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专用铣床的液压系统设计


攀枝花学院本科课程设计(论文)

[专用铣床的液压系统设计]

学生姓名: 学生学号: 院(系) : 年级专业: 指导教师:

**** ****** 机械工程学院 2009 级机制一班 **** 副教授

二〇一二年六月

攀枝花学院本科本科课程设计任务书
题 目 设计一台专用铣床的液压传动系统

1、课程设计的目的 1. 让本科学会运用液压知道解决一些简单的液压设计 2. 学会理解并能熟练运用液压知识 2、 课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等)

设计一台专用铣床,铣头驱动电机的功率为 6.88 千瓦,铣刀直径为 110mm, 转速 350 转/分,如工作台质量为 452 公斤,工件和夹具的质量为 157 公斤,工 作台的行程为 475mm,工进行程为 100mm,快进快退速度为 4.15 米/分,工进速 度为 60~1000 毫米/分,其往复运动的加速(减速)时间为 0.05 秒,工作台用平 导轨静摩擦系数 f s ? 0.2 ,动摩擦系数 f d ? 0.1 ,试设计该机床的液压系统。 1.明确机床对液压系统的要求,进行工作过程分析。
2.初步确定液压系统的参数,进行工况分析和负载图的编制。 运动参数分析。动力参数分析。动作循环图。负载图。速度图。 3.确定液压系统方案,拟订液压系统图。 工作压力的确定。计算液压缸尺寸。确定液压缸所需的流量。夹紧缸的有效面积, 工作压力和流量的确定。 4.选择液压元件和确定辅助装置。 确定执行元件的类型。换向方向的确定。调速方式的选择。快进转工进控制方式的 选择。 终点控制方式的选择。 快速运动的实现和供油部分的设计。 夹紧回路的确定。 5.液压系统的性能验算。 回路压力损失验算。 6.液压装置的结构设计,绘制工作图及编制技术文件。 3、主要参考文献 [1] 王积伟.章宏甲.黄谊.液压传动第 2 版.机械工业出版社 . [2] 张利平.液压传动与控制.西北工业出版社. [3] 马玉贵.马治武.新编液压使用与维修技术大全.中国建材工业出版社. [4] 成大先.机械设计手册.化学工程出版社. 4、课程设计工作进度计划 内容 明确主机对液压系统的要求,进行工作过程分析 初步确定液压系统的参数,进行工况分析和负载图的编制 确定液压系统的方案,拟定液压系统图 确定液压系统零件的类型,并选择相应的液压元件,确定辅助装置 液压系统的性能验算 油箱的结构设计和制图及编制技术文件 合计 指导教师(签字) 日期 年 学时 2 12 8 8 2 8 1周 月 日

课程设计(论文)指导教师成绩评定表
题目名称 评分项目 工 作 表 现 20% 01 02 03 04 05 06 07 08 学习态度 科学实践、调研 课题工作量 综合运用知识的能力 应用文献的能力 设计(实验)能力,方案 的设计能力 计算及计算机应用能力 对计算或实验结果的分析 能力(综合分析能力、技 术经济分析能力) 插图(或图纸)质量、篇 幅、设计(论文)规范化 程度 设计说明书(论文)质量 创新 分 值 6 7 7 10 5 5 5 10 得 分 评价内涵
遵守各项纪律,工作刻苦努力,具有良好的科学 工作态度。 通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠 道获取与课程设计有关的材料。 按期圆满完成规定的任务,工作量饱满。 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题, 能正确处理实验数据,能对课题进行理论分析, 得出有价值的结论。 能独立查阅相关文献和从事其他调研;能提出并 较好地论述课题的实施方案;有收集、加工各种 信息及获取新知识的能力。 能正确设计实验方案, 独立进行装置安装、 调试、 操作等实验工作,数据正确、可靠;研究思路清 晰、完整。 具有较强的数据运算与处理能力;能运用计算机 进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。 具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。

能 力 水 平 35%

成 果 质 量 45%

09 10 11

5 30 10

符合本专业相关规范或规定要求;规范化符合本 文件第五条要求。 综述简练完整,有见解;立论正确,论述充分, 结论严谨合理;实验正确,分析处理科学。 对前人工作有改进或突破,或有独特见解。

成绩

指 导 教 师 评 语

指导教师签名:

