小型銑床液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、一、明確設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)專用銑床，工作臺(tái)要求完成快進(jìn)工作進(jìn)給快退停止的自動(dòng)工作循環(huán)。銑床工作臺(tái)重量5000N，工件夾具重量為2500N，銑削阻力最大為10000N，工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度為5mmin，工作進(jìn)給速度為0.061mmin，往復(fù)運(yùn)動(dòng)加、減速時(shí)間為0.05s工作采用平導(dǎo)軌，靜、動(dòng)摩擦分別為fs0.2，fd0.1，工作臺(tái)快進(jìn)行程為0.4m，工進(jìn)行程為0.2m，試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。二、工況分析1.運(yùn)動(dòng)分析（a） 快進(jìn)工進(jìn)快退 （b）啟動(dòng)快進(jìn)減速工進(jìn)制動(dòng)反向啟動(dòng)快退制動(dòng) (c)(a) 、(b)圖為機(jī)床的動(dòng)作循環(huán)圖，由圖可見，工作循環(huán)為快進(jìn)工進(jìn)快退停止；(c)圖是一個(gè)工作循環(huán)的速度位移曲線，

2、即速度圖；2.負(fù)載分析(1)工作負(fù)載FL 、由題目可知負(fù)載為銑削阻力 : FL=10000N(2)摩擦阻力負(fù)載Ff : fd = 0.1 fs = 0.2 動(dòng)摩擦力：Ffd = Fnx=(5000+2500)x0.1=750N 靜摩擦力：Ffs = Fnx =(5000+2500)x0.2=1500N(3)慣性負(fù)載Fa : Fa= =1250N3.液壓缸在各階段的負(fù)載與推力計(jì)算 推力：F 表1. 液壓 缸各階段 的 負(fù) 載 F及 缸的推力F/cm工 況負(fù)載組成負(fù) 載 F （N）推力F/cm （N）啟  動(dòng)Ffs15001667加 速Ffd +

3、Fa20002222快 進(jìn)Ffd750833工 進(jìn)Ffd + FL1075011944快 退Ffd750833 注：cm缸的機(jī)械效率，取cm=0.94.執(zhí)行元件的參數(shù)確定負(fù)載F/kN55-1010-2020-3030-5050工作壓力P/MPa0.8-1.01.5-2.02.5-3.03.0-4.04.0-5.05.0-7.0表2設(shè)備類型粗加工機(jī)床半精加工機(jī)床粗加工或 重型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)床、小型工程機(jī)械液壓壓力機(jī)、重型機(jī)械大中型挖掘機(jī)、超重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力P/MPa0.8-2.03.0-5.05.0-10.010.0-16.020.0-32.0表3根據(jù)表1得出的推力我們選擇工作壓力P=3.0 Mp

4、a和選用半精加工機(jī)床三、計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸與選用1.液壓缸的內(nèi)徑與桿徑的理論計(jì)算 這里取A1 = 2A2 ，背壓力P2 = 0.5 Mpa活塞桿受壓時(shí)： P1 A1 = A2 P2 活塞桿受拉時(shí)： P1 A2 xP2=P1A1 x A2P2 一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，所以其活塞面積為：A=F/P1-1/2P2=11944.44/(30-2.5)X105=4.34X10-3m2 所以 D = =74mm又因?yàn)闂U的往返速度相同，所以d = 0.71D = 52.5mm2.液壓缸各階段的壓力，流量和功率計(jì)算 相關(guān)選擇系統(tǒng)類型 背壓力（MPa）回路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.20.5回路上有背

5、壓閥或調(diào)速閥的進(jìn)給系統(tǒng) 0.51.5采用輔助泵補(bǔ)油的閉式回路（拉床、龍門刨等） 11.5表4 液壓缸在不同階段的壓力、流量和功率工 況 負(fù)載F（N） 回油腔壓力 （MPa）進(jìn)油腔壓力P1（MPa）  流入流量 q(L/min) 輸入功率P(W) 液 計(jì)  算  公  式快進(jìn)啟動(dòng)16660.76P1=(F+A2P)/A1-A2Q=(A1-A2)VP=P1Q加速22220.51.49恒速8330.50.9111.875180工 進(jìn)119441.02.

