液压系统设计课设

1 1 目目 录录 1设计流程图 2 2设计依据 2 3工况分析 3 3 1 外负载 3 3 2 阻力负载 3 4初步确定油缸参数 绘制工况图 6 4 1 初选油缸的工作压力 6 4 2 计算油缸尺寸 6 4 3 油缸各工况的压力 流量 功率的计算 7 5确定液压系统方案和拟订液压系统原理图 10 5 1 确定油源及调速方式 10 5 2 选择基本回路 10 6选择液压元气件 13 6 1 液压泵的选择 13 6 2 阀类原气件及辅助元气件的选择 14 7 验算液压系统性能 17 2 2 一 设计流程图 液压系统设计与整机设计是紧密联系的 设计步骤的一般流程 下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计 二 设计依据 设计一台专用铣床的液压系统 铣头驱动电机的功率 N 铣7 5KW 刀直径为 D 100mm 转速为 n 300rpm 若工作台重量 400kg 工件 及夹具最大重量为 150kg 工作台总行程 L 400mm 工进为 100mm 快退 快进速度为 5m min 工进速度为 50 1000mm min 加速 减 速时间 t 0 05s 工作台用平导轨 静摩擦系数 fj 0 2 动摩擦系 明确液压系统的设计要求执行元件运动与负载分析 确定执行元件主要参数 拟定液压系统原理图 选择液压元件 验标液压系统性能 是否通过 绘制工作图 编制技术文件 是否符合要求 结 束 液 压 CAD 否 否 是 是 3 3 数 fd 0 1 设计此专用铣床液压系统 三 工况分析 液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分 析 目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量 压力 功 率的变化规律 作为拟定液压系统方案 确定系统主要参数 压力 和流量 的依据 负载分析 一 外负载 Fw 4774 65N 二 阻力负载 静摩擦力 Ffj G1 G2 fj 其中 Ffj 静摩擦力 N G1 G2 工作台及工件的重量 N fj 静摩擦系数 由设计依据可得 Ffj G1 G2 fj 4500 1500 X0 2 1200N 动摩擦力 Ffd G1 G2 fd 其中 Ffd 动摩擦力 N fd 动摩擦系数 同理可得 Ffd G1 G2 fd 4500 1500 X0 1 600N 三 惯性负载 4 4 机床工作部件的总质量 m G1 G2 g 6000 9 81 611 6kg 惯性力 Fm m a 1019 37N 其中 a 执行元件加速度 m s 0t uu a t ut 执行元件末速度 m s u0 执行元件初速度 m s t 执行元件加速时间 s 因此 执行元件在各动作阶段中负载计算如下表所示 查液压缸的机械效率为 0 96 可计算液压缸各段负载 如下表 工况油缸负载 N 液压缸负载 N 液压缸推力 N 启动 F Ffj12001250 加速 F Ffd Fm1619 371686 84 快进 F Ffd600625 工进 F Ffd Fw5374 655598 60 快退 F Ffd600625 按上表的数值绘制负载如图所示 对于速度而言 设计依据中已经有了明确的说明 所以按照设计 依据绘制如下 5 5 铣床机床液压缸负载图 6 6 四 初步确定油缸参数 绘制工况图 1 初选油缸的工作压力 由上可以知道 铣床的最大负载 F 3580N 根据下表可得 表 按负载选择液压执行元件的工作压力 载荷 kN 50 工作压力 Mpa 5 7 选系统的工作压力 P1 2Mpa 由设计要求可知 导轨要求快进 快退的速度相等 故液压缸选 用单活塞杆式的 快进时采用差动连接 且液压缸活塞杆直径 d 0 7D 快进和工进的速度换接用三位四通电磁阀来实现 铣床液压系统的功率不大 为使系统结构简单 工作可靠 决定 采用定量泵供油 考虑到铣床可能受到负值负载 故采用调速阀的 进油节流加背压阀的调速回路 所以回油路上具有背压 P2 取背压 P2 0 5Mpa 2 计算油缸尺寸 可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积 油缸直径 D 及 活塞杆直径 d 计算出后应按标准予以圆整 然后再计算油缸的面积 此时由工进时的负载值按计算公式计算液压缸面积 7 7 0 00109 0 002116 0 0512 0 0362 