当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

设计一台专用铣床液压系统


攀枝花学院本科毕业设计(论文)

目录





1、设计题目…………………………………………………………………………1 设计题目 2、工况分析…………………………………………………………………………1 工况分析 2 2.1 负载分析…………………………………………………………………… 2 2.2

运动分析…………………………………………………………………… 3、确定液压缸参数…………………………………………………………………3 确定液压缸参数
3.1 初选液压缸的工作压力 ………………………………………………………3 3.2 确定液压缸尺寸………………………………………………………………3 液压缸工作循环中各阶段的压力、 3.3 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率计算值 …………………………4 3.4 绘制液压缸工况图 ……………………………………………………………4

4、拟定液压系统图 …………………………………………………………………6
4.1 选择液压回路 ………………………………………………………………6 4.1.1 调速回路 ………………………………………………………………6 4.1.2 换向回路和卸荷回路 ……………………………………………………6 4.1.3 快速运动回路……………………………………………………………6 4.1.4 压力控制回路……………………………………………………………7 4.2 液压系统合成 ………………………………………………………………8

5、选择液压元件 ……………………………………………………………………8
5.1 选择液压泵和驱动电机 ………………………………………………………8 5.2 选择控制元件…………………………………………………………………9 5.3 选用辅助元件 ………………………………………………………………10

6、液压系统性能验算………………………………………………………………10 液压系统性能验算
6.1 回路中压力损失 ……………………………………………………………10 6.1.1 工进时压力损失…………………………………………………………10 6.1.2 快退时压力损失…………………………………………………………11 6.2 确定液压泵工作压力…………………………………………………………12 6.3 液压系统的效率 ……………………………………………………………13 6.4 液压系统的发热温升验算……………………………………………………13

参考文献……………………………………………………………………………14 参考文献
液压系统图) 附录 (液压系统图) (液压油缸图) 液压油缸图)

1

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

1 设计题目

1
1.1 设计题目

设计题目

设计一台专用铣床,铣头驱动电机的功率为 6.8 千瓦,铣刀直径为 120mm, 转速 350 转/分,如工作台质量为 450 公斤,工件和夹具的质量为 150 公斤,工 作台的行程为 400mm,工进行程为 100mm,快进快退速度为 4.5 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。

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 F fd 和静摩擦阻力 F fs Fm = FG ?v 6000 × 0.075 = = 917 (N) 9.81× 0.05 g ?t (2-1) (2-2) (2-3)

F fd = f d ( FG1 + FG 2 ) = 0.1× (4500 + 1500) = 6000 (N) F fS = f s ( FG1 + FG 2 ) = 0.2 × (4500 + 1500) = 1200 (N)

其中, FG1 = m1 g = 450 × 10 = 4500 (N) FG 2 = m2 g = 150 ×10 = 1500 (N) FG = FG1 + FG 2 = 4500 + 1500 = 6000 (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

其中 v =

nπ d 350 × 3.14 × 0.12 = = 2.198 m s 60 60 P 6800 = = 2282 v 2.98

所以, Ft =

(2-4)

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 ηm = 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。

2

攀枝花学院本科毕业设计(论文) 表 2-1 各阶段负载值

2 工况分析

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 = F fd + Fm F = F fd F = F fd + Ft F = F fs F = F fd + Fm F = F fd

液压缸负载 F(N) 1200 1517 600 3694 1200 1517 600

液压缸推力 F0 (N) 1333 1686 667 4104 1333 1686 667

图 2-1 负载循环图

2.2 运动分析
根据给定条件, 快进、 快退速度为 0.075m/s, 其行程分别为 300mm 和 400mm, 工进速度为 60~1000m/s(即 0.001~0.0167m/s) ,工进行程 100mm,绘出速度循 环图如图 2-2 所示。

3

攀枝花学院本科毕业设计 (论文)

3 确定液压缸参数

图 2-2 速度循环图

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 4014N(表 2-1),按表 11-2(书)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 p1 A1 = p2 A2 + F0 ,可求出液压缸大腔面积 A1 为
A1 = F0 4104 = = 0.0058( m 2 ) p1 ? 0.5 p2 (10 ? 0.5 × 6) × 105

(3-1)

D=

4 A1

π

=

4 × 0.0058 = 0.086(m) 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
4

攀枝花学院本科毕业设计 (论文)

