液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1設(shè)計(jì)題目1.1設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺專用銑床,銑頭驅(qū)動電機(jī)的功率為7.0千瓦,銑刀直徑為120mm,轉(zhuǎn)速350轉(zhuǎn)/分,如工作臺質(zhì)量為480公斤,工件和夾具的質(zhì)量為150公斤,工作臺的行程為400mm,工進(jìn)行程為100mm,快進(jìn)快退速度為4.5米/分,工進(jìn)速度為60~1000毫米/分,其往復(fù)運(yùn)動的加速(減速時(shí)間為0.05秒,工作臺用平導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)0.2sf=,動摩擦系數(shù)0.1df=,試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。2工況分析2.1負(fù)載分析根據(jù)給定條件,先計(jì)算工作臺運(yùn)動中慣性力mF,工作臺與導(dǎo)軌的動摩擦阻力fdF和靜摩擦阻力fsF63000.0759639.810.05GmFvFgt??===??(N(2-112(0.1(480015006300fddGGFfFF=+=?+=(N(2-212(0.2(480015001260fSsGGFfFF=+=?+=(N(2-3其中,GFmg==?=(NGFmg==?=(N00GGGFFF=+=+=(N由銑頭的驅(qū)動電機(jī)功率能夠求得銑削最大負(fù)載阻力tF:tPFv=(2-4其中3503.140.122.1986060ndmvsπ??===因此,.198tPFv===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0.9mη=,工作臺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)載值圖2-1負(fù)載循環(huán)圖2.2運(yùn)動分析根據(jù)給定條件,快進(jìn)、快退速度為0.075m/s,其行程分別為300mm和400mm,工進(jìn)速度為60~1000m/s(即0.001~0.0167m/s,工進(jìn)行程100mm,繪出速度循環(huán)圖如圖2-2所示。圖2-2速度循環(huán)圖3擬定液壓缸的參數(shù)3.1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(書的推薦值,初選工作壓力為51010?Pa.3.2擬定液壓缸尺寸由于銑床工作臺快進(jìn)和快退速度相似,因此選用單桿活塞式液壓缸,并使122AA=,快進(jìn)時(shí)采用差動連接,因管路中有壓力損失,快進(jìn)時(shí)回油路壓力損失取5510p?=?Pa,快退時(shí)回油路壓力損失亦取5510p?=?Pa。工進(jìn)時(shí),為使運(yùn)動平穩(wěn),在液壓缸回路油路上須加背壓閥,背壓力值普通為5(51010?Pa,選用背壓52610p=?Pa。根據(jù)11220pApAF=+,可求出液壓缸大腔面積1A為2151242390.006(0.5(100.5610FAmpp===--??(3-10.087(Dm===(3-2根據(jù)GB2348-80圓整成就近的原則值,得D=90mm,液壓缸活塞桿直徑63.65dmm==,根據(jù)GB2348-80就近圓整成原則值d=63mm,于是液壓缸實(shí)際有效工作面積為22210.090.00644ADmππ==?=(3-3222222((0.090.0630.00344ADdmππ=-=-=(3-43.3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(見表3-13.4繪制液壓缸工況圖根據(jù)表3-1計(jì)算成果,分別繪制P-L、Q-L和N-L圖,如圖3-1所示P-L圖Q-L圖N-L圖圖3-1-L、Q-L和N-L圖4擬定液壓系統(tǒng)圖4.1選擇液壓系統(tǒng)圖4.1.1調(diào)速回路由工況圖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,滑臺運(yùn)動速度低,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。為避免孔鉆通時(shí)負(fù)載忽然消失引發(fā)運(yùn)動部件前沖,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)。?？紤]到銑削加工中有順銑和逆銑兩種工況,宜采用調(diào)速閥來確保速度穩(wěn)定,并將調(diào)速閥裝在液壓缸回油路上起阻力作用,使工作臺低速運(yùn)動時(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)省成本考慮,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4.1.2換向回路和卸荷回路銑床工作臺采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動。由工況圖可知,系統(tǒng)壓力和流量都不大,同時(shí)考慮工作臺工作一種循環(huán)后裝夾具時(shí)間比較長,為方便工作臺的手動,選用三位四通U型電磁換向閥,并由電氣行程開關(guān)配合實(shí)現(xiàn)自動換向,如圖4-2b所示4.1.3快速運(yùn)動回路為實(shí)現(xiàn)工作臺快速進(jìn)給,選用二位三通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動連接。這種差動連接的快速運(yùn)動回路,構(gòu)造簡樸,也比較經(jīng)濟(jì),如圖4-2a所示。在圖4-2a-b中構(gòu)造復(fù)雜不利于控制,因此選擇4-2a所示的回路,一起同4-2b構(gòu)成的快速、換向回路,同樣能夠?qū)崿F(xiàn)差動連接。同時(shí)驗(yàn)算回路的壓力損失比較簡便,因此不選用圖4-2a-b所示的回路。(a(b(a-b圖4-2快速和換向回路4.1.4壓力控制回路由于液壓系統(tǒng)流量很小,銑床工作臺工作進(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)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),工作臺停止運(yùn)動,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,因此不適宜選用此方案。(a(b圖4-3壓力控制回路4.2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5.1選擇液壓泵和驅(qū)動電機(jī)取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.1則液壓泵的最大流量333max(1.10.225100.24810/BiQKQms-≥∑=??=?,即BQ=14.88L/min。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)油路壓力損失選用5510pPa∑?