在将这些直径按照国标圆整成标准值得 D 0 09m d 0 07m 由此就求得液压缸两腔的实际有效面积为 0 0063 0 002512 3 油缸各工况的压力 流量 功率的计算 1 工进时油缸需要的流量 Q工进 3 minm Q 工进 A1 U工进 43 28 26 100 30 0008 minm A1 工进时油压作用的面积 2 m U工进 工进时油缸的速度 mm min 2 快进时油缸需要的流量 Q快进 3 minm 差动连接时 Q快进 A1 A2 U 快进 43 15 71050 0063 minm 28 26 A1 A2 分别表示油缸活塞腔 活塞杆截面积 m U快进 油缸快进时的速度 mm min 3 快退时油缸需要的流量 Q快退 3 minm Q 快退 A2 U快退 43 15 7 1050 0078 minm 8 8 U快退 油缸退回时的速度 mm min 4 工进时油缸的压力 1221 1 60 m pFp AAMPa P2 为工进时回油腔的背压 上面已经选取为 0 5Mpa 5 快进时油缸压力 212 0 96 m pFpAAAMPa A 启动 212 1 26 m pFpAAAMPa A 加速 212 0 86 m pFpAAAMPa A 快速 这里 F 分别表示快速启动 加速 快速时油缸的推力 P 分别表示快速启动 加速 快速时油缸的压力 表示管路中压力损失大小 这里我们取值为 0 3Mpa p 6 快退时油缸压力 212 0 77 m PFP AAMPa 启动 212 1 61 m PFP AAMPa 加速 212 1 28 m PFP AAMPa 快退 F 分别表示快速启动 加速 快速时油缸的推力 P 分别表示快速启动 加速 快速时油缸的压力 P2 的值为 0 5MPa 油缸工作循环中各阶段的压力 流量 功率实际值如表 2 所示 9 9 表 2 液压缸在不同工作阶段的压力 流量和功率值 工况负载 F N 回油腔 压力 2 PMPa 进油腔 压力 1 P MPa 输入流 量 q 3 minm 输入 功率 P kW 启动120000 96 加速16191 26 快进 差动 快进600 1 PP 0 860 00630 09 工进85800 51 600 00080 021 启动120000 77 加速16191 61 快退 快退600 0 5 1 280 00780 166 由以上所计算的数据我们绘制出工况图如下所示 流量 压力 功率 图 3 液压缸工况图 10 10 五 确定液压系统方案和拟订液压系统原理图 一 确定油源及调速方式 由以上的计算可以知道 铣床液压系统的功率不大 工作负载 的变化情况很小 因此 为使系统结构简单 工作可靠 决定采用 定量泵供油 考虑到铣床可能受到负值负载 故采用回油路调速阀 节流调速方式 并选用开式循环 从工况图中我们可以清楚的看出 在液压系统的工作循环中 液 压缸要求油源提供的流量变化并不是很大 因此工进和快进的过程 中 所需流量差别较小 故我们选用定量单液压泵供油 11 11 二 选择基本回路 1 选择换向回路及速度换接方式 由设计依据可以知道 设计过程中不考虑工件夹紧这一工序 并 且从快进到工进时 输入液压缸的流量从 6 3L min 降到 0 8L min 速度变化不是很大 所以采用电磁换向阀来实现速度的换接 压力 继电器发讯 由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向 同时为 了实现工作台能在任意位置停止 泵不卸载 故电磁阀必须选择 O 型机能的三位四通阀 如下图所示 由于要求工作台快进与快退速度相等 故快进时采用差动连接来 实现快速运动回路 且要求液压缸活塞杆直径 d 0 7D 三 选择调压回路 设计过程中 在油源中采用溢流阀来调定系统的工作压力 因此 调压问题基本上已经在油源中解决 无须在另外设置调压系统 这 里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用 1 组合成液压系统图 将上面所选的液压基本回路组合在一起 便可得到以下的液压系 统原理图 同时电磁铁的动作顺序表如下 12 12 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 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 图 4 专用铣床液压系统原理图 1 油箱 2 过滤器 3 叶片泵 