銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、1設(shè)計(jì)題目 1 2、 工況分析 1 負(fù)載分析 2 運(yùn)動(dòng)分析 2 3、 確定液壓缸參數(shù) 3 初選液壓缸的工作壓力 3 確定液壓缸尺寸 3 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率計(jì)算值 4 繪制液壓缸工況圖 4 4、 擬定液壓系統(tǒng)圖 6 選擇液壓回路 6 調(diào)速回路 6 換向回路和卸荷回路 6 快速運(yùn)動(dòng)回路 6 壓力控制回路 7 液壓系統(tǒng)合成 8 5、 選擇液壓元件 8 選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 8 選擇控制元件 9 選用輔助元件 10 6、 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 10 回路中壓力損失 10 工進(jìn)

2、時(shí)壓力損失 10 快退時(shí)壓力損失 11 確定液壓泵工作壓力 12 液壓系統(tǒng)的效率 12 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗(yàn)算 13參考文 獻(xiàn) 14 附錄 （液壓系統(tǒng)圖） 液壓油缸圖） 1設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)一臺(tái)專(zhuān)用銑床，銑頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為千瓦，銑刀直徑為120mm轉(zhuǎn)速 350轉(zhuǎn)/分，如工作臺(tái)質(zhì)量為480公斤，工件和夾具的質(zhì)量為150公斤，工作臺(tái) 的行程為400mm工進(jìn)行程為100mm快進(jìn)快退速度為米/分，工進(jìn)速度為60~1000 毫米/分，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速(減速)時(shí)間為秒，工作臺(tái)用平導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù) fs 0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd 0.1，試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。

3、 2工況分析 負(fù)載分析 根據(jù)給定條件，先計(jì)算工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)中慣性力 Fm，工作臺(tái)與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦阻 力Ffd和靜摩擦阻力Ffs Fm Fg v 6300 0.075 963 (N) (2-1) g t 9.81 0.05 Ffd fd ( FG1 Fg2) 0.1 (4800 1500) 6300 (N) (2-2) FfS fs(FG1 Fg2) 0.2 (4800 1500) 1260 (N) (2-3) 其中，F(xiàn)G1 m1g 480 10 4800(N) FG2 m2g 150 10 1500 (N) Fg FG1 FG

4、2 4800 1500 6300 (N) 由銑頭的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率可以求得銑削最大負(fù)載阻力 Ft: P Ft - (2-4) v n d 350 3.14 0.12 m 其中 v 2.198m 60 60 /s —7000 所以，F(xiàn)t 3185 v 2.198 同時(shí)考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力(取液壓缸的機(jī)械效率 m 0.9)， 工作臺(tái)的液壓缸在各工況階段的負(fù)載值列于表 2-1中，負(fù)載循環(huán)圖如圖2-1所示 表2-1各階段負(fù)載值 工況 負(fù)載計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載F（N） 液壓缸推力F0（ N） 起動(dòng) 1260 1400 加速 1593 1770

5、 快進(jìn) 630 700 工進(jìn) 3815 4239 反向起動(dòng) 1260 1400 反向加速 1593 1700 快退 630 700 圖2-1負(fù)載循環(huán)圖 運(yùn)動(dòng)分析 根據(jù)給定條件，快進(jìn)、快退速度為 s，其行程分別為300mnO 400mm工進(jìn) 速度為60~1000m/s（即~s）,工進(jìn)行程100mm繪出速度循環(huán)圖如圖2-2所示 3確定液壓缸的參數(shù) 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)液壓缸推力為4239N(表2-1 ),按表11-2 (書(shū))的推薦值，初選工作 壓力為10 105Pa. 確定液壓缸尺寸 由于銑床工作臺(tái)快進(jìn)

6、和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使 A 2A2,快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，因管路中有壓力損失，快進(jìn)時(shí)回油路壓力損失 取p 5 105Pa,快退時(shí)回油路壓力損失亦取 p 5 105Pa。工進(jìn)時(shí)，為使運(yùn) 動(dòng)平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為 (5: 10)10 5 Pa,選 取背壓P2 6 105 Pa。 根據(jù)P1A1 P2A2 F。，可求出液壓缸大腔面積 A為 A ——F° 4239 5 0.006(m2) (3-1) p1 0.5p2 (10 0.5 6) 10 D 4 0.006 3.14 0.087(m) (3-2) 根據(jù)GB2348-80

