铣床液压系统设计.

1 设计题目1.1设计题目设计一台专用铣床,铣头驱动电机的功率为 7.0千瓦,铣刀直径为 120mm , 转速 350转 /分,如工作台质量为 480公斤,工件和夹具的质量为 150公斤,工 作台的行程为 400mm , 工进行程为 100mm , 快进快退速度为 4.5米 /分, 工进速度 为 601000毫米 /分, 其往复运动的加速 (减速 时间为 0.05秒, 工作台用平导 轨静摩擦系数 0.2s f =,动摩擦系数 0.1d f =,试设计该机床的液压系统 。2 工况分析2.1负载分析根据给定条件,先计算工作台运动中惯性力 m F ,工作台与导轨的动摩擦阻 力 fd F 和静摩擦阻力 fs F63000.0759639.810.05G m F v F g t=(N (2-1 12( 0.1(48001500 6300fd d G G F f F F =+=+=(N (2-212( 0.2(48001500 1260fS s G G F f F F =+=+=(N (2-3其中 , 11480104800G F m g =(N22150101500G F m g =(N 12480015006300G G G F F F =+=+=(N由铣头的驱动电机功率可以求得铣削最大负载阻力 t F :t P F v = (2-4其中 3503.140.122.1986060n d mv s=所以, 700031852.198t P F v=同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力(取液压缸的机械效率 0.9m = , 工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表 2-1中, 负载循环图如图 2-1所示。表 2-1 各阶段负载值 图 2-1负载循环图2.2运动分析根据给定条件, 快进、 快退速度为 0.075m/s, 其行程分别为 300mm 和 400mm , 工进速度为 601000m/s(即 0.0010.0167m/s ,工进行程 100mm ,绘出速度循 环图如图 2-2所示。 图 2-2 速度循环图3 确定液压缸的参数3.1初选液压缸的工作压力根据液压缸推力为 4239N (表 2-1 , 按表 11-2(书的推荐值,初选工作 压力为 51010Pa.3.2 确定液压缸尺寸由于铣床工作台快进和快退速度相同,因此选用单杆活塞式液压缸,并使122A A =, 快进时采用差动连接,因管路中有压力损失,快进时回油路压力损失取 5510p =Pa , 快退时回油路压力损失亦取 5510p =Pa 。 工进时, 为使运动平稳, 在液压缸回路油路上须加背压阀, 背压力值一般为 5(510 10Pa, 选取背 压 52610p =Pa 。根据 11220p A p A F =+, 可求出液压缸大腔面积 1A 为2151242390.006( 0.5(100.56 10F A m p p =-(3-10.087( D m = (3-2 根据 GB2348-80圆整成就近的标准值,得 D=90mm,液压缸活塞杆直径63.65d m m =, 根据 GB2348-80就近圆整成标准值 d=63mm, 于是液压缸实 际有效工作面积为22210.090.00644A D m= (3-3222222( (0.090.063 0.00344A D d m=-=-= (3-43.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值 (见表 3-1 3.4绘制液压缸工况图根据表 3-1计算结果,分别绘制 P-L 、 Q-L 和 N-L 图,如图 3-1所示 P-L 图 Q-L 图 N-L 图图 3-1 -L、 Q-L 和 N-L 图4 拟定液压系统图4.1选择液压系统图4.1.1调速回路由工况图 3-1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。 为防止孔钻通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, 如图 4-1(a和 4-1(A 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,选用如图 4-1(a所示的调速回路。 (a (A图 4-1 调速回路4.1.2 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, 系统压力和流量都不 大,同时考虑工作台工作一个循环后装夹具时间比较长,为方便工作台的手动, 选用三位四通 U 型电磁换向阀, 并由电气行程开关配合实现自动换向, 如图 4-2b 所示4.1.3 快速运动回路为实现工作台快速进给,选用二位三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,如图 4-2a 所示。在图 4-2a-b 中结构复杂不利于控制,所以选择 4-2a 所示的回路,一起同 4-2b 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 4-2a-b 所示的回路。 (a (b(a-b图 4-2 快速和换向回路4.1.4 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 4-1a 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,选用双联叶片泵油源显然是不合理的,如图 4-3b 所示,其结 构复杂,控制也复杂,所以不适宜选用此方案。 (a (b图 4-3 压力控制回路4.2 液压系统合成根据以上选择的液压基本回路,合成为图 4-2所示的定量泵 -回油路节流 调速液压系统图。 图 4-2 液压系统合成5 选择液压元件5.1 选择液压泵和驱动电机取 液 压 系 统 的 泄 漏 系 数K=1.1则 液 压 泵 的 最 大 流 量 333m ax ( 1.10.225100.24810/B i Q K Q m s-=,即 B Q =14.88L/min。根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速, 进油路压力损失选取 5510p Pa =, 故 液压泵工作压力为:551(9.845 1014.8410B p p p Pa =+=+=。(5-1 考 虑 到 系 统 动 态 压 力 因 素 的 影 响 , 液 压 泵 的 额 定 工 作 压 力 为 :5514.84(125% 1018.8510B p Pa =+=. (5-2根据 B Q 、 B p 和已选定的单向定量泵型式,查手册书(二选用 116YB -型 定量叶片泵 。