專用銑床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、蕪湖廣播電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（本科）液壓氣動(dòng)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)班級(jí)：15 機(jī)械（春）學(xué)號(hào)：姓名：卜宏輝日期：2016-11-13目錄、題目 (3)專用銑床動(dòng)力滑臺(tái)的設(shè)計(jì) (3)二、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 (3)(一) 設(shè)計(jì)要求及工況分析( 3)1 、設(shè)計(jì)要求(3)2、負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析(3)(1) 工作負(fù)載(1)(2) 摩擦負(fù)載 (1)(3) 慣性負(fù)載 (4)(4) 液壓缸在工作過程中各階段的負(fù)載 (4)(5 )運(yùn)動(dòng)時(shí)間 (4)(二) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) (6)1 、初選液壓缸工作壓力 (6)2 、計(jì)算液壓缸主要尺寸 (6)(三) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 (10)1 、選擇基本回路(10)(

2、1) 選擇調(diào)速回路 (10)(2) 選擇油源形式 (11)(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 (11)(4) 選擇速度換接回路 (11)(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 (11)2 、組成液壓系統(tǒng) (12)(四) 計(jì)算和選擇液壓元件 (13)1、確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 (13)(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 (13)(2) 計(jì)算液壓泵的流量 (14)(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 (14) 一、題目要求設(shè)計(jì)一專用銑床，工作臺(tái)要求完成快進(jìn)T工作進(jìn)給T快退T停止的自動(dòng)工作循環(huán)。銑床工作臺(tái)總重量為4000N工件夾具重量為1500N,銑削阻力最大為9000N工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度為4.5m/min、

3、 工進(jìn)速度為0.061m/min,往復(fù)運(yùn)動(dòng)加、減速時(shí)間為0.05s，工作臺(tái) 采用平導(dǎo)軌、靜摩擦分別為fs = 0.2 , fd = 0.1，工作臺(tái)快進(jìn)行程為 0.3m。工進(jìn)行程為0.1m，試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。 二、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算( 一) 、設(shè)計(jì)要求及工況分析1 設(shè)計(jì)要求其動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)t工進(jìn)t快退t停止。主 要參數(shù)與性能要求如下：切削阻力FL=9000N運(yùn)動(dòng)部件所受重力G=5500N 快進(jìn)、快退速度 仁 3 =0.075m/min，工進(jìn)速度 2 =1000mm/min快進(jìn)行程L1=0.3mm工進(jìn)行程L2=0.1mm往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 加速、減速時(shí)間 t=0.05s ;工作臺(tái)采用平

4、導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù) =0.2 , 動(dòng)摩擦系數(shù)ad =0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。2負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力 FL=9000N。(2) 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力FFSSG 0.2 5500 1100N動(dòng)摩擦阻力慣性負(fù)載55009.84 5N 842N0 .05 X 60快進(jìn)tlLi°.3 彳sVi0.075工進(jìn)上2L20.1100sV20.001快退t3LiL2400 10(4)運(yùn)動(dòng)時(shí)間V34.5/603-5.3s設(shè)液壓缸的機(jī)械效率n cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況

5、負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力F0=F/ n cm/N啟動(dòng)FFfs11001222力口速F Ffd13921547快進(jìn)F Ffd Fi550611工進(jìn)F Ffd Fl955020611反向啟動(dòng)F Ffs11001222力口速F Ffd Fi13921547快退FFfd550611根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)時(shí)間， 即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖F-t和速度循環(huán)圖-t，如下圖所示611-1547液壓缸的負(fù)載圖s/nun液壓缸的速度圖（二）確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)1. 初選液壓缸工作壓力所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3,初選液壓缸的工

6、作壓力 pi=3MPa2. 計(jì)算液壓缸主要尺寸鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（Ai=2A）,快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止車 銑時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p=0.6MPa表2負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系負(fù)載F/ KN<5510102020303050>50工作壓力p/MPa<0.811.522.533445> 5表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)、重型 機(jī)械、大中型 挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力p/MPa0.823

7、52881010182032表4執(zhí)行元件背壓力的估計(jì)值系統(tǒng)類型背壓力Pb/MPa簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5回油路調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4 0.6回油路帶背壓閥的系統(tǒng)0.5 1.5帶補(bǔ)油泵的閉式回路0.8 1.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.2 3回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)表5按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa< 5.05.07.0> 7.0d/D0.50.550.620.700.7表6按速比要求確定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：i 無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度;2有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。由式PiA

8、iP2Acm9550cm（RP2）20.9 （3m23.9 10 3 m2鄂106則活塞直徑4A14 3.9 10 3m0.707m70.7mm參考表5及表6,得d 0.5 D=35.35mm圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=71mmd=36mm由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：A1=n d2/4=3.96 X 10-3mA=n (D2-d2)/4=2.94 X 10-3吊根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階 段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖 2所示。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推 力Fo/N回油腔壓力p/MPa進(jìn)油腔壓 力p/MPa輸入流