3 确定液压缸参数

d=D

2

= 63.65mm , 根据 GB2348-80 就近圆整成标准值 d=63mm, 于是液压缸实

际有效工作面积为
A1 = A2 =

π
4

D2 =

π
4

× 0.092 = 0.006m 2

(3-3) (3-4)

π
4

(D2 ? d 2 ) =

π
4

(0.09 2 ? 0.0632 ) = 0.003m 2

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(见
表 3-1)
表 3-1 各阶段的压力、流量和功率的计算值

液压缸 工况

F0 (N)

p2 ×105
Pa 0

p1 ×105 Pa
9.4

Q(m ) s

3

N(W)

起 动 快进 (差 动) 加 速 恒 速 工进 起 动 快退 加 速 减 速

1333

1686

5

10.6

0.225

162

667

5

7.2

4104

6

9.84

0.006 0.1

5.9~98.4

1333

0

1686

5

15.6

0.225

274.5

667

5

12.2

3.4 绘制液压缸工况图
根据表 10-3 计算结果,分别绘制 P-L、Q-L 和 N-L 图,如图 3-1 所示

5

攀枝花学院本科毕业设计 (论文)

3 确定液压缸参数

P-L 图

Q-L 图

N-L 图 图 3-1 -L、Q-L 和 N-L 图
6

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

4 拟定液压系统图

4 拟定液压系统图
4.1 选择液压回路
4.1.1 调速回路
由工况图 3-1 可知,该铣床液压系统功率小,因此选用节流调速方式,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。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲,在回油路上加背压阀。由 于系统选用节流调速方式,系统必然为开式循环系统。。考虑到铣削加工中有顺 铣和逆铣两种工况, 宜采用调速阀来保证速度稳定, 并将调速阀装在液压缸回油 路上起阻力作用,使工作台低速运动时比较平稳,如图 4-1(a)和 4-1(A)所示, 由于本系统滑台由快进转为工进时, 速度变化不大, 为减少速度换接时的液压冲 击,从节约成本考虑,选用如图 4-1(a)所示的调速回路。

(a) 图 4-1 调速回路

(A)

4.1.2 换向回路和卸荷回路
铣床工作台采用单活塞杆液压缸驱动。 由工况图可知, 系统压力和流量都不 大,同时考虑工作台工作一个循环后装夹具时间比较长,为方便工作台的手动, 选用三位四通 U 型电磁换向阀, 并由电气行程开关配合实现自动换向, 如图 4-2b 所示

4.1.3 快速运动回路
为实现工作台快速进给,选用二位三通电磁换向阀构成液压缸的差动连接。 这种差动连接的快速运动回路,结构简单,也比较经济,如图 4-2a 所示。在图 4-2a-b 中结构复杂不利于控制,所以选择 4-2a 所示的回路,一起同 4-2b 组成 的快速、 换向回路, 同样可以实现差动连接。 同时验算回路的压力损失比较简便, 所以不选用图 4-2a-b 所示的回路。
7

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

4 拟定液压系统图

(a)

(b)

(a-b) 图 4-2 快速和换向回路

4.1.4 压力控制回路
由于液压系统流量很小,铣床工作台工作进给时,采用回油路节流调速,故 选用定量泵供油比较、 经济, 如图 4-1a 所示.调压回路采用先导式溢流阀维持液 压泵出口压力恒定。当换装工件时,工作台停止运动,液压泵卸荷回路采用小型 二位三通电磁阀控制先导型溢流阀,实现液压泵的卸荷。而从提高系统效率、节 省能量角度来看,选用双联叶片泵油源显然是不合理的,如图 4-3b 所示,其结 构复杂,控制也复杂,所以不适宜选用此方案。

(a) 图 4-3 压力控制回路
8

(b)

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

5 选择液压元件

4.2 液压系统合成
根据以上选择的液压基本回路, 合成为图 4-2 所示的定量泵-回油路节流调 速液压系统图。

图 4-2 液压系统合成

5 选择液压元件
5.1 选择液压泵和驱动电机
取 液 压 系 统 的 泄 漏 系 数 K=1.1 则 液 压 泵 的 最 大 流 量
QB ≥ K ( ∑ Qi ) max = 1.1× 0.225 × 103 = 0.248 ×10 ?3 m3 / s ,即 QB =14.88L/min。根据拟

故 定的液压系统是采用回油路节流调速, 进油路压力损失选取 ∑ ?p = 5 × 105 Pa , 液压泵工作压力为:
9

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

5 选择液压元件

pB = p1 + ∑ ?p = (9.84 + 5) ×105 = 14.84 × 105 Pa 。 pB = 14.84(1 + 25%) × 105 = 18.85 ×105 Pa .