7、圓整成就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得 D=90mm液壓缸活塞桿直徑 63.65mm，根據(jù)GB2348-80就近圓整成標(biāo)準(zhǔn)值d=63mm于是液壓缸 實(shí)際有效工作面積為 K -D2 - 0.092 0.006m2 (3-3) 4 4 A (D2 d2) (0.092 0.0632) 0.003m2 (3-4) 4 4 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值 （見(jiàn)表3-1 ） 工況 F°( N) 液壓缸 3 1C5 Pa P1 1C5P a N(W) 快進(jìn) （差 動(dòng)） 起動(dòng) 1400 0 加速 1770 5 恒速 700 5

8、 工進(jìn) 4239 6 : 快退 起動(dòng) 1140 0 加速 1770 5 減速 700 5 繪制液壓缸工況圖 根據(jù)表3-1計(jì)算結(jié)果，分別繪制P-L、Q-L和N-L圖，如圖3-1所示 Q-L圖 N-L圖 圖3-1 -L 、Q-L和N丄圖 4 擬定液壓系統(tǒng)圖 選擇液壓系統(tǒng)圖 由工況圖 3-1 可知，該銑床液壓系統(tǒng)功率小，因此選用節(jié)流調(diào)速方式，滑 臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速 回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓 閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)

9、必然為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。?？紤]到銑削加 工中有順銑和逆銑兩種工況，宜采用調(diào)速閥來(lái)保證速度穩(wěn)定，并將調(diào)速閥裝在 液壓缸回油路上起阻力作用，使工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)時(shí)比較平穩(wěn)，如圖 4-1(a) 和 4-1 (A)所示, 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化不大，為減少速度換接時(shí)的液壓 沖擊，從節(jié)約成本考慮，選用如圖 4-1(a) 所示的調(diào)速回路。 (a) (A) 圖 4-1 調(diào)速回路 換向回路和卸荷回路 銑床工作臺(tái)采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。由工況圖可知，系統(tǒng)壓力和流量都 不大，同時(shí)考慮工作臺(tái)工作一個(gè)循環(huán)后裝夾具時(shí)間比較長(zhǎng)，為方便工作臺(tái)的手 動(dòng)，選用三位四通U型電磁換向閥，并由電氣行程開(kāi)關(guān)配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

10、換向，如 圖 4-2b 所示 快速運(yùn)動(dòng)回路 為實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)快速進(jìn)給，選用二位三通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動(dòng)連 接。這種差動(dòng)連接的快速運(yùn)動(dòng)回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也比較經(jīng)濟(jì)，如圖 4-2a 所示。 在圖 4-2a-b 中結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于控制，所以選擇 4-2a 所示的回路，一起同 4-2b 組成的快速、換向回路，同樣可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。同時(shí)驗(yàn)算回路的壓力損失比 較簡(jiǎn)便，所以不選用圖 4-2a-b 所示的回路。 (a) (b) (a-b) 圖 4-2 快速和換向回路 壓力控制回路 由于液壓系統(tǒng)流量很小，銑床工作臺(tái)工作進(jìn)給時(shí)，采用回油路節(jié)流調(diào)速， 故選用定量泵供油比較、經(jīng)濟(jì)，如圖 4-1a 所示. 調(diào)

11、壓回路采用先導(dǎo)式溢流閥維 持液壓泵出口壓力恒定。當(dāng)換裝工件時(shí)，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓泵卸荷回路采 用小型二位三通電磁閥控制先導(dǎo)型溢流閥，實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷。而從提高系統(tǒng) 效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，選用雙聯(lián)葉片泵油源顯然是不合理的，如圖 4-3b 所 示，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制也復(fù)雜，所以不適宜選用此方案。 液壓系統(tǒng)合成 根據(jù)以上選擇的液壓基本回路，合成為圖 4-2所示的定量泵-回油路節(jié)流 調(diào)速液壓系統(tǒng)圖。 圖4-2液壓系統(tǒng)合成 5選擇液壓元件 選擇液壓泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K= 則液壓泵的最大流量 Qb K( QJmax 1.1 0.225 1 03 0.248 1 0 3 m