4 溢流阀 5 三位四通电磁换向阀 6 单向调速阀 7 两位三通电磁换向阀 8 工作缸 9 压力继电器 13 13 六 选择液压元气件 一 液压泵的选择 由以上的设计可以得到 液压缸在整个工作过程中的最大压力是 1 61Mpa 如取进油路上的压力损失为 0 4Mpa 则此时液压泵的最 大工作压力是 1 61 0 4 2 01Mpa p P 由以上的计算可得 液压泵提供的最大流量是 7 8L min 因为系 统较为简单 取泄漏系数 则两个液压泵的实际流量应为 1 1 l K 1 1 7 8 min8 58 min p qLL 由于溢流阀的最小稳定溢流量为 3L min 而工进时输入到液压 缸的流量是 3 8L min 由流量液压泵单独供油 所以液压泵的流量 规格最少应为 6 8L min 根据以上的压力和流量的数值查阅机械设计手册 最后选用 YB1 6 3 型单叶片液压泵 其排量大小为 6 3ml r 当液压泵的转速为 1450r min 时 该液压泵的理论流量为 9 14L min 取液压泵的容积 效率为 则液压泵的实际流量大小为 0 9 v 6 3 1200 0 9 10006 8 min p qL 由于由以上的计算过程中 我们知道了液压缸在快退时的输入 功率最大 此时液压泵的工作压力是 1 28 0 4 进油路上的压力损 14 14 失 1 68Mpa 流量为 6 8L min 查表可得 取液压泵的总效率 则液压泵驱动电机所需的功率为0 7 p 1 68 6 8 0 3 60 0 7 pp p p q PkW 根据以上的数据查机械设计手册选用 Y801 型电动机 其额定功率 为 0 55kW 额定转速为 1200r min 二 阀类元气件及辅助元气件的选择 根据阀类及辅助元气件所在油路的最大工作压力和通过的最大实 际流量 可选择这些器件的型号和规格如下表 序 号 元件名称额定流量 L min 额定压力 Mpa 质量 kg 型号 1 单叶片泵 9 26 35 5YB1 6 3 2 三位四通 电磁阀 256 3 34D 25BOP 3 二位三通 电磁阀 256 3 23D 25B 4 单向调速 阀 0 05 最 小 0 5 6 33 2QI 10B 5 溢流阀 200 4 6 31 7Y 10B 表 4 元气件的型号及规格 15 15 6 压力继电 器 1 0 6 30 7DP1 63B 7 滤油器 162 50 18XU B16X100 8 开关阀 256 3 22D 25B 三 确定油管直径 由于液压泵在选定之后液压缸在各个工作阶段的进 出流量 已与原来的数值不同 所以要重新计算 计算如下表 4 所示 快进工进快退 输入流量 L min 1112 28 26 6 8 28 26 15 7 15 3 p qAqAA 1 0 8q 1 6 8 p qq 输出流量 L min 2211 15 7 15 3 28 26 8 5 qA qA 2211 15 7 0 8 28 26 0 44 qA qA 21 12 28 26 6 8 15 7 12 24 qAqA 运动速度 m min 112 6 8 10 28 26 15 7 5 4 p uqAA 211 0 8 10 28 26 0 28 uqA 312 6 8 10 15 7 4 33 uqA 表 5 液压缸的进出 流量 16 16 由上表中的数值 按照书中推荐的油液在压油管的流速 u 3m s 可 得 液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管内径分别为 63 2 2 6 8 10 60 3 14 3 106 94dqumm 63 2 2 15 3 10 60 3 14 3 1010 4dqumm 两根油管按 YB231 64 选用外径为 13mm 壁厚为 1 2mm 的 冷拔无缝钢管 四 油箱的设计 对油箱容积我们进行估算 取经验数据 故其容积为 7 7 6 847 6 p VqLL 取靠其最近的标准值 V 50L 七 验算液压系统性能 油液温升的验算 工进在整个工作循环中所占的时间比例是很长的 所以系统发 热和油液温升可按工进时的工况来计算 工进时液压缸的有效功率是 17 17 2 3 3580 0 28 0 0167 1060 e PFukW 由以上的计算可知 液压泵在工进时的工作压力为 p 1 6 0 4 进油路上的压力损失 2Mpa 流量为 6 8L min 所以液压泵的输入功 率为 2 6 8 600 227 pp Pp