(5-1)

考虑到系统动态压力因素的影响,液压泵的额定工作压力为: (5-2) 根据 QB 、 pB 和已选定的单向定量泵型式,查手册书(二)选用 YB1 ? 16 型 定量叶片泵。该泵额定排量为 16mL/r,额定转速 960r/min,其额定流量为
0.256 × 10?3 m3 / s ,由工况图知,最大功率在快退阶段,如果取液压泵的效率为

为 0.75,驱动液压泵最大输入功率 N B 为: NB = p1QB

ηB

=

(15.6 + 5) × 105 × 0.256 × 10?3 = 703(W) 0.75

(5-3)

查电工手册选取 750W 的电动机。

5.2 选择控制元件
根据系统最大工作压力和通过控制元件的最大流量,选用各类阀的规格见 表 5-1.
表 5-1 选择各种阀件的规格

序 号

控制元件 名称

型号规格

技术数据 p × 10?5 ( Pa ) Q ( m3 / s ) pmax = 63 Q = 0.417 × 10
pmax = 63 Q = 0.417 × 103
pmax = 63
3

实际流量 Q ( m3 / s )

额定流量时 压力损失 ?p ×105 Pa 卸荷压力 1 1.5

1

溢流阀 三位四通 电磁换向 阀 单向调速 阀 二位三通 电磁换向 阀 单向阀

Y1-25B

0.256 × 10?3

2

34D-25B

0.256 × 10?3

2

3

Q1-25B

Q = 0.417 ×103 Qmin = 0.8 ×10?3

0.256 × 10?3

反向时 2 最小压差 5

4

23D-25B

pmax = 63 Q = 0.417 × 103 pmax = 63 Q = 0.417 × 103

0.256 × 10?3

1

5

1-25B

1.5

10

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

6 液压系统性能验算

5.3 选用辅助元件
滤油器:液压泵吸油口需装粗滤油器,选用 XU-16 × 100J 线隙式 100 ? m 进 口滤油器,流量 Q=16l/min=0.267 × 10?3 m3 / s . 油箱容量:由下式计算有效容积 V,取系数 K=6,Q=12L/min,则有 V = KQ = 6 × 12 = 72( L) = 72 × 10?3 (m3 ) 定的标准元件连接口尺寸确定。 (5-4) 根据书(二)标准,可取油箱的容积 V=75L,油箱见附图 1,管道尺寸由选

6 液压系统性能验算
6.1 回路中压力损失
回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行,必须知道管道的长度和直 径。管道直径按选定元件的接口尺寸确定,即 d=12mm,长度在管道布置图未完成 前暂按进油管、回油管均为 L==2m 估算。油液运动粘度取ν = 1.5 × 10?4 m 2 / s ,在 此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。

6.1.1 工进时压力损失
进油管路压力损失:首先判别进油管液流状态,由于雷诺数 4Q 4 × 0.1×10?3 Re = = = = 70.7 < 2000 ν π dν π ×12 ×10?3 ×1.5 ×10?4 vd 故为层流。 管路沿层压力损失:
4.3 ×ν × Q × L 4.3 ×1.5 × 10?4 × 0.1× 10?3 × 2 16 ?PL = ×10 = d4 124 ×1016 = 0.622 × 105 ( Pa )

(6-1)

(6-2)

取管道局部损失 ?Pζ = 0.1× ?PL = 0.0622 ×105 Pa 油液流经单向阀和三位四通换向阀的压力损失按下面公式计算, 有关数据见 表 5-1
?Q ? ? 0.256 ? 5 ? 0.256 ? ∑ ?P = ∑ ?P ? V ? = 1.5 × 105 ? V Vn ? + 2 × 10 ? ? ? 0.417 ? ? 0.417 ? ? QVn ?
= 1.32 × 105(Pa)
2 2 2

(6-3)

工进时进油路总压力损失:

11

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

6 液压系统性能验算

?p ' = ?PL + ?Pζ + ∑ ?P = 2 × 105 (Pa) V 工进时回油路压力损失:因回油管路流量 Q2 为 Q1 0.1× 10?3 = = 0.05 × 10 ?3 (m3 / s ) Q2 = 2 2 液流状态经判断为层流( Re = 70.7 < 2000) ,于是沿程压力损失:
4.3 ×ν × Q × L 4.3 × 1.5 × 10?4 × 0.05 × 10?3 × 2 16 ?PL = × 10 = d4 124 ×1016 = 0.297 × 105 ( Pa )