年 月 日

1

设计题目

1.1 设计题目
设计一台专用铣床,铣头驱动电机的功率为 6.88 千瓦,铣刀直径为 110mm,转速 350 转/分,如工作台质量为 452 公斤,工件和夹具的质量为 157 公斤, 工作台的行程为 475mm, 工进行程为 100mm, 快进快退速度为 4.15 米/分,工进速度为 60~1000 毫米/分,其往复运动的加速(减速)时间为 0.05 秒,工作台用平导轨静摩擦系数 f s ? 0.2 ,动摩擦系数 f d ? 0.1 ,试设计 该机床的液压系统。

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2 工况分析

2 工况分析
2.1 负载分析
根据给定条件,先计算工作台运动中惯性力 Fm ,工作台与导轨的动摩 擦阻力 Ffd 和静摩擦阻力 F fs
Fm ? FG ?v 5700 ? 0.058 ? ? 674 (N) g ?t 9.81? 0.05

(2-1) (2-2) (2-3)

Ffd ? f d ( FG1 ? FG 2 ) ? 0.1? (4520 ? 1570) ? 609 (N) FfS ? f s ( FG1 ? FG 2 ) ? 0.2 ? (4520 ? 1570) ? 1218 (N)

其中, FG1 ? m1 g ? 452 ?10 ? 4520 (N)
FG 2 ? m2 g ? 157 ?10 ? 1570 (N) FG ? FG1 ? FG 2 ? 4520 ? 1570 ? 6090 (N)

由铣头的驱动电机功率可以求得铣削最大负载阻力 Ft :
Ft ? P v

(2-4)

n? d 350 ? 3.14 ? 0.11 ? ? 2.015 m s 60 60 P 6880 所以, Ft ? ? ? 3414 v 2.015

其中 v ?

同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力 (取液压缸的机械效率 ?m ? 0.9 ) , 工 作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表 2-1 中, 负载循环图如图 2-1 所 示。

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2 工况分析

表 2-1 各阶段负载值

工况 起动 加速 快进 工进 反向起动 反向加速 快退

负载计算公式
F ? F fs F ? Ffd ? Fm

液压缸负载 F(N) 1218 1283 609 4023 1218 1283 609

液压缸推力 F0 (N) 1353 1426 677 4470 1353 1426 677

F ? F fd F ? Ffd ? Ft
F ? F fs F ? Ffd ? Fm F ? F fd

图 2-1 负载循环图

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2 工况分析

2.2 运动分析
根据给定条件,快进、快退速度为 0.069m/s,其行程分别为 375mm 和 475mm ,工进速度为 60~1000 mm/s (即 0.001~0.0167m/s ) ,工进行程 100mm,绘出速度循环图如图 2-2 所

图 2-2 速度循环图

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3 确定液压缸参数

3 确定液压缸的参数

3.1 初选液压缸的工作压力
根据液压缸推力为 4470N(表 2-1),按表(见教材表 11-2)的推荐值, 初选工作压力为 10 ?105 Pa.

3.2 确定液压缸尺寸
由于铣床工作台快进和快退速度相同,因此选用单杆活塞式液压缸,并 使 A1 ? 2 A2 ,快进时采用差动连接,因管路中有压力损失,快进时回油路压力 损失取 ?p ? 5 ?105 Pa,快退时回油路压力损失亦取 ?p ? 5 ?105 Pa。工进时, 为使运动平稳,在液压缸回路油路上须加背压阀,背压力值一般为
(5 ? 10) ?105 Pa,选取背压 p2 ? 6 ?105 Pa。

根据 F ? ( P 1A 1?P 2 A2 )?m ,可求出液压缸大腔面积 A1 为
A1 ? F ? 4470 ? 0.0071m2 6 0.9 ? (10 ? ) ?105 2

?m ( P 1?
4 A1

P2 ) P 1

(3-1)

D?

?

?

4 ? 0.0071 ? 0.095m 3.14

(3-2)

根据 GB2348-80 圆整成就近的标准值,得 D=90mm ,液压缸活塞杆直径 d?D ? 63.65mm ,根据 GB2348-80 就近圆整成标准值 d=63mm,于是液压 2 缸实际有效工作面积为
A1 ?

?
4

D2 ?

?
4

? 0.092 ? 0.0064m2

(3-3)

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3 确定液压缸参数

A2 ?

