液压与气压传动课程设计-液压专用铣床.doc

湖南大学机械工程学院课程设计说明书课程名称：液压与气压传动 题目名称：液压专用铣床 班 级： 2010 姓 名： 学 号： 指导教师： 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 2013年 月 日 目 录摘要：11、 设计要求与题目12、 设计要求 3、 设计题目二、负载分析与速度分析31负载分析2速度分析三、确定液压缸主要参数51.初选液压缸的工作压力2.计算液压缸结构参数3.计算液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值四、拟定液压系统图81.选择基本回路2.回路合成五、液压元件的选择91.液压泵及驱动电机功率的确定2.元件、辅件选择六、系统油液温验算11七、参考文献12液压与气压传动课程设计摘要：本文在专用铣床液压系统设计中，主要对专用铣床的液压系统进行了总体设计，根据工况条件对负载与速度进行了科学分析、还拟定优化了液压系统图，并且对液压缸参数确定、液压元器件选择等方面进行了设计，并且从温升方面对液压系统性能进行了验算。关键词：液压系统 专用铣床 控制元件选择 性能验算 液压泵参数一、 设计要求与题目1、1设计要求：1.学生必须独立完成设计，可以搜集、参考同类机械资料，深入理解后才能借鉴，但决不允许抄袭。2.提交设计计算说明书一份。3.液压传动系统原理图一张（CAD绘制）1、2设计题目：设计一台专用铣床，工作台要求完成：快进工进快退的自动工作循环。设计要求如下：铣床最大切削力9000N，铣床工作台重量3000N，工件夹具最大重量为1000N，工作台快进、快退速度为4.5m/min，工作进给速度为601000mm/min，启动、减速制动时间为0.05s，工作台导轨水平放置，静、动摩擦分别为，工作台快进行程为200mm。工作行程为200mm。试设计该机床的液压系统。二 、负载分析与速度分析1负载分析已知工作负载，重力负载。启动加速时，快进、工进，快退时。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，得到=612.24N。忽略因切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，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1-1表1-1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启动加速1124.71N快进444.44N工进10444.44N快退444.44N2速度分析已知快进、快退速度4.5m/min,工进速度为600-1000mm/min。工作台快进行程为200mm。工作行程为200mm。按上述分析可绘制出负载循环图和速度循环图。由于往复加减速时间只有0.05s，加减速度最大行程只有0.002m。所以相对于快进、工进行程，加减速度的行程很小，可忽略不计！但是为了表示较为直观，所以将往复加、减速度的行程采用了夸大画法！（详见下图）。负载循环图速度循环图注：在上两图中，代号1为启动加速，2为快进，3为工进，4为制动，5为加速，6为快退，7为制动。二、确定液压缸主要参数1.初选液压缸的工作压力由最大负载值为10444.44N，查表9-3，取液压缸工作压力为2.5MPa。2.计算液压缸结构参数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9-1取回油路背压为0.5MPa，液压缸快退时背压取0.5MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程 ，可得=46.4= 则 D=7.69cm=76.9mm查表4-4圆整取D=80mm。又因为d= ，得出d=56.56mm，查表4-6将其圆整为d=56mm，计算出液压缸的有效面积=50.27 ， = -=25.64工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量=0.05L/min,按（9-1）式进行计算：q/v=8.33，故满足要求。3.计算液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa,即=+0.5MPa ，计算结果见表 2-1。表2-1液压缸在工作循环各阶段压力、流量和功率值工况计算公式负载F（N）回油被压进油压力流入流量/10ms输入功率快进启动 1569.16 1.66MPa1.16MPa快进恒速444.441.20MPa0.70MPa0.1850.13工进10444.440.5MPa2.33MPa0.0050.0840.01160.197快退加速 1569.160.5MPa1.59MPa快退恒速444.440.5MPa1.15MPa0.1920.22把表2-1中计算结果绘制成工况图，如图2-2所示。 图2-2 工况图注：进油腔压力p单位为MPa，输入流量q单位为L.s-1，输入功率P 单位为Kw。三、拟定液压系统图1.选择基本回路（1）换向回路为了使换向平稳，选用电液换向阀，为了实现液压缸中位停止，采用三位五通电液换向阀。（2）调速回路 因为液压系统功率不大，并且只有进油负载，所以选用进油节流调速回路。