12、3/s，即 QB=mi n。根據(jù)擬定的液 壓系統(tǒng)是采用回油路節(jié)流調(diào)速，進(jìn)油路壓力損失選取 p 5 105Pa，故液壓 泵工作壓力為： Pb pi p (9.84 5) 105 1 4.84 1 05 Pa。 (5-1) 考慮到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為： pB 14.84(1 25%) 105 18.85 105 Pa. (5-2) 根據(jù)Qb、Pb和已選定的單向定量泵型式，查手冊(cè)書(shū)(二)選用 丫日16型 定量葉片泵。該泵額定排量為16mL/r,額定轉(zhuǎn)速960r/min，其額定流量為 0.256 10 3m3/s，由工況圖知，最大功率在快退階段，如果取液壓泵的

13、效率為 為，驅(qū)動(dòng)液壓泵最大輸入功率 Nb為： Nb P1QB B (15.9 5) 105 0.256 103 0.75 (5-3) 查電工手冊(cè)選取750W的電動(dòng)機(jī)。 選擇控制元件 根據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力和通過(guò)控制元件的最大流量，選用各類(lèi)閥的規(guī)格見(jiàn) 表 5-1. 表5-1選用各類(lèi)閥的規(guī) 序 號(hào) 控制元 件名稱(chēng) 型號(hào)規(guī)格 技術(shù)數(shù)據(jù) 實(shí)際流量 額定流量時(shí) 壓力損失 1 溢流閥 Y1-25B 卸荷壓力 1: 1.5 2 三位四 通電磁 34D-25B 2  換向閥 3 單向調(diào) 速閥 Q1-25B

14、 反向時(shí)2 取小壓差5 4 二位三 通電磁 換向閥 23D-25B 1 5 單向閥 1-25B 選用輔助元件 濾油器：液壓泵吸油口需裝粗濾油器，選用 XU-16 100J線隙式100 m進(jìn) 口濾油器，流量 Q=16l/min= 10 3m3/s . 油箱容量：由下式計(jì)算有效容積 V，取系數(shù)K=6, Q=12L/min,則有 V KQ 6 12 72(L) 72 10 3(m3) (5-4) 根據(jù)書(shū)(二)標(biāo)準(zhǔn)，可取油箱的容積 V=75L油箱見(jiàn)附圖1,管道尺寸由選 定的標(biāo)準(zhǔn)元件連接口尺寸確定。 6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 回路中壓力損失

15、 回路壓力損失計(jì)算應(yīng)在管道布置圖完成后進(jìn)行，必須知道管道的長(zhǎng)度和直 徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即 d=12mm長(zhǎng)度在管道布置圖未完 成前暫按進(jìn)油管、回油管均為L(zhǎng)==2m估算。油液運(yùn)動(dòng)粘度取 1.5 10 4m2/s， 在此設(shè)計(jì)中主要驗(yàn)算工進(jìn)和快退工況時(shí)的壓力損失。 工進(jìn)時(shí)壓力損失 進(jìn)油管路壓力損失：首先判別進(jìn)油管液流狀態(tài)，由于雷諾數(shù) vd 4Q 4 0.1 10 3 Re 3 4 70.7 2000 (6-1) d 12 10 1.5 10 故為層流。 管路沿層壓力損失: Pl 4.3 Q L d1 1016 4.3 1.5

16、10 4 0.1 10 3 2 (6-2) 1016 0.622 105(Pa) 取管道局部損失 P 0.1 FL 0.0622 105Pa 油液流經(jīng)單向閥和三位四通換向閥的壓力損失按下面公式計(jì)算，有關(guān)數(shù)據(jù) 見(jiàn)表5-1 1.32 105( Fa) (6-3) 工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路總壓力損失: p PL F FV 2 105 (Fa) (6-4) 工進(jìn)時(shí)回油路壓力損失：因回油管路流量 Q2為 3 3 0.05 10 (m /s) (6-5) 液流狀態(tài)經(jīng)判斷為層流(Re 70.7 2000)，于是沿程壓力損失: P 4.3 Q L 10花 4.3 1

17、.5 10 4 0.05 10 3 2 Pl d7 10 (6-6) 10 0.297 105(Pa) 局部壓力損失： P 0.1 PL 0.0297 105Pa (6-7) 回油路中油液流經(jīng)二位三通換向閥、調(diào)速閥和三位四通換向閥時(shí)的壓力損 失計(jì)算方法同上，即 = 5.28 105(Pa) (6-8) 工進(jìn)時(shí)回油路總壓力損失 p PL P P 5.6 105(Pa) (6-9) 將回油路中壓力損失折算到進(jìn)油路上，就可求出工進(jìn)時(shí)回路中整個(gè)壓力損 失 p p' p" A2 2 105 5.6 105 4.8 105(Pa) (6-10) A 0.006 快退時(shí)壓力損失 快退

