铣床液压系统设计

液压与气压传动液压与气压传动 课程设计任务书课程设计任务书 3 3 授课班号授课班号 专业年级专业年级 指导教师指导教师 学号姓名学号姓名 1 课程设计题目 3 一台专用铣床 铣头驱动电机的功率为 7 5KW 铣刀直径为 150mm 转速为 300r min 工作台 重量为 4 103N 工件和夹具最大重量为 1 8 103N 试设计此专用铣床液压系统 2 课程设计的目的和要求 通过设计液压传动系统 使学生获得独立设计能力 分析思考能力 全面了解液压系统的组成原理 明确系统设计要求 分析工况确定主要参数 拟订液压系统草图 选择液压元件 验算系统性能 3 课程设计内容和教师参数 各人所取参数应有不同 工作台行程为 500mm 快进 300mm 工进 150mm 快进速度为 5m min 工进速度为 50 800mm min 往返加速 减速时间为 0 1s 工作台用平导轨 静摩擦系数 fj 0 2 动摩擦系数 fd 0 1 4 设计参考资料 包括课程设计指导书 设计手册 应用软件等 章宏甲 液压传动 机械工业出版社 2006 1 章宏甲 液压与气压传动 机械工业出版社 2005 4 黎启柏 液压元件手册 冶金工业出版社 2002 8 榆次液压有限公司 榆次液压产品 2002 3 课程设计任务 明确系统设计要求 分析工况确定主要参数 拟订液压系统草图 选择液压元件 验 算系统性能 5 1 设计说明书 或报告 分析工况确定主要参数 拟订液压系统草图 选择液压元件 验算系统性能 5 2 技术附件 图纸 源程序 测量记录 硬件制作 5 3 图样 字数要求 系统图一张 3 号图 设计说明书一份 2000 3000 字 6 工作进度计划设计方式 手工 9 备注 一 设计任务书 二 负载工况分析 1 工作负载 2 摩擦阻力 3 惯性负荷 三 负载图和速度图 四 确定液压缸参数 1 液压缸的工作压力 2 液压缸尺寸计算 3 液压缸各工作阶段的压力 流量和功率计算 4 绘制液压缸的工况图 五 拟定液压系统图 1 选择液压基本回路 2 组成系统图 六 选择液压元件 1 确定液压泵的容量及电机功率 2 控制阀的选择 3 确定油管直径 4 确定油箱容积 七 液压系统的性能验算 1 液压系统的压力损失计算 2 液压系统的热量温升计算 附 液压系统图 二 负载工况分析 1 工作负载 Fw 1000P 1000P Dn 60 1000 60 106P Dn 60 7 5 106 300 150 N 3183 N 2 摩擦阻力 静摩擦阻力 Ffj fj G1 G2 0 2 4000 1800 N 1160 N 动摩擦阻力 Ffd fd G1 G2 0 1 4000 1800 N 580 N G1 工作台重量 G2 工件和夹具最大重量 3 惯性负荷 Fg G1 G2 gt 4000 1800 5 9 8 0 1 60 N 493 20 N g 重力加速度 9 8m s2 工进速度 t 往返加减速时间 三 负载图和速度图 取液压缸的机械效率 0 9 计算液压缸各工作阶段的负载情 况 启动 F Ffj 1160 N F F 1160 0 9 N 1289 N 加速 F Ffd Fg 580 493 20 1073 20 N F F 1073 20 0 9 1193 N 快进 F Ffd 580 N F F 580 0 9 645 N 工进 F Ffd Fw 580 3183 3763 N F F 3763 0 9 4182 N 快退 F Ffd 580 N F F 580 0 9 645 N 液压缸各阶段负载情况液压缸各阶段负载情况 阶段负载计算公式液压缸负载 F N液压缸推力 F N 启动F Ffj 11601289 加速 F Ffd Fg1073 201193 快进F Ffd 580645 工进F Ffd Fw 37634182 快退F Ffd 5801193 根据工况负载 F 及行程 S 绘制负载图 根据快进速度 1 工进速度 v2和行程 S 绘制速度图 四 确定液压缸参数 1 液压缸的工作压力 根据负载并查表 初选工作压力 P1 3MPa 2 计算液压缸尺寸 鉴于动力滑台要求快进 快退速度相等 可选用单杆式差动液 压缸 无杆腔工作面积 A1 有杆腔工作面积 A2 且 A1 2A2 