9、量qx10-3/m3/s輸入功 率F/KW計(jì)算公式啟 動(dòng)1.19小F0 A2 Pp1A1 A2快 進(jìn)加速1547»+ p2.7q (A A) 1PP2恒速611»+ p1.790.2239.47工進(jìn)106110.62.680.396 x10-20.016F 0 p2 A2P1Aq A 2 p piq啟 動(dòng)0.49F0 p2 A1Pa2快 退加速15470.50.53qA2 3恒速一6110.50.210.220.046ppiq注：1. p為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取 p=0.5MPa2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為 pi，無桿腔回油,壓力為P2(

10、三) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.選擇基本回路3. SSNFah p/VPa八P/O0,40.23進(jìn)油腔壓力功率輛入渝量 0.刃旺a0>061250* s/mri4000.3410.-41(1) 選擇調(diào)速回路 由圖1可知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小， 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。為防止銑完工件時(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)必然為 開式循環(huán)系統(tǒng)(2) 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液 壓缸要求油源提供快進(jìn)、 快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小 流量的油液。最大流量與最小流

11、量之比qma, qmin=0.22/(0.396 X-210-2) 56；其相應(yīng)的時(shí)間之比 ( t 1+t 3)/ t2=(4+5.33)/100=0.0933 。這表 明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。 從提高系 統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為 此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。 考慮到前者流量突變 時(shí)液壓沖擊較大， 工作平穩(wěn)性差， 且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí) 現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖 2a 所示。(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和 雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。 考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)

12、快退時(shí)回 油路流量較大， 故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路， 以減 小液壓沖擊。 由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接， 所以選用三位五通電液換 向閥，如圖 2b 所示。(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大( 1/ 2=0.075/0.00175)，為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖 2c 所示。(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后， 調(diào)壓和 卸荷問題都已基本解決。 即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)， 高壓小流量泵的出口壓力由 油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低 壓大流量泵通過液控順序閥卸荷， 高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)

13、雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路卜一一= = = r廠壯圖3整理后的液壓系統(tǒng)原理圖2.組成液壓系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起， 并經(jīng)修改和完善，就可 得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖 3所示。在圖3中，為了解決 滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向 閥6。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn) 入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥13。圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高， 它發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。（四）計(jì)算和選擇液壓件1.確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作

14、壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油， 由表7可知，液壓缸 在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為pi=2.68MPa如在調(diào)速閥進(jìn) 口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失刀 ?p=0.6MPa考慮 到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差 pe=0.5MPa,則小流量泵的最高工 作壓力估算為三22.68+0.6+0.5=3.78 MPa大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見，快退時(shí) 液壓缸的工作壓力為pi=2.7MPa比快進(jìn)時(shí)大。考慮到快退時(shí)進(jìn)油不 通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力 損失刀？p=0.3MPa,則大流量泵的最高工作壓力估算為P I廠理三 

15、7;+” p=2.7+0.3=3 MPa(2) 計(jì)算液壓泵的流量由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.4 x 10-3 m3/s若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為-33-33.1 x 0.2 x 10 m/s =0.22 x 10 m/s =13.2L/min考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.396 x5310- m/s =0.2L/min ，則小流量泵的流量最少應(yīng)為 3.2L/min。(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流 量

16、泵的排量分別為6mL/r和33mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí), 其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min，若取液壓泵容積效率n v=0.9，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為qp qp1 qp26 940 0.9/1000 33 940 0.9/1000 L/min5.1 27.9 L/min 33L/min由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率n p=0.8 , 這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為PpQpp1.73 106 33 10 360 0.8 103KW1.19KW根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L 6型電動(dòng)機(jī), 其額定功率為1.5KW額定轉(zhuǎn)速為9

17、40r/min。2.確定其他元件及輔件(1)確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量， 查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q-6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min,小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min表8液壓元件規(guī)格及型號(hào)序號(hào)元件名稱最大流量額定流量L/min額定壓力MPa型號(hào)規(guī)格額定壓降1雙聯(lián)葉片泵5.1/27.9*16PV2R12-6/332三位 五通 電液閥701006.335D YF3Y -E10E0.33仃程閥62.31006.322C-100BH0.34調(diào)速閥<166.

18、3Q-6B5單向閥701006.3I-100B0.26單向閥29.31006.3I-100B0.27液控順序閥28.1636.3XY-63B0.38背壓閥<1106.3B-10B9溢流閥5.1106.3Y-10B10單向閥27.91006.3I-100B0.211濾油器36.6806.3XU-80 X 2000.0212壓力表開關(guān)K-6B13單向閥701006.3I-100B0.214壓力繼電器14PF-B8L*此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940時(shí)的流量r/min(2)確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的 運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重 新計(jì)算的結(jié)果如表9所列。表9各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退qi=(Aiqp)/(A 1-A2J207.1 L/minq1=0.22 L/minq1=qp1+ q p2=33L/minq2=(A2q1)/A 1q2=(A2q1)/A 1q2=(A2q1)/A 1=74.1 L/min=0.16 L/min=47.8 L/minV1= cp/(A 1-A?)=0.539m/sV2= q1/A 1=0.0021 m/sV3= q1)/A