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专用铣床液压系统课程设计


液压与气压传动》 《 液压与气压传动》课程设计任务书 3
授课班号 专业年级 指导教师 学号姓名

1. 课程设计题目 3
一台专用铣床,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,试设计此专用铣床液压系统。

2. 课程设计的目的和要求
通过设计液压传动系统,使学生获得独立设计能力,分析思考能力,全面了解液压系统的组成原理。 明确系统设计要求;分析工况确定主要参数;拟订液压系统草图;选择液压元件;验算系统性能。

3. 课程设计内容和教师参数(各人所取参数应有不同)
工 作 台 行 程 为 500mm( 快 进 300mm, 工 进 150mm) 快 进 速 度 为 5m/min , 工 进 速 度 为 , 50~800mm/min,往返加速、减速时间为 0.1s,工作台用平导轨,静摩擦系数 fj=0.2,动摩擦系数 fd=0.1。

4. 设计参考资料(包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等)
章宏甲 《液压传动》 机械工业出版社 2006.1

章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社 2005.4 黎启柏 《液压元件手册》冶金工业出版社 榆次液压有限公司 《榆次液压产品》 2002.3 2002.8

课程设计任务 明确系统设计要求;分析工况确定主要参数;拟订液压系统草图;选择液压元件;验算 系统性能。 5.1 设计说明书(或报告) 分析工况确定主要参数;拟订液压系统草图;选择液压元件;验算系统性能。 5.2 技术附件(图纸、源程序、测量记录、硬件制作)

5.3 图样、字数要求

系统图一张(3 号图) ,设计说明书一份(2000~3000 字) 。 6. 工作进度计划 起止日期 1~2 3~4 5~6 工作安排 分析工况确定主要参数 拟订液压系统草图 选择液压元件;验算系统性 能 7 答辩,交卷 完成情况

4. 设计方式 手工 5. 设计地点、指导答疑时间 待定

9.备注

目录
一、 二、 设计任务书 负载工况分析

1. 工作负载 2. 摩擦阻力 3. 惯性负荷 三、 四、 负载图和速度图 确定液压缸参数

1. 液压缸的工作压力 2. 液压缸尺寸计算 3. 液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算 4. 绘制液压缸的工况图 五、 拟定液压系统图

1. 选择液压基本回路 2. 组成系统图 六、 选择液压元件

1. 确定液压泵的容量及电机功率 2. 控制阀的选择 3. 确定油管直径 4. 确定油箱容积 七、 液压系统的性能验算

1. 液压系统的压力损失计算 2. 液压系统的热量温升计算 附:液压系统图

二、负载工况分析 1.工作负载
Fw=1000P/ν=1000P/(πDn/60×1000)=60×10 P/πDn =60×7.5×10 /π×300×150 N =3183 N
6 6

2.摩擦阻力
静摩擦阻力 Ffj=fj(G1+G2)=0.2×(4000+1800) N=1160 N 动摩擦阻力 Ffd=fd(G1+G2)=0.1×(4000+1800) N=580 N G1-工作台重量 G2-工件和夹具最大重量

3. 惯性负荷 Fg=(G1+G2) ν/gt=(4000+1800) ×5/9.8×0.1×60 N =493.20 N
g –重力加速度 9.8m/s2 ν –工进速度 t –往返加减速时间

三、负载图和速度图
取液压缸的机械效率 η=0.9,计算液压缸各工作阶段的负载情况 启动:F=Ffj=1160 N F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N 加速:F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N F‵=F/η=1073.20/0.9=1193 N 快进:F=Ffd=580 N F‵=F/η=580/0.9=645 N 工进:F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N F‵=F/η=3763/0.9=4182 N 快退:F=Ffd=580 N F‵=F/η=580/0.9=645 N

液压缸各阶段负载情况
阶段 启动 加速 快进 工进 快退 负载计算公式 F=Ffj F=Ffd+Fg F=Ffd F=Ffd+Fw F=Ffd 液压缸负载 F/N 1160 1073.20 580 3763 580 液压缸推力 F‵/N 1289 1193 645 4182 1193

根据工况负载 F 及行程 S,绘制负载图:

根据快进速度 ν1、工进速度 v2 和行程 S,绘制速度图:

