专用铣床的液压系统设计.doc

液压传动课程设计液压传动课程设计 题目名称专用铣床的液压系统设计 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 机械与车辆工程系 2 二 一六年 月 日 目 录 液压传动课程设计任务书液压传动课程设计任务书 3 蚌埠学院本科课程设计评阅表蚌埠学院本科课程设计评阅表 4 1 1 分析负载分析负载 6 1 1 负载分析 6 1 1 1 外负载 6 1 1 2 惯性负载 6 1 1 3 阻力负载 6 2 2 确定执行元件主要参数确定执行元件主要参数 7 3 3 设计液压系统方案和拟定液压系统原理图设计液压系统方案和拟定液压系统原理图 9 3 1 设计液压系统方案 9 3 2 选择基本回路 10 3 2 1 调速回路 10 3 2 2 换向回路和卸荷回路 10 3 2 3 快速运动回路 11 3 2 4 压力控制回路 11 3 3 将液压回路综合成液压系统 12 4 4 选择液压元件选择液压元件 13 4 1 液压缸 13 4 2 阀类元件及辅助元件 14 4 3 油管 15 4 4 油箱 15 5 5 验算液压系统性能验算液压系统性能 15 5 1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 15 5 2 验算油液温升 17 设设 计计 小小 结结 18 参参 考考 文文 献献 19 3 蚌埠学院机械与车辆工程系蚌埠学院机械与车辆工程系 液压传动课程设计任务书液压传动课程设计任务书 班级 姓名 学号指导教师 一 一 设计题目设计题目 设计一台专用铣床的液压传动系统 若工作台 工件和夹具的总重量力为 14000N 轴向切削力为 10KN 工作台总行程 300mm 工作行程 180mm 快进 与快退速度均为 6m min 工进速度为 30 800mm min 加速和减速时间均为 0 05s 工作台采用平导轨 静摩擦系数为 0 2 动摩擦系数为 0 1 设计 该机床的液压传动系统 二 设计要求 二 设计要求 液压系统图拟定时需要提供 2 种以上的设计方案的选择比较 从中选择你 认为更好的一种进行系统元件选择计算 三 工作量要求三 工作量要求 1 液压系统图 1 张 A1 2 液压缸装配图 1 张 3 设计计算说明书 1 份 四 设计时间 2016 年 6 月 6 日 2016 年 6 月 12 日 4 蚌埠学院本科课程设计评阅表蚌埠学院本科课程设计评阅表 机械与车辆工程系系 2015 级级 专专业业 学生姓名学生姓名学学 号号 课题名称课题名称 专用铣床的液压系统设计 指导教师评语 指导教师评语 指导教师 签名 指导教师 签名 2016 年年 6 月月 16 日日 评定成绩评定成绩 5 1 分析负载 1 1 负载分析 1 1 1 外负载 Ft 10KN 1 1 2 惯性负载 机床工作部件的总质量 m 1400kg 取 t 0 05s Fm m v t 1400 6 0 05 60 2800N 1 1 3 阻力负载 机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为 Fn mg 14000N 静摩擦阻力 Ffs fsFn 0 2 14000 2800N 动摩擦阻力 Ffd fdFn 0 1 14000 1400N 由此得出液压缸在各工作阶段的负载如下表 工况负载组成负载值 F N 起动F Fnfs2800 加速F Fnfs m V t4200 快进F Fnfd1400 工进F Fnfd Fg11400 快退F Fnfd1400 按上表数值绘制负载图 由于 V1 V3 6m min l1 120mm l2 180mm 快退行程 l3 l1 l2 300mm 工进速度 6 V2 0 1m min 由此可绘出速度图 a 负载图 b 速度图 2 确定执行元件主要参数 由资料查得 组合机床在最大负载约为 10000N 时液压系统宜取压力 P1 2 5Mpa 