專用銑床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

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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):學(xué)號(hào):15機(jī)械（春）姓名:班級(jí):學(xué)號(hào):15機(jī)械（春）姓名:日期:卜宏輝2016-11-13目錄一、 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)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)工作負(fù)載(1)摩擦負(fù)載(1)慣性負(fù)載…⑷液壓缸在工作過(guò)程中各階段的負(fù)載 (4)(5)運(yùn)動(dòng)時(shí)間 (4)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)⑹1、 初選液壓缸工作壓力⑹2、 計(jì)算液壓缸主要尺寸⑹擬定液壓系統(tǒng)原理圖 (10)1、 選擇基本回路 (10)選擇調(diào)速回路 (10)選擇油源形式 (11)選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路(11)選擇速度換接回路 ……(11)選擇調(diào)壓和卸荷回路 …(11)2、 組成液壓系統(tǒng) (12)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)計(jì)算液壓泵的最大工作壓力(13)計(jì)算液壓泵的流量 (14)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)-工作進(jìn)給-快退-停止的自動(dòng)工作循環(huán)。銑床工作臺(tái)總重量為4000N.Z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、工進(jìn)速度為0.06?1m/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二0.2,fd二0.1,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、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)-工進(jìn)-快退-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。1=。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At=0.05s；工作臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)us=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)ud=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)分析工作負(fù)載工作負(fù)載即為切削阻力Fl=9000N。摩擦負(fù)載摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力動(dòng)摩擦阻力慣性負(fù)載FG一5500一4^-N842N

i&* 9.80.05x60(4)運(yùn)動(dòng)時(shí)間快進(jìn)L0.3 .t=―i= =4s1七0.075工進(jìn)L 0.1 et=―^ =100s2七0.001快退L+ _400x10-3_53$3 1v32 4.5/60 .S設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ncm=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)載和推力工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載f/n液壓缸推力F0=f/nm/N啟動(dòng)11001222加速13921547

快進(jìn)550611工進(jìn)955020611反向啟動(dòng)11001222加速13921547快退550611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。液壓缸的速度（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,初選液壓缸的工作壓力P1=3MPao2.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01=2^），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〃2=0.6MPa。表2負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系負(fù)載F/KN<55?1010~2020~3030?50>50工作壓力p/MPa<0.8?11.5?22.5?33~44?5N5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/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32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)工作壓力/MPaW5.05.0?7.0N7.0d/D0.5?0.550.62?0.700.7表5按工作壓力選取d/D表6按速比要求確定d/D注：°1一無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；°/° 2_1——1.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.712一有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。由式

4 44 4FpA-pA=——11 22門cmm23.910m23.9103m20.9(306)1062則活塞直徑D、:44 '43.9103m0.707m70.7mm參考表5及表6,得d.0.5D=35.35mm，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得D=71mm,d=36mm。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：Ai=nD2/4=3.96x10-3m2A2=n(D2-d2)/4=2.94x10-3m2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FN回油腔壓力p2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入流量gx10-3/m3/s輸入功率P/KW快進(jìn)啟動(dòng)12221.19加速1547P1+Ap2.7恒速611P1+Ap1.790.2239.47計(jì)算公式2.快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為〃］，無(wú)桿腔回油，壓力為p2。擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.選擇基本回路圖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)。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。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.22/(0.396x10-2)56；其相應(yīng)的時(shí)間之比(^+^)/^(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(lái)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?？紤]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。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)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)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。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(。/。2=0.075/0.001.75)，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。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(wèn)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(wú)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(guò)液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。

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(wú)法建立的問(wèn)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)功率計(jì)算液壓泵的最大工作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Sp=0.6MPa,考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差P=0.5MPa,則小流量泵的最e高工作壓力估算為P國(guó)=+〉△?+△「#=2.68+0.6+0.5=3.78MPa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?？紤]到快退時(shí)進(jìn)油不通過(guò)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SP=0.3MPa,則大流量泵的最高工作壓力估算為P國(guó)Mpi+〉^p=2.7+0.3=3MPa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0.4x10-3m3/s，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1,則兩個(gè)泵的總流量為MK0=1.1x0.2x10-3m3/s=0.22x10-3m3/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0.396x10-5m3/s=0.2L/min,則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.2L/min。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5.6L/min和31L/min,若取液壓泵容積效率nv=0.9，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率氣=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為根據(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940r/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(guò)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*16PV2R12-6/33—2三位五通電液閥701006.335DYF3Y-E10B0.33行程閥62.31006.322C-100BH0.34調(diào)速閥<166.3Q-6B—

5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-10B—9溢流閥5.1106.3Y-10B—10單向閥27.91006.3I-100B0.211濾油器36.6806.3XU--80X2000.0212壓力表開關(guān)———K-6B—13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q1=(A1qP)/(A1-A2')207.1L/minq1=0.22L/minq1=qp1+qp2=33L/minq2=(A2Q1)/A1q2=(A2q1)/A142=02%心1=74.1L/min=0.16L/min=47.8L/minV1=qp/(A1-A2')=0.539m/sV2=q1/A1=0.0021m/sV3=q1)/A2=0.2m/sT1=0.3/0.0