6、640.3-5218P1=F+P2A2/A1Q=A1VP=P1Q快退啟動(dòng)16661.58P1=F+P2A1/A2Q=A2VP=P1Q加速22220.51.79恒速8330.51.2613.25278注： 背壓閥：P = 0.5 Mpa ； 局部壓力： Mpa3.液壓缸的行程和桿長(zhǎng)與壁厚的確定 由題目要求可知道液壓缸的行程為 0.2 + 0.4 = 0.6m 取液壓缸的壁厚為8 mm ,桿長(zhǎng)應(yīng)該大于行程，所以取650mm。4.液壓缸的選用表5 常用液壓缸的內(nèi)徑D（mm）4050638090100110125140160180200220250表6 活塞桿的直徑d (mm)速比缸徑40506380

7、901001101.46 : 3222835455055634550607080根據(jù)表4和表5我們可以選出液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑的實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸為：D = 80 mm d = 55 mm所以活塞實(shí)際的面積A1=50.24cm2 活塞桿實(shí)際的面積A2=26.49cm25.強(qiáng)度校核（1）缸筒壁厚校核 因?yàn)镈/=80/8=1010 所以采用公式 PyD/2進(jìn)行校核 1.5*3*80/2*200/5=4.5mm<8mm 所以缸筒的壁選用符合強(qiáng)度要求 (2) 活塞桿直徑校核 d(4F/)1/2 (4*11944.44/*400/1.4)1/2=7.29mm<55mm 所以活塞桿直徑的選用符合強(qiáng)

8、度要求 6.繪制工況圖 根據(jù)表4數(shù)據(jù)繪出工況圖快進(jìn)快退工進(jìn)負(fù)載圖工進(jìn)快進(jìn)快退壓力圖流量圖功率圖 (e)圖為根據(jù)負(fù)載與作用面所求得的壓力圖。(f)圖為根據(jù)執(zhí)行元件的工作面積以及工作循環(huán)中各階段所要求的運(yùn)動(dòng)速度而繪 制的流量圖。(g)圖為根據(jù)所繪制的壓力圖和流量圖而計(jì)算出各個(gè)階段所需的功率圖。(h)圖為工作循環(huán)中各階段的負(fù)載四、液壓系統(tǒng)圖的擬定主要考慮以下幾個(gè)方面的問題：（1） 供油方式 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快進(jìn)和快退時(shí)所需流量較大，且比較接近，在工進(jìn)時(shí)的所需流量較小，所以從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)約能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的供油方式不合適，因此選擇雙聯(lián)定量葉片泵作為油源。（2） 調(diào)速回路

9、為提高系統(tǒng)的綜合性能，采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，并在回油路上加背壓閥的回路。該系統(tǒng)可以可以承受負(fù)值負(fù)載的能力，在負(fù)值負(fù)載時(shí)，背壓可以阻止工作部件的前沖。進(jìn)油調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)壓力的控制方便，也可以獲得較低的穩(wěn)定速度。在回油加背壓閥可以減小活塞的前沖甚至沒有前沖現(xiàn)象，工作平穩(wěn)性好，同時(shí)油箱的空氣也不易滲入系統(tǒng)。 (3)速度換接回路 由于快進(jìn)和工進(jìn)之間速度需要換接，但換接的位置要求不高，且兩者的速度差值不是很大，所以在快進(jìn)是采用在回油路加二位三通電磁換向閥和與在進(jìn)油路的調(diào)速閥上并聯(lián)一個(gè)二位二通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。該連接方式能在不增加液壓泵流量的情況下提高液壓元件的運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)速度的平穩(wěn)換接。五、液壓泵的選

10、擇1.確定液壓泵的最大工作壓力PpPp = P1 + = 2.64+0.3 = 2.94 Mpa P1為液壓缸最大的工作壓力，為從液壓泵出口到液壓缸入口之間總的管路損失，這里不能準(zhǔn)確的計(jì)算出來(lái)，要等元件選定好了并繪出管路圖了才可以進(jìn)行，初算時(shí)，對(duì)于簡(jiǎn)單的管路，我們估算 = 0.3 Mpa2.確定液壓泵的流量QBQB = KQmax = 1.1x13.245 = 14.5695 L/minK為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，我們?nèi) = 1.1，Qmax為同時(shí)動(dòng)作的液壓缸最大的總流量3.選定液壓泵的規(guī)格根據(jù)液壓泵的最大工作壓力P1和液壓泵的流量QB的值，查閱機(jī)械手冊(cè)，我們將選用YB1-10/10型雙聯(lián)葉片泵泵的型

11、號(hào)排量ml/min公稱壓力Mpa轉(zhuǎn)速r/minYB1-10/10106.3960注：= 0.754.確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率由工況圖表明，泵的最大功率出現(xiàn)在快退階段，取液壓泵的總效率= 0.75，則電動(dòng)機(jī)的功率為: P=P1*QB/=kw=0.665kw六、液壓閥的選擇1. 溢流閥的選?。?溢流閥按液壓泵的最大流量選取，泵的最大流量為19.2 L/min，則我們選取溢流閥的最大流量要大于19.2 L/min，查閱液壓手冊(cè)，選取型號(hào)為DBD-H10P的溢流閥。2. 調(diào)速閥的選取：調(diào)速閥的選取要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。由題目可知最低穩(wěn)定速度為0.06 mmin，所以可求得最低