鉴于动 力滑台要求快进 快退速度相等 这里的液压缸用单活塞杆是的 并在快进时作差动连接 这种情况下液压缸无杆腔的工作面积 A1 应为有杆腔工作面积 A2的两倍 即 A1 A2 2 而活 7 塞杆直径 d 与缸筒直径 D 成 d 0 707D 的关系 在铣屑加工时 液压缸回路上必须具有背压 P2 以防止铣屑完成时滑台突然前冲 查表 可得 P2 0 6Mpa 快进时液压缸作差动连接 管路中有压力损失 有杆腔的压力应略大于无 杆腔 但其差值较小 可先按 0 3Mpa 考虑 快退时回油腔中是有背压的 这时 P2也可按 0 6Mpa 估算 有工进时的负载按上表中的公式计算液压缸面积 A2 27 27 10 4m2 F m p1 p2 11400 0 95 2 5 2 0 6 A1 A2 2A2 2 27 27 10 4 54 54 10 4m2 D 0 083m d 0 707D 0 083 0 707 0 059m 将这些直径按 GB t 2348 2001 圆整成就近标准值得 D 0 09m d 0 06m 由此求得液压缸两腔的实际有效面积 A1 D2 4 63 585 10 4m2 A2 D2 d2 4 35 325 10 4m2 经验算 活塞杆的强度和稳定性均符合要求 根据上述 D 和 d 的值 可估算出液压缸在各个工作阶段中的压力 流量和功率 入下表 所示 并据此绘出工况图 工况负载 F N 回油腔压力 p2 Mpa 进油腔压力 p1 Mpa 输入流量 q10 3 m3 s 1 输入功率 P KW 起动 280001 043 加速 42001 939 快进 差 动 恒速 1400 p1 p p 0 3Mpa 0 8960 28260 2532 工进 114000 62 220 01060 0235 起动 280000 834 加速 42002 332 快退 恒速 1400 0 6 1 4970 35330 5289 8 工况图 设计液压系统方案和拟定液压系统原理图 3 1 设计液压系统方案 由于该机床是固定式机械 且不存在外负载对系统作功的工况 并有工况图知 这台机 床液压系统的功率小 滑台运动速度低 工作负载变化小 查表可得该液压系统以采用节流 调速方式和开式循环为宜 现采用进油路节流调速回路 为解决铣削完成时滑台突然前冲的 问题 回油路上要设置背压阀 从工况图中可以清楚地看到 在这个液压系统的工作循环内 液压缸要求油源交替的提 供低压大流量和高压小流量的油液 最大流量约为最小流量的 33 倍 而快进加快退所需要 的时间 t1和工进所需要的时间 t2分别为 亦即是 t1 t2 26 因此从提高系统效率 节省能量的角度来看 采用单个定量液压泵 作为油源显然是不合适的 而宜采用大 小两个液压泵自动两级并联供油的油源方案 9 3 2 选择基本回路 由于不存在负载对系统作功的工况 也不存在负载制动过程 故不需要设置平衡及制动 回路 但必须具有快速运动 换向 速度换接以及调压 卸荷等回路 3 2 1 调速回路 由工况图可知 该铣床液压系统功率小 因此选用节流调速方式 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 为防止铣削时负载突然消 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 考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况 宜采用调速阀来保证速度稳定 并将 调速阀装在液压缸回油路上起阻力作用 使工作台低速运动时比较平稳 如下图 a b 所示 由于本系统滑台由快进转为工进时 速度变化不大 为减少速度换接时的液压冲击 从节约 成本考虑 而从提高系统效率 节省能量角度来看 我们选用选用双联叶片泵供油的油源方 案 a b 3 2 2 换向回路和卸荷回路 铣床工作台采用单活塞杆液压缸驱动 由工况图可知 输入液压缸的流量由 17L min 降 至 0 6L min 滑台的速度变化较大 