?
4

( D2 ? d 2 ) ?

?
4

(0.092 ? 0.0632 ) ? 0.0032m2

(3-4)

3.3 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值
3.3.1 快进阶段
1、启动阶段
F / ?m ? 1353N p1 ? ( F0 / ?m ) / ( A1 ? A2 ) P2 ? O

(3-5) (3-6)

故 p1 ? 1353 / (0.0064 ? 0.0032) ? 0.423MPa 2、加速阶段
F / ?m ? 1426N p2 ? p1 ? ?p

(3-7)

p1 A1 ? F / ? m ? p2 A2 ? p1 ? ( F / ? m ? ?pA2 ) / ( A1 ? A2 ) =(1426+0.5 ? 106 ? 32 ? 10-4 )/(64-32)? 10-4 =0.946MPa

(3-8)

3、恒速阶段
F / ?m ? 677N p2 ? p1 ? ?p

p1 A1 ? F / ?m ? p2 A2 ? p1 ? ( F / ?m ? ?pA2 ) / ( A1 ? A2 ) =(677+0.5 ? 106 ? 32 ? 10-4 )/32 ? 10-4 =0.712MPa

又因为
q ? ( A1 ? A2 )? ?1 ? 32 ?10?4 ? 4.15 ? 13.3 ? 10-3 m3 / min ? 13.3L / min

(3-9)
q ? 0.712 ?10 ?13.3 ?10 / 60 ? 0.16kw 故输入功率为: P ? p1 ?
6 ?3

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3 确定液压缸参数

3.3.2 工进阶段
F / ?m ? 4470N
p1 A1 ? F / ? m ? p2 A2 ? p1 ? ( F / ? m ? p2 A2 ) / A1 =(4470+0.6 ? 106 ? 32 ? 10 -4 )/64 ?10-4 ? 0.998MPa

p2 ? 0.6MPa

(3-10)

因为:q ? A1 ??2 ? 64 ?10?4 ?1.0m3 / min ? 6.4 L / min

(3-11)

或: q ? A1 ? v2 ? 64 ?10?4 ? 0.06 ? 0.384 ?10?3 m3 / min ? 0.384 L / min
故输入功率为: P ? p1 ? q ? 0.998 ?10 ? 6.4 ?10
6 ?3

/ 60 ? 1.065kw

(3-12)

或: P ? p1 ? q ? 0.998 ?10 ? 0.384 ?10
6

?3

? 0.383kw

3.3.3 快退阶段
1、启动阶段
F / ?m ? 1353N p1 ? ( F / ?m ) / A2 p2 ? 0

故 p1 ? 1353 / 32 ?10?4 Pa ? 0.423MPa 2、加速阶段
F / ?m ? 1426 N P2 ? 0.5MPa

p1 A2 ? F / ?m ? p2 A1 ? p1 ? ( F / ?m ? p2 A1 ) / A2 =(1426+0.5 ? 106 ? 64 ? 10-4 )/32 ? 10-4 ? 1.446MPa
3、恒速阶段
F / ?m ? 677 N p2 ? 0.5MPa

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3 确定液压缸参数

p1 A2 ? F / ?m ? p2 A1 ? p1 ? ( F / ?m ? p2 A1 ) / A2 =(677+0.5 ? 106 ? 64 ? 10-4 )/32 ? 10-4 ? 1.212MPa

又因为
q ? A2 ? ?3 ? 32 ? 10?4 ? 4.15 ? 13.3 ? 10-3 m3 / min ? 13.3L / min

(3-13)

故输入功率为:
P ? p1 ?q ? 1.212 ?106 ?13.3 ?10?3 / 60 ? 0.269kw

根据上述计算各参数值列入表 3-1 所示。

表 3-1 液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值

进油 工况 推力 F/N 回油腔压力
p 2 /MPa

腔压 力 P1 MPa

输入 流量 q L/min — — 13.3

输入 功率 P/kw — — 0.16
p1 ? F /( A1 ? A2 )
p1 ? ( F ? A2 ?p ) / ( A1 ? A2 ) q ? ( A1 ? A2 )v1 P ? p1q

