銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 四川師范大學(xué)工學(xué)院設(shè)計(jì)說明書 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) －－－專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 劉暢 院 系 工學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 2008180220 指 導(dǎo) 教 師 隆泗 答 辯 日 期

2、 授課：XXX 目錄 一、題目 …………………………………………………………………………（1） 專用銑床動(dòng)力滑臺(tái)的設(shè)計(jì) ………………………………………………（1） 二、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………（1） （一）設(shè)計(jì)要求及工況分析 ……………………………………………（1） 1、設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………（1） 2、負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 ……………………………………………（1） （1）工作負(fù)載 ……………

3、……………………………………（1） （2）摩擦負(fù)載 ……………………………………………………（1） （3）慣性負(fù)載 ………………………………………………………（1） （4）運(yùn)動(dòng)時(shí)間 ……………………………………………………（1） （二）確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) ………………………………………………（2） 1、初選液壓缸工作壓力 ……………………………………………（3） 2、計(jì)算液壓缸主要尺寸 ……………………………………………（3） （三）擬定液壓系統(tǒng)原理圖 …………………………………………………（5） 1、選擇

4、基本回路 …………………………………………………（5） （1）選擇調(diào)速回路 …………………………………………………（6） （2）選擇油源形式 …………………………………………………（6） （3）選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 ……………………………………（6） （4）選擇速度換接回路 …………………………………………（6） （5）選擇調(diào)壓和卸荷回路 ………………………………………（6） 2、組成液壓系統(tǒng) ……………………………………………………（7） （四）計(jì)算和選擇液壓元件 …………………………………………………（8） 1

5、、確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 …………………………………（9） （1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 ………………………………（9） （2）計(jì)算液壓泵的流量 …………………………………………（9） （3）確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 ……………………………（9） 三、附錄與附圖.附表 ………………………………………………………（10） 四、總結(jié) ……………………………………………………………………(14)五、參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………（15） 授課：XXX 一、題目 專用銑床動(dòng)力滑臺(tái)液壓

6、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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 要求設(shè)計(jì)一專用銑床，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=30kN；運(yùn)動(dòng)部件所受重力G=5500N；快進(jìn)、快退速度1= 3 =4.5m/s，工進(jìn)速度2 =60-1000mm/min；快進(jìn)行程L1=250mm，工進(jìn)行程L2=150mm；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間Δt=0.05s；工作臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)μs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)μd=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=30000N。 (2)

7、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 (3) 慣性負(fù)載 N 842 N 05×60 . 0 8 . 9 5500 i ′ = D D = t g G F u 4.5 = (4) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ηcm=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。 授課：XXX 表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力 工況

8、 負(fù)載組成 液壓缸負(fù)載F/N 液壓缸推力F0=F/ηcm/N 啟 動(dòng) 加 速 快 進(jìn) 工 進(jìn) 反向啟動(dòng) 加 速 快 退 1100 1392 550 30550 1100 1392 550 1222 1547 611 33944 1222 1547 611 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。 液壓缸的負(fù)載圖 液壓缸的速度圖 授課：XXX （二） 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 1．初選液壓缸工作

9、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=4MPa。 2．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（A1=2A2），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p2=0.6MPa。 表2 按負(fù)載選擇工作壓力 負(fù)載/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表3 各種機(jī)械常

10、用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 表4 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(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)

11、表5 按工作壓力選取d/D 工作壓力/MPa ≤5.0 5.0~7.0 ≥7.0 d/D 0.5~0.55 0.62~0.70 0.7 授課：XXX 表6 按速比要求確定d/D 2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1—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。 由式得 2 4 2 6 2 1 cm 1 m 10 92 m 10 ) 2 6 . 0 4 ( 9 . 0 3055

12、0 ) 2 ( - ′ = ′ - ′ = - = p p F A h 則活塞直徑 mm 108 m 108 . 0 m 10 92 4 4 4 1 = = ′ ′ = = - p p A D 參考表5及表6，得d 0.71D =77mm，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=110mm， d=80mm。 由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為 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