可选用行程阀来控制速度的换接 以减小液压冲击 当滑台由工进转为快退时 回路中通过的流量很大 进油路中通过 21L min 回油路中通 过 21 63 585 35 325 L min 37 8L min 为了保证换向平稳起见 宜采用换向时间可 调的电液换向阀式换接回路 由于这一回路还要实现液压缸的差动连接 所以换向阀必须是 五通的 如下图所示 10 3 2 3 快速运动回路 为实现工作台快速进给 选用三位五通电磁换向阀构成液压缸的差动连接 这种差动连 接的快速运动回路 结构简单 也比较经济 如下图 a 所示 在图 b 中结构复杂不利于控制 所以选择 a 所示的回路 一起同上图组成的快速换向回路 同样可以实现差动连接 同时验 算回路的压力损失比较简便 所以不选用图 b 所示的回路 a b 3 2 4 压力控 制回路 由于液压 系统流量很小 铣床工作台工 作进给时 采 用回油路节流 调速 故选用 定量泵供油比较 经济 如图所示 调压回路采用先导式溢流阀维持液压泵出口压力恒定 当换装工件时 工作台停止运动 液压泵卸荷回路采用小型二位三通电磁阀控制先导型溢流 阀 实现液压泵的卸荷 而从提高系统效率 节省能量角度来看 选用如图 b 所示 a b 11 3 3 将液压 回路综合成液压系统 把上面学选出的各种液压回路组合画在一起 就可以得到一张液压系统原理图 将此图 仔细检查一遍 可以发现该图所示系统在工作中还存在问题 为了防止干扰 简化系统并使 其功能更加完善 必须对系统图进行如下修改 1 为了解决滑台工进时进 回油路相互接通 系统无法建立压力的问题 必须在换 向回路中串接一个单向阀 a 将进 回油路隔断 2 为了解决滑台快进时回油路接通油箱 无法实现液压缸差动连接的问题 必须在 回油路上串接一个液控顺序阀 b 这样 滑台快进时因负载较小而系统压力里较低 使阀 b 关闭 便阻止了油液返回油箱 3 为了解决机床停止工作后回路中的油液流回油箱 导致空气进入系统 影响滑台 运动平稳性的问题 必须在电液换向阀的回油口增设一个单向阀 c 4 为了在滑台工进后系统能自动发出快退信号 须在调速阀输出端增设一个压力继 电器 d 5 若将顺序阀 b 和背压阀 8 的位置对调一下 就可以将顺序阀与油源处的卸荷阀合 并 从而省去一发 进过修改 整理后的液压系统原理图如图所示 12 13 4 选择液压元件 4 1 液压缸 液压缸在整个工作循环长的最大工作压力为 2 332Mpa 如取进油路上的压力损失为 0 8Mpa 为使压力继电器能可靠地工作 取其调整压力高出系统最大工作压力 0 5Mpa 则 小流量液压泵的最大工作压力应为 pp1 2 332 0 8 0 5 3 632Mpa 大流量液压泵在快进 快速运动是才向液压缸输油 由工况图可知 快退时液压缸的工 作压力比快进时打 如取进油路上的压力损失为 0 5Mpa 则大流量液压泵的最高工作压力 为 pp2 1 497 0 5 1 997Mpa 有工况图可知 两个液压泵应向液压泵提供的最大流量为 21 198L min 因系统较简单 取泄露系数 KL 1 05 则两个液压泵的实际流量应为 qp 1 0521 198 22 258L min 由于溢流阀的最小稳定溢流量为 3L min 而工进时输入液压缸的流量为 0 6L min 由 小流量液压泵单独供油 所以小液压泵的流量规格最少应为 3 6L min 根据以上压力和流量的数值查询产品样本 最后确定选取 YB1 6 20 型双联叶片液压泵 其小液压泵和撒液压泵的排量分别为 6mL r 和 20mL r 当液压泵的转速 np 940r min 时该 液压泵的理论流量为 5 640L min 18 8L min 若取液压泵的容积效率 v 0 88 则液压泵的 实际输出流量为 qp 6 20 940 0 88 1000 21 5072L min 由于液压缸在快退时属兔功率最大 这时液压缸工作压力为 2Mpa 流量为 21 5072L min 按表取液压泵的总效率 p 0 75 则液压泵驱动电动机所需的功率为 