计算公式

起动 快进 加速 恒速

1353 1426 677

0
p2 ? p1 ? ?p ?p ? 0.5MPa

0.423 0.946 0.712

工进

4470

0.6

0.998

0.384~ 0.383~ 6.4 — — 13.3 1.065 — — 0.269

p1 ? ( F ? A2 p2 ) / A1 q ? A1v2 P ? p1q

起动 快退 加速 恒速

1353 1426 677

0

0.423 1.446

p1 ? F / A2
p1 ? ( F ? A1 p2 ) / A2 q ? A2 v3 P ? p1q

0.5

1.212

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3 确定液压缸参数

3.3.4 绘制液压缸工况图
根据表 3-1 计算结果,分别绘制 P-L、Q-L 和 N-L 图,如图 3-1 所示

P-L 图

q-L 图

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3 确定液压缸的参数

P-L 图 图 3-1 p-L、q-L 和 P-L 图

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4 液压系统图的拟定

4
4.1 液压回路的选择

液压系统图的拟定

首先选择调速回路,由表 1-3 中的数据可得知,这台机床液压系统功率 很小,滑台运动速度低,工作负载变化小,可以采用进口调速回路的形式。 为了解决进口调速回路在负载变化时的突然前冲现象,回油路上要设置背压 阀。 由于液压系统选用了节流调速的方式, 系统中的油液循环必定是开式的。 从系统压力流量表 1-3 中可以看到,在液压系统的工作循环内,液压缸要求 压力变化不大。快进、快退所需的时间和工进所需的时间分别为:
t1 ? (l1 / v1 ) ? (l3 / v3 ) ? (l1 ? l3 ) / v1 ? (375 ? 475) ? 10?3 / 0.0692 ? 12 s
t2 ? l2 / v2 ? 100 ?10?3 / (1/ 60) ? 6s

(4-1)

(4-2)

或: t2 ? l2 / v2 ? 100 ?10?3 / (0.06 / 60) ? 100s 所以工进时间占总时间的比率为:
t2 6 ? 100 ?100% ? ?100% ? 33.3% ? 89.3% t1 ? t2 (6 ? 100) ? 12

(4-3)

因此从节能和节约成本的角度考虑,采用单个液压泵就可以满足系统的工作 要求,如图 4-1 所示

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4 液压系统图的拟定

图 4-1 液压回路的选择

图 4-2 换向回路

图 4-3 速度换接回路

其次是选择快速运动和换向回路,系统中采用节流调速后,不管采用什 么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸的两腔,以实现快速运动。 在本系统中,单杆液压缸要作差动连接,所以他的快退快进换向回路应采用 图 4-3 所示的形式。 再次选择速度换接回路。由表 1-3 中的流量变化关系得知,当滑台从快 速转为工进时,输入液压缸的流量由 13.3L/min 降低为 6.4L/min,滑台速度 变化较大,宜选用行程阀来控制速度换接,以减小液压冲击,如图 4-3。
当滑台由工进转为快退时,回油中通过的流量较大——输入流量为 13.3L/min,回油流 量为 13.3x(64/32)L/min=26.6L/min。为了换向平稳,可采用电磁换向阀式换接回路 即可满足要求,如见图 4-2,由于这一回路要实现差动连接,换向阀必须是五通的。最 后再考虑压力控制回路。系统的调压问题和卸荷问题已经在油源中解决如图 4-1。

4.2 液压回路的综合
把上面选出的各种回路组合在一起,就可以得到图 4-4 所示的液压系统 原理图并对存在的问题进行必要的如下修改和整理: 1、为了解决滑台工进时图中进油路、回由路相互接通,系统无法建立压 力的问题,必须在换向回路中 A 处串接一个单向阀,将工进时的进油路和回 油路隔断。 2、为了解决滑台快进时回油路接通油箱,无法实现差动连接的问题,必 须在回路中 C 处串联一个液控顺序阀,以阻止油液在快进阶段返回油箱。 3、为了解决机床停止工作时系统中的油液回油箱,导致空气进入系统, 影响滑台运动的平稳性问题,必须在电磁阀的出口 B 处增设一个单向阀。

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4 液压系统图的拟定

4、为了便于系统自动发出快退信号,由于整个系统的压力变化较小,故 在调速阀输出端 D 处须增设一个行程开关即可。 经过上述修改及计算知此系统应当选择变量泵,所以整理后的液压系统 如图 4-5 所示,它的各方面都比较合理、完善了。