即活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 呈 d 0 707D 的关系 回油路上背压 P2取 0 8MPa 油路压力损失 P 取 0 5MPa A1 F P1 P2 2 4182 10 6 3 0 8 2 m2 0 0016m2 D 45 13mm 14 A d 0 707D 31 91mm 按 GB T2348 2001 将直径元整成就进标准值 D 50mm d 35mm 液压缸两腔的实际有效面积为 A1 D2 4 19 63 10 4m2 A2 D2 d2 4 10 01 10 4m2 根据上述 D 与 d 的值 可估算液压缸在各个工作阶段中的压力 3 液压缸各工作阶段的压力 流量和功率计算 工况 推力 F N 回油腔压力 P2 MPa 进油腔压力 P1 MPa 输入流量 J Q L m i n 输入功率 P kW 计算公式 启动12890 1 86 加速1193 1 76 快 进 恒速645 1 ppp P 0 5 1 294 810 10 2 1 12 FAP p AA 121 Qv A A 1 Pp Q 工进4182 0 8 2 54 1 57 0 0 98 0 07 22 1 1 Fp A p A 1 2 QAv 1 Pp Q 启动12890 1 29 加速1193 2 17 快 退 恒速645 0 5 1 625 010 135 21 1 2 Fp A p A 2 QA v 1 Pp Q 4 液压缸工况图 五 拟定液压系统图 1 选择液压基本回路 选择调速回路 该系统的流量 压力较小 可选用定量泵和 溢流阀组成的供油源 液压系统功率小 滑台运动速度低 工 作负载变化小 铣床加工有顺锉和逆锉之分 可采用进流口节 流的调速形式 具有承受负切削的能力 如图 a a 选择快速运动回路和换向回路 系统采用节流调速回路后 不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两 腔 以实现快速运动 在本系统中 单杆液压缸要作差动连接 为保证换向平稳 采用电液换向阀式换接回路 如图 b 选择速度换接回路 避免液压冲击 宜选用行程阀来控制速 度换接 如图 c b c 2 组成液压系统图 根据各液压基本回路组成液压系统图 如图 d 系统油路分析 1 快进 进油路 油箱 滤油器 1 油泵 2 单向阀 3 换向阀 4 左位 行程阀 5 左位 液压缸 8 右腔 回油路 液压缸 8 左腔 换向阀 4 左位 单向阀 9 行 程阀 5 左位 液压缸 8 右腔 2 工进 进油路 油箱 滤油器 1 油泵 2 单向阀 3 换向阀 4 左位 调速阀 6 液压缸 8 右腔 回油路 液压缸 8 左腔 换向阀 4 左位 溢流阀 10 顺 序阀 11 油箱 3 快退 进油路 油箱 滤油器 1 油泵 2 单向阀 3 换向阀 4 右位 液压缸 8 左腔 回油路 液压缸 8 右腔 单向阀 7 换向阀 4 右位 单 向阀 13 油箱 六 选择液压元件 1 确定液压泵的容量及电机功率 1 液压泵 油路压力损失 P 0 5MPa 回油路泄露系数取 1 1 则液压 泵的最高工作压力为 pB p1 p 2 54 0 5 MPa 3 04 MPa 总流量 QB KQmax 1 1x5 01 L min 5 511 L min 根据上述计算数据查泵的产品目录 选用 YB A9B 定量式叶 片泵 输出流量 6 9L min 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 液压泵 总效率 0 75 则电动机功率为 P kW 0 283 kW Qp 75 0 60 6 5 062 1 根据此数据按 JB T9616 1999 查阅电动机产品样 本选取 Y90S 型三相异步电动机 其额定功率 P 0 75Kw 额定转速 n 1000r min 2 控制阀的选择 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 如下表 序号元件名称 额定流量 L min 额定压力 MPa 型号规格 1滤油器166 18XU 10 x200 2定量式叶片泵6 97YB A9B 3单向阀6316AF3 Ea10B 4三位五通电液阀801835DYF3Y E10B 5行程阀6316 6调速阀0 