四、确定液压缸参数 1.液压缸的工作压力
根据负载并查表,初选工作压力 P1=3MPa

2.计算液压缸尺寸
鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等,可选用单杆式差动液压 缸。无杆腔工作面积 A1,有杆腔工作面积 A2, 且 A1=2A2,即活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 呈 d=0.707D 的关系。 回油路上背压 P2 取 0.8MPa 油路压力损失△P 取 0.5MPa A1=F/(P1-P2/2)=4182×10 /(3-0.8/2)m =0.0016m D= (4 A1) / π =45.13mm d=0.707D=31.91mm 按 GB/T2348-2001 将直径元整成就进标准值 D=50mm d=35mm 液压缸两腔的实际有效面积为: A1=πD /4=19.63×10 m
2 2 2 -4 2 -6 2 2

A2=π(D -d )/4=10.01×10 m

-4 2

根据上述 D 与 d 的值,可估算液压缸在各个工作阶段中的压力

3.液压缸各工作阶段的压力、流量和功率计算

推力 工况 F/N 启动 快 进 加速 恒速 1193 1289

回油腔压力

进油腔压力

输入流量

输入功率 计算公式

P2/MPa
0

P1/MPa
1.86

Q( P / kW J / L/min)
— -

p1 =

F + A2 ?P A1 ? A2

p = p1 +?p
△P=0.5

1.76 1.29

— 4.81

0.10

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

645

p1 =
1.57~ 工进 4182 0.8 2.54 0.098 0.07

F + p 2 A2 A1

Q = Av2 1

P = p1 ? Q
启动 快 加速 退 恒速 645 1193 0.5 1.62 5.01 0.135 2.17 — 1289 0 1.29 — -

p1 =

F + p2 A1 A2

Q = A2 v P = p1 ? Q

4. 液压缸工况图

五.拟定液压系统图 1.选择液压基本回路
选择调速回路。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,液压系统功率小,滑台运动速度低,工 作负载变化小,铣床加工有顺锉和逆锉之分,可采用进流口节 流的调速形式,具有承受负切削的能力,如图(a)

(a) 选择快速运动回路和换向回路。系统采用节流调速回路后, 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, 为保证换向平稳,采用电液换向阀式换接回路,如图(b) 选择速度换接回路。避免液压冲击,宜选用行程阀来控制速 度换接,如图(c)

(b)

(c)

2.组成液压系统图 根据各液压基本回路组成液压系统图,如图(d) 系统油路分析: 1)、快进 进油路:油箱→滤油器 1→油泵 2→单向阀 3→换向阀 4 左位→行程阀 5 左位→液压缸 8 右腔 回油路: 液压缸 8 左腔→换向阀 4 左位→单向阀 9→行程

阀 5 左位→液压缸 8 右腔

2) 、工进 进油路:油箱→滤油器 1→油泵 2→单向阀 3→换向阀 4 左位→调速阀 6→液压缸 8 右腔 回油路:液压缸 8 左腔→换向阀 4 左位→溢流阀 10→顺 序阀 11→油箱 3) 、快退 进油路:油箱→滤油器 1→油泵 2→单向阀 3→换向阀 4 右位→液压缸 8 左腔

回油路: 液压缸 8 右腔→单向阀 7→换向阀 4 右位→单向 阀 13→油箱 六、选择液压元件 1.确定液压泵的容量及电机功率
1) 、液压泵 油路压力损失△P=0.5MPa,回油路泄露系数取 1.1,则液压 泵的最高工作压力为: pB=p1+△p=(2.54+0.5) MPa=3.04 MPa 总流量: QB=KQmax=(1.1x5.01) L/min=5.511 L/min 根据上述计算数据查泵的产品目录,选用 YB-A9B 定量式叶 片泵,输出流量 6.9L/min。 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=
p×Q

η

=

(1.62 + 0.5) × 6 60 × 0.75

kW=0.283 kW

根据此数据按 JB/T9616—1999,查阅电动机产品样 本 选 取 Y90S 型 三 相 异 步 电 动 机 , 其 额 定 功 率 P=0.75Kw,额定转速 n=1000r/min。

2.控制阀的选择 根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该 元件的最大实际流量,可选出这些液压元件的型号及规格,

如下表:
额定流量 序号 元件名称 L/min MPa 滤油器 定量式叶片泵 单向阀 三位五通电液阀 行程阀 调速阀 单向阀 单向阀 背压阀 顺序阀 溢流阀 单向阀 额定压力 型号规格

1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13

16 6.9 63 80 63 0.07~50 63 63 63 20 63 63

6.18 7 16 18 16 16 16 16 6.3 3~7 6.3 16

XU—10x200 YB-A9B AF3-Ea10B 35DYF3Y-E10B

AXQF-E10B

AF3-Ea10B YF3-10B X2F-L10F YF3-10B AF3-Ea10B

3.定油管直径 各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定, 液压缸则按 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、出流量已与原定数值不同,所以要重新 计算,如下表所示。 油液在压油管中的流速取 3m/min, d≥2
q /(πυ ) =2× (12.24 × 10 6 ) /(π × 3 × 10 3 × 60) mm=9.3mm