=?,故液壓泵工作壓力為:551(9.8451014.8410BpppPa=+∑?=+?=?。(5-1考慮到系統(tǒng)動態(tài)壓力因素的影響,液壓泵的額定工作壓力為:5514.84(125%1018.8510BpPa=+?=?.(5-2根據(jù)BQ、Bp和已選定的單向定量泵型式,查手冊書(二選用116YB-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330.25610/ms-?,由工況圖知,最大功率在快退階段,如果取液壓泵的效率為為0.75,驅(qū)動液壓泵最大輸入功率BN為:531(15.95100.256107130.75BBBpQNη-+???===(W(5-3查電工手冊選用750W的電動機(jī)。5.2選擇控制元件根據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力和通過控制元件的最大流量,選用各類閥的規(guī)格見表5-1.表5-1選用各類閥的規(guī)5.3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100mμ進(jìn)口濾油器,流量Q=16l/min=0.267?3310/ms-.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3361272(7210(VKQLm-==?==?(5-4根據(jù)書(二原則,可取油箱的容積V=75L,油箱見附圖1,管道尺寸由選定的原則元件連接口尺寸擬定。6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算6.1回路中壓力損失回路壓力損失計(jì)算應(yīng)在管道布置圖完畢后進(jìn)行,必須懂得管道的長度和直徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸擬定,即d=12mm,長度在管道布置圖未完畢前暫按進(jìn)油管、回油管均為L==2m估算。油液運(yùn)動粘度取421.510/msν-=?,在此設(shè)計(jì)中重要驗(yàn)算工進(jìn)和快退工況時(shí)的壓力損失。6.1.1工進(jìn)時(shí)壓力損失進(jìn)油管路壓力損失:首先鑒別進(jìn)油管液流狀態(tài),由于雷諾數(shù)334440.11070.712101.510evdQRdνπνπ---??====<????(6-1故為層流。管路沿層壓力損失:4316441654.34.31.5100.11021012100.62210(LQLPdPaν--?????????=?=?=?(6-2取管道局部損失50.10.062210LPPPaζ?=??=?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)見表5-1222550.2560.2561.5102100.4170.417VVVnVnQPPQ??????∑?=∑?=?+??????????51.3210=?(Pa(6-3工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路總壓力損失:'5210LVpPPPζ?=?+?+∑?=?(Pa(6-4攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5選擇液壓元件工進(jìn)時(shí)回油路壓力損失：因回油管路流量Q2為Q2=Q10.1×10?3==0.05×10?3(m3/s22(6-5液流狀態(tài)經(jīng)判斷為層流（Re=70.7<，于是沿程壓力損失：4.3×ν×Q×L4.3×1.5×10?4×0.05×10?3×2×1016=d4124×1016=0.297×105(Pa?PL=(6-6局部壓力損失：?Pζ=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)算辦法同上，即Q0.128550.128∑?P=∑?PV=1×105VVn+5×10+2×100.4170.417QVn222=5.28×105(Pa工進(jìn)時(shí)回油路總壓力損失(6-8?p"=?PL+?Pζ+∑?P=5.6×105(PaV失?p=?p'+?p"A20.003=2×105+5.6×105×=4.8×105(PaA10.006(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(6-106.1.2快退時(shí)壓力損失快退時(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：4.3×ν×Q×L4.3×1.5×10?4×0.225×10?3×2×1016=d4124×1016=1.4×105(Pa?PL=?Pζ=0.1?P=0.14×10(Pa5(6-11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)算辦法同前Q0.25650.256∑?P=∑?PV=1.5×105VVn+2×100.4170.417QVn2220.2565+1×105=1.7×10(Pa0.4172(6-12攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5選擇液壓元件快退時(shí)進(jìn)油路總壓力損失：?p'=?PL+?Pζ+∑?P=3.24×105(PaV快退時(shí)回油路中壓力損失：由于Q1=2Q2,則有?PL=4.3×ν×Q×L4.3×1.5×10?4×2×0.225×10?3×2×1016=d4124×1016=2.8×105(Pa(6-13(6-14?Pζ=0.1?P=0.28×105(PaQ2×0.2565∑?P=∑?PV=2×105VVn=2.46×10(PaQVn0.417回油路總壓力損失：22?p"=?PL+?Pζ+∑?P=5..54×105(PaV(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：?p=?p'+?p"0.003A2=3.24×105+5.54×105×=6×105(PaA10.006(6-16這個(gè)數(shù)值比原來預(yù)計(jì)的數(shù)值大，因此系統(tǒng)中元件規(guī)格和管道直徑不適宜再減小。6.2擬定液壓泵工作壓力工進(jìn)時(shí)，負(fù)載壓力pL=F42.39==66.24(N/cm2=6.624×105(PaA164(6-17液壓泵工作壓力pgj≥pL+?p=(6.624+4.8×105=11.4×105(Pa(6-18快退時(shí)，負(fù)載壓力：'pL=F700==21.88(N/cm2=2.88×105(PaA232(6-19液壓泵的工作壓力：pkt≥pL+?p=(2.88+6×105=8.88×105(Pa(6-20根據(jù)pgj，則溢流閥調(diào)節(jié)壓力取12×105Pa。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5選擇液壓元件6.3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，因此，系統(tǒng)的效率能夠用工進(jìn)時(shí)的狀況來計(jì)算。工進(jìn)速度為0.0010.0167m/s，則液壓缸的輸出功率為NC=FV=4239×0.001=4.239(W'NC=FV=4239×0.0167=70.79(W