13、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 F0/N 回油腔壓力 p2/MPa 進(jìn)油腔壓力 p1/MPa 輸入流量 q×10-3/m3/s 輸入功率 P/KW 計(jì)算公式 快進(jìn) 啟動(dòng) 1222 — 0.69 — — 加速 1547 p1+Δp 0.75 — — 恒速 611 p1+Δp 0.57 0.4 0.23 授課：XXX 工進(jìn) 33944 0.6 3.86 1.58×10-2 0.061 快退 啟動(dòng) 1222 — 0.27

14、— — 加速 1547 0.5 1.41 — — 恒速 611 0.5 1.20 0.34 0.41 注：1. Δp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Δp=0.5MPa。 2． 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。 （三） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 1．選擇基本回路 圖1 授課：XXX (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

15、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。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.4/(1.58×10-2)25；其相應(yīng)的時(shí)間之比(t1+t3)/t2=(3.3+5.3)/90=0.096。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

16、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)?？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。 (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=4.5/0.145），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

17、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)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。 授課：XXX 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

18、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p1=3.86MPa，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∑?p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Dpe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 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p1=1.41MPa，比快進(jìn)時(shí)大?？?/p>

19、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∑?p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 授課：XXX (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0.4×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為 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1.58×10-5 m3/s =0.95L/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.95L/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)

20、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5.6 L/min和31L/min，若取液壓泵容積效率ηv=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ηp=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。 三、附表與附圖 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

21、負(fù)載F/N 液壓缸推力F0=F/ηcm/N 啟 動(dòng) 加 速 快 進(jìn) 工 進(jìn) 反向啟動(dòng) 加 速 快 退 1100 1392 550 30550 1100 1392 550 1222 1547 611 33944 1222 1547 611 授課：XXX 表2 按負(fù)載選擇工作壓力 負(fù)載/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表3 各

22、種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 表4 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(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)

23、表5 按工作壓力選取d/D 工作壓力/MPa ≤5.0 5.0~7.0 ≥7.0 d/D 0.5~0.55 0.62~0.70 0.7 表6 按速比要求確定d/D 2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值 工況 推力 F0/N 回油腔壓力 p2/MPa 進(jìn)油腔壓力 p1/MPa 輸入流量 q×10-3/m3/s 輸入功率 P/KW 計(jì)算公式 快進(jìn) 啟動(dòng) 1222 — 0.69 — —

24、 加速 1547 p1+Δp 0.75 — — 恒速 611 p1+Δp 0.57 0.4 0.23 授課：XXX 工進(jìn) 33944 0.6 3.86 1.58×10-2 0.061 快退 啟動(dòng) 1222 — 0.27 — — 加速 1547 0.5 1.41 — — 恒速 611 0.5 1.20 0.34 0.41 液壓缸負(fù)載、速度循環(huán)圖 速度循環(huán)圖 負(fù)載循環(huán)圖 授課：XXX 圖1 授課：XXX 四、總結(jié) 這次課程設(shè)計(jì)花了四五天，通過

25、這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)到自己的很多不足，自己知識(shí)的很多盲點(diǎn)和漏洞，知識(shí)和實(shí)踐的差距，所以說通過這次設(shè)計(jì)我深刻的認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。 在這個(gè)過程中，遇到了一些困難，但是通過和同學(xué)的討論和資料查找還是解決了這些難題，隨著問題的解決，學(xué)習(xí)的熱情高漲。 本次設(shè)計(jì)涉及了液壓傳動(dòng)的大部分知識(shí)還有就是CAD作圖和word文檔的處理。也使我們很好的將課本上的知識(shí)與實(shí)際結(jié)合起來，收獲頗多，特別是收集資料和信息的能力，這也是我們大學(xué)期間一次難得機(jī)會(huì)，總之是獲益匪淺。 五、參考文獻(xiàn) 1、左建民主編《液壓與氣壓傳動(dòng)》（第四版）機(jī)械工業(yè)出版社 2、張群生主編《液壓與氣壓傳動(dòng)》（第二版）機(jī)械工業(yè)出版社 3、賈銘新主編《液壓傳動(dòng)與控制》（第二版）國(guó)防工業(yè)出版社 4、何玉林,沈榮輝,賀元成.主編《機(jī)械制圖》.重慶大學(xué)出版社 5、路甬祥主編《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》.機(jī)械工業(yè)出版社. （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正，謝謝!） 授課：XXX