(6-4)

(6-5)

(6-6)

局部压力损失: ?Pζ = 0.1× ?PL = 0.0297 ×105 Pa

(6-7)

回油路中油液流经二位三通换向阀、 调速阀和三位四通换向阀时的压力损失 计算方法同上,即
?Q ? ? 0.128 ? 5 5 ? 0.128 ? ∑ ?P = ∑ ?P ? V ? = 1× 105 ? V Vn ? + 5 × 10 + 2 × 10 ? ? ? 0.417 ? ? 0.417 ? ? QVn ? = 5.28 × 105 ( Pa )
2 2 2

(6-8)

工进时回油路总压力损失

?p" = ?PL + ?P + ∑ ?P = 5.6 ×105 ( Pa) ζ V

(6-9)

将回油路中压力损失折算到进油路上,就可求出工进时回路中整个压力损 失
?p = ?p ' + ?p " A2 0.003 = 2 ×105 + 5.6 × 105 × = 4.8 × 105 ( Pa ) A1 0.006

(6-10)

6.1.2 快退时压力损失
快退时进油路和回油路中经检查都是层流,进油路压力损失为:
4.3 ×ν × Q × L 4.3 × 1.5 × 10?4 × 0.225 × 10?3 × 2 16 ?PL = × 10 = d4 124 ×1016 = 1.4 × 105 ( Pa ) ?Pζ = 0.1?P = 0.14 × 105 ( Pa )

(6-11)

进油路中油液流经单向阀、三位四通换向阀、单向调速阀(反向时)以及二 位三通换向阀时压力损失计算方法同前
?Q ? ? 0.256 ? 5 ? 0.256 ? ∑ ?P = ∑ ?P ? V ? = 1.5 × 105 ? V Vn ? + 2 × 10 ? ? ? 0.417 ? ? 0.417 ? ? QVn ?
2 2 2

12

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

6 液压系统性能验算

? 0.256 ? 5 +1× 10 ? ? = 1.7 × 10 ( Pa ) ? 0.417 ?
5

2

(6-12)

快退时进油路总压力损失:

?p ' = ?PL + ?Pζ + ∑ ?P = 3.24 ×105 ( Pa) V
快退时回油路中压力损失:由于 Q1 = 2Q2 ,则有 4.3 ×ν × Q × L 4.3 × 1.5 ×10?4 × 2 × 0.225 ×10 ?3 × 2 16 ?PL = × 10 = d4 124 ×1016 = 2.8 × 105 ( Pa )

(6-13)

(6-14)

?Pζ = 0.1?P = 0.28 ×105 ( Pa) ?Q ? ? 2 × 0.256 ? 5 ∑ ?P = ∑ ?P ? V ? = 2 ×105 ? V Vn ? = 2.46 ×10 ( Pa) ? 0.417 ? ? QVn ?
2 2

回油路总压力损失:

?p" = ?PL + ?P + ∑ ?P = 5.54 ×105 ( Pa) ζ V

(6-15)

将回油路中的压力损失折算到进油路上去,可得到快推时回油路中的整个 压力损失:
?p = ?p ' + ?p " A2 0.003 = 3.24 × 105 + 5.54 × 105 × = 6 × 105 ( Pa ) A1 0.006

(6-16)

这个数值比原来估计的数值大,因此系统中元件规格和管道直径不宜再减小。

6.2 确定液压泵工作压力
工进时,负载压力
pL = F 41.04 = = 64.125( N / cm 2 ) = 6.41× 105 ( Pa ) A1 64

(6-17)

液压泵工作压力

pgj ≥ pL + ?p = (6.4 + 4.8) ×105 = 11.2 ×105 ( Pa)
快退时,负载压力:
' pL =

(6-18)

F 667 = = 20.84( N / cm 2 ) = 2.08 × 105 ( Pa ) A2 32

(6-19)

液压泵的工作压力:
pkt ≥ pL + ?p = (2.08 + 6) × 105 = 8.08 × 105 ( Pa )

(6-20)