该泵 额定排量 为 16mL/r,额 定转速 960r/min,其额 定流量为330.25610/m s -,由工况图知,最大功率在快退阶段,如果取液压泵的效率为为 0.75,驱动液压泵最大输入功率 B N 为:531(15.95 100.256107130.75BB Bp Q N -+=(W (5-3查电工手册选取 750W 的电动机。5.2 选择控制元件根据系统最大工作压力和通过控制元件的最大流量, 选用各类阀的规格见表 5-1.表 5-1 选用各类阀的规 5.3 选用辅助元件滤油器:液压泵吸油口需装粗滤油器,选用 XU-16100J 线隙式 100m 进 口滤油器,流量 Q=16l/min=0.2673310/m s -.油箱容量:由下式计算有效容积 V ,取系数 K=6, Q=12L/min,则有3361272( 7210( V KQ L m -= (5-4根据书(二标准,可取油箱的容积 V=75L,油箱见附图 1,管道尺寸由选 定的标准元件连接口尺寸确定。6 液压系统性能验算6.1 回路中压力损失回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行,必须知道管道的长度和直 径。 管道直径按选定元件的接口尺寸确定, 即 d=12mm,长度在管道布置图未完成 前暂按进油管、回油管均为 L=2m估算。油液运动粘度取 421.510/m s -=,在 此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。6.1.1 工进时压力损失进油管路压力损失:首先判别进油管液流状态,由于雷诺数334440.11070.7200012101.510e vdQR d -= (6-1故为层流。管路沿层压力损失:4316441654.34.31.5100.11021012100.62210(L Q LP dPa -= (6-2取管道局部损失 50.10.062210L P P Pa =油液流经单向阀和三位四通换向阀的压力损失按下面公式计算,有关数据 见表 5-1222550.2560.2561.5102100.4170.417V V Vn Vn Q P P Q =+ 51.3210=(Pa (6-3 工进时进油路总压力损失:5210L V p P P P =+=(Pa (6-4攀枝花学院本科毕业设计（论文） 5 选择液压元件 工进时回油路压力损失：因回油管路流量 Q2 为 Q2 = Q1 0.1 103 = = 0.05 103 (m3 / s 2 2 (6-5 液流状态经判断为层流（ Re = 70.7 2000 ，于是沿程压力损失： 4.3 Q L 4.3 1.5 104 0.05 103 2 1016 = d4 124 1016 = 0.297 105 ( Pa PL = (6-6 局部压力损失： P = 0.1 PL = 0.0297 105 Pa (6-7 回油路中油液流经二位三通换向阀、调速阀和三位四通换向阀时的压力损 失计算方法同上，即 Q 0.128 5 5 0.128 P = P V = 1 105 V Vn + 5 10 + 2 10 0.417 0.417 QVn 2 2 2 = 5.28 105 ( Pa 工进时回油路总压力损失 (6-8 p = PL + P + P = 5.6 105 ( Pa V 失 p = p + p A2 0.003 = 2 105 + 5.6 105 = 4.8 105 ( Pa A1 0.006 (6-9 将回油路中压力损失折算到进油路上，就可求出工进时回路中整个压力损 (6-10 6.1.2 快退时压力损失 快退时进油路和回油路中经检查都是层流，进油路压力损失为： 4.3 Q L 4.3 1.5 104 0.225 103 2 1016 = d4 124 1016 = 1.4 105 ( Pa PL = P = 0.1P = 0.14 10 ( Pa 5 (6-11 进油路中油液流经单向阀、三位四通换向阀、单向调速阀（反向时）以及 二位三通换向阀时压力损失计算方法同前 Q 0.256 5 0.256 P = P V = 1.5 105 V Vn + 2 10 0.417 0.417 QVn 2 2 2 0.256 5 +1 105 = 1.7 10 ( Pa 0.417 2 (6-12 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 5 选择液压元件 快退时进油路总压力损失： p = PL + P + P = 3.24 105 ( Pa V 快退时回油路中压力损失：由于 Q1 = 2Q2 ,则有 PL = 4.3 Q L 4.3 1.5 10 4 2 0.225 103 2 1016 = d4 124 1016 = 2.8 105 ( Pa (6-13 (6-14 P = 0.1P = 0.28 105 ( Pa Q 2 0.256 5 P = P V = 2 105 V Vn = 2.46 10 ( Pa QVn 0.417 回油路总压力损失： 2 2 p = PL + P + P = 5.54 105 ( Pa V (6-15 将回油路中的压力损失折算到进油路上去，可得到快推时回油路中的整个 压力损失： p = p + p 0.003 A2 = 3.24 105 + 5.54 105 = 6 105 ( Pa A1 0.006 (6-16 这个数值比原来估计的数值大，因此系统中元件规格和管道直径不宜再减 小。 6.2 确定液压泵工作压力 工进时，负载压力 pL = F 42.39 = = 66.24( N / cm 2 = 6.624 105 ( Pa A1 64 (6-17 液压泵工作压力 pgj pL + p = (6.624 + 4.8 105 = 11.4 105 ( Pa (6-18 快退时，负载压力： pL = F 700 = = 21.88( N / cm2 = 2.88 105 ( Pa A2 32 (6-19 液压泵的工作压力： pkt pL + p = (2.88 + 6 105 = 8.88 105 ( Pa (6-20 根据 pgj ，则溢流阀调整压力取 12 105 Pa 。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 5 选择液压元件 6.3 液压系统的效率 由于在整个工作循环中，工进占用时间最长，因此，系统的效率可以用工 进时的情况来计算。工进速度为 0.001 0.0167 m / s ，则液压缸的输出功率为 N C = FV = 4239 0.001 = 4.239(W N C = FV = 4239 0.0167