11

1-叶片泵 2-三位五通电磁阀 3-行程阀 4-节流阀 5-溢流阀 6-单向阀 7-背压阀 8-过滤器 9-调速阀

图4-5 液压回路的综合和整理 图 4-4 液压回路的综合和整理
1—叶片泵 3—行程阀 5—溢流阀 7—背压阀 9—调速阀 2—三位五通电磁阀 4—节流阀 6—单向阀 8—过滤器 1—叶片泵 3—单向阀

图 4-5 整理后的液压系统图 2—三位五通电磁阀 4—溢流阀 5-调速阀 8—压力继电器

6—行程阀 7—背压阀 9—过滤器 11—液压缸

10—液控顺序阀

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5 液压元件的选择

5 液压元件的选择
5.1 液压泵的选择
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 1.446MPa, 如取进油路上的 压力损失为 0.5MPa(见教材表 11-4) ,压了继电器调整压力高出系统最大压 力值为 0.9MPa,则泵的最大工作压力应为:
p p ? (1.446 ? 0.9 ? 0.4) MPa ? 2.746MPa

泵向液压缸提供的最大流量为 13.3L/min(见表 1-3) ,若回路中的泄露按照 液压缸输入流量的 10%估计,则泵的流量为
q p ? 1.1?13.3L / min ? 14.63L / min 。

由于溢流阀最小稳定流量为 3L/min,而工进时输入流量为 6.4 L/min, 根据以上压力和流量是数值查阅产品样本, 最后确定选取 YB-A16B 型变量泵, 液压泵的理论排量为: qt p ? 16.3mL / r ,输出流量为 q p ? 13.7 L / min ,额定转 速取 1000r/min。 故其能满足要求。 由于液压缸在工进时的输入功率最大,这时液压泵的工压力为 2.746MPa、流量为 13.7L/min。取泵的总效率? p ? 0.75 ,则液压泵的驱动电 机的所需功率为:

P?

ppqp

?p

?

13.7 ? 2.746 ? 0.836kw 60 ? 0.75

(5-1)

根据此数值按 JB/T8680.1—1998,查阅电动机产品样本选取 Y801-2 型电动 机,其额定功率为 Pn ? 0.75kw ,额定转速 nn ? 2830r / min 。

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5 液压元件的选择

5.2 阀类元件及辅助元件的选择
根据阀类及辅助元件所在的油路的最大工作压力和通过该元件的最大实 际流量,可以选出这些液压元件的型号及规格见表 5-1,表中序号与图 4-6 中标号相同。

表 5-1 元件的型号及规格

估计通 序号 元件名称 变量叶片 泵 三位五通 电磁阀 单向阀 溢流阀 调速阀 行程阀 背压阀 行程开关 过滤器 液控顺序 阀 过流量 L/min 1 —

额定 流量 /L/min 16.3

额定 压力 /MPa 7

额定压 降/MPa —

型号、规格

YB-A16B 35DF3Y-E10 B AF3-Ea10B YF3-E10B AXQF-E10B AXQF-E10B FBF3-6B LX19A-111 XU-40 ? 200 XF3-C10B

2 3 4 5 6 7 8 9 10

27 12 20 6.4 30 0.5 — 15 22

80 63 40 0.07-50 63 63 — 40 63

16 16 6.3 16 16 16 — — 0.5-1 6

<0.5 <0.2 — — <0.25 — — <0.02 <0.3

5.3 油管的选择
各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定,液压缸进、出口油管则按 输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、 出流量由节流阀与调速阀决定,故液压缸在各个阶段的进、出流量均可调整到与 原定数值相同,当要保证快进速度为 7.02m/min 时,则节流阀的输出流量应为:

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5 液压元件的选择

q节 ? v1 ( A1 ? A2 ) ? 7.02 ? 24.62 ?10?4 ? 17.28 ?10?3 m3 / min ? 17.28L / min

(5-2)

所以液压缸在各阶段的进、出流量及流速表 5-2:

表 5-2

液压缸的进、出流量及流速

流量 流速 输入 流量 L/min 排出 流量 L/min

快进

工进

快退

q1 ? ( A1q p ) / ( A1 ? A2 ) ? (64 ?13.7) / 32 ? 27.4
q2 ? ( A2 q1 ) / A1 ? (32 ? 27.4) / 64 ? 13.7
q2 ? ( A2 q1 ) / A1 ? (6.4 ? 32) / 64 ? 3.2
q1 ? 6.4

q1 ? q p ? 13.7

q2 ? ( A1q1 ) / A2 ? (13.7 ? 64) / 32 ? 27.4

运动速度 m/min

v1 ? qp ( / A1 -A2) =13.7 ? 10-3 / 32 ?10?4 ? 4.28

v2 ? q1 / A1 ? 6.4 ? 10-3 / 64 ?10?4 ?1

v3 ? q1 / A2 ? 13.7 ? 10-3 / 32 ? 10 ?4 ? 4.28

由表中数据可知所选液压泵的型号、规格是适宜的。 由表 3-1 可知,该系统中最大压力小于 3MPa,油管中流速取 2.5~3m/s;所以当 油液在压力管中流速取 3m/min 时, 公式 d ? 2
q ?v

(5-3)

可算得与液压缸无杆腔相连的油管内径分别为:
d ? 2 ? q1 / ?? ? 2 ? (27.4 ? 106 ) / (? ? 3 ?103 ? 60) ? 13.9mm d ? 2 ? q2 / ?? ? 2 ? (13.7 ?106 ) / (? ? 3 ?103 ? 60) ? 9.85mm
这两根油管都按 GB/T8163 选项用外径 14mm、内径 8mm 的无缝钢管。

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5 液压元件的选择

5.4 油箱的计算
油箱容积公式 V ? ? q p 估算,当取 ? 为 4 时,求得其容积为:
V ? ? q p ? 4 ?13.7 ? 54.8L 按 JB/7938-1999 规定,取标准值 V=66L

(5-4)

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6 液压系统性能的验算

6 液压系统性能的验算

6.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值
由于系统的油路布置尚未具体确定,整个系统的压力损失无法全面估 算,故只能先按式 ?p? ? ?pr (
q 2 ) 估算阀类元件的压力损失,待设计好管路 qr

布局图后,加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统, 管路的压力损失甚微,可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中 不同阶段分别进行。

6.1.1 快进
滑台快进时,液压缸差动连接,由表 5-1 和表 5-2 可知,进油路上油液 通过单向阀 3 电磁换向阀 2 的流量是 13.7L/min, 然后与有杆腔的回油汇合, 以 27.4L/min 通过行程阀 7 并进入无杆腔,从而进油路上的总压降为:

? ?p

V

? 0.2 ? (13.7 / 63) 2 ? 0.5 ? (13.7 / 80) 2 ? 0.25 ? (27.4 / 63) 2 ? 0.071MPa

(6-1) 此压力值不大,不会会使压力阀打开,故可保证从节流阀流出的油液全部进 入液压缸。 回油路上, 液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 2 和单向阀 3 的流量 都是 13.7L/min,然后与液压泵的供油合并,经行程阀 7 流入无杆腔。由此 可算出快进时有杆腔压力 p2 与无杆腔压力 p1 之差。
?p ? p2 ? p1 ? 0.5 ? (13.7 / 80) 2 ? 0.2 ? (13.7 / 63) 2 ? 0.25 ? (27.4 / 63) 2 ? 0.071MPa
18

(6-2)

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6 液压系统性能的验算

此值小于原估计值 0.5MPa(见表 3-1) ,所以是偏安全的。

6.1.2 工进
工进时, 油液在油路上通过单向阀 3 和电磁换向阀 2 的流量为 6.4L/min, 在调速阀 6 处的压力损失为 0.5MPa;油液在回油路上通过换向阀 2 的流量 是 3.2L/min,在背压阀 7 处的压力损失为 0.5MPa,通过顺序阀 10 的流量为 (3.2+13.7)L/min,因此这时液压缸回油腔的压力 p2 为:
2 p2 ? [0.5 ? (6.4 / 80) 2 ? 0.5 ? 0.3 ? ( 16.9 / 63) ] ? 0.524 MPa

(6-3)

可见此值小于原估计值 0.8MPa。 故可按表 3-1 中公式重新计算工进时液压缸 进油腔压力 p1 ,即:

p1 ? ( F '? p2 A) / A1 ?(4070+0.524 ?106 ? 32 ?10-4 )/(64 ?10-4 ?106 ) ? 0.898MPa
(6-4) 此值与表 1-3 中数值 0.936MPa 相近。溢流阀 4 的调压
p p1 A ? p1 ? ? ?p1 ? 0.898 ? 0.5 ? (6.4 / 80) 2 ? 0.9012MPa
p p1 A

