液壓課程設(shè)計(jì)---專用銑床工作臺液壓系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目： 液壓與氣壓傳動 </p><p>　　所修課程名稱： 專用銑床工作臺液壓系統(tǒng) </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　液壓傳動任

2、務(wù)書1</b></p><p>　　一、負(fù)載分析和速度分析1</p><p>　　1.1 負(fù)載分析1</p><p>　　1.2.速度分析2</p><p>　　二、確定液壓缸的主要參數(shù)3</p><p>　　2.1.初選液壓缸的工作壓力3</p><p>　　2.2.確

3、定液壓缸尺寸3</p><p>　　三、擬定液壓系統(tǒng)圖5</p><p>　　3.1.選擇基本回路5</p><p>　　3.2.回路合成5</p><p>　　四、液壓元件的選擇6</p><p>　　4.1.液壓泵及驅(qū)動電機(jī)功率的確定6</p><p>　　4.2、元件、輔件選擇

4、7</p><p>　　五、系統(tǒng)油液溫升驗(yàn)算9</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　液壓傳動任務(wù)書</b></p><p>　　要求設(shè)計(jì)的銑床液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5、的工作循環(huán)是：快進(jìn)—工進(jìn)—快退—停止。</p><p>　　主要性能參數(shù)與性能要求如下：最大切削阻力FL=8000N；工作臺自重 G=3500N；工件及夾具最大重力FN=1500N；快進(jìn)、快退速度均為5m/min，工進(jìn)速度5m/min；工進(jìn)行程200mm，總行程400mm；往復(fù)運(yùn)動的加速時間Δt=0.05s；動力滑臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)0.2，動摩擦系數(shù)0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。</p>

6、<p>　　一、負(fù)載分析和速度分析</p><p><b>　　1.1 負(fù)載分析</b></p><p><b>　?。?）工作負(fù)載FW</b></p><p>　　工作負(fù)載是在工作過程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對于金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來說，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載，即</p>

7、;<p><b>　　FW=8000N</b></p><p><b>　　（2）慣性負(fù)載</b></p><p>　　最大慣性負(fù)載取決于移動部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過工作臺最大移動速度和加速時間進(jìn)行計(jì)算。已知啟動換向時間為0.05s，工作臺最大移動速度，即快進(jìn)、快退速度為5m/min，因此慣性負(fù)載可表示為<

8、/p><p>　　Fa=（G/g）×(△v/△t)=(3000/9.80) ×(5/60/0.05)=510 N</p><p>　?。?）阻力負(fù)載阻力負(fù)載主要是工作臺的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動摩擦阻力兩部分。</p><p>　　靜摩擦阻力 = fj×(G+FN)=0.2×5000=1000N</p&

9、gt;<p>　　動摩擦阻力 Ffd= fd×(G+FN) =0.1×5000N=500N</p><p>　　根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如表1所示。</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　注：ηm——缸的機(jī)械效率，取

10、ηm=0.9</p><p><b>　　1.2.速度分析</b></p><p>　　已知快進(jìn)、快退速度均為5m/min,工進(jìn)速度為0.08m/s,按上述分析可繪制出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖</p><p>　　圖1 液壓系統(tǒng)速度循環(huán)圖</p><p>　　圖2 銑床液壓系統(tǒng)負(fù)載循環(huán)圖</p><p&

11、gt;　　二、確定液壓缸的主要參數(shù)</p><p>　　2.1.初選液壓缸的工作壓力</p><p>　　由最大負(fù)載值查表，取液壓缸工作壓力為1MPa</p><p>　　2.2.確定液壓缸尺寸</p><p>　　由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式

12、。通常利用差動液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨滑臺運(yùn)動的常用典型安裝形式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無桿腔工作面積是有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關(guān)系。</p><p>　　工進(jìn)過程中，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2

13、=0.8MPa。</p><p>　　快進(jìn)時液壓缸雖然作差動連接（即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時取0.5MPa?？焱藭r回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值=0.6MPa。</p><p>　　無桿腔進(jìn)壓力油時液壓缸缸筒直徑為 </p><p>　　式中：F ——負(fù)載力</p>

14、<p>　　p——選定的工作壓力，Pa</p><p>　　所以， =0.107m</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)值（見GB234-80）進(jìn)行取整，D=107mm。d=0.707D=76mm。</p><p><b>　　又因?yàn)?D2</b></p><p>　　所以A1=0.009m2,A2=0.0045m2

15、</p><p>　　3.計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　工作臺在快進(jìn)過程中，液壓缸采用差動連接，此時系統(tǒng)所需要的流量為</p><p>　　q快進(jìn) =（A1-A2）×v1=22.5L/min</p><p>　　工作臺在快退過程中所需要的流量為</p><p>　　q快退

16、 =A2×v2=22.5L/min</p><p>　　工作臺在工進(jìn)過程中所需要的流量為</p><p>　　q工進(jìn) =A1×v1’=0.72 L/min</p><p>　　根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值。差動時液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力，取兩腔間回路及閥上壓力損失為0.6MPa,則p