18、時(shí)進(jìn)油路和回油路中經(jīng)檢查都是層流，進(jìn)油路壓力損失為: Pl 16 10 4.3 Q L 16 10 4.3 1.5 10 4 0.225 10 3 2 124 5 1.4 10 (Pa) (6-11) 5 P 0.1 P 0.14 10 (Pa) 進(jìn)油路中油液流經(jīng)單向閥、三位四通換向閥、單向調(diào)速閥 (反向時(shí))以及二 位三通換向閥時(shí)壓力損失計(jì)算方法同前 2 1 105 1.7 105(Pa) (6-12) 0.417 快退時(shí)進(jìn)油路總壓力損失： p PL P P 3.24 105(Pa) (6-13) 快退時(shí)回油路中壓力損失：由于 Q1 2Q2,則有

19、 16 5 10 2.8 10 (Pa) (6-14) 回油路總壓力損失： p Pl P P/ 5..54 105(Pa) (6-15) 將回油路中的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，可得到快推時(shí)回油路中的整個(gè) 壓力損失: (6-16) p p' p"電 3.24 105 5.54 105 6 105(Pa) A 0.006 這個(gè)數(shù)值比原來(lái)估計(jì)的數(shù)值大，因此系統(tǒng)中元件規(guī)格和管道直徑不宜再減 確定液壓泵工作壓力 工進(jìn)時(shí)，負(fù)載壓力 F 42 39 2 5 Pl — 一— 66.24(N / cm2) 6.624 105(Pa) (6-17) A1 64 液壓泵工作壓力 5

20、 5 Pgj Pl p (6.624 4.8) 10 11.4 10 (Pa) (6-18) 快退時(shí)，負(fù)載壓力： F 700 2 5 Pl —— —— 21.88( N/cm ) 2.88 10 (Pa) (6-19) A 32 液壓泵的工作壓力： Pkt Pl p (2.88 6) 105 8.88 1 05(Pa) (6-20) 根據(jù)Pgj，則溢流閥調(diào)整壓力取12 105 Pa。 液壓系統(tǒng)的效率 由于在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)占用時(shí)間最長(zhǎng)，因此，系統(tǒng)的效率可以用工 進(jìn)時(shí)的情況來(lái)計(jì)算。工進(jìn)速度為 0.001: 0.0167m/s，則液壓缸的輸出功率為 Nc FV 4239

21、 0.001 4.239(W) (6-21) Nc FV 4239 0.0167 70.79(W) 液壓泵的輸出功率： 5 3 Nb pQ 12 10 0.256 10 307(W) (6-22) 工進(jìn)時(shí)液壓回路效率： 液壓系統(tǒng)效率 Nc Nb 4.239 307 70.79 307 0.014 : 0.23 (6-23) Y C ,取液壓泵效率 B 0.75，液壓缸效率取 Y 0.88， 于是 B Y C 0.75 0.88 (0.014 : 0.23) 0.009 : 0.15(6-24) 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)總發(fā)熱功率計(jì)算 液壓

22、泵輸入功率： N1 pQ 307 409.3(W) B 0.75 (6-25) 液壓缸有效功率： N2 Nc 4.239(W) (6-26) 系統(tǒng)總發(fā)熱功率： H1 N1 N2 409.3 4.239 405(W) 油箱散熱面積： A 6.66疔 6.66竽(72 10 3)2 1.15(m2) (6-28) 油液溫升： T Hl ，取 G 15，則 CT A T H1 405.6 23.5「C) (6-29) CT A 15 1.15 溫升沒(méi)有超出允許范圍25: 35 C的范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設(shè)置冷卻器 至此，該銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算宣告全部結(jié)束。 參考文獻(xiàn) [1] 王積偉，章宏甲，黃誼 . 主編 . 液壓傳動(dòng) . 機(jī)械工業(yè)出版社 . [2] 成大先 . 主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行——本機(jī)械傳動(dòng) . 化學(xué)工業(yè)出版社 [3] 何玉林，沈榮輝，賀元成 . 主編 . 機(jī)械制圖 . 重慶大學(xué)出版社 . [4] 路甬祥主編 . 液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè) . 北京 . 機(jī)械工業(yè)出版社 .2002 [5] 雷天覺(jué)主編 .液壓工程手冊(cè) .北京. 機(jī)械工業(yè)出版社 .1990