)時(shí)，液壓缸無桿腔進(jìn)油，壓力為p1；有桿腔回油，壓力為p2。 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1；無桿腔回油，壓力為p2。 由于液壓缸是差動(dòng)連接，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失取。快退時(shí)，回油路的背壓取0.5MPa，即。 表7 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率 工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載F/N 回油背壓 進(jìn)油壓力 輸入流量 輸入功率P/W 快 進(jìn) 起動(dòng)加速 恒速 198.4 166.7 0.53 0.527 ——

15、 0.569 —— 300 工 進(jìn) 31277.8 0.8 2.56 23.424 快 退 起動(dòng)加速 恒速 198.4 166.7 0.5 0.5 1.03 1.027 —— 0.569 —— 584.36 4、 液壓缸的工況圖 四、擬定液壓

16、系統(tǒng)原理圖 1、 供油方式 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。最大流量與最小流量之比 ； 其相應(yīng)的時(shí)間之比 。 這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)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1作為工作液壓缸油源，同時(shí)選用一定量泵作為夾緊缸油源。 2、 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。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，可

17、選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓。 3、 速度換接回路 由工況圖中的可知，當(dāng)滑臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，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，回油路中通過。為了保證換向平穩(wěn)其見，宜采用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥換接回路。由于這一回路換要實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動(dòng)連接，所以換向閥選擇五通的。 4、差動(dòng)回路 為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)缸的快進(jìn)的效果，在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)差動(dòng)回路。 5、鎖緊回路 夾緊回路中采用電磁換向閥，并在油路上安裝兩個(gè)液控單向閥。 當(dāng)液壓缸處于夾緊狀態(tài)時(shí)，不會(huì)因?yàn)樾孤┗蛲饬Φ淖饔枚苿?dòng)。液壓系統(tǒng)原

18、理圖詳見附圖 此圖中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)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。 表8 元件動(dòng)作順序表 電磁鐵 行程閥 液壓缸工作循環(huán) 夾緊缸夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 夾緊缸放松 1YA + — — — — 2YA — — — — + 3YA — + + — — 4YA — — — + — 行程閥 下位 下位 上位 上位 下位 五、液壓元件的選擇 1、確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)的功率 (1)計(jì)算工作液壓缸的泵 1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由表7可知，工作臺(tái)液壓缸在工進(jìn)時(shí)工

19、作壓力最大，最大工作壓力p1=2.56MPa。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∑?p=1MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為： 2)計(jì)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q=569mL/s，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為： 而工進(jìn)時(shí)調(diào)速閥的穩(wěn)定流量是9.15mL/s，所以泵的穩(wěn)定輸出流量不得小于工進(jìn)時(shí)的流量。 3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取YBX-40型限壓式變量泵，額定轉(zhuǎn)速1450m/min，最大流量為5

20、8L/min, 液壓泵總效率,調(diào)壓范圍在，滿足要求。 （2）計(jì)算夾緊液壓缸的泵 1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由以上計(jì)算可知，夾緊液壓缸在夾緊時(shí)工作壓力最大，夾緊缸最大壓力p2=0.95MPa。選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.4MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為： 2)計(jì)算液壓泵的流量 由以上計(jì)算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為： 3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取型葉片泵，額定轉(zhuǎn)速1450r/min,

21、容積效率，額定流量為4.64L/min，滿足要求。 （3）電動(dòng)機(jī)功率的確定 把上述兩液壓泵雙聯(lián)由電動(dòng)機(jī)一起帶動(dòng)，則工作液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5Mpa，則液壓泵輸出壓力為1.53Mpa，又工作液壓泵總效率，這是液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率為： 根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用電動(dòng)機(jī)Y90L-4型異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，型葉片泵輸出流量為4.48L/min，仍能滿足系統(tǒng)要求。 2、 選擇閥類元件及輔助元件 根據(jù)實(shí)際工作壓力以及流量大小即可選擇液壓元輔件（詳見附圖）。油箱容積取液壓泵流量的6

22、倍，管道由元件連接尺寸確定。在系統(tǒng)管路布置確定以前，回路上壓力損失無法計(jì)算，以下僅對系統(tǒng)油液溫升進(jìn)行驗(yàn)算。 六、液壓系統(tǒng)發(fā)熱與升溫的驗(yàn)算 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)94%以上，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。 變量泵的工作壓力狀態(tài)壓力為3.56Mpa，輸出流量為10mL/s，經(jīng)計(jì)算其輸入功率為 定量泵經(jīng)換向閥中位直接缷荷，輸入功率忽略。 工作液壓缸的有效功率為 系統(tǒng)單位時(shí)間的發(fā)熱量為 當(dāng)油箱的高、寬、長比例在1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80％時(shí)， 油箱散熱面積近似為：

23、 式中 V為油箱有效容積（）；A為散熱面積 取油箱有效容積，散熱系數(shù) 按計(jì)算，所以油液的溫升為： 在溫升許可范圍內(nèi)。 七、設(shè)計(jì)總結(jié) 液壓系統(tǒng)的學(xué)習(xí)是一個(gè)由簡到繁，由易到難的一種過程，通過對本次液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，不僅僅使我系統(tǒng)、全面的了解以及學(xué)習(xí)了液壓的許多知識(shí)，更為我在其他機(jī)械設(shè)計(jì)方面提供了一種參考與借鑒。本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可以用作多種液壓機(jī)床的液壓系統(tǒng)；但由于時(shí)間倉促，設(shè)計(jì)其中很多地方都沒有考慮全面，雖然參考了許多教科書和網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)的內(nèi)容，但仍然有很多地方不合理，所以希望老師能夠理解。 參考文獻(xiàn) [1]上海市職業(yè)技術(shù)教育課程改革與教材建設(shè)委員會(huì)組編.液氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.9 [2]章宏甲.液壓與氣壓傳動(dòng).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [3]許福玲. 液壓與氣壓傳動(dòng). 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001. [4]張世偉.《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》.寧夏人民出版社.1987. [5]中央電大《液壓傳動(dòng)輔導(dǎo)教材》編寫小組.《液壓傳動(dòng)輔導(dǎo)教材》.中央電大出版社.