应为 (6-5)

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6 液压系统性能的验算

6.1.3 快退
快退时,油液在进油路上通过单向阀 3 、电磁换向阀 2 的流量为 13.7L/min, 油液在回油路上通过换向阀 2 和单向阀 3 的流量为 27.4L/min. 因此进油路上总压降为: ? ?pV 1 ? 0.3 ? (13.7 /100)2 ? 0.5 ? (13.7 / 80)2 ? 0.020MPa (6-6)

此值较小,液压泵驱动电机的功率是足够的。所以快退时液压泵的最大工 作压力
pp

应为: (6-7)

p p ? p1 ? ? ?pV 1 ? 0.892+0.020=0.912MPa

因此大流量液压泵卸荷的顺序阀 11 的调节器压应大于 0.912MPa。

6.2

油液温升验算
工进在整个工作循环中所占的时间比例达 33.3% ? 89.3%,所以系统发 热和油液温升可用工进时的情况来计算。工进时液压缸的有效功率为 po ? Fv ? 4470 ?1000 / (60 ?103 ) ? 0.0745kw (6-8) 由于使用变量泵,则液压泵的出油量是根据系统所需油量出油的,又在工 进时所需油液为 0.08L/min,同时回路中油液损失按 10%计算,则液压泵出 油量为: q p ? 0.9 ? 0.08 ? 0.072 L / min ,由手册查得,变量叶片泵的效率可 取 0.8,故此时液压泵总的输出功率为:
Pi ? p p q p / ? ? 14.63 ?10?3 ? 2.746 ?106 / 0.8 ? 0.837kw 60

(6-9)

由此得液压系统的发热量为: H i ? pi ? po ? 0.837 ? 0.0745 ? 0.763kw (6-10) 由于在液压系统中,油管的散热面积相对于油箱来说小的多,可以忽略不 计,故系统主要考虑油箱的热量问题。因为液压系统采用变量泵供油,其 发热量根据经验公式 ?T ? H i / 3 V 2 ?C 可算得,式中 V 为油箱的有效体积,

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6 液压系统性能的验算

由前面计算可知 V=60L,故其发热量为:
?T ? H i / 3 V 2 ?C ? 0.763 ?103 / 3 (66)2 ?C ? 47.69 ?C

(6-11)

该系统的温升没有超出允许范围,液压系统中不需要设置冷却器。

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攀枝花学院本科课程设计

7 油箱的设计

7

油箱的设计

由前面计算可知,该液压系统所需油液体积为:V=54.8L,但应考虑油 箱内散热条件,由相关资料查得油箱顶面应高出油液高度 10%-15%,所以油 箱的内体积应为: V ' ? 1.1? 54.8 ? 60.28L ,并取标准容积为 66L,且选择开 式油箱,考虑到油箱的整体美观大方,将其设计成为带支撑脚的长方体形油 箱。所以其长、宽、高尺寸均按国家规格选取,其外形图如图 5 所示。

注油器 液 位 计

清 洗 孔

离地 间隙

个固定孔
图 7-1 油箱外形图

根据有关手册及资料初步确定其外形尺寸为如表 7-1 所示:

表 7-1 油箱的轮廓参数

公称 容量 68L

B1 463mm

B2 415mm

L1 600mm

L2 520mm

H 350mm

近似 油深 350mm

固定 孔径 14mm

最小 壁厚 3mm

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7 油箱的设计

基于上表中数据设计油箱如下:

7.1 壁厚、箱顶及箱顶元件的设计
由表中数据分析可采取钢板焊接而成,故取油箱的壁厚为: ? ? 3mm , 并采用将液压泵安装在油箱的上表面的方式,故上表面应比其壁要厚,同时 为避免产生振动,则顶扳的厚度应为壁厚的 4 倍以上,所以取: ? 顶 ? 5? ? 5 ? 3 ? 15mm ,并在液压泵与箱顶之间设置隔振垫。 在箱顶设置回油管、泄油管、吸油管、通气器并附带注油口,即取下通气帽 时便可以进行注油,当放回通气帽地就构成通气过滤器,其注油过滤器的滤 网的网眼小于 250? m ,过流量应大于 20L/min。另外,由于要将液压泵安装 在油箱的顶部,为了防止污物落入油箱内,在油箱顶部的各螺纹孔均采用盲 孔形式,其具体结构见油箱的结构图。