17、2=p1+0.6MPa, 如表2所示</p><p>　　表2各工況下的主要參樹</p><p><b>　　工況圖</b></p><p><b>　　三、擬定液壓系統(tǒng)圖</b></p><p>　　3.1.選擇基本回路</p><p>　　（1）調(diào)速回路 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)功率

18、較小，且只有正值負(fù)載，所以選用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載的特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓。</p><p>　?。?）泵供油回路 本設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的供油工況主要為快進(jìn)、快退時的低壓大流量供油和工進(jìn)時的高壓小流量供油兩種工況。一個工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸在快進(jìn)和快退行程中要求油源以低壓大流量供油，工進(jìn)行程中油源以高壓小流量供油。其中最大流量與最小流量之比qmax/qmin=22.5/

19、0.75=30，而快進(jìn)和快退所需的時間、與工進(jìn)所需的時間分別為：</p><p>　　t1=l1/v1=0.198125/(5/60)=2.39s</p><p>　　t2=l2/v2=0.39724/(5/60)=4.79s</p><p>　　t3=l3/v3=0.2/(0.01/60)=1200s</p><p>　　上述數(shù)據(jù)表明，在一

20、個工作循環(huán)中，液壓油源在大部分時間都處于高壓小流量供油狀態(tài)，只有小部分時間工作在低壓大流量供油狀態(tài)。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，采用一個大流量定量泵和一個小流量定量泵雙泵串聯(lián)的供油方式，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本。</p><p><b>　　如圖3所示。</b></p><p><b>　　圖3 雙泵供油油源</b></p>

21、<p>　?。?）速度換接回路和快速回路 由于快進(jìn)速度與工進(jìn)速度相差很大，為了換接平穩(wěn)，選用行程閥控制換接回路?？焖龠\(yùn)動通過差動回路來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(4)換向回路 為了換向平穩(wěn)，選用電磁換向閥。為了便于實(shí)現(xiàn)液壓缸的中位停止和差動連接，選用三位五通閥。</p><p>　　(5)壓力控制回路 系統(tǒng)在工作狀態(tài)時高壓小流量泵的工作壓力由溢流閥調(diào)整，同時用外控順序閥實(shí)

22、現(xiàn)低壓大流量泵卸荷。</p><p><b>　　3.2.回路合成</b></p><p>　　對選定的基本回路在合成時，有必要進(jìn)行整理、修改和歸并。具體方法為；</p><p>　　1）防止工作進(jìn)給時液壓缸進(jìn)油路、回油路相通，需接入單向閥8。</p><p>　　2）要實(shí)現(xiàn)差動快進(jìn)，必須在回油路上設(shè)置液控順序閥10，以

23、阻止油液流回油箱。此閥通過位置調(diào)整后與低壓大流量泵的卸荷閥合二為一。</p><p>　　3）為防止機(jī)床停止工作時系統(tǒng)中的油液回油箱，應(yīng)增設(shè)單向閥。</p><p>　　4）設(shè)置壓力表開關(guān)及壓力表。</p><p>　　圖4 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　四、液壓元件的選擇</b></p>

24、<p>　　4.1.液壓泵及驅(qū)動電機(jī)功率的確定</p><p>　　(1)液壓泵的工作壓力 已知液壓缸最大工作壓力為1.879MPa，取進(jìn)油路上壓力損失為1MPa，則小流量泵最高工作壓力為1.879+1=2.879MPa，選擇泵的額定壓力應(yīng)為Pn=(2.879+2.879*25%)MPa=3.59875MPa。大流量泵在液壓缸快退時工作壓力較高，取液壓缸快退時進(jìn)油路上壓力損失為0.5MPa則大流量泵的

25、最高工作壓力為（1.14+0.5）MPa=1.64 MPa，卸荷閥的調(diào)整壓力應(yīng)高于此值。</p><p>　　(2)液壓泵流量計(jì)算 取系統(tǒng)的泄露系數(shù)K=1.2，則泵的最小供油量 為</p><p>　　qp=1.2╳22.5L/min=27L/min</p><p>　　由于工進(jìn)時所需要的流量是0.75L/min，溢流閥最小穩(wěn)定流，小流量泵的最小流量為</p

26、><p>　　(3)確定液壓泵規(guī)格 對照產(chǎn)品樣本可選用YB1-35/5 雙聯(lián)葉片泵，額定轉(zhuǎn)速960r/min,容積效率=0.9，大小泵的額定流量分別為30.24L/min和 4.32L/min，滿足以上要求。</p><p>　　(4) 確定液壓泵驅(qū)動功率 液壓泵在快退階段功率最大，取液壓缸進(jìn)油路上壓力損失為0.6MPa，則液壓泵輸出壓力為1.47MPa。液壓泵總效率=0.8，液壓泵流量3

27、4.56L/min（30.24.+4.32L/min），則液壓泵驅(qū)動快退所需的功率P為</p><p>　　據(jù)此選用Y100L-6-B5立式電動機(jī)，其額定功率為1.1kW,轉(zhuǎn)速為940r/min,液壓泵輸出流量29.61L/min、4.23L/min，仍滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　4.2、元件、輔件選擇</p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥

28、、單項(xiàng)閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。</p><p>　?。?）、閥類元件的選擇</p><p>　　根據(jù)上述流量及壓力計(jì)算結(jié)果，對圖4初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖中各種閥類元件及輔助元件進(jìn)行選擇。其中調(diào)速閥的選擇應(yīng)考慮使調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)小于液壓缸工進(jìn)所需流量。通過圖4中5個單向閥的額定流量是各不相同的，因此最好選用不同規(guī)格的單向閥。</p><p&g

29、t;　　圖4中溢流閥2、背壓閥9和順序閥10的選擇可根據(jù)調(diào)定壓力和流經(jīng)閥的額定流量來選擇閥的型式和規(guī)格，其中溢流閥2的作用是調(diào)定工作進(jìn)給過程中小流量液壓泵的供油壓力，因此該閥應(yīng)選擇先導(dǎo)式溢流閥，連接在大流量液壓泵出口處的順序閥10用于使大流量液壓泵卸荷，因此應(yīng)選擇外控式。背壓閥9的作用是實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)和工進(jìn)的切換，同時在工進(jìn)過程中做背壓閥，因此采用內(nèi)控式順序閥。最后本設(shè)計(jì)所選擇方案如表3所示，表中給出了各種液壓閥的型號及技術(shù)參數(shù)。<

30、;/p><p><b>　　表3閥類元件的選擇</b></p><p><b>　?。?）、濾器的選擇</b></p><p>　　按照過濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則，取過濾器的流量為泵流量的2.5倍。由于所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)為普通的液壓傳動系統(tǒng)，對油液的過濾精度要求不高，故有</p><p&

31、gt;　　因此系統(tǒng)選取通用型WU系列網(wǎng)式吸油過濾器</p><p><b>　?。?）、油管的選擇</b></p><p>　　圖4各元件間連接管道的規(guī)格可根據(jù)元件接口處尺寸來決定，液壓缸進(jìn)、出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)油液在壓力管中流速取0.1m/s時，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：</p><p&g

32、t;　　，取標(biāo)準(zhǔn)值20mm；</p><p>　　，取標(biāo)準(zhǔn)值15mm。</p><p>　　因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)選用公稱通徑為和的無縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。(4) 油箱的設(shè)計(jì)</p&g

33、t;<p>　　1．油箱長寬高的確定</p><p>　　油箱的主要用途是貯存油液，同時也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對油箱的容積進(jìn)行校核。油箱中能夠容納的油液容積按估算，取時，求得其容積為</p><p>　　按JB/T7938—1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=250L。</p&

34、gt;<p><b>　　依據(jù)</b></p><p>　　如果取油箱內(nèi)長l1、寬w1、高h(yuǎn)1比例為3：2：1，可得長為：=1107mm，寬=738mm，高為=369mm。</p><p>　　對于分離式油箱采用普通鋼板焊接即可，鋼板的厚度分別為：油箱箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，因?yàn)橄渖w上需要安裝其他液壓元件，因此箱蓋厚度取為10mm。為了易于散熱和便

35、于對油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為160mm。因此，油箱基體的總長總寬總高為：</p><p><b>　　長為：</b></p><p><b>　　寬為：</b></p><p><b>　　高為：</b></p><p>　　為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜

36、角度為。</p><p><b>　　2．隔板尺寸的確定</b></p><p>　　為起到消除氣泡和使油液中雜質(zhì)有效沉淀的作用，油箱中應(yīng)采用隔板把油箱分成兩部分。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隔板高度取為箱內(nèi)油面高度的，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，隔板的高度應(yīng)為：</p><p>　　隔板的厚度與箱壁厚度相同，取為3mm。</p><p>　　五、

37、系統(tǒng)油液溫升驗(yàn)算</p><p>　　系統(tǒng)在工作中絕大部分時間是處在工作階段，所以可按工作狀態(tài)來計(jì)算溫升。</p><p>　　設(shè)小流量泵的工作狀態(tài)壓力為5.86MPa，流量為4.23L/min，經(jīng)計(jì)算其輸入功率為516W。大流量泵經(jīng)外控順序卸荷閥，其工作壓力等于閥上的局部壓力損失數(shù)值。閥額定流量為63L/min，額定壓力損失為0.3MPa，大流量泵流量為29.61L/min，則為<

38、/p><p><b>　　大流量泵的輸入功率</b></p><p>　　液壓缸的最小有效功率為</p><p>　　系統(tǒng)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量為</p><p>　　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，油箱散熱面積近似為</p><p>　　式中 V—油

39、箱有效容積（）;</p><p><b>　　A—散熱面積（）。</b></p><p>　　取油箱有效容積為0.25，散熱系數(shù)K為15，</p><p>　　即可在溫升許可范圍內(nèi)，因此液壓系統(tǒng)中不需設(shè)置冷卻器。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>