13

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

6 液压系统性能验算

根据 p gj ,则溢流阀调整压力取 12 × 105 Pa 。

6.3 液压系统的效率
由于在整个工作循环中,工进占用时间最长,因此,系统的效率可以用工进 时的情况来计算。工进速度为 0.001 0.0167m / s ,则液压缸的输出功率为

NC = FV = 4104 × 0.001 = 4.104(W )
' NC = FV = 4104 × 0.0167 = 68.54(W )

(6-21)

液压泵的输出功率:
N B = pQ = 12 × 105 × 0.256 × 10?3 = 307(W )

(6-22)

工进时液压回路效率:

ηC =

N C 4.104 = NB 307

68.54 = 0.014 307

0.23

(6-23)

液压系统效率 η = η BηYηC ,取液压泵效率 η B = 0.75 ,液压缸效率取 ηY = 0.88 ,于 是

η = η BηYηC = 0.75 × 0.88 × (0.014 0.23) = 0.009 0.15

(6-24)

6.4 液压系统的发热温升验算
液压系统总发热功率计算 液压泵输入功率: N1 =
pQ

ηB

=

307 = 409.3(W ) 0.75

(6-25) (6-26) (6-27)

液压缸有效功率: N 2 = N C = 4.104(W ) 系统总发热功率: H1 = N1 ? N 2 = 409.3 ? 4.104 = 405.2(W ) 或 H1 = N1 (1 ? η ) = 409.3(1 ? 0.009) = 405.6(W ) 油箱散热面积:
A1 = 6.66 3 V 2 = 6.66 3 (72 × 10?3 ) 2 = 1.15( m 2 )

(6-28)

油液温升: ?T =

H1 ,取 CT = 15 ,则 CT × A H1 405.6 (℃) = = 23.5 CT × A 15 × 1.15 (6-29)

?T =

温升没有超出允许范围 25 35 ℃的范围,液压系统中不需要设置冷却器。 至此,该铣床液压系统设计计算宣告全部结束。

14

攀枝花学院本科毕业设计(论文)

参考文献

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

15


相关文章:
设计一台专用铣床液压系统
攀枝花学院本科课程设计(论文) 专用铣床液压系统 学生姓名: 学生学号: 院(系) : 年级专业: 指导教师: *** *** 机械工程学院 09 级机制一班 *** 副教授 ...
专用铣床液压系统设计 正文
前言 专用铣床液压系统设计 1 前言相对于机械传动,液压传动是一门新的技术。液压传动与机械传动、电力传动、 气压传动相比, 具有相当多的优点, 因此在国民经济各个...
专用铣床液压系统设计
2.专用铣床液压系统基本技术分析设计一台专用铣床,其工作循环为:快进、工进、快退。已知洗头驱动电机的功率 为 6.8KW,铣刀直径为 120mm,转速 350r/min,如工作...
设计一台专用铣床液压系统[1]
设计一台专用铣床液压系统[1]_机械/仪表_工程科技_专业资料 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 设计一台专用铣床液压系统[1]_机械/仪表_工程科技_专业资料。...
专用铣床液压系统设计
二、设计依据:专用铣床工作台重量 G1=3000N,工件及夹具重量 G2=1000N,切削力...确定液压系统方案和拟订液压系统原理图 (一) 确定油源及调速方式 由以上的计算...
专用铣床的液压系统设计
*** 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 设计一台专用铣床液压传动系统 1、课程设计的目的 1...
设计一台铣床液压系统
设计起止日期 班级 姓名 2013 年 12 月 30 日-2014 年 1 月 10 日 设计题目:设计一台专用铣床液压系统 设计任务(主要技术参数) : 工作台要求完成快进--...
设计一台专用铣床液压系统
专用铣床液压系统设计2 18页 免费 铣床液压系统设计 24页 5财富值如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 ...
专用铣床液压系统课程设计
铣床,铣头驱动电机的功率为 7.5KW,铣刀直径为 150mm,转速为 300r/min,工作台重 量为 4*103N,工件和夹具最大重量为 1.8*103N,试设计专用铣床液压系统。 ...
专用铣床液压系统设计论文
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。 本次专用铣床液压系统设计,根据任务书说明要求,从给定的 条件和数值,进行分析计算,...
更多相关标签:
专用铣床液压系统设计 | 铣床液压系统设计 | 铣床液压系统 | 专用钻床液压系统设计 | 液压系统专用钢管 | 螺丝刀液压铣床 | 铣床用液压卡盘 | 液压铣床 |