銑床液壓系統(tǒng)設計
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1、 四川師范大學工學院設計說明書 液壓傳動課程設計 ---專用銑床液壓系統(tǒng)設計 學 生 劉暢 院 系 工學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學 號 2008180220 指 導 教 師 隆泗 答 辯 日 期
2、 授課:XXX 目錄 一、題目 …………………………………………………………………………(1) 專用銑床動力滑臺的設計 ………………………………………………(1) 二、液壓系統(tǒng)設計計算 ………………………………………………………(1) (一)設計要求及工況分析 ……………………………………………(1) 1、設計要求 ………………………………………………………(1) 2、負載與運動分析 ……………………………………………(1) (1)工作負載 ……………
3、……………………………………(1) (2)摩擦負載 ……………………………………………………(1) (3)慣性負載 ………………………………………………………(1) (4)運動時間 ……………………………………………………(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)選擇快速運動和換向回路 ……………………………………(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)計算和選擇液壓元件 …………………………………………………(8) 1
5、、確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 …………………………………(9) (1)計算液壓泵的最大工作壓力 ………………………………(9) (2)計算液壓泵的流量 …………………………………………(9) (3)確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 ……………………………(9) 三、附錄與附圖.附表 ………………………………………………………(10) 四、總結(jié) ……………………………………………………………………(14)五、參考文獻 ………………………………………………………………(15) 授課:XXX 一、題目 專用銑床動力滑臺液壓
6、系統(tǒng)設計 二、液壓系統(tǒng)設計計算 (一)、設計要求及工況分析 1.設計要求 要求設計一專用銑床,其動力滑臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是:快進→工進→快退→停止。主要參數(shù)與性能要求如下:切削阻力FL=30kN;運動部件所受重力G=5500N;快進、快退速度1= 3 =4.5m/s,工進速度2 =60-1000mm/min;快進行程L1=250mm,工進行程L2=150mm;往復運動的加速、減速時間Δt=0.05s;工作臺采用平導軌,靜摩擦系數(shù)μs=0.2,動摩擦系數(shù)μd=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。 2.負載與運動分析 (1) 工作負載 工作負載即為切削阻力FL=30000N。 (2)
7、摩擦負載 摩擦負載即為導軌的摩擦阻力: 靜摩擦阻力 動摩擦阻力 (3) 慣性負載 N 842 N 05×60 . 0 8 . 9 5500 i ′ = D D = t g G F u 4.5 = (4) 運動時間 快進 工進 快退 設液壓缸的機械效率ηcm=0.9,得出液壓缸在各工作階段的負載和推力,如表1所列。 授課:XXX 表1液壓缸各階段的負載和推力 工況
8、 負載組成 液壓缸負載F/N 液壓缸推力F0=F/ηcm/N 啟 動 加 速 快 進 工 進 反向啟動 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)的負載和運動時間,即可繪制出負載循環(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 所設計的動力滑臺在工進時負載最大,在其它工況負載都不太高,參考表2和表3,初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。 2.計算液壓缸主要尺寸 鑒于動力滑臺快進和快退速度相等,這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸(A1=2A2),快進時液壓缸差動連接。工進時為防止車銑時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象,液壓缸的回油腔應有背壓,參考表4選此背壓為p2=0.6MPa。 表2 按負載選擇工作壓力 負載/ 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 各種機械常
10、用的系統(tǒng)工作壓力 機械類型 機 床 農(nóng)業(yè)機械 小型工程機械 建筑機械 液壓鑿巖機 液壓機 大中型挖掘機 重型機械 起重運輸機械 磨床 組合機床 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 回油路設置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補油泵的閉式回路 0.8~1.5 回油路較復雜的工程機械 1.2~3 回油路較短且直接回油 可忽略不計
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—無桿腔進油時活塞運動速度; 2—有桿腔進油時活塞運動速度。 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,圓整后取標準數(shù)值得 D=110mm, d=80mm。 由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為 根據(jù)計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 進油腔壓力 p1/MPa 輸入流量 q×10-3/m3/s 輸入功率 P/KW 計算公式 快進 啟動 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 33944 0.6 3.86 1.58×10-2 0.061 快退 啟動 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為液壓缸差動連接時,回油口到進油口之間的壓力損失,取Δp=0.5MPa。 2. 快退時,液壓缸有桿腔進油,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,這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小,滑臺運動速度低,工作負載為阻力負載且工作中變化小,故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止銑完工件時負載突然消失引起運動部件前沖,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、快退行程的低壓大流量和工進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;其相應的時間之比(t1+t3)/t2=(3.3+5.3)/90=0.096。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時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??紤]到前者流量突變時液壓沖擊較大,工作平穩(wěn)性差,且后者可雙泵同時向液壓缸供
