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专用铣床液压系统设计2


梧州学院
《液压与气动》课 程 设 计 液压与气动》



目: 专用铣床

班级: 系 、班级:电子信息工程系 08 机械四班 姓 名:

指导教师: 指导教师: 钟山

二零一一年七月二日 二零一一年七月二日

目录
摘 要.....

................................................................................................................................ 3 一.设计目的、要求及题目 ................................................................................................... 4 ㈠设计的目的................................................................................................................... 4 ㈡设计的要求................................................................................................................... 4 (3)设计题目................................................................................................................. 5 二.负载——工况分析 ........................................................................................................... 5 1. 工作负载...................................................................................................................... 5 2. 摩擦阻力...................................................................................................................... 6 3. 惯性负荷...................................................................................................................... 6 三.绘制负载图和速度图 ....................................................................................................... 6 四.初步确定液压缸的参数 ................................................................................................... 7 1. 初选液压缸的工作压力。 ....................................................................................... 7 2.计算液压缸尺寸。 ..................................................................................................... 8 3.液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值如下表 ......................... 8 4.绘制液压缸的工况图(图 3) ................................................................................ 10 五.拟定液压系统图............................................................................................................. 10 1.选择液压基本回路 ................................................................................................... 12 2.组成系统图............................................................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 六.选择液压元件................................................................................................................. 14 1.确定液压泵的容量及电动机功率 ........................................................................... 14 2.控制阀的选择 ......................................................................................................... 14 3.确定油管直径 ........................................................................................................... 16 4.确定油箱容积 ........................................................................................................... 16 七. 液压系统的性能验算 ................................................................................................... 16 1. 液压系统的效率 ................................................................................................. 16 2. 液压系统的温升 ................................................................................................. 17 致 谢................................................................................................................................. 18

参考文献................................................................................................................................. 18





液压系统是以电机提供动力基础,使用液压泵将机械能转化为压力,推动液压油。通 过控制各种阀门改变液压油的流向,从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成 各种设备不同的动作需要。 液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈 广泛的应用,而且愈先进的设备,其应用液压系统的部分就愈多。所以像我们这样的大学生 学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。

关键词: 关键词:液压传动、稳定性、液压系统 Abstract
Hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump will translate into pressure on the mechanical energy, promote the hydraulic oil. Through various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different itinerary, the movements in different directions. All kinds of different equipment to complete the actions required. Hydraulic system has been in various industrial sectors and agriculture, forestry, animal husbandry and fisheries, and many other departments are more widely used, and more advanced equipment, its application on the part of the hydraulic system more. So students like us to study and personally designed a simple hydraulic system is very meaningful.

Key words: hydraulic transmission, control system, hydraulic system

一.设计目的、要求及题目 设计目的、
㈠设计的目的
液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节,通过该教学环 节,要求达到以下目的: 1.巩固和深化已学知识,掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤,培养学 生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力; 2.正确合理地确定执行机构,选用标准液压元件;能熟练地运用液压基本回 路、组合成满足基本性能要求的液压系统; 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资 料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD 技 术等方面的基本技能进行一次训练,以提高这些技能的水平。

㈡设计的要求
1.设计时必须从实际出发,综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方 便。如果可以用简单的回路实现系统的要求,就不必过分强调先进性。并非是越

先进越好。同样,在安全性、方便性要求较高的地方,应不惜多用一些元件或采 用性能较好的元件,不能单独考虑简单、经济; 2.独立完成设计。 设计时可以收集、 参考同类机械的资料, 但必须深入理解, 消化后再借鉴。不能简单地抄袭; 3.在课程设计的过程中,要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型 系统的组成,积极思考。不能直接向老师索取答案。 4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设 计。具体题目由指导老师分配,题目附后; 5.液压传动课程设计一般要求学生完成以下工作: ⑴设计计算说明书一份; ⑵液压传动系统原理图一张(3 号图纸,包括工作循环图和电磁铁动作顺序 表) 。 (3)设计题目 一 台 专 用 铣 床 的 铣 头 驱 动 电 机 的 功 率 N= 7.5KW ,铣刀直径

D=120mm,转速 n=350rpm,工作台重量 G1=4000N,工件及夹具重量 G2=1500N, 工作台行程 L=400mm, (快进 300mm,工进 100mm)快进速度为 4.5m/min,工金速 度为 60~1000mm/min,其往复运动和加速(减速)时间 t=0.05s,工作台用平导 轨,静摩擦系数 fs=0.2,动摩擦系数 fd=0.1。设计其液压控制系统。

