设计一台铣床液压系统.doc

液压与气压传动技术液压与气压传动技术 课课 程程 设设 计计 说明书说明书 学 院： 机电工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： _ 2014 年 1 月 10 日 课程设计任务书 学院机电学院班级姓名 设计起止日期2013 年 12 月 30 日-2014 年 1 月 10 日 设计题目：设计一台专用铣床的液压系统 设计任务（主要技术参数）： 工作台要求完成快进工作进给快退停止的自动工作循环。铣床工作台 重量 5000N，工件夹具重量为 2000N，铣削阻力最大为 10000N，工作台快进、快退速度为 5.5mmin，工作进给速度为 0.051.2mmin，往复运动加、减速时间为 0.05s 工作采 用平导轨，静、动摩擦分别为 fs0.2，fd0.1，工作台快进行程为 0.4m。工进行程 为 0.1m。 要求完成以下工作： 1进行液压系统工况分析，绘制工况图； 2设计液压缸； 3制订液压系统原理图，绘制控制元件动作顺序表； 4计算液压系统，选择标准液压元件； 5绘制液压系统原理图； 6验算液压系统的性能； 7编写、整理设计说明书。 指导教师评分： 项目项目分值分值 出勤情况10 一次缺席扣 2 分，两次缺席扣 4 分，三次缺席扣 10 分，出勤 情况连带影响学习态度和质疑 答辩成绩。 学习态度10 学习态度认真，遵守纪律 第一次 10 负载图正确（3 分） ；速度图正 确（2 分） ；液压缸设计步骤准 确（2 分） ；工况图填写正确 （2 分） ；工况图画法正确（1 分） 第二次 10 液压系统图设计正确（3 分） ； 液压泵规格选择正确（2 分） ； 电动机功率计算准确（1 分） ； 液压阀选择准确（3 分） ；辅助 元件的设计（1 分） 。 质 疑 答 辩 第三次10 液压系统速度验算（3 分） ；效 率验算（4 分） ；温升验算（3 分） 答辩20 抽题答辩 说明书质量30 内容完整（5 分） ，结构设计合 理（5 分） ，计算准确（5 分） ，结论准确（5 分） ，撰写规范 工整（5 分） ，排版准确（5 分） 总 分 教师签字： 年 月 日 目目 录录 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 .1 2 负载分析负载分析 .1 2.1 负载计算 负载图.1 2.2 速度分析 速度图.2 3 3 初步确定液压缸的结构尺寸初步确定液压缸的结构尺寸 .3 3.1 初选液压缸的工作压力3 3.2 计算确定液压缸的主要结构尺寸3 4 4 液压缸的工况分析与工况图液压缸的工况分析与工况图 .4 5 5 拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图 .5 5.1 选择液压基本回路5 5.2 将液压回路综合成液压系7 6 6 计算和选择液压元件计算和选择液压元件 .8 6.1 确定液压泵的规格与电动机功率8 6.2 液压阀的选择10 6.3 油管设计11 6.4 确定油箱容积11 7 7 液压系统主要性能的验算液压系统主要性能的验算 .12 7.1 液压缸速度的验算12 7.2 系统中的压力损失验算13 7.3 液压系统的效率和温升的验算16 参考文献参考文献 .17 0 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到 以下目的： 1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设 计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合 成满足基本性能要求的液压系统； 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学 生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD 技术等方面的基本技 能进行一次训练，以提高这些技能的水平。 2 负载分析负载分析 2.12.1 负载计算负载计算 负载图负载图 已知工作负载,重力负载。 N10000Fw0FG 启动加速时, N10002 . 05000Ff 快进、工进，快退时。 N5001 . 05000Ff 按加减速时间和运动部件的重量，根据动量定理，计算可得惯性负载，由 Ftmv ，得到=916.67N。 0.05F 60 5 . 5 10 5000 a a F 取液压缸的机械效率=0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表 m 1 表 1 液压缸在各个工作阶段的负载值 工况计算公式缸的负载 F 启动 mf /FF 1111.11N 加速 maf /FFF）（ 2129.63N 快进 mf /FF 555.56N 工进 mwf /FFF）（ 11666.67N 快退 mf /FF 555.56N 图 1 2.22.2 速度分析速度分析 速度图速度图 根据题义，快速进、退速度相等，即,行程为，smvv/5 . 5 31 ml4 . 0 1 ；工进速度，行程为；根据这些画出速ml5 . 0 3 min/2 . 105 . 0 2 mv ml1 . 0 2 度分析图。 2 图 2 3 3 初步确定液压缸的结构尺寸初步确定液压缸的结构尺寸 3.13.1 初选液压缸的工作压力初选液压缸的工作压力 组合机床的最大负载为 11666.67N 时宜初选液压缸的工作压力 p1=3MPa。 