16、油實現(xiàn)快速運動,最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案,如圖2a所示。 (3) 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動??紤]到從工進轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大,故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路,以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接,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)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時,速度變化大(1/2=4.5/0.145),為減少速度換接時的液壓沖擊,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、臺工進時,高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定,無需另設調(diào)壓回路。在滑臺工進和停止時,低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷,高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷,但功率損失較小,故可不需再設卸荷回路。 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,為了解決滑臺工進時進、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題,增設了單向閥6。為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱,導致空氣進入系統(tǒng),影響滑臺運動的平穩(wěn)性,圖中添置了一個單向閥13。圖中增設了
18、一個壓力繼電器14。當滑臺碰上死擋塊后,系統(tǒng)壓力升高,它發(fā)出快退信號,操縱電液換向閥換向。 (四)計算和選擇液壓件 1.確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 (1) 計算液壓泵的最大工作壓力 小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油,由表7可知,液壓缸在工進時工作壓力最大,最大工作壓力為p1=3.86MPa,如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中,選取進油路上的總壓力損失∑?p=0.6MPa,考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差Dpe=0.5MPa,則小流量泵的最高工作壓力估算為 大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油,由表7可見,快退時液壓缸的工作壓力為p1=1.41MPa,比快進時大???/p>
19、慮到快退時進油不通過調(diào)速閥,故其進油路壓力損失比前者小,現(xiàn)取進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,工進時的流量為1.58×10-5 m3/s =0.95L/min,則小流量泵的流量最少應為3.95L/min。 (3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 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,當液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時,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,則液壓泵的實際輸出流量為 由于液壓缸在快退時輸入功率最大,若取液壓泵總效率ηp=0.8,這時液壓泵的驅(qū)動電動機功率為 根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本,選用規(guī)格相近的Y100L—6型電動機,其額定功率為1.5KW,額定轉(zhuǎn)速為940r/min。 三、附表與附圖 表1液壓缸各階段的負載和推力 工況 負載組成 液壓缸
21、負載F/N 液壓缸推力F0=F/ηcm/N 啟 動 加 速 快 進 工 進 反向啟動 加 速 快 退 1100 1392 550 30550 1100 1392 550 1222 1547 611 33944 1222 1547 611 授課:XXX 表2 按負載選擇工作壓力 負載/ 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、種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 機械類型 機 床 農(nóng)業(yè)機械 小型工程機械 建筑機械 液壓鑿巖機 液壓機 大中型挖掘機 重型機械 起重運輸機械 磨床 組合機床 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 回油路設置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補油泵的閉式回路 0.8~1.5 回油路較復雜的工程機械 1.2~3 回油路較短且直接回油 可忽略不計
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 進油腔壓力 p1/MPa 輸入流量 q×10-3/m3/s 輸入功率 P/KW 計算公式 快進 啟動 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 33944 0.6 3.86 1.58×10-2 0.061 快退 啟動 1222 — 0.27 — — 加速 1547 0.5 1.41 — — 恒速 611 0.5 1.20 0.34 0.41 液壓缸負載、速度循環(huán)圖 速度循環(huán)圖 負載循環(huán)圖 授課:XXX 圖1 授課:XXX 四、總結(jié) 這次課程設計花了四五天,通過
25、這段時間的設計,認識到自己的很多不足,自己知識的很多盲點和漏洞,知識和實踐的差距,所以說通過這次設計我深刻的認識到理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 在這個過程中,遇到了一些困難,但是通過和同學的討論和資料查找還是解決了這些難題,隨著問題的解決,學習的熱情高漲。 本次設計涉及了液壓傳動的大部分知識還有就是CAD作圖和word文檔的處理。也使我們很好的將課本上的知識與實際結(jié)合起來,收獲頗多,特別是收集資料和信息的能力,這也是我們大學期間一次難得機會,總之是獲益匪淺。 五、參考文獻 1、左建民主編《液壓與氣壓傳動》(第四版)機械工業(yè)出版社 2、張群生主編《液壓與氣壓傳動》(第二版)機械工業(yè)出版社 3、賈銘新主編《液壓傳動與控制》(第二版)國防工業(yè)出版社 4、何玉林,沈榮輝,賀元成.主編《機械制圖》.重慶大學出版社 5、路甬祥主編《液壓氣動技術(shù)手冊》.機械工業(yè)出版社. (注:可編輯下載,若有不當之處,請指正,謝謝!) 授課:XXX
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