二.负载——工况分析 负载——工况分析 ——
1. 工作负载
1000 P = = v 1000 P 60 × 106 P 6 0 × 7 .5 × 1 0 6 = = N = 3 4 1 0 .4 6 N π Dn π Dn π × 350 × 120 60 × 1000

FW

2. 摩擦阻力
F fj = f j (G1 + G 2) = 0.2 × (4000 + 1500) N = 1100 N F fd = f d (G1 + G 2) = 0.1× (4000 + 1500) N = 550 N

3. 惯性负荷

Fg = (

G1 + G 2 v 4000 + 1500 4.5 ) =( )× N = 840.98 N g t 9.81 0.05 × 60

查液压缸的机械效率 如下表表 1 所示:
表1 工 启

ηcm = 0.9 ,可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况,

液压缸各阶段的负载情况 况 动 负载计算公式 液压缸负载 F / N 1100 液压缸推力/N 1222.22

F=F fj F=F fd + Fg





1390.98

1545.53





F=Ffd F=F fd + Fw

550

611.11





3960.46

4400.51



退

F=Ffd

550

611.11

三.绘制负载图和速度图
v v 根据工况负载和以知速度 1 和 2 及行程 S,可绘制负载图和速度图,如下图

(图 1、图 2)所示:

1(负载图 负载图) 图 1(负载图)

速度图) 图 2(速度图)

四.初步确定液压缸的参数
1. 初选液压缸的工作压力。 . 初选液压缸的工作压力。
查各类液压设备常用工作压力初选,

p1 = 30 × 10 5 Pa

2.计算液压缸尺寸。 .计算液压缸尺寸。
选用差动液压缸,无杆腔与有杆腔的有效面积为 阀或调压阀,取背压
A1 =

A1 = 2 A2

;回油路上有背压

p2 = 8 ×105 Pa

5 ;回油管路压力损失 ?p = 5 × 10 Pa 。

F 4400.51 m2 = 169.25 × 10 ?5 m 2 = 16.93 = 1 8 p1 ? p2 (30 ? ) × 105 2 2

D=

4 A1

π

= 4.46

按 JB2183—77 取标准值 D=50mm 活塞杆的直径 d 为: d = 0.7 D = 0.7 × 50 = 35mm 由此求得液压缸的实际有效工作面积
A1 =

π D2
4

=

π × 52
4

cm 2 = 19.63cm 2

A2 =

π
4

(D2 ? d 2 ) =

π
4

(52 ? 3.52 )cm 2 = 10.01

3.液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值如下 .液压缸工作循环中各阶段的压力、 表 2 所示:
液压缸所需的实际流量、 表 2 液压缸所需的实际流量、压力和功率 回油腔压 负 工况 载 力 进油腔压 力 输入流量 计算公式 输入功率

F/N
启动

Q( J / L/min)

p×105 / Pa


p ×105 / Pa
12.7 —

P / kW

1222.22

p = p1 +?p
加速 进 恒速 611.11 1545.53 21.27 —

p1 =

F + A2 ?P A1 ? A2

?p = 5 ?p = 5
11.56 4.33 0.08

Q= A1-A) 1 ( 2 v P = p1 ? Q

p1 =

F + p 2 A2 A1

1.9 工进 4400.51 8 26.5 6~0.12 86

0.0

Q = A1v2 P = p1 ? Q

启动

1222.22



12.2


p1 = F + p2 A1 A2

?p = 5
加速 退 1545.53 25.24 —

Q = A2 v
0.11

?p = 5
恒速 611.11 15.91 4.5 9

P = p1 ? Q

4.液压缸的工况分析 .液压缸的工况分析
选择调速回路 由图 1 可知,这台机床液压系统功率较小,滑台运动速度低,工作负载 为阻力负载且工作中变化小, 故可选用进口节流调速回路。 为防止铣完工作时负载突然消失 引起运动部件前冲,在回油路上加被压阀。由于系统选用节流调速方式,系统必然为开式循 环系统。

(1)选择油源形式 从工况图可以清楚看出,在工作循环内,液压缸要求油源 提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与 最小流量之比 =0.4/(1.58 × 10-2) ≈ 25 : 其 相 应 的 时 间 之 比