3.23.2 计算确定液压缸的主要结构尺寸计算确定液压缸的主要结构尺寸 为使工作台液压缸快进与快退速度相等，选用单出杆活塞差动连接的方式实现快进， 设液压缸两有效面为和 A2，且=2，即 D=d，查表取回油路背压为 0.5MPa，液 1 A 1 A 2 A 2 压缸快退时背压取 0.5MPa。 由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程 ，可得 FApAp 2211 =42.4 1 A 21 5 . 0pp F 6 10)5 . 05 . 03( 67.11666 2 cm = 则 D=7.35cm=73.5mm 2 A 2 4 1 D 1 4A 3 圆整取 D=75mm。 又因为 d= ，得出 d=51.97mm，查表将其圆整为 d=52mm，计算出液压缸的实际 D 2 2 面积， = -=工进时采用调速阀调速， 24 1 1018.44mA 2 A 1 A 2 4 1 d 24 1094.22m 其最小稳定流量=0.05L/min,按公式进行计算： min q q/v=10 ，故满足要求。 2 cm 2 A 4 4 液压缸的工况分析与工况图液压缸的工况分析与工况图 表 2 液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值 工况推力 F0/N 回油腔压 力 p2/MPa 进油腔压 力 p1/MPa 输入流量 q L/min 输入功率 P/KW 计算公式 启动 1111.110.69 加速 2129.63p1+0.51.56 快 进 恒速 555.56p1+0.50.811.60.08 21 20 1AA PAF p 121 )(AAq qpP 1 工进 11666.6 7 0.62.640.225.30.010.23 1 220 1A ApF p 21 Aq qpP 1 启动 1111.110.47 加速 2129.630.51.89 快 退 恒速 555.560.50.912.610.19 2 120 1A ApF p 32 Aq qpP 1 4 图 3 5 5 拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图 5.15.1 选择液压基本回路选择液压基本回路 (1) 选择调速回路 这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负 载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止铣完工件时负载突然消失引起运 动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系 统。 (2) 选择油源形式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、 快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比 qmax/qmin=25。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高 系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变 5 量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后 者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图 a 所示。 (3) 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动 回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液 换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电 液换向阀，如图 b 所示。 (4) 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大为减少速度换 接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路，如图 c 所示。 (5) 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解 决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。 在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽 未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。 6 5.25.2 将液压回路综合成液压系将液压回路综合成液压系 图 4 1-双联叶片泵 2-三位五通电磁换向阀 3-行程阀 4-调速阀 5 6 10 13-单向阀 7-顺序 阀 8 9-溢流阀 11-过滤器 12-压力表开关 14-压力继电器 7 5.35.3 控制元件动作顺序表控制元件动作顺序表 表 3 注：表中“+”表示电磁铁通电， “-”表示电磁铁断电；“-+” 表示行程阀抬起至压下或压力继电器微动 开关从断开至合上， “+-”相反。 6 6 计算和选择液压元件计算和选择液压元件 6.16.1 确定液压泵的规格与电动机功率确定液压泵的规格与电动机功率 6.1.16.1.1 液压泵规格液压泵规格 （1）液压泵的工作压力 工进时液压泵最大工作压力的计算 工进时液压缸的最大工作压力为 2.64MPa，如进油路上的压力损失取 0.8 MPa， ，为了 使压力继电器能可靠、有效地工作，取其调整压力比系统最大工作压力再高 0.5 MPa，则 系统在工进时的最高工作压力应为 3.94MPa5 . 