为有较好的低速平稳性和加速度负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。（3）压力控制回路 限压式变量泵本身能按预先调定的压力限制其最大的压力，并且设溢流阀起稳压、安全保护作用。（4）泵供油回路 由于系统最大流量与最小流量比约为38倍，且整个工作循环中，大部分时间都是在工进状态下工作，为了避免工进时效率损失大，选用限压式变量泵以节约能源提高效率。（6）速度换接回路和快速回路 由于快进速度与工进速度变化较大，为了换接平稳，选用行程阀与调速阀并联的快慢速度换接回路，快速运动通过差动回路来实现。2.回路合成对选定的基本回路在合成时，有必要进行整理、修改和归并。具体方法为： (1)为了防止油内杂质对系统的损害，需在油液进入液压泵前接入滤油器。（2）为防止液压缸油压过高使油液倒流损害液压泵，因设置单向阀。（3）防止工作时液压缸进油路、回油路相通，需接入单向阀。（4）要实现差动快进，必须在回油路上设置液控单向阀，以阻止油液流回油箱。同时它与溢流阀串联。（5）为防止机床停止工作时系统中的油液回油箱，应增设单向阀。（6）设置压力表以及压力表的开关。四、元件的选择1.液压泵及驱动电机功率的确定（1）液压泵的工作压力 液压泵的在工进时工作压力最大。则液压泵的工作压力 P大于或者等于。为执行原件的最大工作压力，。为进油路的压力损失，取=0.8MPa。则工作时泵的最高压力为=3.53Mpa，选择泵的额定压力应为与之间。即，4.4125Mpa5.648Mpa.（2）液压泵流量计算取系统泄露系数K=1.2，则液压泵的流量为：。由于工进时做需要的最大流量为，则泵的工进时最大稳定流量为=，即（3）确定液压泵规格 查液压元件手册，选用YBN-20N-JB18，其额定转速为1500r/min,容积效率为v=0.9,排量最大为12.5ml/r,调压范围为2-7Mpa。（4）确定驱动电动机功率由工况图表明，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，则液压泵输出压力为1.15+0.5=1.65Mpa。液压泵的总效率为p=0.8，液压泵流量为13.8L/min。则电动机功率为：=474.4W据此选用Y802-4型立式电动机，其额定功率为0.75KW，转速为1390r/min，此时液压泵流量为17.375L/min，仍能满足系统要求。2.元件、辅件选择（1）根据实际工作压力及流量大小可选择液压元、辅件如下表4-1所示。 表4-1 液压控制元件序号元器件额定流量L/min型号1单向阀40AJ-Hb10B2溢流阀40Y1-F*16D-A/o3三位五通电液换向阀7534DY*-B20H-T4行程阀4022CH-D16B5单向阀40AJ-Hb10B6溢流阀25Y1-F*16D-B/o7压力继电器PD-F*10D-A8单向阀40AJ-Hb10B9调速阀25QA-F6/10D-A注：溢流阀（1）为防止系统压力突然升高，起到保护系统元件的作用。定差减压阀是为了防止因线隙式过滤器堵塞而使得泵经溢流阀（1）卸荷，导致长时间在高压下工作，起到保护泵，以及节约能量的作用。行程阀的作用是为了将液压缸的动作由快进切为工进。压力继电器的的作用是当工进速结束后，液压缸静止不动，系统压力升高，这时压力继电器就发出电信号给2YA电磁铁，是电磁铁得电，进而改变液压缸的运动方向，使液压缸实现快退的动作。溢流阀2是为液压缸工进时保回油有一定的被压。（2）油管的选择与计算连接管选用尼龙管，承压能力8MPa，价格低廉，弯曲方便。缺点，寿命较短。油管的计算主要确定油管内径和管壁的厚度。根据（6-5）式有： d=2 取吸油管=1m/s， 压油管=2.5m/s ，回油管=2m/s 。计算可得：=15.6mm , =9.9mm，=11.0mm因为采用尼龙管，所以壁厚计算略。（3）油箱的容积由于是中低压系统，所以油箱容积取液压泵流量的5倍，管道尺寸由连接尺寸决定。V=69L（4）过滤器的选择按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。 =(13.8X2.5)L/min=34.5L/min采用两个过滤器，第一个采用网式过滤器，安装在液压泵的吸油口处。主要保护泵。第二个采用线隙式过滤器，安装在泵的出油口处，用以保护系统中的其他液压元件。 由于所设计铣床液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，查液压元件手册选网式过滤器的型号为WU-40x180，流量为40L/min，通经为20mm，过滤精度180um，压力损失小于0.01MPa。线隙式过滤器的型号为XU-J40x80，流量为40L/min，通经为20mm，过滤精度80um，压力损失小于0.02MPa。五、系统油液温升验算系统在工作中绝大部分时间是处在工作阶段，所以可按工作状态来计算温升。泵在工作状态下的压力为3.53MPa，流量为6L/min。由公式，计算可得输入功率为441.2W，即=441.2W。液压缸的最小有效功率为=（9000+400）x0.06/60=9.4W系统单位时间发热量为=441.2-9.4=431.8W当油箱的高、宽、长比在1:1:1到1:2:3范围内，且油面高度为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似为 A=6.66=1.12m2式中 V油箱有效面积（m3） A散热面积（m2）。采用风扇冷却，取散热系数K为20W/