(t1+t2)/t2=(3.3+5.3)/90=0.096。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于 高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度看来,选用单定量泵油源显然 是不合理的,为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量 突变时液压冲击较大,工作平稳性差,且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速 运动,最后确定选用双联叶片泵方案。 (2) 选择快速运动和换向回路 本系统已选择液压缸差动连接和双泵供油两种 快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大,故选用换 向时间可调的电液换向阀式换向回路,以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动 连接,所以选用三位五通电液换向阀。 (3)选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时,速度变化大 (v1/v2=4.5/0.1≈45),为减少速度换接时的液压冲击,选用行程阀控制的换接回 路。 (4)选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后,调压和卸荷问题都 已基本解决。即滑台工进时,高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定, 无需另调压回路。在滑台工进和停止时,低压大流量泵通过夜空顺序阀卸荷,高 压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷, 但功率损失较小, 故可不需要再设卸荷回路。

图 3 整理后的液压系统原理图 将上面选出的液压基本回路组合在一起,并修改和完善,就可得到完整的液 压系统工作原理,如图 3 所示。在图 3 中,为了解决滑台工进时进、回油路串通 使系统压力无法建立的问题,增设了单向阀 6。为了避免机床停止工作时回路中 的油液流回油箱,导致空气进入系统,影响滑台运动的平稳性,图中添置了一个 单向阀 13。图中增设了一个压力继电器 14。当滑台碰上死挡块后,系统压力升 高,它发出快退信号,操纵电液换向阀换向。 (四) 计算和选择液压件 1. 确定液压泵的规格和电动机功率 (1) 计算液压泵的最大工作压力 小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油,由表 7 可知,液压缸在工进时工

作压力最大,最大工作压力为 p1=3.86MPa,如在调速阀进口节流阀调速回路中, 选取进油路上的总压力损失∑△p=0.6 MPa,考虑到压力继电器的可靠动作要求 压差△pe=0.5MPa,则小流量泵的最高压力估算为

≧p1+∑△p+△

=3.86+0.6+0.5=4.96 MPa

大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油,由表 7 可见,快退时液压缸的工 作压力为,比快进时大,考虑到快退时进油不通过调速阀,故其进油路压力损失 比前者小,现取进油路上的总压力损失,则大流量泵的最高工作压力估算为 (2)计算液压泵的流量 由表 7 可知,油源向液压缸输入的最大流量为 0.3,若取回油泄漏系数,则 两个泵的总流量为

≧K

=1.1×0.4×

=0.44×

=26.4L/min
__D_Dd,

考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L/min,工进时流量为 1.58× 则小流量泵的流量最少应为 3.96L/min。 (3)确定液压泵的规格和电动机功率

根据以上压力和流量数值查阅产品样本,并考虑液压泵存在容积损失,最后 确定选取 PV2R12-6/33 型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为 6Ml/r 和 33mL/r,当液压泵的转速时,其理论流量分别为 5.6L/min 和 31L/mL/r, 若取液压泵容积效率
____D_Dd__

=(6×940×0.9/1000+33×940×0.9/1000)L/min =(5.1+27.9) L/min=33 L/min 由于液压缸在快退时输入功率最大,若取液压缸总效率,这时液压泵的驱动 电动机功率为

P≥

=

KW=1.19KW

根据此数值查阅产品样本,选用规格相近的 Y100L-6 型电动机,其额定功率 为 1.5KW,额定转速为 940r/min。

五.拟定液压系统图
1.选择液压基本回路 .
从工况图可知:该系统的流量、压力较小,可选用定量泵和溢流阀组成的供 油源,如图 a 所示。铣床加工有顺锉和逆锉之分,宜采用出口节流调速,具有承

受负切削的能力,如图 b 所示。考虑到工作进给时负载大、速度低,而快进、快 退行程中负载小、 速度快, 所以采用由换向阀联通的差动快速回路, 如图 c 所示。 根据一般专用铣床的要求不高, 采用电磁阀的快慢换接回路, 其特点是结构简单。 选用简便的电气行程开关和挡铁控制行程方式。 为了实现工作台快退选用具单向阀的调速阀,图 4 为所设计的液压系统图。

六.选择液压元件
1.确定液压泵的容量及电动机功率 .
液压泵的工作压力和流量计算。
5 进油路的压力损失取 ?p = 3 × 10 Pa ,回路泄露系数取 K = 1.1 ,则液压泵的