油液在吸油管中的流速取 1m/min, d≥2
q /(πυ ) =2× 6 × 10 6 /(π × 1 × 10 3 × 60) mm=11.3mm

两个油管都按 GB/T2351-2005 选用外径 Φ15mm、 内径 Φ12mm 的无缝钢管。 流量、速度
输入流量 L/min

快进
q1=(A1qp)/(A1-A2`) =(19.63x6)/(19.63-10.01) =12.24 q2=(A2q1)/A1

工进
q1=0.5

快退
q1=qp=6

q2=(A2q1)/A1 =(0.5x10.01)/19.63 =0.25

q2=(A1q1)/A2 =(19.63x6)/10.01 =11.76

排出流量 L/min

=(10.01x12.24)/19.63 =6.24

4.定油箱容积 取ξ为 7 时,求得其容积为: V=ξqp=7×6 L=42 L 按 JB/T7938-1999 规定,取标准值 V=100L。 七、液压系统性能的验算 1.液压系统的压力损失计算 1) 、快进 滑台快进时,液压缸差动连接,进油路上通过单向阀 3 的流量是 6L/min,通过电液换向阀 4,液压缸有杆腔的回油 与进油路汇合, 12.24L/min 通过行程阀 5 并进入无杆腔。 以 因此进油路上的总压降为 ∑△pv=[0.2×(6/63) +0.5×(6/80) +0.3×(12.24/63) ]
2 2 2

=(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa 压力阀不会被打开,油泵的流量全部进入液压缸。 回油路上,液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 4 和 单向阀 9 的流量都是 6.24L/min, 然后与液压泵的供油合并, 经行程阀 5 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 × (6.24/80) +0.2 × (6.24/63) +0.3 × (12.24/63) ] =(0.039+0.020+0.058)MPa =0.117MPa 此值小于原估计值 0.5MPa,所以是安全的。 2) 、工进 工进时,油液在进油路上通过电液换向阀 4 的流量为 0.5L/min,在调速阀 7 处得压力损失为 0.5MPa,油液在回油 路上通过换向阀 4 的流量是 0.25L/min,在背压阀 10 处得 压力损失为 0.5MPa,通过顺序阀 11 的流量为(6+0.24) =6.24L/min,因此这时液压缸回油腔的压力 p2 为 p2=[0.5×(0.24/80) +0.5+0.3×(6.24/63) ] =(0.002+0.5+0.030)MPa =0.532MPa 此值小于原估计值 0.8MPa。 重新计算工进时液压缸进油腔压力 p1
2 2 2 2 2

p1=(F`+p2A2)/A1 =(4182+0.532×10 ×10.01×10 )/19.63×10 ×10 =2.40 MPa 此数值与 2.54MPa 接近。 3) 、快退 快退时,油液在进油路上通过换向阀 4 的流量为 6L/min;油液在回油路上通过单向阀 7、换向阀 4 和单向 阀 13 的流量都是 11.76L/min,因此进油路上总压降为 ∑△pv1=[0.2×(6/63) +0.5×(6/80) ] =(0.019+0.038)MPa =0.057 MPa 此值较小,所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。 回油路上总压降为 ∑△pv2=[0.2×(11.76/63) +0.5×(11.76/80) +0.2× (11.76/63) ] =(0.037+0.074+0.037)MPa =0.148MPa 此值与 0.135MPa 接近,不必重算。 所以快退时液压泵的最大工作压力 pp 应为 pp=p1+∑△pv1=(2.17+0.057)MPa=2.227MPa 因此液压泵卸荷的顺序阀 11 的调压应大于 2.227MPa。 2.液压系统的热量温升验算
2 2 2 2 2 6 -4 6 -4

工进在整个工作循环过程中所占的时间几乎占据整个工作 循环周期, 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=
4182 × 0.8 kW=0.056 Kw 10 3 × 60

液压泵的输入总功率
2.40 × 10 6 ×

Pi=

6 × 10 ?3 60 =0.32Kw 0.75 × 10 3

由此得液压系统的发热量 Hi=Pi-Po=(0.32-0.056)Kw=0.264kW 油液温升的近似值
3 △ T=(0.264×10 )/ 3 250 2 ℃=6.7℃

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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