07 5016 7单向阀6316 AXQF E10B 9单向阀6316AF3 Ea10B 10背压阀636 3YF3 10B 11顺序阀203 7X2F L10F 12溢流阀636 3YF3 10B 13单向阀6316AF3 Ea10B 3 定油管直径 各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定 液压缸则 按输入 排出的最大流量计算 由于液压泵具体选定之后 液压缸在各个阶段的进 出流量已与原定数值不同 所以 要重新计算 如下表所示 油液在压油管中的流速取 3m min d 2 2 mm 9 3mm q 60103 1024 12 36 油液在吸油管中的流速取 1m min d 2 2 mm 11 3mm q 60101 106 36 两个油管都按 GB T2351 2005 选用外径 15mm 内径 12mm 的无缝钢管 流量 速度快进工进快退 输入流量 L min q1 A1qp A1 A2 19 63x6 19 63 10 01 12 24 q1 0 5q1 qp 6 排出流量 L min q2 A2q1 A1 10 01x12 24 19 63 6 24 q2 A2q1 A1 0 5x10 01 19 63 0 25 q2 A1q1 A2 19 63x6 10 01 11 76 4 定油箱容积 取 为 7 时 求得其容积为 V qp 7 6 L 42 L 按 JB T7938 1999 规定 取标准值 V 100L 七 液压系统性能的验算 1 液压系统的压力损失计算 1 快进 滑台快进时 液压缸差动连接 进油路上通过单向阀 3 的流量是 6L min 通过电液换向阀 4 液压缸有杆腔的回 油与进油路汇合 以 12 24L min 通过行程阀 5 并进入无杆 腔 因此进油路上的总压降为 pv 0 2 6 63 2 0 5 6 80 2 0 3 12 24 63 2 0 019 0 038 0 058 MPa 0 115MPa 压力阀不会被打开 油泵的流量全部进入液压缸 回油路上 液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 4 和 单向阀 9 的流量都是 6 24L min 然后与液压泵的供油合 并 经行程阀 5 流入无杆腔 由此可算出快进时有杆腔压 力 p2与无杆腔压力 p1之差 p p2 p1 0 5 6 24 80 2 0 2 6 24 63 2 0 3 12 24 63 2 0 039 0 020 0 058 MPa 0 117MPa 此值小于原估计值 0 5MPa 所以是安全的 2 工进 工进时 油液在进油路上通过电液换向阀 4 的流量为 0 5L min 在调速阀 7 处得压力损失为 0 5MPa 油液在回 油路上通过换向阀 4 的流量是 0 25L min 在背压阀 10 处 得压力损失为 0 5MPa 通过顺序阀 11 的流量为 6 0 24 6 24L min 因此这时液压缸回油腔的压力 p2 为 p2 0 5 0 24 80 2 0 5 0 3 6 24 63 2 0 002 0 5 0 030 MPa 0 532MPa 此值小于原估计值 0 8MPa 重新计算工进时液压缸进油腔压力 p1 p1 F p2A2 A1 4182 0 532 106 10 01 10 4 19 63 106 10 4 2 40 MPa 此数值与 2 54MPa 接近 3 快退 快退时 油液在进油路上通过换向阀 4 的流量为 6L min 油液在回油路上通过单向阀 7 换向阀 4 和单 向阀 13 的流量都是 11 76L min 因此进油路上总压降 为 pv1 0 2 6 63 2 0 5 6 80 2 0 019 0 038 MPa 0 057 MPa 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 11 76 63 2 0 5 11 76 80 2 0 2 11 76 63 2 0 037 0 074 0 037 MPa 0 148MPa 此值与 0 135MPa 接近 不必重算 所以快退时液压泵的最大工作压力 pp应为 pp p1 pv1 2 17 0 057 MPa 2 227MPa 因此液压泵卸荷的顺序阀