12、的穩(wěn)定流0.3L/min，查閱液壓手冊(cè)，選取最低穩(wěn)定流量為0.1L/min，型號(hào)為2FRM1021/16L的調(diào)速閥。3. 換向閥的選取：換向閥的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，查閱液壓手冊(cè)，所選取的電磁換向閥型號(hào)有：34B-H10B-T , 23EY-10HB , 22B-H10B-T4. 過濾器的選取： 查閱液壓手冊(cè)，選擇過濾器型號(hào)為YLX-25X805.所選各液壓閥的數(shù)據(jù)表7 所選用的各元件的參數(shù)元件型號(hào)規(guī)格最大流量L/min通徑mm工作壓力Mpa定量葉片泵YB1-10/1019.26.3溢流閥DBD-H10P120102.5/5/10/20調(diào)速閥2FRM1021/16L161031

13、.5三位四通電磁閥34B-H10B-T401031.5二位三通電磁閥23EY-10HB4110二位二通電磁閥22B-H10B-T401031.5過濾器YLX-25X802515根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力情況設(shè)置，溢流閥的調(diào)定壓力為P=Pmax+(0.3-0.5)=2.64+(0.3-0.5)=2.94-3.14Mpa 所以P取3.2Mpa背壓閥的調(diào)定壓力值為0.5Mpa七、管道尺寸的確定表8 允許流速推薦值管 道推薦流速/（m/s）液壓泵吸油管道0.5 - 1.5 , 一般常取1一下液壓系統(tǒng)壓油管道3 - 6 ， 壓力高，管道短，粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.5 - 2.61.壓油管：根據(jù)表8取壓油

14、管流速V = 3m/sQmax = A1 Vmax = 0.5024 x 50 = 25.12L/mind = = 13.33mm ?。篸 = 13mm2.吸油管：根據(jù)表8取壓油管流速V = 1.5m/s泵的最大流量：Q = 19.2L/mind = = 16.48mm ?。?9mm八、油箱容量的確定 初步設(shè)計(jì)時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定V = aqv = 5x0.0192 = 0.096qv為液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積，a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表9系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓機(jī)械冶金機(jī)械a12245761210表 9九、液壓系統(tǒng)工作原理分析液壓系統(tǒng)原理圖1.定量泵 2.背壓閥 3.溢流閥 4.三

15、位四通電磁換向閥 5.調(diào)速閥6.二位二通電磁換向閥 7.二位三通電磁換向閥 8.液壓缸 9.過濾器系統(tǒng)各個(gè)階段的工作狀態(tài)1. 快進(jìn) 按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵2YA，電磁鐵3YA得電，電磁鐵4YA不得電（如圖所示狀態(tài)），此時(shí)從液壓缸右腔流出來(lái)的油液經(jīng)管路又流回液壓缸左腔，形成差動(dòng)連接。油路：泵1換向閥4（左位）換向閥6（右位）液壓缸左腔液壓缸右腔換向閥7（左位）液壓缸左腔（形成差動(dòng)連接）2. 工進(jìn) 當(dāng)銑刀運(yùn)動(dòng)到預(yù)定的位置時(shí)，電磁鐵3YA與電磁鐵4YA將會(huì)得電，換向閥6與換向閥7則自動(dòng)換向，此時(shí)系統(tǒng)的壓力上升，速度降低。油路：泵1換向閥4（左位）調(diào)速閥5液壓缸8換向閥7（右位）換向閥4（左位）背壓閥2油箱3. 快退 當(dāng)銑刀完成工進(jìn)，運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，電磁鐵1YA與電磁鐵3YA得電，換向閥4與換向閥6自動(dòng)換向，此時(shí)系統(tǒng)的油壓又降低，速度增加。油路：泵1換向閥4（右位）換向閥7（右位）液壓缸8換向閥6（右位）背壓閥2油箱4. 停止 當(dāng)銑刀完成快退，運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí),電磁鐵1YA再次得電，換向閥4自動(dòng)換向，此時(shí)油路不通。油路：泵1溢流閥3油箱換向閥的工作狀態(tài)如下表：動(dòng)作電磁鐵1YA2YA3YA4YA快進(jìn)工進(jìn)快退停止十、參考文獻(xiàn) 1