最高工作压力和流量为:

pB = p1 + ∑ ?p = (26.5 + 3) ×105 Pa = 29.5 × 105 Pa
QB = KQmax = 1.1× 4.5 L / min = 5 L / min

根据上述计算数据查泵的产品目录,选用YB-6型定量叶片泵。 (2)确定驱动电动机功率。 由工况图表明,最大功率出现在快退阶段,液压泵总 效率η=0.75 ,则电动机功率为:

P=

?pB ? QB

η

=

(15.91 + 3) × 105 ×

6 ×10?3 60 kW = 0.25kW 103 × 0.75

2.控制阀的选择
根据泵的工作压力和通过各阀的实际流量,选取各元件规 格,如表3所示。
各元件的规格 格表 3 各元件的规格 序 元件名称 号 1 2 3 4 5 定量叶片泵 溢流阀 三位四通电磁阀 单向调速阀 二位三通电磁阀 6 6 6 6 6 YB-6 最大通流量/ L/min) ( 型号规格

6 × 63

Y—10B 10 × 63 34D—10B QI—10B 23D—10B

6 7

单向阀 过滤器

6 6

I—10B XU—B 16 × 100

3.确定油管直径 .
进出液压缸无杆腔的流量,在快退和差动工况时为 2Q ,所以管道流量 Q 按
12 L / min 计算。取压油管流速 v = 3m / s

d ≥ 4.61

Q 12 = 4.61 mm = 9.22mm v 3 ,取内径为 10mm 的管道。

吸油管的流速 v = 1m / s ,通过流量为 6 L / min ,则

d ≥ 4.61

6 mm = 11.29mm 1 ,取内径为 12mm 管道。

确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。

4.确定油箱容积 .
V = 6QB = 6 × 6 L = 36 L

七. 液压系统的性能验算
1. 液压系统的效率
(经计算 ∑

?p1 = 0.63 × 105 Pa

,∑

?p2 = 2.625 × 105 Pa



取泵的效率 ηB=0.75 ,液压缸的机械效率 ηG = 0.9 ,回路效率为:

ηC =
p1 = =(

p1Q1 pBQB

F + A2 ?p2 + ?p1 A1

3960.46 + 6.265 × 10.01× 10?4 × 105 + 0.63 ×105 ) Pa 19.63 × 10 ?4 = 24 ×105 Pa

当工进速度为 1m / min 时,

1.96 × 24 ×105 = 0.29 ηc = 6 × 27 ×105 当工进速度为 60mm / min 时,

ηc =

0.12 × 24 × 105 = 0.0178 6 × 27 × 105

η = 0.75 × 0.9 × (0.29 ~ 0.0178) = 0.196 ~ 0.012

2. 液压系统的温升
(只验算系统在工进时的发热和温升)定量泵的输入功率为:

Pλ =

p y QB

η

=

27 × 105 × 6 kW = 0.36kW 0.75 × 60 × 103

工进时系统的效率 η=0.012 ,系统发热量为:
Η = Pλ (1 ? η ) = 0.36(1 ? 0.012)kW = 0.36kW
3 2 2 ?3 2 ° 取散热系数 K = 15 × 10 kW / m ? C ,油箱散热面积A=O.065 V m 时,

计算出油液温升的近似值: ?T = 0.356 × 103 ° H = C = 33.5 °C < 50 ~ 55 °C KA 15 × 0.065 3 362 ,固合理。





一个星期的时间, 课程设计终于完成了。 在这个过程中我对书本有了更深 的了解, 学到了很多有价值东西, 能达到这样的效果是所有曾经指导过我的老师, 帮助过我的同学,一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在 这里对他们表示深深的谢意! 感谢我的室友及班级好友,因为有你们的帮助,我的课程设计得以顺利完成。 我们之间相互探讨,相互激励,使我总能攻克困难。在我不开心的时候,你们总 会安慰我,我开心的时候总能有你们陪伴,我不会忘记,谢谢你们!
参考文献

[1]上海市职业技术教育课程改革与教材建设委员会组编.液气压传动.北 京:机械工业出版社,2001.9 [2]章宏甲.液压与气压传动.第 2 版.北京:机械工业出版社,2001. [3]许福玲. 液压与气压传动. 武汉:华中科技大学出版社,2001. [4]张世伟.《液压传动系统的计算与结构设计》.宁夏人民出版社.1987. [5]中央电大《液压传动辅导教材》编写小组.《液压传动辅导教材》.中央 电大出版社.


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