P kW 0 95kW ppqp p 1 997 21 5072 60 0 75 根据此数值查阅电动机产品样本选取 Y100L 6 型电动机 其额定功率 Pn 1 5kW 额定专 属 nn 940r min 4 2 阀类元件及辅助元件 14 根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量 可选出这 些液压元件的型号及规格见表 表中序号与系统图的元件标号相同 元件的型号及规格 序号元件名称 估计通过流 量 L min 1 额定流量 L min 1 额定压 力 Mpa 额定压 降 Mpa 型号 规格 1双联叶片泵 21 517 5 YB1 6 20 2三位五通电液阀608016 0 535DYF3Y E10B 3行程阀506316 0 3 4调速阀0 50 07 5016 5单向阀6063160 2 AXQF E10B qmax 100L min 6单向阀256316 0 2AF3 Ea10B 7液控顺序阀256316 0 3XF3 E10B 8背压阀0 36316 YF3 E10B 9溢流阀56316 YF3 E10B 10单向阀256316 0 2C 11滤油器3063 0 02XU 63 80 J 12压力表开关 16 KF3 E3B 13单向阀606316 p1 p1 pe 2 23 0 5 0 6 80 2 0 5 0 5 3 23Mpa 3 快退 快退时 油液在进油路上通过单向阀 10 的流量为 16 544 L min 通过换向阀 2 的流量 为 21 5072 L min 油液在回油路上通过单向阀 5 换向阀 2 和单向阀 13 的流量都是 39 33 L min 因此进油路上总压降为 pv1 0 2 16 544 63 2 0 5 21 5072 80 2 Mpa 0 05Mpa 此值较小 所以液压泵驱动电动机的功率是足够的 回油路上总压降为 pv2 0 2 39 33 63 2 0 5 39 33 80 2 0 2 39 33 63 2 Mpa 0 277Mpa 此值与表中的估计值相近 故不必重算 所以 快退时液压泵的工作压力 pp应为 pp p1 pv1 0 05 2332 2 382Mpa 因此大流量液压泵卸荷的顺序阀 7 的调压应大于 2 382Mpa 5 2 验算油液温升 工进在整个工作循环过程中所占的时间比例达 95 所以系统发热和油液温升可按工进 时的工况来计算 为简便起见 采用系统的发热功率计算方法之二来进行计算 工进时液压缸的有效功率为 Pe Fu2 11400 0 094 103 60 0 01786kW 这时大流量液压泵经顺序阀 7 卸荷 小流量液压泵在高压下供油 大液压泵通过顺序阀 7 的 17 流量为 q2 16 544 L min 有表查得该阀在额定流量 qn 63 L min 时的压力损失 pn 0 3Mpa 故此阀在工进时的压力损失 p pn q2 qn 2 0 3 16 544 63 2 0 079Mpa 小液压泵工进时的工作压力 pp1 3 23Mpa 流量 q1 4 97L min 所以两个液压泵的总输入功 率 Pp 0 3865kW pp1 q1 p q2 p 由式算得液压系统的发热功率为 P Pp Pe 0 3865 0 001786 0 36864kW 按式可算出油箱的散热面积为 A 6 5 6 5 1 92m2 3 V2 3 1600 10 3 2 由表查得油箱的散热系数 K 9W m2 则按式求出油液温升为 t 103 103 21 33 P KA 0 36864 9 1 92 由表知 此温升值没有超出允许范围 故该液压系统不必设置冷却器 18 设 计 小 结 通过这次课程设计又再次体验了画图的不易 从早上吃过饭就开始画图 有的时候画的 入神就会忘了吃中午饭 甚至下午饭 还会有同学说不画完就不吃饭 经常见到这样的同学 当然我也是这样的一员 记得有两天同学在机电楼画图室画图 晚上因为画的很晚结果就被 楼下看门的大叔骂了