7.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计
在此次设计中采用箱顶与箱壁为不可拆的连接方式, 由于油箱的体积也 相对不大,采用在油箱壁上开设一个清洗孔,在法兰盖板中配以可重复使用 的弹性密封件。法兰盖板的结构尺寸根据油箱的外形尺寸按标准选取,具体 尺寸见法兰盖板的零件结构图,此处不再着详细的叙述。为了便于油箱的搬 运,在油箱的四角上焊接四个圆柱形吊耳,吊耳的结构尺寸参考同类规格的 油箱选取。 在油箱的箱体另一重要装置即是液位计了, 通过液位计我们可以随时了 解油箱中的油量,同时选择带温度计的液位计,我们还可以检测油箱中油液 的温度,以保证机械系统的最佳供油。将它设计在靠近注油孔的附近以便在 注油时观察油箱内的油量。

7.3 箱底、放油塞及支架的设计
在油箱的底设置放油塞,可以方便油箱的清洗和换油,所以将放油塞设 置在油箱底倾斜的最低处。同时,为了更好地促使油箱内的沉积物聚积到油
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7 油箱的设计

1/ 20 。在油箱的底部,为了便于 箱的最低点,油箱的倾斜坡度应为:1/ 25~
放油和搬运方便,在底部设置支脚,支脚距地面的距离为 150mm,并设置 加强筋以增加其刚度,在支脚设地脚螺钉用的固定。

7.4 油箱内隔板及除气网的设置
为了延长油液在油箱中的逗留时间,促进油液在油箱中的环流,促使更 多的油液参与系统中的循环, 以更好地发挥油箱的散热、 除气、 沉积的作用, 在油箱中的上下板上设置隔板,其隔板的高度为油箱内油液高度的 2/3 以 上。并在下隔板的下部开缺口,以便吸油侧的沉积物经此缺口至回油侧,经 放油孔排出。如图 8:

图7-2

油箱隔板

在油箱中为了使油液中的气泡浮出液面,并在油箱内设置除气网,其 ? ? 网眼的直径可用网眼直径为 0.5mm 的金属网制成,并倾斜 10 ~30 布置。 在油箱内回油管与吸油管分布在回油测和吸油测,管端加工成朝向箱壁的 45? 斜口,以便于油液沿箱壁环流。 油管管口应在油液液面以下,其入口应高于底面 2~3 倍管径,但不应小于 20mm,以避免空气或沉积物的吸入或混入。对泄油管由于其中通过的流量 一般较小,为防止泄油阻力,不应插入到液面以下。另外在油箱的表面的通 孔处,要妥善密封,所以在接口上焊上高出箱顶 20mm 的凸台,以免维修时 箱顶的污物落入油箱。

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7 油箱的设计

7.5 油箱的装配图的绘制
采用 CAD 绘制油箱的装配图见图Ⅱ以及系系统原理图见图Ⅰ。

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参考文献

[1] 王积伟,章宏甲,黄谊.主编. 液压传动. 机械工业出版社.2006.12 [2] 成大先. 主编.机械设计手册单行——本机械传动. 化学工业出版社 2004.1 [3] 何玉林,沈荣辉,贺元成.主编.机械制图. 重庆大学出版社.2000.8 [4] 路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.2002 [5] 雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.1990

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总结

总 结

一周的液压课程设计马上就要结束了,这次的课程设计对于我们每个同学 来说都是一次机会也是一次挑战, 要在短短的一周时间内把自己所学的知识应用 于实际中并取得预期的效果,这是对我们每个人所学知识的检验,也是对我们学 习态度的考验, 虽然在搞设计的过程中曾遇到重重困难但我从来没有想过放弃或 走什么捷径,因为这是一次难得的提升自己学习能力的机会,作为机制专业的在 校学生课程设计就是我们最好的实践机会。通过这次设计,学以致用,把所学的 知识融入到实际操作中,使我对知识的认知能力得到了提升。感谢学校给我们的 实践机会,希望在以后的学习中能有更多这样的机会。

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