08 . 064 . 2 pA P 快速运动时液压泵最大工作压力的计算 双联泵中的大流量泵只有在快进和快退运动时才向系统供油。由工况图可 电磁铁注动作名称信号来源 1YA2YAYJ 行程 阀 3 快进启动按钮 + 工进当块压下行程开关 + 死挡铁停留工作部件压在死挡铁处 +- + 快退压力继电器发讯 -+-+ - 原位停止挡铁压下终点开关 - 8 知，快退时的工作压力比快进时大，为 1.89MPa，如取快退时进油路上的压力 损失为 0.5MP a，则系统在快退时的最高工作压力应为 =2.49MPa5 . 089. 1 pB P （2）液压泵流量计算 取系统泄露系数 K=1.2，系统在快退时需要最大流量为min/61.12L 则两个泵的总流量为13.1561.122 . 1 max pp KQQ 工进时的最大流量为，考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L/min，则大流min/3 . 5 L 量泵的流量最少应为 8.3L/min。 所以选取液压泵规格为 YB-10/12 双联叶片泵，转速为 960r/min，压力 6.3MPa。 。min/7min/9LQLQ BA ，min/16LQp （3）确定液压泵规格 按液压泵的额定压力应高于最大工作压力的（2560）%,即 m P 3.94(1.251.6)=(4.9256.3)MPa)6 . 025. 0(1 max pm PP 6.1.26.1.2 电动机功率电动机功率 最大功率出现在快退阶段，取液压缸进油路上压力损失为 0.5MPa，则液 压泵输出压为 1.2+0.5=1.7Mpa。液压泵的总效率为 p=0.8，液压泵流量为 15.13L/min。则电动机功率为： =550W)8 . 060/(1016107 . 1/ 36 pqpq pP 据此选用 Y100-6 型立式电动机，其额定功率为 1.5KW，转速为 960r/min。 9 6.26.2 液压阀的选择液压阀的选择 表 4 液压元件型号与规格 序号液压元件名称通过的最大实 际流量 （L/min） 型号规格接口 尺寸 数量 1 双联叶片泵 YB1-1616L/min 6.3MPa 1 2 滤油器 25XU-4010040 L/min 100m 1 3 单向阀 25I-25B25 L/min 6.3MPa 122 4 溢流阀 10Y-25B25 L/min 6.3MPa 121 5 液控顺序阀 17.5XY-25B25 L/min 6.3MPa 121 6 背压阀 5X2F-B10D20 L/min （051）MPa 101 7 三位五通电磁阀 4435D-63BY63 L/min 6.3MPa 181 8 单向阀 44I-63B63 L/min 6.3MP 181 9 行程阀 4422C-63BH63 L/min 6.3MP 181 10 调速阀 10Q-25B(0.0525) L/min 6.3MPa 121 11 压力继电器 /DP1-63B 调压范围 16.3MPa 111 12 压力表开关 /K-6B6.3MPa41 13 压力表 /Y-60 测量范围 M14 1.5 1 10 6.36.3 油管设计油管设计 液压缸在快进和快退时无杆腔流量较大，计算在快进时液压缸的无杆腔流量 31.5L/min 1 21 1 A AA Q Q p 94.2218.44 18.4416 液压缸在快退时无杆腔的排油量 =29.1L/min 2 1 2 A AQ Q p 94.22 18.4416 所以液压缸进出油管的流量按快退时回油管流量计算，并按压力管路的推荐流速 来计算油管内径 dsmv/3 =14.3mm v Q d 2 603 10 1 . 29 2 3 2 1043 . 1 m 选取内径为 15mm 的无缝钢管 6.46.4 确定油箱容积确定油箱容积 LQV p 961666 11 7 7 液压系统主要性能的验算液压系统主要性能的验算 7.17.1 液压缸速度的验算液压缸速度的验算 表 5 输入流量 （L/min） 排出流量 (L/min) 移动速度 （m/min） 快进（差动） 5 . 31 94.2218.44 94.2216 16 21 2 21 AA QA Q QQQ 5 . 15 16 5 . 31 12 QQQ 1 . 7 10)94.2218.44( 1016 4 3 21 1 AA Q v 工进 3 . 52 . 0 2 Q 75 . 2 103 . 0 )3 . 52 . 0( 18.44 94.22 1 1 2 2 Q A A Q 2 . 1045 . 0 1018.44 10)3 . 52 . 0( 4 3 1 1 2 A Q v 快退 16 2 QQ 14.29 94.22 18.44 16 1 2 1 2 A A Q Q 6 . 6 1094.22 1016 4 3 2 A Q v 流量 及速 度 工 序 12 7.27.2 系统中的压力损失验算系统中的压力损失验算 液压元件在额定流量下的额定压力损失 元件 压力损失 35D-63BYI-25BXY-25BI-63B22C-63BHQ-25B pvn(105Pa)423225 液压缸进、出油口至阀组装置中的管道按选定的管道尺寸，即 d=15mm，进、回油管长 度暂且均按 2m 估算，油液的运动粘度取，压力损失验算应按整个工作smv/1046 26 循环中不同阶段分别进行。 1）快进 (1)进油路损失 快进时，进油管中液流的雷诺数 9682320 6010151046 10 5 . 3144 Re 36 3 1 vd Q v vd 管道中的流动状态为层流，应按公式计算进油管路的沿程压力损失，即 0.46Pa 5 4 66 5 4 1 6 1 10 15 2 5 . 311046108 10 108 d lvQ Pl 5 10 进油管的局部压力损失可按式估取为 0.1=0.10.46=0.046 1 P n P 5 10Pa 5 10 由系统原理图可以看出，快进时，液压缸差动链接，通过单向阀 10 的流量是 9L/min，通过三位五通阀 13 的流量是 16L/min，然后以流量 31.5L/min 通过行程阀 3。由 此可算出快进时的总降压 5222 1 10) 63 5 . 31 (2) 63 16 (4) 25 9 (2 v PPa 5 1002 . 1 13 快进时进油路上总的压力损失 PaPPPP vl 55 1111 1052 . 1 10)02 . 1 046 . 0 46 . 0 ( (2)回油路损失 同理可判断快进时回油路中液流的流动状态是层流，回油管路的流量可知 ，其压力损失min/ 5 . 15 2 LQ Pa d lvQ Pl 55 4 66 4 2 6 2 1022 . 0 10 15 2 5 . 151046108108 快进时回油路上的局部 PaPP l 55 22 10022 . 0 1022 . 0 1 . 01 . 0 快进时液压缸的油液经三位五通电磁阀 13 和单向阀 6 的流量均为 15.5L/min，然后经 行程阀 3 流入液压缸无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力至无杆腔的总降压 PaPv 5522 2 1001 . 1 10) 63 5 . 15 (4) 25 5 . 15 (2 由此可计算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力的差 2 P 1 P PaPPPP vl 55 2222 1025 . 1 10)01 . 1 022 . 0 22 . 0 ( 2)工进 工进时进油路的最大流量，回油路的最大流量为。min/3 . 5 LQlmin/75 . 2 LQz 同理可判断工进时进油路与回油路中液流的流动状态是层流。 (1)进油路 进油管路的沿程压力损失 Pa d lvQ Pl 55 4 66 5 4 1 6 1 10077 . 0 10 15 23 . 51046108 10 108 进油管的局部压力损失为 PaPP l 55 11 10008 . 0 10077 . 0 1 . 01 . 0 由系统原理图可以看出，工进时，通过三位五通电磁阀 13 的最大流量是 5.3L/min， 通过调速阀 4 上的最小压力损失为 0.5MPa，由此可算出进油路上总阀降压为 PaP 552 1v 1009 . 5 105 63 8 . 6 4）（ 工进时进油路上总的压力损失 14 PaPPPP vl 55 1111 1017 . 5 1009 . 5 008 . 0 077 . 0 ）（ (2)回油路损失 工进时回油管路沿程压力损失 a1004 . 0 10 15 275 . 2 1046108 10 108 55 4 66 5 4 2 6 2 P d lvQ Pl 回油管的局部压力损失 PaPP l 55 22 10004 . 0 1004 . 0 1 . 01 . 0 由系统原理图可以看出，工进时回流通过三位五通电磁阀 13 的最大流量是 2.75L/min,通 过调速阀 4 上最小压力损失为 0.5MPa，由此可算出回油路上总阀降压为 PaPv 552 2 1001 . 5 105) 63 75 . 2 (4 工进时回油路上总的压力损失 PaPPPP vl 55 2222 10054 . 5 10)01 . 5 004 . 0 04 . 0 ( 3）快退 快退时进油路最大流量为，回油路的最大流量为。min/16LQlmin/14.29 2 LQ 同理可判断快退时进油路和回油路中液体流动状态是层流。 (1)进油路 进油管路的沿程压力损失 Pa d lvQ Pl 55 4 66 5 4 1 6 1 1023 . 0 10 15 2161046108 10 108 进油管的局部压力损失为 PaPP l 55 11 10023 . 0 1023 . 0 1 . 01 . 0 由系统原理图可以看出，快退时，通过三位五通电磁阀 13 的流量是 16L/min，由此可 算出进油路上的总阀降压为 PaP 552 1v 1026 . 0 10) 63 16 (4 快退时进油路上总的压力损失 a10513 . 0 1026 . 0 023 . 0 23. 0 55 111 l1 PPPPP v ）（ (2)回油路损失 15 快退时回油管路的沿程压力损失 Pa d lvQ Pl 65 4 66 5 4 2 6 2 1042 . 0 10 15 214.291046108 10 108 快退时回油路上总的局部损失 a10042 . 0 1042 . 0 1 . 01 . 0 55 22 PPP l 由系统原理图可知，快退时液压缸的有杆腔中的油液经电磁阀 13 与单向阀 6 均为 29.14L/min a1028 . 1 10 63 14.29 4 63 14.29 2 5522 2 PPv）（）（ 由此可算出快退时回油路管阀的总降压 PaPPPP vl 55 2222 10742 . 1 10)28 . 1 042 . 0 42 . 0 ( 7.37.3 液压系统的效率和温升的验算液压系统的效率和温升的验算 因工进时间占整个工作循环的比例较大，因此可用计算得到回路工进时的效率作